DE2332700C3 - Kupplung zwischen einem eine Erregerwicklung aufweisenden Läufer und einer Erregermaschinen- oder Schleifringwelle - Google Patents

Description

trennenden 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 Unteransprüch^i genannt.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispieien nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeijt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Generatorläufer und die Erregermaschinenwelle mit der erfindungsgemäßen Kupplungsstelle,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Kupplungsbereich in verg-ößcrtem Maßstab.

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Läuferwelle entsprechend der Schnittlinie HI-IU nach F i g. 2 und

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

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Läuferwelle und die Erregermaschinenwelle mit der 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 Trommelläuferinnenraum 2 ist zur besseren Wärmedämmung evakuiert. Die supraleitende Erregerwicklung 3 ist auf der Innenseite eines gesonderten Zylinders 4 angeordnet, der mit dem Außengehäuse I des Trommelläufers kraftschlüssig verbunden ist. An die hohle Läuferwelle 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 Kühlmitte'anschlußkopfes ti über den zuführenden Kühlmittelkanal 12 in der Achse der Erregermaschinenwelle 7 und der Läufcrwellc 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 Kühlmittelkanal 12 konzentrischen, ringförmigen Kühlmittelkanal 15. Über einen anschließenden ringförmigen Kühlmittelkanal 16 in der Erregermaschinenwelle 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 des Trommelläufers 1 sowie ein die Kühlmittelkanäle 12 und 15 in der Läuferwelle 5 umschließender Hohlraum 50 evakuiert. Mit Hilfe eines Dehnungskompensators 18, an dessen senkrecht zur Generatorachse liegenden Stirnplatte 19 das äußere, den Kühlmittelkanal 15 bildende Rohr 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 Hohlraum 23 vorgesehen, der über einen koaxialen Kanal 24 mit einer Leckabsaugkammer 25 im Kühlmittelanschlußkopf 11 in Verbindung steht. Wie noch näher erläutert v/ird, können damit über Undichtigkeiten an der Kupplungsstelle austretende Kühlmittelmengen sicher abgesaugt werden.

Die Erregerstromzule'ttungen 26 — von denen wegen der Schnittlag" 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 Läuferwickclkopfraum 28 des erregerseitigen Wickelkopfes 14 mündet und auf der anderen Seite mit der Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 verbunden ist. Damit ist eine vollständige Trennung der Vakuumräume 2 des Läufers von den Stromzuleitungen 26 erreicht. Durch die Bohrung 29 der Erregerstromzuleitungen 26 tritt vom Läuferwickelkopfraum 28 Helium ein und verläßt diese am erregerseitigen Ende 30 und wird über den Ringkanal 24 in die Leckabsaugkammer 25 geleitet. Die durch die Erregerstromzuleitungen 26 fließende Heliummenge ist mittels nicht näher dargestellter Drosseln derart abgestimmt, daß sich am Ende 30 der Erregerstromzuleitung 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 i g. 1 noch ein zweiter Kühlmittelkreislauf vorgesehen, der beispielsweise zur 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 Kühlmittelleitungen 12 und 15 wird mit Helium von etwa 4,2° K betrieben. Der äußere Kühlkreislauf mit den ebenfalls der Hin- 31 und Riickleitung dienenden Kühlmittelleitungen 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 Läuferwelle 5 und 34 in der Erregermaschinenwelle 7 voneinander isoliert. Die Verbindungsstellen der Kühlmittelkanäle sind dabei im eigentlichen Bereich der Kupplung 6 als einander muffenförmig übergreifende Steckverbindungen 35, 36, 37 und 38 ausgeführt. Dabei übergreift beispielsweise das Rohr 40 des läuferseitigen zuführenden Kühlmittelkanal 12 im Kupplungsbereich das Ende des entsprechenden Rohrs 41 des erregerseitigen Kühlmittelkanals 12 und das äußerste Rohr 42 des rückführenden Kühlmittelkanals 32 — wobei dieses äußere Rohr 42 an die Stirnplatte 19 des Dehnungskompensators 18 angeschlossen ist- — das Ende des äußeren Rohrs 43 in der Erregermaschinenwelle. Die Abdichtung dieser jeweils sich konzentrisch übergreifenden Steckverbindungen 35 bis 38 erfolgt durch zwischengelegte Dichtringe 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 Rohren zu. Die völlige Abdichtung des evakuierten Trommelläuferinnenraumes 2 und des Hohlraumes 50 erfolgt — wie bereits beschrieben — durch den Dehnungskompensator 18; somit hat das Abkuppeln der Erregermaschinenwelle 7 keinerlei Einfluß auf die Abdichtung des Läufers. Darüber hinaus gewährleistet der Dehnungskompensator 18 die axiale Beweglichkeit der die Kühlmittelkanäle bildenden Rohre.

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 Dehnungskomper ,.ttors 18 verbunden und trennt somit

die Erregerstromzuleitung 26 vollständig von dem evakuierten Trommelläuferinnenraum 2. Darüber hinaus erfolgt- eine Heliumabdichtung der Erregerstromzuleitung 26 im Kupplungsbereich ebenfalls durch Dichtringe 46 und 47, die in das aufgeweitete oder verdickte Ende des Führungsrohres 27 eingelegt oder in Nuten eingebettet sind und eine Abdichtung gegenüber den Erregerstromzuleitungen 26 übernehmen. Die Trennstelle dieser Zuleitungen 26 ist dabei im Kupplungsbereich als Steckkontaktverbindung 45 ausgebildet.

Die Erregerstromzuleitungen 26 sind im Führungsrohr 27 axial verschiebbar gelagert, wobei Wärmedehnungen von den elektrischen Steckkontakten 45 aufgenommen werden. Der innere Dichtring 46 übernimmt dabei die Heliumabdichtung zum Läuferwickelkopfraum 28, während der äußere Dichtring 47 zur Abdichtung des durch die Axialbohrung 29 der Erregerstromzuleitung 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 Einfluß haben. Sämtliche durch die lösbaren Steckverbindungen 35 bis 38 sowie Steckkontakten 45 im Hohlraum 23 der Kupplung anfallenden Heliumleckagen

ίο werden durch den ringförmigen Kanal 24 in die Leckabsaugkammer 25 abgeführt.

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kupplung zwischen einem eine Erregerwicklung aufweisenden Läufer eines elektrischen Generators und einer Erregermaschinen- oder Schleifringweiie mit lösbaren elektrischen, hydraulischen und mechanischen Verbindungsstellen, wobei die elektrischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, achsparallele Steckkontakte zur Verbindung von Erregerstromzuleitungen ausgebildet sind und die hydraulischen Verbindungsstellen Kühlmittelkanäle miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, 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 Innern einer der Kupplungshälften (21, 22) ein gegenüber der Außenatmosphäre gasdichter Hohlraum (23) vorgesehen ist, in dem die elektrischen Mild hydraulischen Steckverbindungen {35 bis 38) angeordnet sind, und daß der Hohlraum (23) über einen koaxialen Kanal (24) in der Erregermaschinen- oder Schleifringwelle (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 lur Verbindung der Kühlmittelkanäle (12, 15; 31, 32), die durch konzentrische Rohre (40, 41; 20; 42) ausgeführt sind, muffenförmig ausgebildet und mit Dichtringen (44) axial beweglich abgedichtet sind.

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

4. Kupplung nach einein der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Errsgerstromzuleitungen (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 mit dem Kanal (24) zu der Leckabsaugkammer (25) in Verbindung stehen.

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

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

7. Kupplung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Kühlmittelmenge in den Erregerstromzuleitungen (26) Drosseln angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung zwischen einem eine Erregerwicklung aufweisenden Läufers eines elektrischen Generators und einer Erregermaschinen- oder Schleifringwelle mit lösbaren elektrisehen, hydraulischen und mechanischen Verbindungsstellen, wobei die elektrischen Verbindungsstellen als axial bewegliche, achsparallele Steckkontakte zur Verbindung von Erregerstromzuleitungen ausgebildet sind und die hydraulischen Verbindungsstellen Kühlmiuelkanäle miteinander verbinder-

Eine derartige Kupplung ist aus der DT-AS 12 69 236 bekannt. Dabei weisen die Erregerstromzuleitungsenden der einen Kupplungshälfte eingeschraubte Kontaktbolzen auf. deren Enden in entsprechende Bohrungen der Erregerstromzuleitungsenden der anderen Kupplungshälfte nach Zusammenfügen der Kupplung eingreifen. Diese Kontaktbolzen sind dabei hohl ausgeführt und werden von einem 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 Erregerstromzuleitungen. Die Steckkontakte und die Kontaktbolzen können dabei gleichzeitig Wärmedehnungen der Leiter in axialer Richtung aufnehmen und ausgleichen. Mit einer derartigen Ausbildung der Kupplung ist es also möglich, lösbare Verbindungen für die Erregerstromzuleitungen, die Kühlmittelzuunu -ableitungen sowie für die mechanische WeI-lenverbindung gleichzeitig zu schaffen, wobei eine Abdichtung nach außen noch durch zusätzliche, in die Kupplungsflansche eingelegte Diditringe erfolgt.

Bei Turbogeneratorläufern mit supraleitender Erregerwicklung, bei der ein liefgekühltes 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 lösbaren Verbindungen der Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle praktisch absolut dicht sein, trotzdem aber die relativ großen axialen Relativbewsgungen der Kühlmittelleitungen sowie der Erregerstromzuleitungen an der Kupplungsstelle aufnehmen müssen. Außerdem müssen zusätzliche Abschirmmaßnahmen für den von außen nach innen eintretenden Wärmefluß geschaffen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die auf einfache Weise alle die vorgenannten Bedingungen erfüllt und absolut betriebssicher 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 ali axial bewegliche, achsparallele Steckverbindungen ausgebildet sind und daß im Inneren einer der Kupplungs hälften ein gegenüber der Außenatmosphäre gasdich ter Hohlraum vorgesehen ist, in dem die elektrischer und hydraulischen Steckverbindungen angeordnet sine und daß der Hohlraum über einen koaxialen Kanal ii der Erregermaschinen- oder Schleifringwelle mit eine am anderen Ende der Welle angeordneten, diese um

*5 schließenden Leckabsaugkammer in Verbindung steht.

Durch diese Anordnung aller Dichtungs- und Verbin

dungsstellen in einem Hohlraum" J^r Kupplung ist ein einfache Trennung aller an der Kuyplungsstelle aufzi