DE2453182B2 - Anordnung zur kuehlung einer elektrischen maschine - Google Patents

Anordnung zur kuehlung einer elektrischen maschine

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DE2453182B2 DE19742453182 DE2453182A DE2453182B2 DE 2453182 B2 DE2453182 B2 DE 2453182B2 DE 19742453182 DE19742453182 DE 19742453182 DE 2453182 A DE2453182 A DE 2453182A DE 2453182 B2 DE2453182 B2 DE 2453182B2
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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur ühlung piner elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators, die einen Rotor mit e.ner tiefzukühlenden, supraleitenden Erregerwicklung entnat weiche von einer gekühlten Dämpfungsw.cklung hau, weil umgeben und darüber hinaus mit gekuhl-
bzw -abführungsleitungen verbunden ist. une derartige Anordnung zur Kühlung einer elektr sehen faschine ist aus der CH-PS 5 16 250 bekannt Diese Maschine, die eine Wechselstrom-Synchronmaschine ist, enthält einen Rotor mit einer supXenden Erregerwicklung, welche mittels eines Kryomediums, beispielsweise flüssigem Helium, im supraleitenden Zustand gehalten wird Um den Rotor mi der supraleitenden Erregerwicklung ist konzen- Tr ch ein Strahlungsschutzschild angeordnet aas mittels Röhren gekühlt werden kann, die ein Kuhlmedi-Sn beispielsweise Helium führen, dessen Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur hegt. Dieses Suahlungsschild dient zugleich als Dämpfungsw.cklung. Zur Kühlung der Maschinenteile ist gemäß Fig. 4 der genannten Patentschrift vorgesehen, daß das Kryomedium in einem Kompressor verdichtet und dann in einer ersten Kühlvorrichtung gekühlt wird. Das Kuhlmed.um verläßt dieye Kühlvorrichtung bei einer Temperatur von etwa 8OK und fließt einer h der Rotorwelle angeordneten weiteren Kühlstufe zu. In dieser Kuhlstufe wird das Kühlmedium bis auf eine Temperatur herabgeküblt, hei der ein supraleitender Zustand der Erregerwicklung aufrechterhalten werden kann.
Das Kryomedium fließt dann, beispielsweise mit einer Temperatur von 4 K, von dieser zweiten Kühlstufe innerhalb des Rotors zur Erregerwicklung. Ein Teil des aus der Wicklung austretenden Kryomediums wird zur Vorkühlung des durch die zweite Kühlstufe geleiteten Mediums verwendet und dann /um Kompressor zurückgeleitet. Der zweite Teil des die Wicklung verlassenden Kühlmediums wird zunächst um die zweite Kühlstufe herumgeführt und dann zur Kühlung der normalleitenden Leiter C er Stromzuführungs- oder -abführungsleitungen verwendet. Ferner kann ein Teil des Kühlmediums vom Kreis zwischen der ersten Kühlvorrichtung und der zweiten Kühlstufe abgezweigt und durch am Strahlungsschutzschild befestigte Röhren geleitet werden.
Bei dieser bekannten Kühlanordnung werden somit die Stromzuführungs- oder -abführungsleitungen von dem Kühlmedium mitgekühlt, das die supraleitende Erregerwicklung durchlaufen hat. Die Kühlung der Stromzuführungs- oder -abführungsleitungen ist dehalb abhängig von der Kühlung der Supraleiter der Erregerwicklung. Da sich die Wicklungsv.-irluste der Supraleiter, beispielsweise im Falle eines Stromkurzschlusses, kurzfristig auf ein Vielfaches erhöhen können, müssen diese Verluste mit einer entsprechenden Kälteleistung abgeführt werden. Die damit verbundene Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes durch die Erregerwicklung kann aber zu einer unerwünschten Unterkühlung der Stromzuführungs- bzw. -abführungsleitungen führen. Mit dieser Unterkühlung der raumtemperaturseitigen Enden der Stromzuführungszu- bzw. -abführungsleitungen kann beispielsweise infolge von Unterschreitung des Taupunktes oder von Eisbildung eine Herabsetzung der Spannungsfestigkeit der Stromzuführungs- bzw. -abführungsleitungen verbunden sein. Darüber hinaus müssen große, auf einen Stoßkurzschluß abgestimmte Kühlmittelmengen stets von Raumtemperatur aus erneut abgekühlt werden. Da Stoßkurzschlüsse im allgemeinen selten auftreten, ist ein derartiges Kühlverfahren jedoch verhältnisnäßig unwirtschaftlich.
Ferner ist aus der US-PS 37 29 640 ein Rotorkörper einer elektrischen Maschine mit einer supraleitenden Erregerwicklung bekannt. Die Anordnung zur Kühlung dieser Maschine enthält Teile eines Kfihlkreislaufes für dfe Erregerwicklung, die mit Teilen eines Kühlkreislaufes zur Kühlung eines konischen Übergangsteils an einem Wellenkörper parallel geschaltet sind. Mit e>ner solchen Parallelschaltung von Teilen der beiden Kühlkreislauf wird jedoch in jedem Falle eine Kopplung der beiden Teilkreisläufe vorgenommen. Auch bei dieser Ausführungsform einer Anordnung zur Kühlung kann es bei einem erhöhten Kühlmitteldurchsatz durch die Erregerwicklung, beispielsweise in einem Störungsfalle, zu einer unerwünschten Unterkühlung der konischen Übergangsstelle an dem Wellenkörper kommen.
Die ferner aus der DT-OS 23 42 391 bekannte Maschine entspricht kühltechnisch der Maschine gemäß der vorgenannten US-Patentschrift. Auch bei dieser Maschine ist eine Parallelschaltung eines Teils eines Kühlkreislaufes für eine supraleitende Erregerwicklung mit einem Teil eines Kühlkreislaufes, der zur Kühlung der Enden eines Rotorkörpers dient, vorgesehen. Gemäß Fig. 4 dieser Veröffentlichung kann das zur Kühlung der Erregerwicklung dienende Kühlmittel auch zur Kühlung von Stromzuführungsleitungen verwendet werden. Somit ergeben sich auch bei dieser Anordnung zur Kühlung der Maschine die bekannten Schwierigkeiten aufgrund der Kopplung der beiden Kühlkreislauf.
Bei der aus der Literaturstelle »ETZ-A, Bd. 89 (1968), Heft 13, Seiten 311 bis 316, insbesondere Fig. 5d bekannten Kühlanordnung kann das zur Kühlung einer Erregerwicklung vorgesehene Kühlmittel auch zumindest teilweise zur Kühlung von Stromzu- und -abführungsleitungen mitverwendet werden. Somit ist die Kühlung der Stromzu- und -abführungsleitungen ebenfalls an die Kühlung der Erregerwicklung gekoppelt, und es stellen sich deshalb die bekannten Schwierigkeiten ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine zu schaffen, bei der die Kälteleistung, die zur Abführung der von den jeweiligen Betriebszuständen der Maschine abhängenden Verluste erforderlich ist, besser an die tatsächlichen Verluste der Maschine anpaßbar ist. Beispielsweise können sich nämlich die Wicklungsverluste im Falle eines Stromkurzschlusses in wenigen Millisekunden auf das etwa Zehnfache der normalen Verluste erhöhen. Obwohl derartige Stromkurzschlüsse verhältnismäßig selten auftreten und die erhöhten Verluste nur während einer kurzen Zeitdauer von einigen Minuten wiiksam sind, muß die Kühlanordnung auch diese Verluste ohne zeitliche Verzögerung und ohne störende Temperaturerhöhung der Supraleiter abführen können. Darüber hinaus soll jedoch die aufgebrachte Kälteleistung aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bei normalen Betriebszuständen an die tatsächlichen Wicklungsverluste anpaßbar sein.
Diese Aufgabe wird für eine Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators, der eingangs genannten Art erfindungsgemäb dadurch gelöst, daß für die Erregerwicklung ein einziger Kühlkreislauf vorgesehen ist, der unabhängig von dem Kühlkreislauf ist, in welchem die Stromzu- und/oder -abführungsleitungen angeordnet sind.
Die mit der Erfindung erzeilten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die umgepumpte Kühlmittelmnnop in dem Kühlkreislauf für die supraleitende Erregerwicklung bei noch zulässigen Strömungs- und Pumpverlusten so gewählt werden kann, daß die Temperaturerhöhungen der Supraleiter auch bei höchsten Verlustleistungen genügend klein bleiben. Da die Dämpfungswicklung und die Stromzu- und -abführungsleitungen unabhängig von der Erregerwicklung gekühlt werden können, besteht die Gefahr einer ungewollten Unterkühlung dieser Bauteile der Maschine aufgrund eines erhöhten Kühlmitteldurchsatzes durch die Erregerwicklung nicht.
Eine besonders gute Anpassung des Kühlmittelbedarfs der einzelnen Bauteile des Rotors der Maschine an die tatsächlich erforderlichen Verluste läßt sich dadurch erreichen, daß für die Erregerwicklung, die Dämpfungswicklung und die Stromzu- und -abführungsleitungen jeweils ein eigener Kühlkreislauf vorgesehen ist.
Nach einer weiteren Ausbildung der Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung ist im Kühlkreislauf für die Erregerwicklung mindestens ein Wärmetauscher zur Übertragung der Verluste der Erregerwicklung mittels eines kryogenen Mediums an ein Tieftemperaturbad eines weiteren Kühlmittels vorgesehen. Die Temperatur dieses Kühlmittelbades ist beispielsweise durch Änderung seines Dampfdruckes einstellbar. Damit läßt sich die Temperatur der Erregerwicklung unabhängig von Schwankungen des Betriebszustandes der Maschine unterhalb eines vorbestimmten Wertes konstant aufrechterhalten.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die schematische Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Möglichkeit des prinzipiellen Aufbaus einer Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. In F i g. 2 ist als Anwendungsbeispiel dieser Anordnung nach F i g. 1 ein Kühlsystem einer elektrischen Maschine angedeutet.
In Fig. 1 ist in einem Querschnitt ein teilweise ausgeführter Rotorkörper 2 eines Generators, beispielsweise eines Wechselstrom-Synchrongenerators, angedeutet. Der Rotorkörper 2 ist konzentrisch um eine Achse 3 gelagert und enthält eine Erregerwicklung 4, die beispielsweise in Nuten auf seiner Außen- oder Innenseite angeordnet ist. Die Leiter der Wicklung enthalten supraleitendes Material und werden mittels eines kryogenen Mediums A im supraleitenden Zustand gehalten. Das kryogene Medium A, beispielsweise flüssiges Helium mit einer Temperatur von 3,5 K, wird in die Erregerwicklung 4 über eine Zuführungsleitung 6 an einer Stirnseite der Wicklung mit einem Druck von beispielsweise 2 bar eingespeist, durchläuft die in der Wicklung 4 zur Kühlung vorgesehenen Hohlräume und tritt an der gegenüberliegenden Stirnseite der Wicklung aus dieser wieder aus und wird in einer Abführungsleitung 7 beispielsweise mit einer Temperatur von 3,7 K und unter einem Druck von 13 bar wieder abgeleitet.
Zur Einspeisung der elektrischen Energie in die supraleitende Erregerwicklung 4 ist eine Stromzuführungsleitung 9 und -abführungsleitung 10 vorgesehen. Oper diese Stromzu- und -abführungsleitungen 9 und 10 ist die Erregerwicklung 4 mit einer in der Figur nicht ausgeführten äußeren Stromversorgungseinrichtung auf Raumtemperatur verbunden. Zur Herabsetzung der Wärmeeinleitung in die Wicklung über diese Stromzu- und -abführungsleitungen 9 und 10 ist ein weiterer, vom Kreislauf des kryogenen Mediums A getrennter Kühlkreislauf vorgesehen. Hierzu wird diesen Leitungen an ihrem tieftemperaturseitigen, d. h. mit der
Wicklung verbundenen Ende über eine Kühlmittelleitung 12 ein Kühlmittel B beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 4 K zugeführt. Das Kühlmittel B strömt dann in einem Raum 13 längs der Leitungen 9 und 10 nach deren warmen Ende hin und erwärmt sich dabei im Idealfall bis auf die Temperatur der Leiterstellen, an denen es die Leiter verläßt, beispielsweise bis auf Raumtemperatur.
Um die supraleitende Erregerwicklung 4 des Rotorkörpers 2 ist konzentrisch in einem vorgegebenen Abstand eine Dämpfungswicklung 15, die beispielsweise als Kupferschild ausgebildet ist, angeordnet. Diese Dämpfungswicklung 15 wird zweckmäßig mittels eines weiteren Kühlmittels C auf einer Temperatur zwischen der Raumtemperatur und der Tieftemperatur der Erregerwicklung 4 gehalten. Als Kühlmittel ist beispielsweise flüssiger Stickstoff mit einer Temperatur von 78 K geeignet. Anstatt Stickstoff kommt auch Heliumgas mit einer Temperatur um 100 K oder darunter in Frage. Das Kühlmittel hat vorteilhaft einen von den Kühlkreisläufen des kryogenen Mediums A und des Kühlmittels B getrennten Kreislauf und wird mit einem mit der Dämpfungswicklung 15 wärmeleitend verbundenen Kühlsystem, beispielsweise Kupferrohren, die auf dem Kupferschild aufgelötet sind, über eine Hinleitung
17 zugeführt und über eine entsprechende Rückleitung
18 wieder abgeleitet.
In der Figur sind darüber hinaus die Flußrichtungen des kryogenen Mediums A und der Kühlmittel B und C in deren voneinander getrennten Kühlkreisläufen durch Pfeile angedeutet.
In Fig.2 ist ein Kühlkreissystem für einen Turbogenerator mit einer supraleitenden Erregerwicklung in einem Rotor wiedergegeben. Das Kühlsystem umfaßt dabei im wesentlichen drei getrennte Kühlkreisläufe, die in der Figur mit E F und G bezeichnet sind. Der Kühlkreislauf E der durch eine durchzogene Linie veranschaulicht ist, dient zur Kühlung der in der Figur nicht weiter ausgeführten Erregerwicklung 4, während der Kühlkreislauf F zur Kühlung einer nur schematisch angedeuteten Dämpfungswicklung 15 vorgesehen und durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben ist Mit dem Kühlkreislauf G, der durch eine punktierte Linie dargestellt ist, werden die zur Einspeisung der elektrischen Energie in die Erregerwicklung erforderlichen Stromzuführungen, die in der Figur nur angedeutet und mit 9 und 10 bezeichnet sind, gekühlt
Zur Kühlung der Erregerwicklung des Rotors ist ein Kryostat 24 vorgesehen, in dem sich ein Tieftemperaturbad 25 eines weiteren Kühlmittels D, beispielsweise ein Heliumbad auf einer Temperatur von 33 K unter einem Druck von 0,4 bar, befindet Durch dieses Bad ist der Kühlkreislauf E mit einem kyrogenen Medium A hindurchgeführt Das kryogene Medium A wird mittels einer Pumpe 26, die in dem Kryostaten 24 angeordnet ist und beispielsweise auch durch eine auf Tieftemperatur arbeitende Turbine ersetzt werden kann, den Hohlräumen in der supraleitenden Erregerwicklung 4, die durch eine Rohrschlange 27 wiedergegeben sind, beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 33 K zugeleitet Nach dem Durchströmen der Wicklung 4 tritt es im Betriebsfall mit etwa 3,7 K aus der Wicklung wieder aus und wird durch einen Wärmetauscher 28 geleitet, der sich ebenfalls im Tieftemperaturbad 25 des Kühlmittels D in dem Kryostaten 24 befindet. Ober diesen Wärmetauscher 28 kann die von dem kryogenen Medium A im Kühlkreislauf der Wicklung aufgenommene Wärme an das Bad 25 in dem Kryostaten 24 abgegeben werden.
Das kryogene Medium A wird durch eine gesonderte in der Figur nicht dargestellte, absperrbare Zuführungsleitung von außen in den Kühlkreislauf feingespeist. Zur Kühlung der Stromzuführung 9 bzw. 10 im Kühlkreislauf G dient ein Kühlmittel B, das auf Raumtemperatur in einem Kompressor 30 verdichtet wird und danach durch mehrere Wärmetauscher und gegebenenfalls Expansionsmaschinen geleitet wird. In ίο der Figur sind nur drei Wärmetauscher 32 bis 34 angedeutet. Nach einer Drosselung in einem Ventil 35 kann dann das Kühlmittel B mit der gewünschten Tieftemperatur von beispielsweise 4,2 K an dem mit der Erregerwicklung 4 verbundenen Ende der Stromzufühij rung 9 oder 10 in diese eingeleitet werden. Es erwärmt sich beim Durchströmen der Stromzuführung bis etwa auf Raumtemperatur und wird erneut dem Kompressor 30 zugeführt.
Ferner wird zur Kühlung der Dämpfungswicklung 15 x> mittels des Kühlkreislaufs Fin dem Kompressor 30 ein Kühlmittel C verdichtet und danach auf eine Temperatur zwischen der Tieftemperatur der Wicklung und der äußeren Raumtemperatur, beispielsweise auf eine Temperatur von 40 K abgekühlt. Hierzu wird das Kühlmittel C wie das Kühlmittel B durch die beiden ersten Wärmetauscher 32 und 33 geleitet und tritt dann in die Dämpfungswicklung 15 ein. Es verläßt die Dämpfungswicklung mit einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 100K und wird zweckmäßig noch durch den ersten Wärmetauscher 32 geleitet, bevor es nach einer Drosselung in einem Ventil 37 in den Kompressor 30 zurückgeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist davon ausgegangen, daß die Kühlkreisläufe F und G voneinander getrennt sind. Der mit 30 bezeichnete Kompressor umfaßt dann für das Kühlmittel C und B je eine unabhängige Kompressionsstufe. Die Kühlkreisläufe F und G können jedoch auch, falls für die Kühlmittel Cund B das gleiche kryogene Medium vorgesehen ist, durch den Kompressor 30 und die Wärmetauscher 32 und 33 in einer gemeinsamen Leitung geführt werden und sich nach dem zweiten Wärmetauscher 33 in die zwei Kühlkreisläufe für die Dämpfungswicklung 15 und die Stromzu- und -abführungsleitungen 9,10 verzweigen. Im Kühlkreislauf G kann zweckmäßig nach dem letzten Wärmetauscher 34 und vor dem Drosselventil 35 eine Verzweigung 39 vorgesehen sein. Ein Teil des Kühlmittels B kann so aus dem Kühlkreislauf G ausgeleitet und in einem weiteren Drosselventil 40 so weit abgekühlt werden, daß es sich verflüssigt. Dieses verflüssigte und mit D bezeichnete Kühlmittel kann nur zur Nachfüllung des Tieftemperaturbades 25 in der Kryostaten 24 geleitet werden.
Der verdampfte Teil des Kühlmittels D in den-
SS Kryostaten 24 wird zweckmäßig durch die Wärmetau
scher 34,33 und 32 geleitet und mit Hilfe eines Gebläse; 42 in den auf Raumtemperatur befindlichen Strom de:
Kühlmittels B vor dem Kompressor 30 eingeleitet
Die Anordnung zur Kühlung des Turbogenerator
gemäß der Erfindung stellt somit ein System aus dre
voneinander getrennten Kühikreisläufen dar mit einen Kalt-Kreislauf E zur ausschließlichen Kühlung de Wicklung, dessen Kühlmitteldurchsatz den größten zi erwartenden Verlustleistungen der Wicklung anpaßba
ist, ferner mit einem Kalt-Warm-Kreislauf G zu Kühlung der Stromzu- und -abführungsleitungen 9, 1
und darüber hinaus mit einem Kühlkreislauf F zu Abführung der Dämpfungswicklungsverluste und de
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von außen eingeleiteten Wärme. Das Kühlmittel C dieses Kreislaufes /·", seine Ein- und Austrittstemperatur sowie sein Kühlmitteldurchsatz sind hierfür frei wählbar und somit beispielsweise bezüglich minimaler Betriebsund Anlagekostcn der erforderlichen Kältemaschine s sowie bezüglich größerer Betriebssicherheit des Generators optimierbar.
Im Falle eines Stoßkurzschlusses treten auch in der Dämpfungswicklung schnelle Verlustleistungsänderungen auf. Für das Verhalten des Generators sind die daraus resultierenden, vorübergehenden Temperaturänderungen bei konstant bleibendem Kühlmilteldurchsatz jedoch nur von untergeordneter Bedeutung.
Die Temperaturstabilität der Erregerwicklung 4 ist dagegen für die Funktion des Generators von ausschlaggebender Bedeutung. Gegenüber den bisher bekannten Kühlprinzipien für tiefgekühlte Erregerwicklungen weist der Kalt-Krcislauf EgemäB der Erfindung den Vorteil auf, daß die umgepumpte Menge des kryogenen Mediums A bei tolerierbaren Strömungs- und Pumpverlusten so groß gewählt werden kann, daß die Temperaturerhöhungen der tiefgekühlten Leiter, insbesondere der Supraleiter, auch bei hohen Verlustleistungen genügend klein bleiben. Darüber hinaus werden die abgeführten Wicklungsverluste in einem Wärmetauscher 28 an ein Tiefkühlbad, beispielsweise Heliumbad, abgegeben, dessen Temperatur durch Änderung des Dampfdruckes frei einstellbar ist. Es läßt sich somit auch die Temperatur der Wicklung auf einfache Weise beeinflussen.
Um in dem Hclium-Ticftcmperalurbad 25 im Kryostalen 24 Temperaturen unter 4,2 K erzeugen zu können, genügt ein an die normalen Wicklungsverlustc der Erregerwicklung 4 angepaßtes Gebläse 42. Stoßweise auftretende Verliisinhöhungen von kurzer Zeitdauer lassen sich in der Wärmekapazität dus Kalt-Krcislaufs E und des Tieftemperaturbades 25 speichern.
Ferner kann der Dampfdruck des Tieftemperaturbades 25 im Stoßkurzschlußfall über einen mittels eines Ventils 43 zuschaltbaren, evakuierten Pufferbehälter 44 erniedrigt werden. Es lassen sich dann die aufgrund des Stoßkurzschlusses in das Tief temperaturbad 25 eingeleiteten Wärmemengen zumindest teilweise kompensieren. Über ein in der Figur nicht dargestelltes Zusatzgebläse können die damit verbundenen Wärmekapazitätserhöhungen des Tieftemperaturbades wieder langsam abgebaut werden.
Ferner kann für das Kühlsystem vorgesehen sein, daß das kryogene Medium A im Kühlkreislauf E für die Erregerwicklung 4, insbesondere im Fall eines Normalleitendwerdens der Erregerwicklung d. h. bei starken Temperatur- und Druckerhöhungen des kryogenen Mediums A, über ein Überdruckventil 45 selbsttätig aus dem Kühlkreislauf E entweicht. Das kryogene Medium kann dann vorteilhaft in den Kryostaten 24 geleitet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 709 517/26
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Claims (9)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators, die einen Rotor mit einer tiefzukühlenden, supraleitenden Erregerwicklung enthält, welche von einer gekühlten Dämpfungswicklung konzentrisch umgeben und darüber hinaus mit gekühlten Stromzu- bzw. -abführungslleitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregerwicklung (4) ein eigener Kühlkreislauf (E) vorgesehen ist, der unabhängig von dem Kühlkreislauf (G) ist, in dem die Stromzu- und/oder -abführungsleitungen (9, 10) angeordnet sind.
2. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregerwicklung (4), die Dämpfungswicklung (15) und die Stromzu- und/oder -abführungsleitungen (9, 10) jeweils ein eigener Kühlkreislauf (E, F, G) vorgesehen ist (F i g. 2).
3. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkreislauf (E) für die: Erregerwicklung (4) mindestens ein Wärmetauscher (28) zur Übertragung der Verluste der Erregerwicklung (4) mittels eines kryogenen Mediums (A) an ein Tieftemperaturbad (25) eines weiteren Kühlmittels (Ztyvorgesehen ist.
4. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse (42) im Abgasstrom des Kühlmittels (D) des Tieftemperaturbades (25) vorgesehen ist, und daß das Gebläse (42) nur für die Wicklungsverluste bsi Normalbetrieb der Erregerwiclung (4) ausgelegt ist.
5. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein evakuierter Pufferbehälter (44) vorgesehen in, der an den Druckraum oberhalb des Tieftemperaturbades (25) anschließbar ist.
6. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkreislauf (E)iür die Erregerwicklung (4) eine auf Tieftemperatur arbeitende Turbine oder eine Pumpe (26) vorgesehen ist.
7. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel (A, B, Q D) für die Kühlkreisläufe (E, F, G) und das Tieftemperaturbad (25) Helium vorgesehen ist.
8. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des in dem Tieftemperaturbad (25) verdampften Kühlmittels (D) zur Einspeisung in den Kühlkreislauf (G) für die Stromzu- und/oder -abführungsleitungen (9, 10) und/oder in den Kühlkreislauf (F) für die Dämpfungswicklung (15) vorgesehen ist.
9. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (G) für die Stromzu- und/oder -abführungsleitungen (9, 10) und der Kühlkreislauf (F) für die Dämpfungswicklung (15) in mindestens einer Abkühlungseinrichtung (30,32,33) vereinigt sind.
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Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2453182A DE2453182C3 (de) 1974-11-08 1974-11-08 Anordnung zur Kühlung von Rotorteilen eines Turbogenerators
CH1387075A CH600657A5 (de) 1974-11-08 1975-10-27
FR7532768A FR2290777A1 (fr) 1974-11-08 1975-10-27 Dispositif pour le refroidissement d'une machine electrique
US05/627,215 US4216398A (en) 1974-11-08 1975-10-30 Arrangement for cooling an electric machine
GB45468/75A GB1531997A (en) 1974-11-08 1975-10-31 Rotary electrical machine with cooling arrangement
SE7512463A SE401587B (sv) 1974-11-08 1975-11-06 Anordning for kylning av en elektrisk maskin
JP50133948A JPS5227503A (en) 1974-11-08 1975-11-07 Cooling device for rotary electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2453182A DE2453182C3 (de) 1974-11-08 1974-11-08 Anordnung zur Kühlung von Rotorteilen eines Turbogenerators

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2453182A1 DE2453182A1 (de) 1976-05-13
DE2453182B2 true DE2453182B2 (de) 1977-04-28
DE2453182C3 DE2453182C3 (de) 1982-01-21

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Country Status (7)

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US (1) US4216398A (de)
JP (1) JPS5227503A (de)
CH (1) CH600657A5 (de)
DE (1) DE2453182C3 (de)
FR (1) FR2290777A1 (de)
GB (1) GB1531997A (de)
SE (1) SE401587B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3104469A1 (de) * 1981-02-09 1982-08-19 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München "anordnung zur kuehlung einer supraleitenden erregerwicklung im laeufer einer elektrischen maschine"

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU629601A1 (ru) * 1976-11-30 1978-10-25 Специальное Конструкторское Бюро "Энергохиммаш" Электрическа машина с криогенным охлаждением
JPS5698354A (en) * 1979-12-29 1981-08-07 Fuji Electric Co Ltd Cooling apparatus for superconductive rotary machine
DE3019673A1 (de) * 1980-05-22 1981-11-26 SIEMENS AG AAAAA, 1000 Berlin und 8000 München Einrichtung zur kuehlung einer supraleitenden erregerwicklung und eines daemperschildes des laeufers einer elektrischen maschine
US5157595A (en) * 1985-07-19 1992-10-20 El Paso Technologies, Company Distributed logic control system and method
US5271248A (en) * 1991-08-23 1993-12-21 Sundstrand Corporation Dual cooling system
JPH07221596A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Nec Corp 減衰回路
JP3289698B2 (ja) * 1998-11-25 2002-06-10 株式会社日立製作所 回転電機
US7466045B2 (en) * 2006-02-14 2008-12-16 Hamilton Sundstrand Corporation In-shaft reverse brayton cycle cryo-cooler
US10079534B2 (en) * 2015-03-18 2018-09-18 Kato Engineering Inc. Superconducting electrical machine with rotor and stator having separate cryostats
DE102016213993A1 (de) * 2016-07-29 2018-02-01 Siemens Aktiengesellschaft System mit einer elektrischen Maschine mit kryogener Komponente und Verfahren zum Betreiben des Systems
EP3518399B1 (de) * 2018-01-30 2020-09-30 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Kühlsystem für einen superleitenden generator

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2970232A (en) * 1958-10-21 1961-01-31 Gen Electric Conductor-cooled generator
US2675493A (en) * 1953-04-24 1954-04-13 Gen Electric Leak detection system for liquidcooled generators
US2975308A (en) * 1958-07-24 1961-03-14 Gen Electric Winding temperature control systems for direct-cooled dynamoelectric machines
DE1289176B (de) * 1965-02-06 1969-02-13 Siemens Ag Halterung fuer eine mit Zugankern befestigte rotierende Erregerwicklung einer elektrischen Maschine
GB1302549A (de) * 1969-08-20 1973-01-10
CH493905A (de) * 1969-10-27 1970-07-15 Oerlikon Maschf Gasgekühlte Stromzuleitung, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung derselben
DE2016169C3 (de) * 1970-04-04 1974-04-11 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser
GB1351601A (en) * 1970-04-09 1974-05-01 Int Research & Dev Co Ltd Superconducting dynamo-electric machines
CH516250A (de) * 1970-07-21 1971-11-30 Int Research & Dev Co Ltd Wechselstrom-Synchronmaschinen-Anlage
US3626717A (en) * 1970-08-27 1971-12-14 English Electric Co Ltd Apparatus for conveying a cold fluid to and from a rotatable body
US3657580A (en) * 1971-01-18 1972-04-18 Us Navy Magnetically shielded electrical machine with super-conducting filed windings
US3729640A (en) * 1971-02-16 1973-04-24 Int Research & Dev Co Ltd Superconducting electrical machines
US3761752A (en) * 1972-05-01 1973-09-25 Int Research & Dev Co Ltd Dynamoelectric machine winding support
US3816780A (en) * 1972-08-18 1974-06-11 Massachusetts Inst Technology Rotor structure for supercooled field winding
CH591178A5 (de) * 1972-11-03 1977-09-15 Anvar
FR2218681B1 (de) * 1973-02-21 1977-07-29 Anvar
DE2339772C3 (de) * 1973-08-06 1979-10-04 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Anordnung zur Befestigung einer supraleitenden Erregerwicklung im Läufer eines Turbogenerators
DE2344069C2 (de) * 1973-08-31 1975-04-30 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser
FR2275053A1 (fr) * 1974-06-17 1976-01-09 Fiz Energet Inst Compensateur synchrone avec refroidissement cryogenique

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3104469A1 (de) * 1981-02-09 1982-08-19 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München "anordnung zur kuehlung einer supraleitenden erregerwicklung im laeufer einer elektrischen maschine"

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Publication number Publication date
JPS5646338B2 (de) 1981-11-02
DE2453182A1 (de) 1976-05-13
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DE2453182C3 (de) 1982-01-21
GB1531997A (en) 1978-11-15
US4216398A (en) 1980-08-05
SE401587B (sv) 1978-05-16
CH600657A5 (de) 1978-06-30
JPS5227503A (en) 1977-03-01

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