DE1613118A1 - Dynamo-electric machine with a current collector made of a liquid metal - Google Patents
Dynamo-electric machine with a current collector made of a liquid metalInfo
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Description
' Dr. Gertrud Hausef eooo Machen.eo«, . ;■ i^'Dr. Gertrud Hausef eooo Make.eo «,. ; ■ i ^
Patentanwälte , . -„.... -,:,Patent attorneys,. - ".... -, : ,
Telegramme: Labyrinth München j-- Telefon ^JTS 10 ;. <■'■-Postscheckkontos München 117078Telegrams: Labyrinth Munich j-- Telephone ^ JTS 10 ; . <■ '■ - Post check account Munich 117078
General Electric Company; ^Μ-^-Λ n„e; c· .t ^ d»-yr »■ ItewrXorkGeneral Electric Company; ^ Μ - ^ - Λ n “e ; c · .t ^ d »-yr» ■ ItewrXork
Uns er Zeichen: Q-. 1100Us he sign: Q-. 1100
Dynamoelektrische Maschine mit einem "aus einem 'flüssigen,Metall' WesteheMen"Dynamo-electric machine with one "made of a 'liquid, metal' vest"
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtunge,n zum Umwälzen .eines:, f-j-üssigen-Metalls., welches in einer dynamoelektrischen Maschine zur Aufnahme des Stromes verwendet wird«, /■" - ^-■-';--:"-■·■·■ -'■*>'-- '<■■*■ ■■>"■'- ■ The invention relates to décor, n for circulating .One :, fj-uid-metal which is used in a dynamoelectric machine for receiving the stream ", / ■" - ^ - ■ - '; -: "-. ■ · ■ · ■ - '■ *>' - '<■■ * ■ ■■>"■' - ■
Es ist bekannt, flüssige Metalle, wie beispielsweise -Λ Quecksilber öder ifetriu^^Xalium, als- str^Äe^te-nde Medien in einem Spalt zwischen sich relativ drehenden . Teilen zu verwenden. Das flüssige Metall muß bei vielen Ausführungsformen außerhalb des Spaltes umgewälzt werden, um dieses Metall zu kühlen. Ein Umlauf oder Umwälzen wurde bisher mittels in-einem äußeren KreisIt is known to use liquid metals such as -Λ Mercury or ifetriu ^^ Xalium, as- str ^ Äe ^ te-nde Media in a gap between relatively rotating. Share to use. The liquid metal has to be used by many Embodiments are circulated outside the gap to cool this metal. One round or Up to now, overturning has been done by means of in-an outer circle
ORIGlNALlNSPEDTeDORIGlNAL lNSPEDTeD
angeordnetenarranged
'r r ι ei 3 τ ι s' rr ι ei 3 τ ι s
angeordneten "Pumpen oder" dergleichen durchgeführt,-wobei diese Teile einen IDruckunterschied zwischen ' dem Einlaß-und dem Auslaßkänal erzeugen', die mit dem Spalt in Verbindung stehen. Hilf spunapen oder ähnliche Geräte sind Vorrichtungen, die vorteilhafterweise vermieden werden sollten, um den Aufbau und die Steuerung zu vereinfachen und um ferner die Dauer eines störungsfreien Betriebes zu erhöhen.arranged "pumps or" the like carried out, -wherein these parts have a pressure difference between ' the inlet and outlet channels' associated with the Communicating gap. Auxiliary spunapen or similar devices are devices that are advantageously avoided should be in order to simplify the construction and control and also to reduce the duration of a trouble-free To increase operation.
Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, eine derartige Einrichtung zu schaffen, bei welcher das flüssige Metall selbst umläuft <, It is to provide accordingly an object of the invention to provide such apparatus in which the liquid metal itself revolves <,
Gemäß der Erfindung sind die Einlasse und Auslässe für das flüssige Metall im Stator paarweise in Umfangsrichtung im Abstand um den Rotor herum angeordnet. Die Einlasse und Auslässe eines jeden Paares weise entgegengesetzt gerichtete Düsen auf, die ira_ Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator münden,, Die Düsenöffnungen im Spalt fluchten im wesentlichen tangential mit. der gegenüberliegenden Rotoroberfläche , Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden die erforderlichen Druckunterschiede erzeugt, um .einen außen stattfindenden Umlauf des flüssigen Metalls beimAccording to the invention are the inlets and outlets for the liquid metal in the stator arranged in pairs in the circumferential direction at a distance around the rotor. The inlets and outlets of each pair have oppositely directed nozzles which ira_ Gap open between the rotor and the stator ,, The Nozzle openings in the gap are essentially aligned tangentially. the opposite rotor surface By the arrangement according to the invention, the necessary pressure differences are generated to .einen outside circulation of the liquid metal during
Betrieb lind ohne äußere Pumpen zu erzielen. Die symmetrische Anordnung ist dabei derart, daß die Betriebs-Operation can be achieved without external pumps. The symmetrical The arrangement is such that the operational
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weise -von der Drehrichtung des Rotors unabhängig ist, obwohl hierbei die Richtung des Umlaufs sich ändert. Zusätzlich nimmt der Umlauf bzw. ab, und zwar mit entsprechenden Änderungen der Drehzahl des Rotors, so daß eine Selbstregelung erfolgt,'die im Pail einer homopolaren Maschine mit der Ausgangsleistung der Maschine verträglich ist. wise - independent of the direction of rotation of the rotor is, although here the direction of the orbit is itself changes. In addition, the circulation or decreases, namely with corresponding changes in the speed of the rotor, so that a self-regulation takes place, which is compatible in the pail of a homopolar machine with the output power of the machine.
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen: . .The invention should be made with reference to the figures will be explained in the drawing. Show it: . .
Big.β 1 eine Schnittansicht eines Stromkollektors, wobei schematisch ein äußeres Speisesystem für ein flüssiges Metall dargestellt ist und ".,. ■".-..Big.β 1 a sectional view of a current collector, wherein an external feed system for a liquid metal is shown schematically and ".,. ■" .- ..
Figβ 2 ein Schnitt, genommen längs der Linien 2-2 : der Fig« 1.Figure 2 is a section taken along lines 2-2 : of Fig «1.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße "Vorrichtung weist einen Stator.oder ein stationäres &lied 10 und einen Rotor 12 auf, der an einer Welle 14 montiert ist oder der in anderer'Weise gelagert ist, und zwar derart, daß sich dieser Rotor 12 innerhalb des Stators 10 drehen kann. Eine äußere Umfangsoberflache 16 des Rotors 12 ist im Abstand'von einer komplementär geformten Oberfläche 18 des Stators 10The illustrated in Figs. 1 and 2 according to the invention "Device has a stator. Or a stationary & lied 10 and a rotor 12 attached to a shaft 14 is mounted or stored in a different way is, in such a way that this rotor 12 is within of the stator 10 can rotate. An outer peripheral surface 16 of the rotor 12 is at a distance from a complementarily shaped surface 18 of the stator 10
■■ ''-■'-% 009852/0540' angeordnete■■ '' - ■ '-% 009852/0540' arranged e
angeordnet, und dadurch wird ein ringförmiger Spalt 20 von annähernd gleichförmiger Breite zwischen dem Rotor 12 und dem Stator 10 ausgebildet«, Im Betrieb füllt ein leitfähiges flüssiges Metall den Spalt 20, um einen Stromleitweg zwischen der radial äußeren Oberfläche des Rotors 12 und den entsprechenden Oberflächen des Stators 10, die den Oberflächen des Rotors 12 gegenüberliegen, zu schaffen. Mit dem beschriebenen Aufbau kann Strom ganz allgemein zwischen rotierenden und stationären Körpern übertragen werden, und diese Anlage ist insbesondere geeignet, um große Grleichstrommengen zu übertragen, die im Rotor einer homopolaren Maschine vorhanden sindoarranged, and thereby an annular gap 20 of approximately uniform width between the Rotor 12 and the stator 10 formed «, In operation, a conductive liquid metal fills the gap 20, a current conduction path between the radially outer surface of the rotor 12 and the corresponding surfaces of the stator 10 facing the surfaces of the rotor 12. With the described Build up can be electricity quite generally between rotating and stationary bodies, and this system is particularly suitable for large To transmit green current quantities in the rotor of a homopolar machine are available o
Gemäß der Erfindung ist eine ringförmige Pumpnut 22 im Stator 10 im Stromübertragungabereich vorgesehen und diese Ringnut 22 ist an in Umfangsriclitung, im Abstand voneinander angeordneten Stellen durch Umwälzeinrichtungen 24 für das flüssige Metall unterbrochen. Die radial äußere Oberfläche 26 der Hut 22 weist einen radialen Abstand von der radial äußersten Oberfläche 28 des Rotors 12 auf, der größer ist als der Stromübertragungsspalt 2O9 Das radiale Spiel zwischen dem Rotor 12 und dem Stator 10 ist in der Hut 22 vorzugsweise zweimal so groß wie die Breite des Spaltes 20, um einen maximalen Pumpdruolc zu erzeugen.According to the invention, an annular pumping groove 22 is provided in the stator 10 in the power transmission area, and this annular groove 22 is interrupted by circulating devices 24 for the liquid metal at points arranged in a circumferential direction and spaced from one another. The radially outer surface 26 of the hat 22 has a radial distance from the radially outermost surface 28 of the rotor 12 which is greater than the current transmission gap 20 9. The radial clearance between the rotor 12 and the stator 10 is preferably twice that in the hat 22 as large as the width of the gap 20 in order to generate a maximum pump pressure.
009852/0540 D±e 009852/0540 D ± e
Die axiale Abmessung der Nut 22 kann vorteilhafterweise derart bestimmt sein, daß diese gleich der radialen Abmessung der Fut ist.The axial dimension of the groove 22 can advantageously be determined so that it is equal to the radial dimension of the Fut.
Die Umwälzeinrichtungen 24 für das flüssige' Ketal! Weisen zwei Düsen 3 0 und 32 auf,doLe" in^dlen 'Spalt ;2Ό hinein mündenβ Die Düsen 30 und 32 bilden Öffnungen in den Spalt hinein, die in. entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind, so daß in jedem-Paar eine : - Düse einen Abgabedruck entwickelt? während die andere einen Einlaßsog entwickelt, um den Druckunterschied zu erzeugen, der erforderlich ist» daß das flüssige Metall in einem äußeren Kreis umgewälzt werden kann» Die Düsen 30 und 32 sind Rücken gegen Rücken, angeordnet und sind so dicht als möglich voneinander entfernt angeordnet, und die Öffnungen der Düsen.sind vorzugsweise im wesentlichen tangential zur Rotoroberfläche 28 und in der Drehebene des Rotors 12 angeordnete Eine Herstellung der" Düs*en "wird dadurch -vereinfacht, daß ein Paar Düsen in einem integralen Block vorgesehen werden, wie es "dargestellt ist, und dieser Block wird am Stator 10 angeschweißt oder, in entsprechender Weise befestigt. Verbindungskanäle und 36sind im Stator 10 ausgebohrt oder in anderer Weiae ausgebildet und fluchten mit den radial äußeren Öffnungen der Düaen -50 und 32»The circulation devices 24 for the liquid 'Ketal! Have two nozzles 30 and 32, doLe " in ^ dlen 'gap; 2Ό open into β The nozzles 30 and 32 form openings into the gap which are oriented in opposite directions, so that in each pair one: - Nozzle develops a discharge pressure - while the other develops an inlet suction to create the pressure differential required "that the liquid metal can be circulated in an outer circle." as far as possible from one another, and the openings of the nozzles are preferably substantially tangential to the rotor surface 28 and in the plane of rotation of the rotor 12. Manufacture of the "nozzles" is simplified by providing a pair of nozzles in an integral block as it is "shown, and this block is welded to the stator 10 or fastened in a corresponding manner. Connecting channels 36 and 36 are bored out in the stator 10 or formed in a different way and are aligned with the radially outer openings of the nozzle -50 and 32 »
009852/0540 ^ ' . "'■■"■ 009852/0540 ^ ' . "'■■" ■
DasThat
Das äußere System für das flüssige Metall ist schematise]! dargestellt und weist einen Vorratsbehälter 40 auf, in dem eine Menge 42 des leitenden flüssigen Metalls gespeichert ist, und es ist ein Abdeckgas . 44 vorgesehen, dessen Druck etwas über dem Atmosphärendruck liegt ο Der Vorratsbehälter 40 ist vorteilhaft erv/e ise.runfeari.de r Bäuhöhe der Haschine ange-? ordnet, um einen Abzug des flüssigen Metalls aus dem Spalt zu erleichtern, falls dies erforderlich ist» Es wurde gefunden, daß in diesem Fall das Gas 44 unter einem Druck stehen muß? um einen Vorspanndruck zu erzeugen, der sich mit der Maschinendrehzahl ändert, um der auf das flüssige Metall einwirkenden Zentrifugalkraft entgegenzuwirken. Ein Gasdruck ?on 3 Pfund pro Quadratzoll Überdruck führt zu optimalen Ergebnissen bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 13 000 luß pro Minute, und das gleiche gilt für einen Gasdruck von 5 Pfund pro Quadratzoll tiberdruck bei 27 OOO'Biß pro Minute ο Eb sind Mittel zur Veränderung des Gasdruckes im Bettälter40 vorgesehen, und es ist eine Dr'uokgas quelle "58 vorgesehen, die mit der Oberseite "des Behälters 40 über ein Ventil 60 in Verbindung steht» Ein einstellbares Regelventil 62 zur Aufreunterhaltung'eines konstanten Druckes ist vorgesehen, um überschüssiges Gas 44 abzulassen» Dies ist The external system for the liquid metal is schematic]! and has a reservoir 40 in which a quantity 42 of the conductive liquid metal is stored and it is a cover gas. 44 is provided, the pressure of which is slightly above atmospheric pressure. Ο The storage container 40 is advantageously installed at the height of the machine. arranges in order to facilitate a withdrawal of the liquid metal from the gap, if this is necessary. It has been found that in this case the gas 44 must be under pressure ? to create a preload pressure that changes with engine speed to counter the centrifugal force acting on the liquid metal. A gas pressure of 3 pounds per square inch overpressure gives optimal results at a surface velocity of 13,000 liters per minute, and the same is true for a gas pressure of 5 pounds per square inch overpressure at 27,000 bites per minute ο Eb are means of changing the Gas pressure is provided in the bed container 40, and a Dr'uokgas source "58 is provided, which is connected to the top" of the container 40 via a valve 60 in connection. An adjustable control valve 62 for maintaining a constant pressure is provided to remove excess gas 44 to drain »This is
eine 009 8 5270 54 0 . · \ - a 009 8 5270 54 0. · \ -
eine vorteilhafte Anordnung, da im Betrieb Ab de olegas in das flüssige Metall eintritt und deshalb dem Vorratsbehälter 40 kontinuierlich zugeführt -wird· Der Auslaß des Ventils 62 steht vorteilhafterweise über eine Rückleitung mit der Haschine in Verbindung, um Gas su sparen. Wenn.die Maschine abgeschaltet wird, wird das flüssige Metall dadurch abgelassen, daß der Behälter 4-0 direkt zur Atmosphäre hin entlüftet wird οan advantageous arrangement, since in operation Ab de olegas enters the liquid metal and is therefore continuously fed to the storage container 40 The outlet of the valve 62 is advantageously connected to the machine via a return line in order to save gas. When the machine is switched off, the liquid metal is drained by opening the container 4-0 directly to the atmosphere is vented ο
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Metallbesohikkuiig 42 WaE sein und das Gas 44 kann Stielest off sein. Es können jedoch zahlreiche andere Kombinationen vorgesehen sein, die an sich bekannt sind«, Ein nicht dargestellter Wärmeaustauscher ist in den meisten fällen vorgesehen, um die Temperatur des flüssigen Metalls einzustellen«, Verbindungsleitungen, .wie die Leitungen 46 und 48 sind vorgesehen, um die Kanäle und 36 mit dem Vorratsbehälter 40 zu verbinden,, und zwar unterhalb der Oberfläche des flüssigen Metalls. Weitere Umlaufeinrichtungen 24 sind über Leitungen und 52 parallel geschaltete Eine Parallelschaltung ist wünschenswert, um eine maximale Strömungsrate zu erzielen* ..'..."In one embodiment, the metal cover may be used 42 WaE and the gas 44 can be Stielest off. However, numerous other combinations can be envisaged that are known per se «, one not The illustrated heat exchanger is in most of the cases provided to the temperature of the liquid Metal «, connecting lines, .like the Lines 46 and 48 are provided to the channels and 36 to connect to the storage container 40 ,, and although below the surface of the liquid metal. Further circulation devices 24 are via lines and 52 connected in parallel A parallel connection is desirable in order to maximize flow rate achieve * ..'... "
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Im Betrieb wird ein Umlauf von flüssigem Metall durch den Spalt 20 in dem Speisesystem ohne äußere Pumpen erzeugt» Wenn sich der Rotor 12 in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns dreht, wie es dargestellt ist, ist die Düse 30 für den Spalt 20 die Metallaustrittsdüse, und die Düse 32 ist die Eintrittsdüse in diesen Spalte Diese Beziehung ist für eine entgegengesetzte Drehung des Rotors 12 umgekehrt.In operation, liquid metal is circulated through the gap 20 in the feed system without external pumps generated »When the rotor 12 rotates in the clockwise direction, as shown, is the Nozzle 30 for gap 20 is the metal outlet nozzle, and nozzle 32 is the inlet nozzle in this column This relationship is reversed for opposite rotation of the rotor 12.
Es wurde gefunden, daß der optimale Umfangsabstand der Umwälzeinrichtxmgen 24 im Bereich zwischen 6 - 9 Zoll liegt. In den meisten fällen ist mehr als eine Umwälzeinrichtung pro Kollektor vorgesehen, und zwar in Abhängigkeit vom Innendurchmesser des Statorso Wenn der ümfangsabstand geringer ist als etwa 6 Zoll, kann ein direkter Austausch zwischen einander zugekehrten Düsen stattfinden, ohne daß eine ausreichende Mischung mit der Restmenge des flüssigen Metalls im Spalt 20 stattfindeto Falls der Abstand wesentlich 9 Zoll übersteigt, ist die Strömungsrate nicht ausreichend, um eine maximale Strommenge zu übertragen, für die der Kollektor ausgelegt sein kann.It has been found that the optimal circumferential spacing of the circulators 24 is in the range of 6-9 inches. In most cases more than one circulation device is provided per collector, depending on the inner diameter of the stator o If the circumferential distance is less than about 6 inches, a direct exchange between facing nozzles can take place without sufficient mixing with the remaining quantity of the liquid metal takes place in the gap 20. If the distance exceeds substantially 9 inches, the flow rate will not be sufficient to transfer the maximum amount of current that the collector can be designed for.
Bei einem speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Nut 22 einen rechteckigen Querschnitt auf und hat eine Tiefe von 1/8 Zoll undIn a particular preferred embodiment of the invention, the groove 22 is rectangular Cross-section and has a depth of 1/8 of an inch and
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eineone
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eine Breite von 1/8 Zoll* Die Düsenöffnungen sind ebenfalls quadratisch und haben eine Abmessung von 1/8 Zoll χ 1/8 Zoll. Die äußerste axial sich erstreikende Oberfläche des Hotors 12, die für S^romlcollelctorzwecke verwendet -wird, -weist eine axiale Abmessung von 1/2 Zoll auf> und der Spalt 20.weist eine Abmessung von 0,-050 Zoll auf .Die leitfällige jPlüssigkeit ist Hatrium-ICalium, wobei Stickstoff als Deckgas verwendet wird. Bei einem Gasdruckvon 3 Pfund pro Quadratzoll im Behälter 4Ö und einer EotoroberfläGhengeschwindigkeit von 13 000 Biß pro Minute beträgt die gemessene Strömung 3/4 Ballonen pro Minute pro Düseneinheit. Mit einem Gasdruck von 5 Pfund, pro Quadratζoll und einer Hotoroberfläohengeschwindigkeit von 27 000 Wuß pro Minute beträgt die Strömungsrate 1. Ι/β Gallonen pro Minute p-ro DÜsensatz. Bs wurde gefunden, daß die erwarteten Umlauf-Stromverluste nicht wesentlich sind, solang die axiale Länge des Stromsammeibereiches nicht mehr als i/2 Zoll beträgt, und. die Düsen- und Spaltabmessungen gleich 1/8 Zoll betragen oder geringer sind« Bei dieser Ausbildung betragen die duroh die Selbstpumpenwirkung ■ eingeführten Verluste etwa 100 Watt pro Zioli-Rotordurchmesser oder sind noch geringer»1/8 "wide * The nozzle orifices are also square, 1/8" χ 1/8 ". The outermost surface of the axially erstreikende Hotor s 12 for S ^ -is used romlcollelctorzwecke, -Assign an axial dimension of 1/2 inch to> and the gap 20.weist a dimension of 0, -050 inches to .The leitfällige j The liquid is sodium-I-potassium, with nitrogen being used as a cover gas. With a gas pressure of 3 pounds per square inch in container 40 and an eotor surface speed of 13,000 bites per minute, the measured flow is 3/4 balloons per minute per nozzle unit. With a gas pressure of 5 pounds per square inch and a surface speed of 27,000 cts per minute, the flow rate is 1 3/4 gallons per minute p-ro nozzle set. It has been found that the expected recirculation current losses are not significant as long as the axial length of the current collection area is no more than 1/2 inch, and. the nozzle and gap dimensions are equal to 1/8 inch or less «With this design the losses introduced by the self-pumping effect ■ are around 100 watts per Zioli rotor diameter or are even less»
- ■■-.". ■■■-.'■■■■- .Patentansprüche ; - ■■ -. ". ■■■ -. '■■■■ -. Patent claims ;
Claims (1)
kleiner sind als 1/8 Zoll«13o dynamo-electric machine according to claim 12, characterized in that these dimensions are equal to or
are smaller than 1/8 inch "
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |