DE2326016B2 - Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung - Google Patents
Turbogenerator mit supraleitender ErregerwicklungInfo
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung gemäß dem Ober- to
begriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Generator ist aus der DE-OS 20 28158
bekannt Um die supraleitende Erregerwicklung von Wärmeeinstrahlung von außen abzuschirmen, sind auf
dem Tragzylinder noch zusätzliche metallische Zylinder v, 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 w
Wärmeeinstrahlung 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 Wärmeein- v, Strahlungen im Wellenbereich von außen zum Wiicklungsbereich
sicher vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in w>
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels mich
der Erfindung näher erläutert Dabei zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Turbogenera- <> *
tor nach der Erfindung und
Fig.2 einen Längsschnitt durch den Läufer im
vergrößerten Maßstab.
Der Turbogenerator nach F i g. 1 weist einen Ständer 10 mit einer herkömmlichen, normalleitenden Wicklung
12 auf. Der Läufer 14 ist durch den Luftspalt 16 beabstandet 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 , xternen 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
Ober einen Auslaß 26 im antriebsseitigen Wellenteil 39 abgesaugt und kann in das Kühlsystem 20 zurückgeführt,
werden.
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 Schleifring 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 Fig.2 sind im vergrößerten Maßstab die
wesentlichen Teile des Läufers 14 dargestellt Der eigentliche Tragzylinder 28 ist dabei noch von einem
äußeren 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 Zylinder 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 28 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 abschirmet;. 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 28
von der auf Raumtemperatur liegenden Wand 62 möglich, die für die supraleitende Erregerwicklung
gefährlich sein kann.
Um auch die Temperatur dieser äußeren Bauteile zu reduzieren, war es bisher üblich, das Kühlmittel nach
seiner Zirkulation durch die Erregerwicklung in der Nähe der außenliegenden Teile des Laufers 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. Die Konvektionsströmung kommt
dadurch zustande, daß die aufgewärmten Kühlmittelan-
teile spezifisch leichter sind als die demgegenüber kälteren Kühimittelanteile, so daß auf sie weniger große
Fliehkräfte wirken und sie durch Austausch mit relativ schweren Kühlmittelanteilen in Zonen geringer Fliehkraft-Druckbeanspruchung
gelangen können, wo der zugehörige Verdampfungspunkt der Temperatur niedriger liegt
Erfindungsgemäß ist daher eine besondere Anordnung für die Absaugung dieses Kühlmittels geschaffen,
wobei in diesem Abströmbereich Konvektionsströmungen des Kühlmittels sicher vermieden werden. Wie aus
F i g. 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 72
ist im Abstand noch vom wicklungsfreien Bereich 54 des Tragzylinders 28 umgeben und von diesem durch einen
evakuierten Raum 76 getrennt In diesem evakuierter Raum 76 sind mehrere, sich radial zwischen Kühlmittelrohrleitung
72 und Tragzylinderabschnitt 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 Leitfähigkeitskoefflzienten als das Material der Kühlmittelrohrleitung 72
oder des Tragzylinderabschnittes 54. Beispielsweise können die gut wärmeleitenden Stege 78 aus Kupfer
und die Kühbnittelrohrleitung 72 sowie der Tragzylinderabschnitt
54 aus rostfreiem Stahl bestehen. Durch diese Stege 78 wird erreicht, daß die von der radialen,
auf Raumtemperatur liegenden Wandung 62 über den Tragzylinderabschnitt 54 nach innen geleitete Wärme
nicht bis zur supraleitenden Erregerwicklung 18 gelangt,
sondern über die Stege 78 zur Kahlmittelrohrleitung 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 Kopf- und Fußstücke 80 dieser Stege 78 weisen jedoch im Bereich der
Kühlmittelrohrleitung 72 und des Tragzylinderabschnittes 54 einen größeren Querschnitt auf, um einen
besseren Kontakt mit diesen Te&sn und damit eine
bessere Wärmeübertragung zu ermöglichen.
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
Claims (5)
1. Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung, die auf der Innenseite einer als Tragzylinder
ausgebildeten Hohlwelle angeordnet ist und bei ■>
dem das Kühlmittel Ober eine axiale Bohrung; in der Welle auf der Erregerseite zugeführt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel iin dem antriebsseitigen Wellenende (39) durch eine iixiale
Bohrung (Auslaß 26) und in dem an die Wicldung angrenzenden Abschnitt (54) des Tragzylinders (28)
durch eine innerhalb eines von dem Tragzylinder (54) umschlossenen, evakuierten Raumes (76) angeordnete
Kühlmittelrohrleitung (72) abführ bar ist,
die über mehrere gut wärmeleitende Stege (78) mit is
dem Tragzylinderabschnitt (54) in Verbindung sieht
2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Stege (78)
einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeiffizienten aufweist als das der Kühlmittelrohrleitung; (72)
und des Tnsgzylinders (54).
3. Turbogenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (78) in dem an die
Kühlmittelrohrleitung (72) und den Tragzylinderabschnitt (54) angrenzenden Bereichen (Kopf- und .»;
FuBstücke SO) einen größeren Querschnitt als im mittleren Bereich (79) ihrer radialen Erstredining
aufweisen.
4. Turbogenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (78) aus düianen
Scheiben bestehen.
5. Turbogü.ierator nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß d«e Step-, (78) aus einzelnen, speichenartigen Streben bestehen.
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