DE2332700B2 - Kupplung zwischen einem eine Erregerwicklung aufweisenden Läufer und einer Erregermaschinen- oder Schleifringwelle - Google Patents

Description

trennenden Verbindungen möglich, wobei darüber hinaus unvermeidbare Kühlmittelundichtigkeiien an den lösbaren Verbindungssiellen keinen Einfluß auf die Betriebssicherheit des supraleitenden Generatorliiuleis haben. *

Weitere zweckmäßigerAusgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind AuI-ijiiu und Wirkungsweise von /.ö^führungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch einen Generatorläufer und die Erregermaschinenwelle nui der eriindungsgemäßen Kupplungsstelle,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Kupplungsbereich in vergrößertem Maßstab.

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Läuferwelie entsprechend der Schnittlinie lll-lll nach F i g. 2 und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Erregermaschinenwelle entsprechend der Schnittlinie IV-IV nach F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch die Läul'erwelle und die Erregermaschinenwelle mi: eier Kühlmittelzuführung gezeigt, wobei die obere Hälfte der Zeichnung einen um etwa 45" aus der Zeichenebene herausgeklappten Schnitt entspricht. Der Läufer des Generators ist dabei als Trommelläufer 1 ausgebildet. Der Trom-Hielläuferinncnraum 2 ist zur besseren Warmedämrnung evakuiert. Die supraleitende Erregerwicklung 3 ist auf der Innenseite eines gesonderten Zylinders 4 an Die Erregerstromzuleitungen 26 — von denen wegen der .Schnittlage nur die untere gezeigt ist — sind als Hohlleiter .ausgebildet. Diese Zuleitungen 26 sind dabei in einem Führungsrohr 27 angeordnet, das auf der

einen Seite in dem mit Helium gefüllten Läuferwickelkopfraum 28 des erregerseitigen Wickelkopfes 14 mündei und auf der anderen Seite.mit der Siirnplatte 19 des Dehnungskompensators IS verbunden ist. Damit ist eine vollständige Trennung uci Vtikuunn iiunic 2 des

Läufers von den Stromzuleitungen 26 erreicht. Durch die Bohrung 29 der Erregerstromzuleitungen 26 tritt vom Läuferwickeikupiidum 28 Helium ein und verläßt diese am erregerseitigen Ende 30 und wirff-über den Ringkinal 24 in die Leckabsaugkammer 25 geleite¹,. Die

durch die Erregerstromzuieitungen 2fe fließende HeIiummenge ist mittels nicht näher dargestellter Drosseln derart abgestimmt, daß sich am Ende 30 der Erregerstrom/uleitung 26 etwa Raumtemperatur einstellt, so daß beim Durchströmen derselben das Helium durch Erwärmung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeführt wird.

In F i g. 2 ist der Kupplungsbereich selbst in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei ist in Ergänzung zu dem Ausführungsbeispiel nach F 1 g. 1 noch ein /weiter

Kühlmittelkreislauf vorgesehen, der beispielsweise /ur Kühlung eines in F i g. 1 nicht näher dargestellten und die Erregerwicklung 3 umschließenden Kälteschildes dient. Der innere Kühlkreislauf mit den der Hin- und Rückleitung dienenden Kühimiiielleitungen 12 und 15

geordnet, der mit dem Außengehäuse 1 des Trommel- 30 wird mit Helium von etwa 4,2' K betrieben. Der äußere

iaufers kraftschiussig verbunden ist. An die hohl Läul'erwelle 5 schließt sich über die Kupplung 6 die Erregermaschinenwelle 7 an, die den Erregeranker 8 und die Diodenräder 9 trägt. Es ist aber auch eine Übertragung des Erregerstromes über Schleifringe möglich. Das flüssige, tiefgekühlte Kühlmittel in Form von Helium strömt von der Eintrittskammer 10 eines Kühlmittelanschlußkopfes (1 über den zuführenden IKühlmittclkanai 12 in der Achse der Erregermaschincnwelle 7 und der Läuferwelie 5 zum lurbinenseitigen Wickelkopf 13 der Erregerwicklung 3 und von hier in parallelen Zweigen durch die ein/einen Spulenwindungen und verlaßt vom erregerseitigen Wickelkopf 14 den Läufer 1 über einen zum Kühlmiitelkanal 12 konzentrischen, ringförmigen Kiihlmiitelkanal 15. Über einen anschließenden ringförmigen Kühlmiiielkanal 16 in der Erregermaschinenwelle 7 gelangt das aufgewärmte Helium in eine Kühlmiltclai.s'rittskammer 17 des Kühlmittelanschlußkopfes 11 und wird von dort der Kältemaschine zugeleitet.

Wie bereits ausgeführt, sind alle Hohlräume des Trommclläufers 1 sowie ein die Kühlmitlelkanäle und 15 in der Läuferwelle 5 umschließender Hohlraum 50 evakuiert. Mit Hilfe eines Dehnungskompensaiors

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Kühlkreislauf mit den ebenfalls der Hin- 31 und Rückleitung dienenden Kühlmitielleitungen 31 und 32 liegt auf etwa 50 bis 70° K bewirkt die Kühlung des genannten Kälteschildes. Da diese beiden Kühlkreisläufe auf sehr unterschiedlichen Temperaturen liegen, werden sie durch evakuierte Ringkanäle 33 in der Läul'erwelle 5 und 34 in der Erregermaschinenwelle 7 voneinander isoliert. Die Verbindungsstellen der Kühlniiuelkanäle sind dabei im eigentlichen Bereich der Kupplung 6 als einander muffcnförmig übergreifende Steckverbindungen .15. 36. 37 und 38 ausgeführt. Dabei übergreift beispielsweise das Rohr 40 des läuferseitigen zuführenden Kuhlmittelkanal 12 im Kupplungsbereich das Ende des entsprechenden Rohrs 41 des erregerseiligen Kühlmitlelkanals 12 und das äußerste Rohr 42 des rückführenden Kühlmittelkanals 32 — wobei dieses äußere Rohr 42 an die Siirnplatte 19 des Dehnungskom_:>ensators angeschlossen ist — das Ende des äußeren Rohrs 43 in der Erregermaschinenwelle. Die Abdichtung dieser jeweils sich konzentrisch übergreifenden Steckverbindungen 35 bis 38 erfolgt durch /.wischengelegte Dichtringe 44, die in bekannter Weise auch in Nuten einer der Sleckverbindungsicile eingelegt werden können. Diese Abdichtungen lassen sowohl das Kuppeln und

18, an dessen senkrecht zur Generatorachse liegenden 55 Entkuppeln als auch Axialdehnungen an den Rohren Siirnplatte 19 das äußere, den Kühlmiitelkanal 15 bil- zu. Die völlige Abdichtung des evakuierten Tmmmeldende Rohr 20 der Läuferwelie 5 eingesetzt ist, sind
diese evakuierten Räume an der Kupplung 6 vakuumdicht verschlossen, da dieser Dchnungskompensator 18

zu. Die völlige Abdichtug

läuferinnenraumcs 2 und des Hohlraumes 50 erfolgt — wie bereits besehrieben — durch den Dehnungskompensator 18; somit hat das Abkuppeln der Erregermakili Eiflß f di Abdihtung des

mit der Kupplungshälfte 21 des Läufers 1 verschweißt 60 schincnwelle 7 keinerlei Einfluß auf die Abdichtung des

In der erregerseitigen Kupplungshnlfie 22 ist nunmehr ein Hohlraum 23 vorgesehen, der über einen koaxialen Kanal 24 mit einer Leckabsaugkummer 25 im Kühlmittelanschlußkopf 11 in Verbindung sieht. Wie noch näher erläutert wird, können damit über Undichtigkeiten an der Kupplungsslelle austretende Kühlmittelmengen sicher abgesaugt werden.

schinen Läufers. Darüber hinaus gewährleistet der Dehnungskompensator 18 die axiale Beweglichkeit der die Kühlmiitelkanäle bildenden Rohre.

Das nach der Erfindung vorgeschlagene Führungsrohr 27 für die !'.rregorsiromzuieiiungen 26 vereinfacht die Kupplungskonstruktion beträchtlich. Dieses i üh rungsrohr 27 isi ebenfalls mit der Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 verbunden und trennt somit

die Erregcrstromzulcitung 26 vollständig von dem evakuierten Trommclläufcrinncnraum 2. Darüber hinaus erfolgt eine Heliumabdichtung der HrrcgerMrom/uleitung 26 im Kupplungsbcrcich ebenfalls durch Dichtringe 46 und 47, die in das aufgeweitete oder verdickte Finde de» Führungsrohres 27 cingelcgi oder in Nuten eingebettet sind und eine Abdichtung gegenüber den lirrcgcrstromzuleilungen 26 übernehmen. Die Trennstelle dieser Zuleitungen 26 ist dabei im Kupplungsbereich als Sleckkontaktverbindung45 ausgebildet.

Die Erregerstromzulcitungen 26 sind im Rihriingsrohr 27 axial verschiebbar gelagert, wobei Wärmedehnungen von den elektrischen Sleekkontakten 45 aufgenommen werden. Der innere Dichtring 46 übernimmt dabei die Heliumabdichtung zum Läufcrwickclkopfraum 28, während der äußere Dichtring 47 zur Abdichtung des durch die Axialbohruiig 29 der lirrcgerstrom-/uleiiung 26 strömenden Kühlmittels an den Steckkontakten 45 dient.

An allen beweglichen Dichtungen muß mit Leckagen gerechnet werden, die aber bei der vorgesehenen Anordnung auf die Betriebssicherheit des Läufers keinen r.influß haben. Sämtliche durch die lösbaren Steckverbindungen 35 bis 38 suwie Steckkontakten 45 im Hohlraum 23 der Kupplung anfallenden Heliumleckagen werden durch den ringförmigen Kanal 24 in die Leckiibsatigkiüv.nicr 25 abgeführt.

Der Hohlraum 23 der Kupplung selbst ist nach außen in den beiden Kupplungshplftcn 21 und 22 durch zusätzliche Dichtringe 48 abgedichtet, was wegen der ruhenden Hanschdichtungcn keinerlei Schwierigkeiten bedingt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kupplung zwischen einem eine lirrege r wick iung aufweisenden Laufer eines elektrischen Generators und einer Erregermaschinen- oder SchleilliiijiwcMe mii¹ lösbaren eiekirischen. hydraulischen und mechanischen Verbindungsstellen, wobei die elektrischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, achsparallele Steckkontakte zur Verbindung von Erregerstromzuleitungen ausgebildet sind und die hydraulischen Verbindungsstellen Kühlmitielkanäle miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Läufer mit einer supraleitenden, durch ein Nüssiges tiefgekühltes Kühlmittel gekühlten Erregerwicklung die hydraulischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, acnsparal-IeIe Steckverbindungen ausgebildet sind und daß im Innern einer der Kupplungshälften (21, 22) ein gegenüber der Außenatmosphäre gasdichter Hohlraum (23) vorgesehen ist, in dem die elektrischen und hydraulischen Steckverbindungen (35 bis 38) angeordnet sind, und daß der Hohlraum (23) über einen koaxialen Kanal (24) in der Erregermasclvnen- oder Schlcifringwelle (7) mit einer am anderen Ende der Welle angeordneten, diese umschließenden Leckabsaugkammer (25) in Verbindung steht.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Steckverbindungen zur Verbindung der Kühlmittclkanäle (12, 15: 31, 32), die durch konzentrische Rohre (40. 41; 20: 42) ausgeführt sind, muflenförmig ausgebildet und mit Dichtringen (44) axial beweglich abgedichtet sind.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen konzentrischen Kühlmittelkanälc (12, 15: 31, 32) durch dazwischenliegende evakuierte Ringkanäle (33. 34) voneinander wärmeisolierend getrennt sind.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis i. dadurch gekennzeichnet, daß die Errcgerstromzuleitungen (26) radial außenliegend zu den Kühlmittelkanälen (12, 15: 31, 32) angeordnet und als Hohlleiter ausgebildet sind, die an ihrem einen Ende mit dem vom Kühlmittel durchströmten Wickelkopfraum (28) des Läufers (1) und mit ihrem anderen Ende mii dem Kanal (24) zu der Leckabsaugkammcr(25) in Verbindung stehen.

5. Kupplung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstromzuleilungen (26) in der Läuferwelle (5) jeweils von einem gesonderten Führungsrohr (27) umgeben sind, das im Kupplungsber<.;«_h gegen den Steckkontakt (45) durch Dichtungsringe (46,47) abgeschlossen ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die läuferseitigen Steckverbindungshälfte (21) des äußeren kühlmittelkanalbildenden Rohres (20 bzw. 42) und daß die Erregerstromzuleilungen (26) umgebende Führungsrohr (27) durch einen diese aufnehmenden, im Hohlraum (23) der Kupplung (6) angeordneten Dehnungskompensaior (18) mit der Läuferwelle (5) vakuumdicht und axialbeweglich verbunden sind.

7. Kuppking nach einem tier Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Kühlmittelmenge in den Erregersironiziileitungen (26) Drosseln anireonlnei ».im!.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung zwi .sehen einem eine Erregerwicklung aufweisenden Läufers eines elektrischen· Generators Lind einer Erreger maschinen- oder Schleifringwelle mil lösbaren elekirisehen, hydraulischen und nieciuinisi_!icii Vcibniduiigsstelien, wobei die elektrischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, achsparallele Steckkontakte zur Ve ι bindung von Erregerstromzuleitungen ausgebildet sind und die hydraulischen Verbindungsstellen Kühlmiiielkanäle miteinander verbinden.

Eine derartige Kupplung ist aus der DT-AS 12 69 2Jb bekannt. Dabei weisen die Erregerstromzuleimngsenden der einen Kupplungshüliie eingeschraubte Konlaktbolzen auf. deren Enden in entsprechende LJohrungen der Erregerstromzuleitungscnden der anderen Kupplungshälfte nach Zusammenfügen der Kupplung eingreifen. Diese Kontaktbolzen sind dabei hohl ausgeführt und werden von ei;.em Kühlmittel durchströmt, so daß diese elektrische Verbindungsstelle gleichzeitig als hydraulische Verbindungsstelle für das Kühlmittel dient. Die Rückleitung des aufgewärmten Kühlmittels erfolgt dabei in einer axialen Ausnehmung zwischen den beiden Errcgerstromzuleitungen. Die Steckkontakte und die Kontaktbolzen können dabei gleichzeitig Wärmedehnungen der Leiter in axialer Richtung aulnehmen und ausgleichen. Mit einer derartigen Ausbildung der Kupplung ist es also möglich, lösbare Verbindungen für di.·; Erregerstromzuleitungen, die Kühlmittel/u- und -ableitungen sowie für die mechanische WeI-lenverbindung gleichzeitig zu schaffen, wobei eine Abdichtung nach außen noch durch zusätzliche, in die Kupplungsflansche eingelegte Dichiringc erfolgt.

Bei Turbogencratorläufern mit supraleitender Erregerwicklung, bei der ein tiefgekühltes Kühlmittel mit besonders hohem Diffusionsvermögen und einer Temperatur von etwa 4° K verwendet wird, ergeben sich jedoch zusätzliche Schwierigkeiten, da Kanäle in den Erregerstromzuleitungen allein nicht ausreichen, um dieses Kühlmittel zu führen und da außerdem die lösbarcn Verbindungen der KühjmUtelzu und abieitungskanäle praktisch absolut dicht sein, trotzdem aber die relativ großen axialen Relativbewegungen der Kühlmittelleitungen sowie der Erregerstromzulciiungen an der Kupplungsstelle aufnehmen müssen. Außerdem müssen zusätzliche Muschirmmaßnahmen für ilen von außen nach innen eintretenden Wiirmciluß geschaffen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die auf einfache Weise alle die vorgenannten Bedingungen erfüllt und absolut be tnebssichcr ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Läufer mit einer supraleitenden, durch ein flüssiges, tiefgekühltes Kühlmittel gekühlten Erregerwicklung die hydraulischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, achsparallele Steckverbindungen ausgebildet sind und daß im Inneren einer der Kupplungshälften ein gegenüber der Außcnaimosphäre gasdich- ter Hohlraum vorgesehen ist, in dem die elektrischen und hydraulischen Steckverbindungen angeordnet sind und daß der Hohlraum über einen koaxialen Kanal in der Erregermaschinen- oder Schleil ring« eile mit einer .1111 anderen Ende der Welle angeordneten, i.iese um-

(>? schließenden Lcckabsaujikamrnci in VVi i mduiig stellt. Durch diese Anordnung aller Dichiuns's- und Verbindungsstellen in einem I lohlraum eier Kupplung isi eine einlache rrennung alier an der Kupplungsstelle auf/u-