DE2326016A1

DE2326016A1 - Turbogenerator mit supraleitender erregerwicklung

Info

Publication number: DE2326016A1
Application number: DE2326016A
Authority: DE
Inventors: Donald C Litz
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1973-12-20
Also published as: GB1432476A; CH552297A; FR2189914A1; BE800936A; CA970818A; DE2326016C3; JPS53133709A; DE2326016B2; ES415916A1; UST914004I4; FR2189914B1; NL7308182A; JPS5415602B2; SE388511B; AT319387B; IT988983B

Description

Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung

(,s wird die Priorität der Voranmeldung in den USA, Serial. No. 263 039 vom 15.6.1972, in Anspruch genommen)

Die' Erfindung betrifft einen Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung, die auf der Innenseite einer als Tragzylinder ausgebildeten Hohlwelle angeordnet ist und bei dem das Kühlmittel über eine axiale Bohrung in der Welle auf der Erregerseite zugeführt wird.

Ein derartiger Generator ist aus der DT-OS 2 028 158 bekannt. Um die supraleitende Erregerwicklung von Wärmeeinstrahlung von außen abzuschirmen, sind auf dem lHragzylinder noch zusätzliche metallische Zylinder angeordnet, "deren Zwischenräume Jeweils evakuiert sind. Das Kühlmittel wird dabei axial über die Welle zugeführt und auch axial wieder abgeführt. Da im Wellenbereich keine zusätzlichen Wärmeabschirmungen vorgesehen sind·, ist an diesen Stellen die Wärmeein strahlung von außen besonders gefährlich, da·dann das Kühlmittel leicht die Siedetemperatur überschreiten kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelabführung derart zu schaffen, daß Wärme ein Strahlungen itn Wellenbereich von außen zum Wicklungsbereich sicher vermieden werden.

Ausgehend von einem Turbogenerator der eingangs beschriebenem Art besteht die Erfindung darin, daß eine Absaugung des Kühlmittels durch eine axiale Bohrung im antriebsseltigeö Wellen-Abschnitt vorgesehen ist und daß das abgesaugte Kühlmittel im an die Wicklung äfigrettzeMea Bereich' des fragzylinders

durch eine axiale Rohrleitung geführt ist, die vom wicklungsfreien Bereich des !ragzylinders durch einen evakuierten Raum getrennt ist, in dem mehrere, sich radial zwischen Kühlmittelrohrleitung und l'ragzylinder erstreckende, gut wärmeleitende Stege angeordnet sind.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Material der Stege einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist als das der Kühlmittelrohrleitung und des l'ragzylinders, Die Stege können dabei aus sich radial erstreckenden Scheiben oder einzelnen speichenartigen Streben bestehen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen l'urbogenerator nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Läufer im vergrößerten Maßstab.

Der !Turbogenerator nach Fig. 1 weist einen Ständer 10 mit einer herkömmlichen, normalleitenden Wicklung 12 auf. Der Rotor 14 ist mit Luftspaltabstand 16 innerhalb des Ständers 10 angeordnet und weist eine supraleitende Erregerwicklung 18 auf. Als Kühlmittel wird dabei im allgemeinen flüssiges Helium mit einer temperatur von 4,2° K verwendet, um die Leiter der Erregerwicklung" im supraleitenden Zustand zu halten. Das Kühlmittel wird von einem externen Kühlsystem 20 zu einem axialen Einlaß 22 im erregerseitigen Wellenende geführt und strömt dann durch die Erregerwicklung 18 und ebenfalls durch die Erregerstromzuleitungen 24· Das Kühlmittel wird dann über einen AuslaS 26 im antriebsseitigen Wellenteil 39 abgesaugt und kann in das Kühlsystem 20 zurückgeführt werden.

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Der Läufer 14 besteht dabei aus einem stabilen Tragzylinder 28 zur Übertragung des Drehmomentes, wobei die Erregerwicklung 18 auf der Innenseite dieses Tragzylinders 28 angeordnet ist. Der Erregerstrom wird über die Erregerstromzuleitungen 24 von einem Erreger 32 beispielsweise über Schleifringe 24 oder rotierende Gleichrichter zugeführt.

Der Tragzylinder 28 geht in die Wellenenden 38 und 39 über, die ihrerseits in den Lagern 40 im abstützenden Gehäuse 42 der Maschine gehalten sind.

In Eig. 2 sind im vergrößerten Maßstab die wesentlichen Teile des Läufers 14 dargestellt. Der eigentliche Tragzylinder 28 ist dabei noch von einem äußerer, Zylinder 52 aus rostfreiem Stahl umgeben, der entsprechend den auftretenden Beanspruchungen sehr stabil ausgeführt ist. Da über diesen Zylinder eine erhebliche Wärmeeinstrahlung erfolgen kann, weil dieser Zy-. linder auf Raumtemperatur liegt, sind besondere Schutzmaßnahmen erforderlich, um die supraleitenden Eigenschaften der Erregerwicklung aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grunde ist der Tragzylinder 28 von einem doppelten Vakuum umgeben. Dabei ist zunächst konzentrisch zum Tragzylinder 24 ein Dämpferzylinder 58, beispielsweise aus Kupfer angeordnet, wobei der Zwischenraum 56 evakuiert ist. Ein zweiter evakuierter Raum 60 wird vom äußeren Zylinder 52 und den nicht abgeschirmten Teilen des Tragzylinders 28 gebildet. Diese beiden evakuierten Räume 56 und 60, die über kleine Öffnungen miteinander in Verbindung stehen können, sowie der Dämpferzylinder 58, können wirkungsvoll die radial einwärts gerichtete Wärmeübertragung vom Zylinder 52 zur eigentlichen Erregerwicklung 18 abschirmen. Der innere Tragzylinder 28 muß jedoch notwendigerweise mit dem äußeren Zylinder 52 in fester Verbindung stehen und von ihm mitgetragen werden. Diese Verbindung wird über die radiale Wandung 62 des Tragzylinders 28 hergestellt. Damit ist jedoch eine Wärmeleitung über diesen Tragzylinder von der auf Raumtemperatur liegenden Wand 62 möglich, die für die supraleitende Erregerwicklung gefährlich sein kann.

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lfm auch die temperatur dieser äußeren Bauteile zu reduzieren, war es bisher üblich, das Kühlmittel nach seiner Zirkulation durch die Erregerwicklung in der Mähe der außenliegenden !eile des Läufers entlangzuführen und dann wieder aus der Maschine abzuleiten. Wegen der Konvektionsströmung des rotierenden Kühlmittels tritt hierbei jedoch die Gefahr eines Überschreitens des Siedepunktes dieses Kühlmittels auf, so daß besondere Vorkehrungen dagegen getroffen werden müssen.

Erfindungsgemäß ist daher eine besondere Anordnung für die Absaugung dieses Kühlmittels geschaffen, wobei in diesem Abströmbereich Konvektionsströmungen des Kühlmittels sicher vermieden werden. Wie aus Pig. 2 zu ersehen ist, verläuft die Kühlmittelrohrleitung 72 zur Ableitung des Kühlmittels aus der Erregerwicklung 18 direkt in die Läuferachse 74 und leitet das Kühlmittel zum Auslaß 26. Diese Kühlmittelleitung ist im Abstand noch vom wicklungsfreien Bereich 54 des Tragzylinders 28 umgeben und von diesem durch einen evakuierten Raum 76 getrennt. In diesem evakuierten Raum 76 sind mehrere, sich radial zwischen Kühlmittelrohrleitung 72 und i'ragzylinderabschnitt 54 erstreckende, gut wärmeleitende Stege 78 angeordnet, die jeweils fest mit dem Tragzylinderabschnitt 54 und der Kühlmittelrohrleitung 72 verbunden sind.

Diese Stege 78 können aus einzelnen Speichenartigen Streben oder dünnen Scheiben bestehen und sind zweckmäßigerweise mit kleinen Öffnungen versehen, um einen Ausgleich der einzelnen Vakuumräume zu erhalten. Diese Stege 78 bestehen aus einem Material mit einem höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten als das Material des Kühlrohres 72 oder des i'ragzylinderabschnittes 54» Beispielsweise können die gut wärmeleitenden Stege 78 aus Kupfer und die Kühlmittelrohrleitung 72 sowie der Tragzylinder 54 aus rostfreiem Stahl bestehen. Durch diese Stege 78 wird erreicht, da.ß die von der

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radialen, auf Raumtemperatur liegenden Begrenzungswand 62 üVber den Iragzylinderabschnitt 54 nach, innen geleitete Wärme nicht bis zum supraleitenden Wicklungsbereich 18 gelangt, sondern über die Stege 78 zur Kühlmittelleitung 72 geführt und dort mit dem Kühlmittel abgeleitet wird.

Die Stege 78 weisen dabei - wie aus der Zeichnung zu ersehen ist - einen mittleren Bereich 79 von relativ geringem Querschnitt auf. Die AnSchlußstücke 80 dieser Stege 79 sind jedoch im Bereich ihrer direkten Verbindung mit der Kühlmittelrohrleitung 72 und dem l'ragzylinder 54 mit größerem Querschnitt ausgeführt, um einen besseren Kontakt und eine bessere Wärmeübertragung zu gewährleisten.

Durch die Anordnung wird also sicher verhindert, daß von außen einfallende Wärme bis zur supraleitenden Wicklung gelangt und dort eine Verdampfung des' flüssigen Kühlmittels bewirkt.

5 Ansprüche
2 Pig.

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Claims

PA

Patenten sprue he

(1. !Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung, die auf der Innenseite einer als Tragzylinder ausgebildeten Hohlwelle angeordnet ist und bei dem das Kühlmittel über eine axiale Bohrung in .der Welle auf der Erregerseite zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absaugung des Kühlmittels d'urch eine axiale .Bohrung (26) im antriebsseitigen Wellenabschnitt (38) vorgesehen ist und daß das abgesaugte Kühlmittel im an die Wicklung angrenzenden Bereich (54) des Tragzylinders (28) durch eine axiale Rohrleitung (72) geführt ist, die vom wicklungsfreien Bereich (54) des Tragzylinders (28) durch einen evakuierten Raum (76) getrennt ist, in dem mehrere, sich radial zwischen Kühlmittelrohrleitung (72) und i'ragzylinderabschnitt (54) erstreckende, gut wärmeleitende Steg:; (78) angeordnet sind.
2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das Material der Stege (78) einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist als das der Kühlraittelrohrleitung (72) und des Tragzylinders (54).
3. Turbogenerator nach Anspruch 1 und 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (78) im an die Kühlmittelrohrleitung (72) und den Tragzylinder (54) angrenzenden Bereich (80) einen größeren Querschnitt als im mittleren Bereich (79) ihrer radialen Erstreckung aufweisen.
4. Turbogenerator nach Anspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (78) aus dünnen Scheiben bestehen.

5» Turbogenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (78) aus einzelnen, gpeichenartigen Streben bestehen.

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