DE1815904A1

DE1815904A1 - Synchrongenerator,insbesondere Turbogenerator,mit rotierender supraleitender Erregerwicklung

Info

Publication number: DE1815904A1
Application number: DE19681815904
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Massar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-12-20
Filing date: 1968-12-20
Publication date: 1970-07-16
Also published as: CH499912A; JPS4812682B1; US3517231A; GB1297795A

Description

Synchrongenerator, insbesondere Turbogenerator, mit rotierender supraleitender Erregerwicklung

Die Erfindung betrifft einen Synchrongenerator, insbesondere Turbogenerator, mit rotierender supraleitender Erregerwicklung.

Bei einem bekannten Turbogenerator mit rotierender supraleitender Erregerwicklung (österreichische Patentschrift 258 404) besteht die mehrlagig ausgebildete Wicklung aus supraleitendem Draht und ist in einem die Wicklung umschließenden Tragkörper angeordnet, der sich in einem heulen, fest im Läufer des Turbogenerators verkeilten Nutenstab befiel?, t. Zur Halterung der Wicklung sind Zuganker vorgesehen. Zur Kühlung der Wicklung wird der die Wicklung umschließende, gegen den Nutenstab wärmeisolierte Tragkörper gekühlt.

Bei Generatoren für sehr hohe Leistungen können bei einer solchen Bauart unter Umständen gewisse Schwierigkeiten auftreten, da während des Betriebs des Generators bei nichtstationären Vorgängen, beispielsweise bei Stoßkurzschlüssen oder starken Belastungs schwankungen, Wechselfelder und Wechselströme in der Erregerwicklung induziert werden, die au Wechselstromverlusten im Supraleitermaterial der Wicklung und damit zu einer Erwärmung der Wicklung führen können. Eine solche Erwärmung kann im ungüngstigsten Fall einen Übergang der Wicklung vom supraleitenden in dsn elektrisch normalleitenden Zustand zur Folge haben, wenn die entstehende Wärme nicht so schnell abgeführt wird, daß ein Übergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand vermieden wird. Da die supraleitende Wicklung bei dem bekannten Turbogenerator aus einem mehrlagigen Paket von Drahtwindungen besteht und außerdem der Tragkörper mitgekühlt werden muß_p steigt bei diesem Generator mit wachsender Maschinenleistung die erforderliche Külil-

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mittelaufwand sehr stark an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe ζu&runde, einen Synchrongenerator, insbesondere Turbogenerator, mit rotierender supraleitender Erregerwicklung so auszugestalten, daß die Wechselstromverluste in der Erregerwicklung weitestgehend verringert werden und die Zuverlässigkeit des Generators im Betrieb erhöht wird.

Der Synchrongenerator ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Erregerwicklung aus Hochfeldsupraleitermaterial und bei der Betriebstemperatur der Wicklung gut elektrisch leitendem, normalleitendem Metall aufgebaut sind, wobei das normalleitende Metall derart angeordnet ist, daß beim Betrieb des Generators in der Erregerwicklung auftretende Wechselströme nur im normalleitendfc.; Metall verlaufen, daß die Leiter mit einer zu ihnen parallelen KühlMtteiführungmetallisch verbunden sind und auf der dem Ballen zugewandte -■ leite eines den Ballen umschließenden Trägerzylinders aus nicn^i .,rne tischein Material befestigt sind, daß der Trägerzylinder und die Erregerwicklung gegen den Ballen und α ie übrige Umgebung durch Vak >ΐεräume thermisch isoliert sind und der Trägerzylinder durch innerhalb· der Vakuumräume verlaufende Halteteile aus schlecht wärmeleitend eis Material mit dem Ballen verbunden ist. Bevorzugt können die Leiter selbst als Kühlmittelführungen ausgestaltet sein.

Durch das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Merkmale wird eine hohe Betriebssicherheit das erfindungsgemäSen "Generators erreicht.. Da für die Leiter der Erregerwicklung Hochfeldsupraleitermaterial, beispielsweise Moto-Zirkon, Mob-Ti tan oder Kb,Sn, vorgesehen ist, haben die Leiter sehr r. ;he kritische Magnetfelder und kritische Ströme, d.h. sie gehen erst is sehr hohen Magnetfeldern bzw. bei Belastung mit sehr starkes Strömen vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand über. Da die beim üTormalbetrieb des Generators auftretenden Ströme und Felder weit unter diesen kritischen Werter?, liegen, kann der Generator starke Überlastungen aushalten, ohne daß die Wicklung vom supraleitenden in den normalleitenen Zustand übergeht. Seilte ein derartiger Übergang bei einer Betriebsstörung oder einem Bedienungsfehler dennoch erfolgen, so kann der die Erregerwicklung durchfließende Strom ganz oder teil-

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weise vom gut elektrisch, leitenden, normalleitenden Metall des Leiters, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, übernommen werden, ohne daß die Leitertemperatur auf unzulässige Werte ansteigt, die zu einer Zerstörung der Wicklung führen könnten. Das normalleitende Metall wirkt also als elektrische Stabilisierung. Der Querschnitt des normalleitenden Metalls des Leiters sollte dabei in der Regel groß gegenüber dem Querschnitt des Hochfeldsupraleitermaterials sein. Durch die spezielle Anordnung des normalleitenden Metalls ist dafür gesorgt, daß Wechselströme, die beispielsweise bei Stoßkurzschlüssen oder BeiastungsSchwankungen in der Erregerwicklung induziert werden und Frequenzen von 50 oder 100-Hz oder teilweise auch mehr aufweisen, nicht das Supraleitermaterial der Wicklung durchfließen, so daß praktisch keine Wechselstromver- λ luste im Supraleitermaterial auftreten. Durch die metallische, also wärmeleitende, Verbindung des Wicklungsleiters mit einer parallelgeführten Kühlmittelführung ist eine gute Kühlung der Wicklung und eine sofortige Abführung etwa im Leiter entstehender Verlustwärme gewährleistet. Wenn die Leiter selbst als Kühlmittelführungen ausgestaltet Kind, ist die Kühlung noch verbessert und es kann auch der anderenfalls für die Kühlmittelführungen benötigte Querschnitt zur elektrischen Stabilisierung ausgenützt werden. Durch die Anordnung der Wicklung auf der Innenseite e ies Trägerzylinders, der zusammen mit der Wicklung durch Vakuumräume gegenüber der Umgebung thermisch isoliert und durch schiecht wärmeleitende Kalteteile mit dem Ballen verbunden ist, wird einmal die Erregerwicklung von Fliehkräften völlig entlastet und zum | anderen die Übertragung der drehmomentbedingten Kräfte auf den Trägerzylinder ohne wesentliche Beeinträchtigung der Wärmeisolation der Wicklung gewährleistet. Da lediglich der Trägerzylinder und die Wicklung gekühlt werden müssen, sind die zu kühlenden Massen verhältnismäßig gering. Wegen der Befestigung des Trägerzylinders durch innerhalb der Vakuumräume verlaufende Halteteile aus schlecht wärmeleitendem Material wird außerdem die Wärmeeinleitung von dem auf Rauntemperatur befindlichen 3allen des Läufers zum Trägerzylinder und zur Wicklung sehr klein gehalten. Die durch die Ausgestaltung der Wicklung als Kühimittelführung erzielte gute Kühiwirkung wird dadurch noch unterstützt. Da der Trägerzylind.er aus niehtmagnetischem Material besteht, wird das von der Erregerwicklung erzeugte Magnetfeld durch den Iräger-

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zylinder praktisch nicht gestört.

Der Leiter der Erregerwicklung kann aus einem Rohr aus normalleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt bestehen, an dessen Innenseite ein aus normalleitendem Metall und darin eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial bestehendes Band befestigt ist. Wenn aus Gründen der elektrischen Stabilisierung ein besonders großer Querschnitt des normalleitenden Materials erwünscht ist, kann der Leiter auch vorteilhaft aus zwei Rohren aus normalleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt bestehen, zwischen welche ein aus normalleitendem Metall und darin eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial bestehendes Band gelegt ist. Durch die Verwendung der zwei normalleitenden Rohre, die vom Kühlmittel durchströmt werden können, kann hierbei eine besonders intensive Kühlung erreicht werden. Die Bänder mit dem eingelagerten Hochfeldsupraleitermaterial können jeweils vorgefertigt werden.

Bei einer anderen Au-führungsform des Synchrongenerators kann der Leiter der Erregerwicklung auch aus einem Rohr aus normälleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt bestehen, in welches an der Innenseite des Rohres Hochfeldaupraleitermaterial eingelagert

Der Leiter der Erregerwicklung kann auch aus einer doppel-T-förmigen Anordnung aus einem radial zum Ballen gerichteten Band aus normalleitendem Metall und eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial und zwei tangential zum Ballen gerichteten Bändern aus normalleitendem Metall bestehen, die von einer kühlmitteldichten, isolierenden Umhüllung derart umschlossen ist, daß entlang der Bänder zwei Kühlmittelkanäle entstehen. Ein derart aufgebauter Leiter kann besonders einfach aus vorgefertigten Elementen hergestellt werden.

Das in das normalleitende Metall eingelagerte Hochfeldsupraleitermaterial kann vorzugsweise aus parallel zueinander verlaufenden supraleitenden Drähten bestehen. Bei dieser Anordnung kann ein supraleitender Draht bei Überlastung durch die anderen, parallel verlaufenden supraleitenden Drähte entlastet werden. Als normalleitende Metalle kommen insbesondere Kupfer und Alumi-

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nium in Frage. Vorzugsweise sollen Metalle möglichst hoher Reinheit, insbesondere einer Reinheit von 99»999 Gew.-^ und mehr verwendet werden, um bei den tiefen Betriebstemperaturen von in der Regel etwa 4 bis 5 K möglichst hohe elektrische Leitwerte zu erreichen, so daß die Wechselstromverluste im normalleitenden Material verringert werden.

Um auch starke, beim Betrieb des Generators in der Erregerwicklung auftretende Wechselstromkomponenten sicher vom Hochfeldsupraleitermaterial der Erregerwicklung fernzuhalten, sollte der Abstand des Hochfeldsupraleitermaterials von der dem Trägerzylinder zugewandten und von der gegenüberliegenden, vom Trägerzylinder abgewandten äußeren Oberfläche des Leiters der Erregerwicklung vor- ™ zugsweit-ΰ größer als die fünffache Eindringtiefe der Wechselstromkomponenten in den Leiter sein.

Der die Erregerwicklung tragende Trägerzylinder aus nichtmagnetischem Material, der den beim Betrieb des Generators auftretenden Fliehkräften gewachser, sein muß, kann vorteilhaft aus unmagnetischem Stahl bestehen. Er .ruß in diesem Fall gegen die Erregerwicklung isoliert sein. Weitere Vorteile können beim erfindungsgemäßen Generator dadurch erreicht werden, daß als Material für den Trägerzylinder ein faserverstärkter Kunststoff, beispielsweise Epoxydharz mit Glasfaser- oder Glasgawebeeinlagen, verwendet wird. In einem solchen Trägerzylinder können nämlich keinerlei durch | Wechselstromkomponenten verursachte Wirbelstromverluste auftreten.

Um die Wechselstromkomponenten möglichst auch vom normalleitenden Metall der Erregerwicklung fernzuhalten und die Wechselstromverluste dadurch weiter zu verringern₉ kann der Trägerzylinder vorteilhaft von einem am Ballen befestigten Dämpferzylinder aus unmagnetischem , normalleitendem Metall, beispielsweise nichtmagnetischem Stahl, umgeben sein.

Die Festlegung des Trägerzylinders in axialer Richtung am Ballen des Generatorläufers kann vorteilhaft durch je einen an den beiden Stirnseiten des Trägerzylinders vorgesehenen mechanisch festen, schlecht wärmeleitenen Körper in Form eines Zylinder- oder Kegelstumpf mantels erfolgen, der mit einem Ende am Ballen und mit dem

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anderen Ende am Trägerzylinder befestigt ist. Die Körper können vorteilhaft aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Ihre Länge zwischen den Befestigungsstellen kann vorteilhaft etwa 1/3 der Ballenlänge des Läufers oder mehr betragen. Aufgrund des langen Weges zwischen der Befestigungsstelle der Körper am Ballen und am Trägerzylinder kann dann der Wärmeeinfall von dem auf Rauni'emperatur befindlichen Ballen zum gekühlten Trägerzylinder sehr klein gehalten werden. Eine weitere Verlängerung des Wärmeweges und Ver-.ringerung des wärmeleitenden Querschnitts der Körper kann durch Aussparungen im Material der Körper erzielt werden.

Zur Übertragung der drehmomentbedingten Kräfte vom Ballen auf den Trägerzylinder durch die Vakuumwär-Tieisolation hindurch können vorteilhaft Haltestreifen aus mechanisch festem, schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen sein» die mit einem Ende am Ballen, mit dem anderer Ende am ■Irägerzyli.näer befestigt sind. Die Haltestreifen können &,. mehreren Stellen entlang des Umfangs und entlang der Achse des I^.lens vorgesehen'sein. Der Ballen wird an diesen Stellen vorteil: «ft an seiner Oberfläche dachförmig abgeflacht und die Haltestreixen so angeordnet, daß sie im wesentlichen parallel zu der abgeflachten Ballenoberfläche, d.h. im wesentlichen tangential sum Ballenuaifang verlaufen. Dadurch .können die Haltestreifen verhältnismäßig lang ausgebildet werden, so daß die vom Ballen durch die Haltestreifen zum Trägerzylinder einströmende Wärme einen langen Weg zurückzulegen hat. Die Haltestreifen können vorteilhaft aus insbesondere faserverstärktem Kunststoff bestehen.

Um Deformationen durch die beim Betrieb des Generators auftretenden Fliehkräfte zu vermeiden, können die Haltestreifen durch schlecht wärmeleitende Fäden, beispielsweise durch Nylonfäden, mit dem Sallen verspannt sein oder ein Rippenprofil, beispielsweise ein T-Profil, aufweisen* so daß sie den Fliehkräften ohne störende Deformation, standhalten.

Zur Abstützung des Trägerzylinders- in radialer Richtung können . ferner schlecht wärmeleitende Stützelemente, beispielsweise faserverstärkte Kunststoffzylinder, vorgesehen sein, die in radialen Bohrungen des Ballens angeordnet und an einem Ende am Träger-

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zylinder, am anderen Ende auf dem Grund der Bohrung befestigt sind. Durch in dieser Weiße ausgebildete Stützelemente wird wiederum ein langer Wärmeweg zwischen Ballen und Trägerzylinder erzielt.

Um die Wärmeeinstrahlung in den den Trägerzylinder umgebenaen Vakuumraum geringzuhalten, werden die den Vakuumraum umgebenden Teile an ihrer Oberfläche vorzugsweise wenigstens teilweise verspiegelt bzw. hochglanzpoliert.

Des zur Kühlung der supraleitenden Erregerwicklung erforderliche Kühlmittel, insbesondere überkritisches gasförmiges Helium, oder auch flüssiges Helium, kann der Erregerwicklung vorteilhaft durch Λ eine rohrförmige Kühlmitteileitung zugeführt werden, die sich von einem Ende der Läuferwelle in Richtung der Läuferachse und diese koaxial umgebeni ins Innere des Ballens erstreckt und in Höhe der Erregerwicklung aus dem Ballen ,herausgeführt und mit den Leitern der Erregerwicklung -erblinden ist. Zur Wegführung des Kühlmittels aus der Erregerwicklung iird dabei vorteilhaft eine weitere, mit den Leitern der Wicklung verbundene Kühlmittelleitung vorgesehen, die sich von der Wicklung Zu.r Läuferachse und von dort zum Ende der Läuferwelle erstreckt. Entlang der Läuferachse kann dies Kühlmittelleitung vorteilhaft die .".xr Kühlmittelzufuhr dienende Kühlmittelleitung koaxial umgeben. Die Kühlinittelleitungen werden vorteilhaft gegen ihre Umgebung durch Vakuummäntel thermisch isoliert. Gegebenenfalls können die Kühlmittelleitungen auch noch i gegeneinander durch Vakuum thermisch isoliert sein. Um zu vermeiden, daß während des Betriebe des Generators die Kühlung durch die auftretenden Fliehkräfte gestört wird, wird das Kühlmittel vorteilhaft durch die Wicklung gepumpt. Die entsprechenden Pumpen und Kühlmittelrückgewinnungsanlagen werden zweckmäßig räumlich feststehend außerhalb des Generators angeordnet. Zur Verbindung der rotierenden kühlmiitelzuführungen in der Läuferwelle mit den räumlich feststehenden Teilen der KühlmittelVersorgungsanlage können oeispielsweise am Ende der Läuferwelle Labyrinthdichtungen vorgesehen sein.

Der Generator kann vorteilhaft über rotierende Gleichrichter erregt werden. Dieses Erregungsprinzip ist in einem Aufsatz von

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Heinrichs und Abolins in der "Elektrotechnischen Zeitschrift", Ausgabe A, 87 (1966), Seiten 1 bis 8 beschrieben.

Um eine hohe Betriebssicherheit des Generators bei möglichst sparsamem Kühlmittelverbrauch zu erzielen, sollte die Einspeisung des Erregeretromes in die Erregerwicklung so erfolgen, daß die Wärmeeinleitung zur supraleitenden Wicklung und die ohmschen Verluste in den Zuleitungen möglichst klein gehalten werden. Zu diesem Zwecke kann die Stromeinspeisung vorteilhaft über zwei an einem Ende des Läufers angeordnete, die Läuferwelle umgebende, kühlbare und gegenüber der Umgebung thermisch isolierte, elektrisch normalleitende Ringe erfolgen, die an einer Stelle ihres Umfanges mit Je einer elektrisch normalleitenden Stromzuführung verbunden sind. An der gegenüberliegenden Stelle ihres Umfanges sind die Ringe mit je einem aus Hoohfeldsupraleitermaterial und elektrisch norinalleitendem Metall zusammengesetzten Leiter verbunden, während diese Leiter durch je eine durch einen Vakuummantel thermisch isolierte Bohrung der Läuferwelle ins Innere der koaxial zur Läuferachse angeordneten Kühlmittelleitungen geführt und im Inneren der Kühlmittelleitungen an die Leiter der Erregerwicklung herangeführt sind.

Zur Kühlung der elektrisch normalleitenden Ringe und der eich von diesen Ringen bis ins Innere der Kühlmittelleitungen erstreckenden Teile der aus Hochfeldsupraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Leiter kann vorteilhaft das aus der Erregerwicklung abgeführte Kühlmittel verwendet werden. Durch die den Läufer umgebenden Ringe wird ein verhältnismäßig großer gekühlter Weg zwischen den beispielsweise von den rotierenden Gleichrichtern kommenden elektrisch normalleitenden Stromzuführungen und den ins Innere des Läufers führenden, aus Hochfeldsupraleitermaterial und elektrisch normalleitenen Metall zusammengesetzten Leitern erzielt. Der Wärmeeinfall von den Stromzuführungen zu diesen Leitern kann dadurch verhältnismäßig klein gehalten werden.

Anhand von Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

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■Fig, 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Läufers und dea Ständers eines Turbogenerators gemäß der Erfindung.

Fig. 2a und 2b zeigen schematisch den Stromverlauf und die magnetischen Streufeldlinien beim Auftreten von WechselstroiL-komponenten in der Erregerwicklung eines Turbogenerators gemäß der Erfindung.

Figuren 3 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die Leiter der Erregerwicklung bei einem Turbogenerator gemäß der Erfindung.

Figur 7 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform des Läufers für einen Turbogenerator gemäß der Erfindung. μ

Figur 8 zeigt einen Turbogeneratorläufer im Querschnitt. Figur 9 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 8 mit einer Ausführungsform eines Haltestreifens.

Figur 10a und TOb zeigen eine andere Ausführungsform eines Haltestreifens.

Figur 11 zeigt eine Kühlmittel- und Stromzuführung für einen Turbogenerator gemäß der Erfindung im Längsschnitt. Figur 12 zeigt einen Querschnitt durch die Kühlmittel- und Stromzuführung gemäß Figur 11.

In Figur 1 ist im Längsschnitt ein Teil eines Turbogenerators dargestellt, der einen schematisch angedeuteten Ständer 1 mit beispielsweise wassergekühlter, elektrisch normalleitender Ständerwicklung und einen Läufer 2 besitzt. Die schematisch dargestellte, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Material zusammengesetzte Erregerwicklung, deren Stirnteile mit 3 und deren parallel zur Läuferachse verlaufende Längsteile mit 4 bezeichnet sind, ist auf der dem Ballen 5 des Läufers zugewandten Seite eines aus glasfaserverstärktem· Kunststoff bestehenden Trägerzylinders 6 befestigt, durch den sie beim Rotieren des Läufers von den auftretenden Fliehkräften entlastet wird. Zur Fesbiegung des Trägerzylinders 6 in axialer Richtung ist ein den Läuferumfang umschließender Körper 7 in Form eines Kegels-tumpfmantels vorgesehen, der ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Der Körper 7 ist an einem Ende mit Hilfe eines Ringes 8 am Ballen

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5 befestigt. Das' andere Ende des Körpers 7 ist an einem am Trägerzylinder 6 angebrachten Ring 9 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise durch Schrauben oder Nieten erfolgen. Auch am anderen, in Fig. 1 nicht dargestellten Ende des Läufers ist ein solcher kegelstumpfförmiger Körper 7 vorgesehen. Der Trägerzylinder 6 wird von einem Dämpferzylinder 10 aus nichtmagnetischem Stahl umschlossen, der mit Hilfe der ringförmigen Stahlteile 11 und 12 am Ballen 5 befestigt ist. Der Bämpl'erzylinder 10 und die ringförmigen Teile 11 und 12 sind durch Schrauben 13 miteinander und mit dem Ballen 5 verbunden. Da der Dämpferzylinder 10, die ringförmigen Teile 11 und 12 und der Ballen 5 gleichzeitig die Außenwand des Vakuumraumes 14 bilden, der zur thermischen Isolation des Trägerzylinders 6 und der Wicklung 3, 4 dient, sind an den Verbindungsstellen dieser Teile beispielsweise aus einem geeigneten Metall bestehende Dichtungsringe 15 vorgesehen. Das

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Vakuum kann beispielsweise 10 Torr betragen. Die Leiter der Wicklung enthalten einen Hohlraum 16, durch welchen beim Betrieb des Generators das Kühlmittel gepumpt wird. Durch das Kühlmittel wird dann die Wicklung 3, 4 und der Trägerzylinder 6 auf tiefe Temperatur abgekühlt, während der Ballen 5, der Dämpferzylinder 10 und die ringförmigen. Teile 11 und 12 nicht gekühlt werden müssen, sondern sich auf Raumtemperatur Definden. Um die Wärmeeinstrahlung in den Vakuumraum 14 möglichst gering zu halten, können die dem Vakuumraum zugewandten Oberflächen des Ballen 5, dee Dämpferzylinders 10 und der ringförmigen Teile 11 und 12 hochglanzpoliert oder mit einer metallischen Spiegelschicht versehen sein. Die einzelnen Windungen der Erregerwicklung sind entweder durch in Fig. 1 nicht dargestellte isolierende Schichten getrennt oder in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß die freien Räume zwischen den Windungen als Isolation wirken. Um Verschiebungen der Windungen auf dem Trägerzylinder 6 infolge des beim Betrieb des Generators auftretenden Drehmoments zu vermeiden, können im Träger zylinder vorteilhaft dem Wicklungsverlauf entsprechende Rillen 17 vorgesehen sein, in welchen die Windungen der Erregerwicklung angeordnet sind. Die Windungen können beispielsweise durch Verschrauben am Trägerzylinder befestigt sein.

Figur 2a zeigt einen Teil des Trägerzylinders 6 mit der Erregerwicklung 4 im Querschnitt, Wenn in der Wicklung 4 ein Wechselstrom

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induziert wird, so tritt ein mit diesem Wechselstrom verketteter magnetischer Fluß 0 auf. Aus Fig. 2b, die einen Ausschnitt aus der in Fig. 2a dargestellten Wicklung 4 zeigt, ist die Verteilung der Wechselstromkomponenten in der Wicklung genauer zu erkennen. In die Querschnitte der beiden Leiter 20 und 21 sind die Wechselstrommomentanwerte in Form von Kreuzen 22 eingetragen. Jedes Kreuz stellt dabei einen gleichgroßen Anteil am Wechselstrom dar. Ferner sind einige, mit dem Wechselstrom verkettete magnetische Kraftlinien 23 eingezeichnet. Der die Wicklung durchfließende Gleichstrom und die mit diesem verketteten magnetischen Kraftlinien sind nicht dargestellt. Man sieht aus Fig. 2b, daß vorwiegend eine zweiseitige Stromverdrängung der Wechselstromkomponenten eintritt und zwar nach der dem Trägerzylinder 6 zugewandten äußeren Oberfläche 24 und nach der vom Trägerzylinder ab- a gewandten äußeren Oberfläche 25 der Leiter hin. Die Wechselstromkomponenten verlaufen daher im wesentlichen an der Oberfläche der Leiter. Bei den für die Kühlung der Wicklung angewandten tiefen Temperaturen von etwa 4 bis 5°K beträgt die Sindringtiefe der Wechselstromkomponenten in die Leiter etwa 0,5 mm. Unter Eindringtiefe ist dabei der Abstand von der Leiteroberfläche zu verstehen, in welchem der Wechselstrom auf 1/e des Wechselstromwertes an der überfläche abgefallen ist. Um die Wechselstromkomponenten von den Supraleitern des Leiters sicher fernzuhalten, sollte der Abstand der Supraleiter von den Oberflächen 24 und 25 größer als die fünffache Eindringtiefe sein. Die Supraleiter sollten daher- mehr als 2,5 aim von den Oberflächen 24 und 25 entfernt sein. Aus Sicheiheitsgründen kann es günstig sein, den Abstand der Supraleiter ä von den Oberflächen 24 und 25 noch größer, vorzugsweise größer als die zehnfache Eindringtiefe, also größer als etwa 5 mm, zu wählen.

Ih Fig. 2a ist ferner eine Möglichkeit zur Befestigung der Windungen 4 auf dem Trägerzylinder 6 dargestellt. Die Windungen werden durch eine Platte 26 aus mechanisch hochfestem Isolationsmaterial, die mittels Schrauben 27 mit dem Iragerzylinder 6 verschraubt ist, in die Rillen 17 des Trägerzylinders gepreßt. Zwischen den Schrauben 27 und den Windungen 4 kann weiteres, in Fig. 2a aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestelltes Isolationsmaterial vorgesehen sein.

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Verschiedene Ausführungsformen für den Leiter der Erregerwicklung des Turbogenerators sind in den Figuren 3 bis 6 im Querschnitt dargestellt. Der Leiter nach Fig. 3 besteht aus einem Rohr 31 aus normalleitendem Metall mit, rechteckigem Querschnitt, an dessen Innenseite ein aus normalleitendem Metall 32 und darin eingelagerten, parallel zueinander verlaufenden Drähten 33 aus Hochfeldsupraleitermaterial bestehendes Band 34 befestigt ist. Als normalleitendes Metall kommt insbesondere hochreines Kupfer in Frage. Die supraleitenden Drähte können beispielsweise aus Niob-Zirkon oder Niob-Titan bestehen. Das Band 34 kann mit dem Rohr 31 beispielsweise verschweißt oder verlötet sein. Wichtig ist, daß zwischen dem Band 34 und dem Rohr 31 ein guter elektrischer Kontakt besteht. Das Rohr 31 kann aus 2 Teilen bestehen, die beispielsweise an den Stellen 35 miteinander verschweißt oder verlötet sind. Beim Auftreten von Wechselstromkomponenten im Falle von starken Laststößen oder Kurzschluß fließen diese praktisch vollständig in den Zonen 36 und 37 an den dem Trägerzylinder zugewandten bzw. abgewandten äußeren Oberflächen des Rohres 31. Der Gleichstrom fließt dagegen in den supraleitenden Drähten 33. Infolge der relativ großen Oberfläche des Rohres 31» insbesondere der Breite der Zonen 36 und 37, steht dem Wechselstrom ein großer Querschnitt zur Verfügung, so daß die Wechselstromverluste verhältnismäßig niedrig bleiben. Die entstehende Verlustwärme kann außerdem durch die gut wärmeleitenden Wände des Rohres 31 leicht en das im inneren Hohlraum 38 des Leiters strömende Kühlmittel abgeführt werden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Leiter sind zwei Rohre 41 und aus normalleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt als Kühlmittelführungen vorgesehen. Zwischen diese Rohre ist ein aus normalleitendem Metall 43 und Drähten 44. aus Hochfeldsupraleitermaterial zusammengesetztes Band 45 gelegt. Das Band 45 ist mit den Rohren 41 und 42 wiederum beispielsweise durch Schweißung oder Lötung elektrisch gut leitend verbunden.

Der in Fig. 5 dargestellte Leiter besteht aus einem Rohr 51 aus normalleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt, an dessen Innenseite Drähte 52 aus Hochfeldsupraleitermaterial eingelagert sind. Ein solcher Leiter kann beispielsweise durch Strangpressen

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oder Kaltziehen bzw. -walzen hergestellt werden. Neben Kupfer ist als normalleitendes Material beispielsweise auch Aluminium geeignet. Die supraleitenden Drähte 52 sind von der dem Trägerzylinder zugewandten äußeren Oberfläche 53 und der vom Trägerzylinder abgewandten äußeren Oberfläche 54 des Rohres 51 uti mehr als die fünffache Eindringtiefe des Wechselstromes in das Rohr 51 entfernt.

Der in Pig. 6 dargestellte Leiter besteht aus einer doppel- T-förmigen Anordnung aus einem radial zum Ballen des Turbogenerators gerichteten Band 61 aus normalleitendem Metall, in welches Drähte 62 aus Hochfeldsupraleitermaterial eingelagert sind, und zwei tangential zum Ballen gerichteten Bändern 63 und 64 aus λ normalleitendem Metall. Bei diesem Leiter übernehmen die Bänder 63 und 64 die Führung der Wechselstromkomponenten. Die Anordnung ist von einer kühlmitteldiehten, isolierenden Umhüllung 65 umschlossen. Die Hohlräume 66 und 67 zwischen der doppel- T-förmigen Anordnung und der Umhüllung 65 dienen als Kühlmittelführungen. Die isolierende Umhüllung 65 kann beispielsweise ein Kunststoffrohr sein, das in einem Strangpreßverfahren um die Bänder 61, 63 und 64 herumgepreßt wird. Bei einem derart ausgebildeten Leiter ist eine zusätzliche Isolation nicht mehr erforderlich.

Fig. 7 zeigt im Längsschnitt einen Teil einer anderen Ausführungsform eines Turbogeneratorläufers. Die aus Supraleitermate-' rial und elektrisch normalleitendem Material zusammengesetzte ä Erregerwicklung, deren Stirnteile mit 71 und deren parallel zur Lauferachse verlaufenden Längsteile mit 72 bezeichnet sind, ist auf der dem Ballen 73 des Läufers zugewandten Seite eines aus nichtmagnetischem Stahl bestehenden Trägerzylinders 74 befestigt. Durch eine isolierende Schicht 75, beispielsweise eine Kunststoffschicht, ist die Wicklung 71, 72 gegen den Trägerzylinder 74 isoliert. Zur Festlegung des Trägerzylinders 74 in axialer Richtung -ist ein den Läuferumfang umschließender Körper 76 in Form eines Zylindermantels vorgesehen, der beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Zur Verminderung des für die Wärmeleitung zur Verfügung stehenden Querschnittes ist der Körper 76 mit Aussparungen 77 versehen. Der Körper 76 ist an einem Ende am Ballen 73 und am anderen Ende an einem Ring 78

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befestigt, der am Trägerzylinder 74 angebracht ist. Ein Dämpferzylinder 79 aus nichtmagnetischem Stahl, umschließt den Trägerzylinder 74. Der Dämpferzylinder 79 ist mit Hilfe des ringförmigen Stahlteiles 80 ebenfalls am Ballen 73 befestigt. Die Verbindungsstellen zwischen dem Dämpferzylinder 79» dem ringförmigen Stahl teil 80 und dem Ballen 73 sind durch. Dichtungsringe dl abgedichtet. Der von dem Dämpferzylinder 79» dem ringförmigen Tei^ und dem Ballen 73 umschlossene Raum 82, in welchem sich der Trägerzylinder 74 mit der Wicklung 71, 72 befindet, ist beim Betrieb des Generators evakuiert.

Vorteilhafte Mittel zur Übertragung der drehmomentbedingten Kräfte vom Ballen auf den Trägerzylinder und zur radialen Abstützung des Trägerzylinders sind aus Pig. 8 zu ersehen, die einen Querschnitt durch den Läufer einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turbogenerators an irei verschiedenen Stellen entlang der Läuferachse zeigt. Zur Übertragung der drehmo^nentbedingten Kräfte vom Ballen 91 auf den die Wick", mg 92 tragenden Trägerzylinder 93 dienen Haltestreifen 94- aus mechanisch festem, schlecht wärmeleitendem Material, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff. Die Haltestreifen 94 sind an mehreren Stellen entlang der Läuferachse und vorzugsweise an vier, voneinander gleichweit entfernten

des Umfanges

Stellen/des Ballens 91 vorgesehen, so daß der Trägerzylinder jeweils durch eine Vierpunkt-Aufhängung gesichert ist. An den Stellen, an denen sich die Haltestreifen 94 befinden, ist der Ballen an der Oberfläche dachförmig abgeflacht. Die Haltestreifen 94 sind an einem Ende am - Ballen 91 und am anderen Ende am Trägerzylinder 93 befestigt und so angeordnet, daß sie im wesentlichen parallel zu der abgeflachten Ballenoberfläche, d.h. im wesentlichen tangential zum Ballenumfang verlaufen. Die Befestigung der Haltestreifen 94 am Trägerzylinder 93 kann beispielsweise durch mittels Schrauben 95 gehaltene Klemmbacken 96 erfolgen. Die Ausdehnung der Haltestreifen in Richtung parallel zur Läuferachse kann größer sein als die Entfernung zwischen den Befestigüngspunkten der Haltestreifen am Trägerzylinder 93 und am Ballen 91· Die Haltestreifen haben dann eine dachförmige Gestalt.

Zur Abstützung des Trägerzylinders 93 in radialer Richtung dienen schlecht wärmeleitende, faserverstärkte Kunststoffzylinder 97 und

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98, die in radialen Bohrungen 99 und 100 des Ballens angeordnet sind, und an einem Ende beispielsweise mit Schrauben 101 am Trägerzylinder befestigt sind, während sie am anderen Ende am Grund der Bohrungen 99 und 100 befestigt sind. Auch die Kunststoffzylinder 97 und 98 sind an verschiedenen Stellen entlang der Läuferachse und an verschiedenen„ vorzugsweise vier gleichweit voneinander entfernten Stellen entlang des Ballenumfanges vorgesehen. Entlang der Läuferachse können sie sich an Stellen befinden, an denen auch Haltestreifen 94 vorgesehen sind (Zylinder 98) oder sie können sich an Stellen befinden, an denen keine Haltestreifen vorgesehen sind (Zylinder 97). Die Bohrungen 99 und 100 stehen mit dem den Trägerzylinder 93 und die Wicklung 92 umgebenden Vakuumraum in Verbindung und sind ebenfalls evakuiert. μ Zur Verminderung der Wäraeeinstrahlung werden die Innenwände der Bohrungen y9 und 100 und möglichst auch die überflächen der Zylinder 97 und 98 vorzugsweise verspiegelt oder hochglanzpoliert.

Eine vorteilhafte Köglichkeit zur Befestigung der Haltestreifen 94 am Ballen 91 ist in Fig. 9 dargestellt, die einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 8 zeigt. Auf der dachförmig abgeflachten Seite 110 des Ballens 91 ist eine Stahlschiene 111 aufgeschraubt. Das eine Ende des Haltestreifens 94 ist mit Hilfe- des Halteelementes 112 und der Schrauben 113 an dieser Schiene 111 befestigt. Um Deformationen des Haltestreifens 94 durch die beim Betrieb des Generators auftretenden Fliehkräfte zu vermeiden, ist der Haltestreifen durch schlecht wärmeleitende Nylonfäden 115, die | abwechselnd durch Löcher 114 im Haltestreifen 94 und in der Schiene 111 hinaurchgeführt sind, mit der Schiene 111 und dadurch mit dem Bailer! 91 verspannt.

Fig. TOa zeigt ähnlich wie Fig. 9 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt durch den Läufer einer Aueführungsform des erfindungsgemäßen Turbogeneratora. An einer dachförmig abgeflachten Stelle des Ballens 91 ist ein mit Längsrippen 116 versehener Halteatreifen 117, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff, vorgesehen. Das eine Ende des Haltestreifens I17 ist mit Hilfe der Halteelemente 118 und 119 und der Schrauben 140 am Ballen 91 befestigt. Die Befestigung des anderen Endes des Haitestreifens 117 an dem die Erregerwicklung tragenden Trägerzylinder kann in

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der in Fig.8 gezeigten Weiae erfolgen. Um die Rippen 116 kräftig ausbilden zu können, aind in der abgeflachten Oberfläche des Ballens 91 Rillen 141 vorgesehen, in welche die Rippen 116 hineinragen. Aus Fig. 10b, die einen Schnitt durch Pig. 10a entlang der Geraden AB darstellt, ist zu ersehen, daß der Haltestrrifen 117 mehrere, parallel zueinander verlaufende Rippen 116 besitzen kann.

In den Figuren 11 und 12 ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer Kühlmittel- und Stromzuführung für einen Turbogenerator gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 11 zeigt dabei schematisch die Zuführung und einen Teil des Generatorläufers im Längsschnitt, Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Geraden CD in Fig. 11. Der Läufer entspricht dabei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform. Die einzelnen Teile des Läufers sind daher mit den gleichen Eezugsziffern versehen, die bei Fig. 7 verwendet sind. Das zur Kühlung der supraleitenden Erregerwicklung 71 erforderliche Kühlmittel wird der Wicklung durch eine rohrförmige Kühlmittelleitung 120 zugeführt, die die Läuferachse koaxial umgibt. Die Kühlmittelleitung 120 erstreckt sich von einem Ende der Läuferwelle 121 ins Innere des Ballens 73 und ist in Höhe der Erregerwicklung aus dem Ballen herausgeführt und mit einem Leiter der Erregerwicklung verbunden. Zur Wegführung des Kühlmittels aus der Erregerwicklung 71' dient eine zweite Kühlmittelleitung 122, die "ebenfalls mit den Leitern der Wicklung verbunden ist und von der Erregerwicklung 71 zur Läuferachse und von dort, die Kühlmittelleitung 120 koaxial umgebend, zum ü-nde der Läuferwelle 121 verläuft. Die Kühlmittelleitungen 120 und 122 sind gegeneinander, gegen die Läuferwelle 121 und gegen den Ballen 73 durch Vakuummäntel 123 thermisch isoliert.

Die Stromeinspeisung zur Erregerwicklung erfolgt über zwei, die. Läuferwelle 121 umgebende, elektrisch normalleitende, beispielsweise aus Kupfer bestehende Ringe 124 und 125, die mit der Läuferwelle rotieren. Die Ringe sind an einer Stelle ihres Umfanges mit elektrisch normalleitenden Stromzuführungen 126 bzw. 127 verbunden, die entlang der Läuferwelle 121 und gegenüber dieser isoliert zu den beispielsweise zur Erregung vorgesehenen, in Fig. 11 nicht dargestellten rotierenden Gleichrichtern verlaufen.

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An derjenigen Stelle ihres Umfanges, die den Verbindungsstellen mit den Stromzuführungen 126 bzw. 127 gegenüber liegt, sind die Ringe 124 und 125 mit je einem aus Hochfeldsupraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Leiter 128 bzw. 129 verbunden. Die Leiter 128 und 129 sind durch Bohrungen 130 und 131 der Läuferwelle ins Innere der Kühlmittelleitungen 120 bzw. 122 geführt und werden innerhalb dieser Kühlmittelleitungen an die Leiter der Erregerwicklung 7t herangeführt. Die normalleitenden Ringe 124 und 125 sowie die Bohrungen 130 und 131 sind durch Vakuummäntel 132 gegen-die Läuferwelle und die sonstige Umgebung thermisch isoliert. Die Ringe 124 und 125 können durch isolierende, schlecht wärmeleitende Halteteile, beispielsweise ITylonfäderi» innerhalb des Vakuummantels 132 befestigt sein.

Das Kühlmittel wird am Ende der Läuferwelle 121 in die Kühlmittelleitung 120 eingespeist und strömt durch diese, gleichzeitig die Stromzuführung 128 kühlend, in die Erregerwicklung 71 ein. Nachdem es die Erregerwicklung durchlaufen hat, wird das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung 122 aus der Erregerwicklung herausgeführt, wobei es den in der Kühlmittelleitung 122 verlaufenden Teil der Stromzuführung 129 kühlt. Ein Teil des Kühlmittels strömt dann weiter durch die Kühlmittelleitung 122 zum Ende der Läuferwelle 121, wo es aus dem Läufer abgezogen wird. Ein anderer Teil des aus der Wicklung abströmenden Kühlmittels strömt durch die Bohrungen 130 und 131 in der Läuferwelle entlang der in diesen Bohrungen verlaufenden Teile der Stromzuführungen 128 und 129 zu den normalleitenden Ringen 124 und 125 und kühlt dabei diese Teile der Stromzuführungen und die normalleitenden Ringe. Entlang der normalleitenden Ringe 124 und 125 umströmt dann das Kühlmittel die Läuferwelle 121, bis es schließlich durch eine öffnung 133 den die Ringe umgebenden Vakuummantel 132 verläßt. Das Kühlmittel gelangt dann ins Innere eines den Vakuummantel umgebenden, räumlich feststehenden Ringmantels 134 und wird durch eine mit einem. Stutzen 135 des Ringmantels 134 verbundene Kühlmi ttelleltung 136 einer Kühlmittelrückgewinnungsanlage zugeführt. Gegenüber der rotierenden Läuferwelle 121 ist der räumlich feststehende Ringmantel 134 durch Labyrinthdi.cntungen 137 abgedichtet.

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Zur Kühlung wird, vorteilhaft überkritisches gasförmiges Helium, also Helium mit einer Temperatur von über 5,2°K und einem Druck von über 2,25 At., verwendet. Um trotz der hohen beim Rotieren des Läufers auftretenden Fliehkräfte einen gesicherten Kühlmittelumlauf zu gewährleisten, wird das überkritische Helium vorteilhaft durch die Wicklung 71 hindurchgepumpt. Durch Abstimmung der Pumpleistungen der am Ende der Ktihlmittelleitung 122 und am Ende der Kühlmittelleitung 136 vorgesehenen Pumpen kann dabei die Verteilung des aus der Wicklung abströmenden Kühlmittels auf die Kühlmittelleitung 122 und die Bohrungen 130 und 131 so eingestellt werden, daß eine gute Kühlung der Stromauführungen 128 und 129 sowie der normalleitenden Ringe 124 und 125 gewährleistet ist. Da φ das Kühlmittel in der Wicklung 71 Wärme aufnimmt, hat das aus der Wicklung abströmende Kühlmittel eine höhere Temperatur als das in die Wicklung einströmende Kühlmittel. Als Hochfeldsupraleitermaterial für die Stromzuführungen 128 und 129 wird deshalb vorzugsweise ein Supraleitermaterial mit hoher Sprungtemperatur verwendet, beispielsweise die intermetallische Verbindung Nb₅Sn mit einer Sprungtemperatur von etwa 18 K. Das elektrisch normalleitende Metall der Stromzuführungen 128 und 129, vorzugsweise Kupfer, dient zur elektrischen Stabilisierung des Supraleitermaterials.

Der erfindungsgemäße Turbogenerator eignet sich insbesondere für hohe Leistungen. Während die Grenzleistung von bekannten zweipoli-P gen Turbogeneratoren mit wassergekühlter nprmalleitender Erregerwicklung und einer aktiven Eisenlänge von rund 8 m wegen der stark ansteigenden Verluste bei etwa 1200 MVA liegt, ist mit dem erfindungsgemäßen Turbogenerator eine Leistungssteigerung auf über 2000 MVA unter Beibehaltung der Gesamtabmessungen der 1200 MVA-Turbogeneratoren mit normalleitender Erregerwicklung zu erwarten« Gegenüber den bekannten Turbogeneratoren kann beim erfindungsgemäßen Turbogenerator die Induktion um wenigstens etwa 25 $ und der Strombelag um wenigstens 35 bis 40 % erhöht werden, während die Erregerverluste auf Bruchteile derjenigen von normalleifcenden Wicklungen verringert sind.

21 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1. Synchrongenerator, insbesondere Turbogenerator, mit rotierender supraleitender Erregerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (3, 4) der Erregerwicklung aus Hochfeldsupraleitermateriai und bei der Betriebstemperatur der Wicklung gut elektrisch leitendem, normaileitendem Metall aufgebaut sind, wobei das normalleitende Metall derart angeordnet ist, daß beim Betrieb des Generators in der Erregerwicklung auftretende Wechselströme nur im normalleitenden Metall verlaufen, daß die Leiter mit einer zu ihnen parallelen Kühlinittelführung metallisch verbunden sind und auf der dem Ballen (5) zugewandten Seite eines den Ballen umumschließenden ürägerzylinders (6) aus nichtmagnetischem Material A befestigt sind, daß der Trägerzylinder und die Erregerwicklung gegen den Ballen und die übrige Umgebung durch Vakuumräume C14) thermisch isoliert sind und der Trägerzylinder durch innerhalb der Vakuumräume verläufende Halteteile (?) aus schlecht wärmeleitendem Material mit dem Ballen verbunden ist.

2. Synchrongenerator nach Anspruch"1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (3, 4) der Erregerwicklung selbst als Kühlmittelführungen ausgestaltet sind.

3. Synchrongenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Leiter der Erregerwicklung aus einem Rohr (31) aus normalleitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt besteht, an dessen ä Innenseite ein aus nonaalleitendem Metall (32) und darin eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial (33) bestehendes Band (34) befestigt ist.

4. Synchrongenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Erregerwicklung aus zwei Rohren (41, 12) aus normalleitendem Metall iait rechteckigem Querschnitt besteht, zwischen welche ein aus normalleitendem Metall (43) und darin eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial (44) bestehendes Band (45) gelegt ist.

5. Synchrongenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Erregerwicklung aus einem Rohr (5'} aus r.ornai-

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leitendem Metall mit rechteckigem Querschnitt besteht, in welches an der Innenseite des Rohres Hoohfeldeupraleitermaterial (52) eingelagert ist.

6. Synchrongenerator nmch Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Erregerwicklung aus einer doppel-T-förmigen An_r Ordnung aus einem radial zum Ballen gerichteten Band (61) aus normalleitendem Metall und eingelagertem Hochfeldsupraleitermaterial (62) und zwei tangential zum Ballen gerichteten Bändern (63, 64) aus noraalleitendem Metall besteht, und daß diese Anordnung von einer kühlmitteldichten, isolierenden Umhüllung (65) derart umschlossen ist, daß entlang der Bänder zwei Kühlmittelkanäle (66, 67) entstehen.

7. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch . gekennzeichnet, daß das in das normalleitende Metall (32) eingelagerte Hochfeldsupraleitermaterial aus parallel zueinander ver- . laufenden supraleitenden Drähten (33) besteht.

8. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Hochfeldsupraleitermaterials (52) von der dem Trägerzylinder zugewandten und von der gegenüberliegenden, vom Trägerzylinder abgewandten äußeren Oberfläche (53» 54) des Leiters der Erregerwicklung größer als die fünffache Eindringtiefe der Wechselstromkomponenten in den Leiter ist.

9. Synchrongenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Hochfeldsupraleitermaterials von der dem Trägerzylinder zugewandten und der vom Trägerzylinder abgewandten Oberfläche des Leiters der Erregerwicklung größer als 2,5 mm ist.

10". Synchrongenerator nach e,inem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerzylinder (74) aus unmagnetischem Stahl besteht und gegen die Erregerwicklung (71, 72) isoliert ist.

11. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche T bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerzylinder (6) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.

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•12. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerzylinder (6) von einem am Ballen (5) befestigten Dämpferzylinder (10) aus unma'gnetischem, normalleitendem Metall umgeben ist,

13. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur achsialen Festlegung des Trägerzylinders (6, 74) an dessen beiden Stirnseiten je ein mechanisch fester, schlecht wärmeleitender Körper (7, 76) in Form eines Zylinderoder Kegelstumpfmantels vorgesehen ist, der mit einem Ende am Ballen und mit dem anderen Ende am Trägerzylinder befestigt ist.

14. Synchrongenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, f| daß die Körper (76) mit Aussparungen (77) versehen sind.

15. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballen (91) an mehreren Stellen entlang seines Umfanges und entlang seiner Achse an der Oberfläche dachförmig abgeflacht ist un.^J daß zur Übertragung der drehmomentbedingten Kräfte vom Ballen auf den Trägerzylinder (93) an diesen Stellen Haltestreifen (94) aus mechanisch festem, schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen sind, die im wesentlichen parallel zu der abgeflachten Ballenoberfläche verlaufen und mit einem Ende am Ballen, mit dem anderen Ende am Trägerzylinder befestigt sind.

16. Synchrongenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, " daß die Haltestreifen (94) durch schlecht wärmeleitende Fäden

(115) mit dem Ballen verspannt sind.

17. Synchrongenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestreifen (117) ein Rippenprofil (116) besitzen.

18. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 15 bis 17* dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerzylinder (93) durch schlecht wärmeleitende Stützelemente (97, 98) abgestützt ist, die in radialen Bohrungen (99, 100) des Ballens angeordnet und an einem Ende am Trägerzylinder, am anderen Ende auf dem Grund der Bohrung befestigt sind.

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19. Synchrongenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittelzuführung zur Erregerwicklung eine rohrförmige Kühlmittelleitung (120) vorgesehen ist, die sich von einem Ende der Läuferwelle (121) in Richtung der Läuferachse und diese koaxial umgebend ins Innere des Ballens (73) erstreckt und in Höhe der Erregerwicklung (71) aus dem Ballen herausgeführt und mit den Leitern der Erregerwicklung verbunden ist, und daß als Kühlmittelabführung von der Erregerwicklung eine weitere mit den Leitern der Wicklung verbundene Kühlmittelleitung (122) vorgesehen ist, die sich von der Wicklung zur Läuferachse und von dort, die zur Kühlmittelzufuhr dienende Kühlmittelleitung (120) koaxial umgebend, zum Ende der Läuferwelle X121) erstreckt, und daß die Kühlmittelleitungen gegen ihre Umgebung durch Vakuumräume (123) thermisch isoliert sind.

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20. Synchrongenerator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Läufern zwei die Läuferwelle (121) umgebende, kühlbare, gegenüber der Umgebung thermisch isolierte elektrisch normalleitende Ringe (124, ¹25) vorgesehen sind, die an einer Stelle ihres Umfanges mit je einer elektrisch normalleitenden Stromzuführung (126, 127) und an der gegenüberliegenden Stelle ihres Umfangs mit je einem aus Hochfeldsupraleitermateriai und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Leiter (128, 129) verbunden sind, daß diese Leiter durch ⁴e eine durch einen Vakuummantel thermisch isolierte Bohrung (130, 131) der Läuferwelle ins Innere der koaxial zur Läuferachse angeordneten Kühlmittelleitungen (120, 122) geführt und im Inneren der Kühlmittelleitungen an die Leiter (71) der Erregerwicklung herangeführt sind.

21. Synchrongenerator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, ' daß die elektrisch normalleitenden Ringe (124, 125) und die sich von diesen Ringen bis Ina Innere der Kühlmittelleitungen (120, 122) erstreckenden Teile der aus Hochfeldsupraleitermateriai und elektrisch normalleitendem Metall zusammengesetzten Leiter (128, 129) durch aus der Erregerwicklung abgeführtes Kühlmittel kühlbar sind.

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