DE2332700A1

DE2332700A1 - Kupplung zwischen einem eine supraleitende erregerwicklung aufweisenden generatorlaeufer und einer erreger- oder schleifringwelle

Info

Publication number: DE2332700A1
Application number: DE2332700A
Authority: DE
Inventors: Erich Weghaupt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1975-01-09
Also published as: JPS5036904A; DE2332700B2; FR2235518B1; SU564834A3; GB1456116A; CH573182A5; FR2235518A1

Description

2 a JUN11973 UNION AKiDIENGESELLSCHAi¹I¹ 4330 Mülheim-Ruhr,

Wiesenstraße 35

Unser Zeichen: PA 73/9345 Mes/Fl

Kupplung zwischen einem eine supraleitende Erregerwicklung aufweisenden Generatorläufer und einer Erreger- oder Schleifringwelle

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zwischen einem eine supraleitende Erregerwicklung aufweisenden Generatorläufer und einer Erreger- oder Schleifringwelle, wobei im Kupplungsbereich lösbare elektrische, hydraulische und mechanische Verbindungen vorgesehen sind.

Die erheblichen technischen Schwierigkeiten derartiger lösbarer Verbindungen einer Erregerwelle mit einem Generatorläufer sind bereits von wassergekühlten Turbogeneratorläufern hinreichend bekannt (z. B. DiE-AS 1 269 236 und DT-OS 1 563 089). Hierbei müssen durch besondere konstruktive Maßnahmen die Erregerstromverbindungen, die Verbindung der Kühlwasserzu- und -ableitungen sowie die mechanische Wellenverbindung gleichzeitig erfolgen.

Bei Turbogenerat orläuf em mit supraleitender Erregerwicklung, wobei ein tiefgekühltes Kühlmittel mit besonders hohem Diffusionsvermögen und einer Temperatur von ca. 4° K verwendet wird, sind diese Schwierigkeiten noch erheblich größer. Hierbei müssen nämlich eine dichte, jedoch gleichzeitig lösbare Verbindung der Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle geschaffen werden sowie zusätzlich Abschirmmaßnahmen für den von außen nach innen eintretenden Wärtnefluß und eine Kompensation von großen axialen Relativbewegungen der Kühlmittelleitungen sowie der Erregerstrorazuleitungen an der Kupplungsstelle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die auf,einfache Weise alle die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt und absolut betriebssicher ist.

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Ausgehend von einer Kupplung der eingangs "beschriebenen Art "besteht die Erfindung darin, daß im Innern einer der Kupplungshälften ein gegen die Außenatmosphäre gasdichter Hohlraum vorgesehen ist, in dem die als lösbare Steckverbindungen ausgebildeten Verbindungsstellen für das Kühlmedium und die Erregerstromzuleitungen angeordnet sind und daß der Hohlraum über einen koaxialen Kanal in der Erreger- oder Schleifringwelle mit einer am anderen Ende der Welle angeordneten, diese umschließenden Leckabsaugkammer in Verbindung steht.

Durch diese Anordnung aller Dichtungs- und Verbindungsstellen in einem Hohlraum der Kupplung ist eine einfache trennung aller an der Kupplungsstelle aufzutrennenden Verbindungen möglich, wobei darüber hinaus unvermeidbare Kühlmittelundichtigkeiten an den lösbaren Verbindungsstellen keinen Einfluß auf die !Betriebssicherheit des supraleitenden Generatorläufers haben.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen G-eneratorläufer und die Erregerwelle mit der erfindungsgeraäßen Kupplungsstelle;

Pig. 2 einen Längsschnitt durch den Kupplungsbereich in vergrößertem Maßstab;

Pig. 3 einen Querschnitt durch die Läuferwelle entsprechend der Schnittlinie III-III nach Pig. 2 und

Pig. 4 einen Querschnitt durch die Erregerwelle entsprechend der Schnittlinie IV-IV nach Pig. 2.

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In i'ig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Läuferwelle und die Erregerwelle mit der Kühlmittelzuführung gezeigt, wobei die Dbere Hälfte der Zeichnung einen um etwa 45° aus der Zeichenebene herausgeklappten Schnitt entspricht. Der Läufer des Generators ist dabei als i'rommelläufer 1 ausgebildet. Der l'rommelinnenraum 2 ist dabei zur besseren Wärmedämmung evakuiert. Die supraleitende Erregerwicklung 3 ist auf der Innenseite eines gesonderten Zylinders 4 angeordnet, der mit dem Außengehäuse 1 des iCrommelläufers kraftschlilssig verbunden ist. An die hohle Läuferwelle 5 schließt sich über die Kupplung 6 die Erregerwelle 7 an, die den Erregeranker 8 und die Modenräder 9 trägt. Es ist aber auch eine Übertragung des Erregerstromes über Schleifringe möglieh. Das flüssige, tiefgekühlte Kühlmittel in Porm von Helium strömt von der Eintrittskammer 10 eines Kühlmittelanschlußkopfes 11 über den Kühlmittelzuführungskanal 12 in der Achse der Erregerwelle und der Läuferwelle 5 zum turbinenseitigen Wickelkopf 13 der Erregerwicklung 3 und von hier in parallelen Zweigen durch die einzelnen Spulenwindungen und verläßt vom erregerseitigen Wickelkopf 14 den Läufer 1 über einen zum Zuführungskanal konzentrischen Ringkanal 15. Über einen anschließenden Ringkanal 16 in der Erregerwelle 7 gelangt das aufgewärmte Helium in eine Kühlmittelaustrittskammer 17 des Kühlmittelanschlußkopfes 11 und wird von dort der Kältemaschine zugeleitet.

Wie bereits ausgeführt, sind alle Hohlräume 2 des ffirommelläufers 1 sowie ein die Kühlmittelkanäle 12 und 15 in der Läuferwelle 5 umschließender Hohlraum 50 evakuiert. Mit Hilfe eines Dehnungskompensators 18, an dessen achsnormale Stirnplatte 19 das äußere Kühlmittelführungsrohr 20 der Läuferwelle 5 eingesetzt ist, sind diese evakuierten Räume an der Kupplung 6 vakuumdicht verschlossen, da dieser Dehnungskompensator 18 mit der Kupplungshälfte 21 des Läufers 1 verschweißt ist.

In der erregerseitigen Kupplungshälfte 22 ist nunmehr ein

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Hohlraum 23 vorgesehen, der über einen koaxialen Kanal 24 mit einer Leckabsaugkammer 25 im Kühlmittelanschlußkopf 11 in Verbindung steht. Wie noch näher erläutert wird, können damit über Undichtigkeiten an der Kupplungsstelle austretende Kühlmittelmengen sicher abgesaugt werden.

Die Erregerstromzuleitungen 26 - von denen wegen der Schnittlage nur die untere gezeigt ist - sind als Hohlleiter ausge-r bildet. Diese Zuleitungen 26 sind dabei in einem Führungsrohr 27 angeordnet, das auf der einen Seite in dem Heliumraum 28 des erregereeitigen Wickelkopfes 14 mündet und auf der anderen Seite mit der Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 verbunden ist. Damit ist eine vollständige '!rennung der Vakuumräume 2 des Läufers von den Stromzuleitungen 19 erreicht. Durch die Bohrung 29 der Erregerstromzuleitungen 19 tritt vom Heliumraum 28 Helium ein und verläßt diese am erregerseitigen Ende 30 und wird über den Ringkanal 24 in die Leckabsaugkammer 25 geleitet. Die durch diese Stromzuleitungen fließende Heliummenge ist mittels nicht näher dargestellter Drosseln derart abgestimmt, daß sich am Zuleitungsende 30 etwa Raumtemperatur einstellt, so daß beim Durchströmen der Zuleitung das Helium durch Erwärmung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeführt wird.

In Pig. 2 ist der Kupplungsbereich selbst in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei ist in Ergänzung zu dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 noch ein zweiter Kühlmittelkreislauf vorgesehen, der beispielsweise zur Kühlung eines in Mg. 1 nicht näher dargestellten und die Wicklung 3 umschließenden Kälteschildes dient. Der innere Kühlkreislauf mit den Hin- und Rückleitungen 12 und 15 wird mit Helium von ca. 4,2° K betrieben. Der äußere Kühlkreislauf mit der Einleitung 31 und der Rückleitung 32 liegt auf etwa 50° bis 70° K und dient zur Kühlung des genannten Kälteschildes. Da diese beiden Kühlkreislauf e auf sehr unterschiedlichen Temperaturen liegen, werden sie durch evakuierte Ringspalte 33 in der Läuferwelle 5 und 34 in der Erregerwelle 7 voneinander isoliert. Die Ver-

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bindungsstellen der Kühlraittelzu- und -ablaufkanäle sind dabei im eigentlichen Kupplungsbereich. 6 als einander muffenförmig übergreifende Steckverbindungen 35, 36, 37 und 38 ausgeführt. Dabei übergreift beispielsweise die Rohrleitung 40 des läuferseitigen Zuführungskanals 12 im Kupplungsbereich das Ende der entsprechenden Leitung 41 des erregerseitigen Zuleitungskanals 12 und die äußerste Rohrleitung 42 des Kühlraittelrückleitungskanals 32 - wobei dieses äußere Rohr 42 an · die Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 angeschlossen ist - das Ende der äußeren Rohrleitung 43 in, der Erregerwelle. Die Abdichtung dieser jeweils sich konzentrisch übergreifenden Steckverbindungen 35 bis 38 erfolgt dabei durch zwischengelegte O-Ringe 44, die in bekannter Weise auch in Nuten einer der Steckverbindungsteile eingelegt werden können. Diese Abdichtungen lassen sowohl das Kuppeln und Entkuppeln als auch Axialdehnungen an den Kühlmittelzuleitungen zu. Die völlige Abdichtung der Vakuumräume 2 und 50 erfolgt - wie bereit s beschrieben - durch den Dehnungskompensator 18; somit hat das Abkuppeln der Erregerwelle 7 keinerlei Einfluß auf die Abdichtung des Läufervakuumraumes. Darüber hinaus gewährleistet der Dehnungskompensator 18 die axiale Beweglichkeit der Kühlmittelrohre.

Das nach der Erfindung vorgeschlagene Führungsrohr 27 für die Erregerstromzuleitungen 26 vereinfacht die Kupplungskonstruktion beträchtlich. Dieses Führungsrohr 27 ist ebenfalls mit der Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 verbunden und trennt somit die Zuleitung 26 vollständig vom Vakuumraum. Darüber hinaus erfolgt eine Heliuraabdichtung der Erregerstromzuleitung 26 im Kupplungsbereich ebenfalls durch O-Ringe 46 und 47, die in das aufgeweitete oder verdickte Ende des Führungsrohres 27 eingelegt oder in Nuten eingebettet sind und · eine Abdichtung gegenüber den Brregerstromzuleitungen 26 übernehmen. Die Trennstelle dieser Zuleitungen 26 ist dabei im Kupplungsbereich als Steckkontaktverbindung 45 ausgebildet.

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Die Erregerstromzuleitungen 26 sind dabei im Pührungsrohr 27 axial verschiebbar gelagert, wobei Wärmedehnungen von den elektrischen Steckkontaktverbindungen 45 aufgenommen werden. Die innere Dichtung 46 ^übernimmt dabei die Heliumabdichtung zum Läuferwickelkopf raum 28, während die äußere Dichtung 47 zur Abdichtung des durch die Axialbohrung 29 der Zuleitung 26 strömenden .Kühlmittels an der Steckverbindung 45 dient.

An allen beweglichen Dichtungen muß mit Leckagen gerechnet werden, die aber bei der vorgesehenen Anordnung auf die Betriebssicherheit des Läufers keinen Einfluß haben. Sämtliche durch die lösbaren Abdichtungen 34 bis 38 sowie 46 und 47 im Kupplungshohlraum 23 anfallenden Heliumleckagen werden durch den Ringkanal 24 in die Leckabsaugkammer 25 abgeführt.

Der Kupplungshohlraum 23 selbst ist nach außen in den beiden Kupplungshälften 21 und 22 durch zusätzliche 0-B.ingdichtungen 48 abgedichtet, was wegen der ruhenden Planschdichtungen keinerlei Schwierigkeiten bedingt.

8 Ansprüche
4 Figuren

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Claims

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1.J Kupplung zwischen einem eine supraleitende Erregerwicklung aufweisenden Generatorläufer und einer Erreger- oder Schleifringwelle, wobei im Kupplungsbereich lösbare elektrische, hydraulische und mechanische Verbindungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern einer der Kupplungehälften (21, 22) ein gegen die Außenatmosphäre gasdichter Hohlraum (23) vorgesehen ist, in dem die als lösbare Steckverbindungen (35 bis 38; 45) ausgebildeten Verbindungsstellen für das Kühlmedium und die Erregeretroozuleitungen (26) angeordnet sind und daß der Hohlraum (23) über einen koaxialen Kanal (24) in der Erreger- oder Schleifringwelle (7) mit einem am anderen Ende der Welle angeordneten, diese umschließenden Leckabsaugkamtner (25) in Verbindung steht.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (12, 15; 31, 32) für das Kühlmittel aus konzentrischen Rohren (40, 41; 20; 42) gebildet sind, deren Verbindungsstellen im Kupplungshohlraum (23) als muffenförmige Steckverbindungen (35 bis 38) ausgebildet und mit Dichtringen (44) axial-beweglich abgedichtet sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen konzentrischen Kühlmittelkanäle (12, 15» 31, 32) durch dazwischenliegende evakuierte Ringkanäle (33, 34) voneinander wärmeisoliert getrennt sind.

4. Kupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstromzuleitungen (26) als achsparallel und radial außenliegend zu den Kühlmittelkanälen (12, 15, 31, 32) geführte Hohlleiter ausgebildet sind, deren Verbindungastellen im Kupplungsbereich (6) als axial-bewegliche elektrische Steckkontakte (45) ausgebildet sind.

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5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daJ3 die Erregerstromzuleitungen (26) in der läuferwelle (5) deweile von einem gesonderten Kühlmittelrohr (27) umgeben sind, das. im Kupplungsbereich gegen den Steckkontakt (45) durch Dichtungsringe (46, 47) abgeschlossen ist.

6. Kupplung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die läuferseitigen Steckverbindungshälften (20, 27, 42) der Kühlmittelkanäle durch einen diese aufnehmenden, im Kupplungshohlraum (23) angeordneten Dehnungskompensator (18) mit der Läuferwelle (5) vakuumdicht und axial-beweglich verbunden sind.

7·. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstromzuleitungen (26) durchgehende axiale Kühlmittelbohrungen (29) aufweisen und daß diese Kühlmittelbohrungen (29) an einem Ende mit dem vom Kühlmittel durchströmten Wickelkopfraum (28) des Läufers (1) und am anderen Ende mit dem Kanal (24) zur Leckabsaugkammer (25) in Verbindung stehen.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Kühlmittelmenge in den Zuleitungen Drosseln angeordnet sind.

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