DE2713885C2 - Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung - Google Patents

Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung

Info

Publication number
DE2713885C2
DE2713885C2 DE2713885A DE2713885A DE2713885C2 DE 2713885 C2 DE2713885 C2 DE 2713885C2 DE 2713885 A DE2713885 A DE 2713885A DE 2713885 A DE2713885 A DE 2713885A DE 2713885 C2 DE2713885 C2 DE 2713885C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
helium
coolant
evaporation
coolant circuit
mixing chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2713885A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2713885B1 (de
Inventor
Werner Dr.-Ing. 4630 Bochum Fritz
Erich 4330 Muelheim Weghaupt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kraftwerk Union AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kraftwerk Union AG filed Critical Kraftwerk Union AG
Priority to DE2713885A priority Critical patent/DE2713885C2/de
Priority to CH1562677A priority patent/CH627889A5/de
Priority to US05/890,288 priority patent/US4204134A/en
Priority to FR7808927A priority patent/FR2386182A1/fr
Priority to JP3595278A priority patent/JPS53122706A/ja
Priority to GB12114/78A priority patent/GB1574668A/en
Publication of DE2713885B1 publication Critical patent/DE2713885B1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2713885C2 publication Critical patent/DE2713885C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/876—Electrical generator or motor structure
    • Y10S505/877—Rotary dynamoelectric type
    • Y10S505/878—Rotary dynamoelectric type with cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung und einem diese um-
J5 schließenden Dämpfer- und Kälteschirm, wobei die Erregerwicklung mit tiefgekühltem, flüssigem Helium und der Dämpfer- und Kälteschirm mit einem zumindest teilweise verdampften Teilstrom des durch die Erregerwicklung geströmten Heliums gekühlt ist und eine Teilrückkühlung des Kühlmittels innerhalb des rotierenden Läufers erfolgt
Ein derartiger Kühlmittelkreislauf ist aus der DE-OS 20 28 158 bekannt. Dabei erfolgt die Rückkühlung des aufgewärmten Heliums dadurch, daß die Kompression
■*'' und eine Teilrückkühlung außerhalb des Läufers erfolgt, während die restliche Temperaturabsenkung in einem Kälteaggregat innerhalb des Läufers erfolgt. Zur Kühlung des Dämpferschirmes und weiterer Kälteschirme dient ein vom Kühlmittelstrom abgezweigter Teilstrom. Dieser abgezweigte Teilstrom ist jedoch mit dem übrigen Kühlmittelstrom so verknüpft, daß stets das gesamte Kühlmittel aus dem Läufer heraus und diesem wieder zugeführt werden muß. Dementsprechend ergibt sich ein aufwendiger Aufbau des Kühlmittelanschlukopfes. Außerdem können die Durchsatzmengen des Kühlmittelstromes und des abgezweigten Teilstromes nicht so eingestellt werden, daß sich bei einer optimalen Wärmeübergangszahl an der supraleitenden Erregerwicklung auch gleichzeitig eine auf den Bedarf abgestellte, wirtschaftliche Kühlung des Dämpfer- und Kälteschirmes ergibt.
Darüber hinaus ist schon eine Verdampfungskühlung, bei der der zur Kühlung erforderliche Kühlmitteldurchsatz reduziert werden kann, in Form einer sogenannten
"Γ· Badkühlung bekannt (DE-OS 25 30 100), d.h. die supraleitende Wicklung wird vom Helium umströmt und dabei wird die natürliche Zirkulation bei Rotation infolge von Temperaturunterschieden zur Wärmeablci-
tung ausgenutzt. Bei einem solchen System ist aber der Wärmetransport in Sonderbetriebsfällen, wie bei plötzlichen Laständerungen oder bei Kurzschluß, zu träge; da der Kühlmittelfluß nicht durch Vordruck erzwungen wird, können sich dabei örtliche Wärmenester ausbilden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelkreislauf zu schaffen, bei dem zwar die Vorteile einer Verdampfungskühlung ausgenutzt werden, bei dem aber eine optimale Kühlung aller Anlagenteile auch in Sonderbetriebsfällen — wie bei plötzlichen Laständerungen, Kurzschluß oder Schieflast — sicher gewährleistet ist und bei der darüber hinaus das externe Kälteaggregat sehr klein gehalten werden kann, so daß auch der Kühlmittelanschlußkopf sehr r> einfach aufzubauen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kühlmittelkreislauf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß das der Erregerwicklung von einer Mischkammer aus im Zwangsumlauf zugeführte flüssige Helium nach Aufwärmen durch die Wicklungsverluste und durch Druckabsenkung teilweise verdampft, daß das nichtverdampfte, durch Entzug der Verdampfungswärme rückgekühlte Helium in die Mischkammer zurückgeführt und daß der entstandene Heliumdampf nach Kühlung des Dämpfer- und Kälteschirmes extern rückgekülilt und ebenfalls in die Mischkammer eingeleitet ist
Durch dieses Kühlsystem wird bei Nutzung der Verdampfungswärme die Anwendung einer Zv,angsum- jo laufkühlung im Wicklungsraum der supraleitenden Erregerwicklung ermöglicht und damit eine hohe Kühlmittelgeschwindigkeit in definierten Kühlkanälen erzielt. Ferner wird der Heliummassedurchsatz des Kälteaggregates erheblich reduziert. s">
Da jedoch in zahlreichen Fällen der allein aus den Erregerwicklungsverlusten erzeugte Heliurndampf zur Kühlung des die supraleitende Wicklung umschließenden Dämpfer- und Kälteschirmes nicht ausreicht, für eine gute Funktionsweise die Temperatur des Dämpfers -m jedoch möglichst niedrig sein muß, kann es zweckmäßig sein, daß der Dämpfer- und Kälteschirm zusätzlich von einem unmittelbar hinter der Erregerwicklung abgezweigten Heliumteilstrom gekühlt ist. Dabei ist es auch möglich, daß der Dämpferschirm allein mit dem ·»*> Heliumteilstrom und ein radial außenliegender weiterer Kälteschirm allein mit dem Heliumdampf gekühlt ist.
Für das verdampfende Helium kann radial innenliegend zum Erregerwicklungsraum der teilweise mit flüssigem Helium gefüllte Verdampfungsraum vorgese- 5<> hen sein, wobei von diesem Verdampfungsraum eine Kühlleitung zu dem Dämpfer- und Kälteschirm ausgeht und die Mischkammer für das nicht verdampfte He'ium in einem das Läuferwellenende umschließenden Kühlmittelanschlußkopf angeordnet ist, wobei die Misch- v< kammer mit einer axialen Zuführungsleitung für das flüssige Helium zur Erregerwicklung und einem externen Kühlaggregat für die Rückkühlung des Heliumdampfes in Verbindung steht. Der Verdampfungsraum ist zweckmäßigerweise als konzentrisch w> innerhalb des Erregerwicklungsraumes liegender, sich über die gesamte Wicklungslänge erstreckender Ringraum ausgebildet, in den das aufgewärmte Helium einleitbar ist, wobei sich in diesem Ringraum ein zylindrischer Verdampfungsspiegel zwischen dem radial <*r> außenlicgenden, flüssigen Helium und dem radial innenliegenden, verdampften Helium ausbilden kann.
Der Mischkammer im KühlmittelanschlußkoDf kann ferner eine die Kühlmittelaustrittsöffnungen der Läuferwelle umgebende Sammelkammer vorgeschaltet sein, die mit der Mischkammer in Verbindung steht.
Zur Druckabsenkung für das verdampfte Helium ist es zweckmäßig, wenn die Kühlmittelaustrittsöffnungen der Läuferwelle auf einem größeren Radius liegen als der Heliumverdampfungsspiegel in dem genannten Verdampfungsraum. Dabei kann das die Kühlmittelaustrittsöffnungen aufweisende Wellenende als Saugpumpe ausgebildet sein.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Heliumdampf-Kühlleitung für den Kälteschirm zwischen diesem und dem Heliumdampfraum radial verläuft und den Verdampfungsspiegel durchdringt
Zusätzlich können im Kühlmittelanschlußkopf axial zwei weitere die Läuferwelle umschließende und gegen diese abgedichtete Auffangkammern für das aus dem Dämpfer- und dem Kälteschirm abströmende Helium angeordnet sein und mit dem Kälteaggregat in Verbindung stehen.
Zur Druckhaltung für das einströrr.-. ride Kühlmittel ist zweckmäßigerweise in der Verbinaup>t;sieitung zwischen Kälteaggregat und Mischkammer ein Druckregler angeordnet
Um schließlich die Temperatur des eintretenden flüssige". Heliums noch weiter abzusenken und die Verdampfungswärme auszunutzen, ist es ferner zweckmäßig, wenn zwischen dem Verdampfungsraum und der axialen Kühlmittelzuführungsleitunp ein Wärmetauscher angeordnet ist.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 ein Prinzipschaltbild des Kühlkreislaufes und
F i g. 2 des Konslruktionsprinzip für einen Läufer mit supraleitender Erregerwicklung und dem entsprechenden Kühlkreislauf.
In Fig. 1 ist der Heliumkreislauf schematisch dargestellt. Dabei ist die bei der Rotation des Läufers sich durch die Radienunterschiede ergebende symbolisch durch Pumpen dargestellt.
Von einer externen Kälteanlage 1 strömt flüssiges Helium mit ca. 4,2 K über die Leitung 2 und das Regelventil 3 in eine Mischkammer 4. Der Druck in dieser Mischkammer 4 wird durch das Regelventil 3 konstant auf etwa 1,2 bar geregelt. Über eine Zuführungsleitung 5 wird das flüssige Helium den Kühlkanälen 6 der supraleitenden Erregerwicklung 7 zugeführt, wobei die symbolische Pumpe 8 für einen hohen Massendurchsatz und eine entsprechend hohe Kühlmittelgeschwindigkeit in diesen Kühlkanälen 6 sorgt. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit in den Kühlkanälen garantiert einen minimalen Temperatursprung zwische" der supraleitenden Erregerwicklung 6 und dem Kühlmittel bei einer Wicklungstemperatur von etwa 4,5 K. Darüber hin aus ist diese Zwangsstroinung in der Lage, plötzliche Verlusterhöhungen bei abnormen Betriebszuständen abzufangen. Das aus der supraleitenden Erregerwicklung 7 austretende Helium gelangt in einen Verdampfer i), dessen Innendruck vom Regelventil 3 über die Verbindungsleityng IQ konstant gehalten wird. Dabei stellt sich im Verdampfer 9 eine konstante Verdampfungstemperatur ein, die um so niedriger ist, je geringer der Druck im Verdampfer 9 gehalten werden kann. Die anfallende Dampfmenge ist bei konstantem Druck im Verdampfer den abzuführenden Wicklungsverlustcn proportional. Durch noch später zu erläuternde Maßnahmen kann darüber hinaus Her Verriamn-
fungsdruck und damit auch die Kühlmitteltemperatur im Verdampfer 9 und der Verbindungsleitung 10 reduziert werden.
Der überwiegende Teil des flüssigen Kühlmittels strömt über die Verbindungsleitung 10 in die Heliummischkammer 4 zurück. Somit ergibt sich für den Tieftemperaturstrom der Kreislauf: Mischkammer 4 — Pumpe 8 — Kühlkanäle 7 — Verdampfer 9 — Mischkammer 4.
Der im Verdampfer 9 anfallende Heliumdampf wird mit Hilfe der symbolischen Pumpe 11 mit ca. 4 bis 5 bar und etwa 5 bis 7 K in die Kühlkanälc 12 eines Dämpfer- und/oder Kilteschirme 13 geleitet.
Zur Abfuhr der Dämpfer- und Kälteschirmverluste bei einer noch elektrisch akzeptablen Dämpfertemperatur ist vielfach noch eine zusätzliche Heliummenge erforderlich, die hinter den Kühlkanälen 6 der supraleitenden Erregerwicklung 7 abgezweigt und über die Leitung 14 sowie die symbolische Pumpe 15 und einem Drosselventil 16 den Kühlkanälen 12 des Dämpfers 13 zugeleitet wird. Diese Zusatzmenge ist dabei mildern Ventil 16 justierbar.
Das Heliumgas wird nach Aufnahme der Dämpferund Kälteschirmverluste mit 80 bis 100 K über die Leitung 17 der Kälteanlage 1 zugeführt. In dieser Kälteanlage 1 wird das Kühlmittel auf 4,2 K abgekühlt und wieder in die Mischkammer 4 geleitet. Dort erfolgt die Mischung mit dem Verdampfertieftemperaturstrom
Mit diesem Kühlprinzip erfolgt also ilk Rjckkühlung des in der supraleitenden Erregerwicklung aufgewärmten flüssigen Heliums allein durch Verdampfung eines Teils des Heliums und somit Ausnutzung der Verdampfungswärme zur Rückkühlung des flüssigen Heliums, wobei der Grad der Verdampfung durch entsprechenden Unterdruck eingestellt werden kann, wie im folgenden näher erläutert wird.
In F i g. 2 ist im Prinzip der konstruktive Aufbau des Kühlkreislaufes in einem Läufer mit supraleitender Erregerwicklung gezeigt. Der schematisch angedeutete Läufer 18 wird am kühlmittelanschlußseitigen Läuferwellenende 19 von einem feststehenden Kühlmittelanschlußkopf 20 umgeben, von dem aus noch zu eriäuternde Leitungen zu der Kälteanlage 1 führen. Stirnseitig weist dieser Kühlmittelanschlußkopf 20 die bereits beschriebene Mischkammer 4 auf, die über die Leitung 2 mit der Kälteanlage 1 in Verbindung steht. Von dieser Mischkammer 4 aus erfolgt die Einspeisung des flüssigen, tiefgekühlten Heliums über die axiale Zuführungsleitung 5 im Läufer zu den Kühlkanälen 6 der supraleitenden Erregerwicklung 7. Konzentrisch zwischen dem Wicklungsraum 7 und der axialen Zuführungsleitung 5 is[ nunmehr der als Ringraum ausgebildete Verdampfer 9 vorgesehen, in den das aufgewärmte Helium aus den Kühlkanälen 6 über die Sammelkammer 21 und eine Drosselstelle 22 eingeleitet wird. Durch Ausdampfen des Heliums bildet sich in diesem Verdampfer 9 durch die Rotation des Läufers ein zylindrischer Verdampfungsspiegel 23 aus, wodurch der Verdampfer 9 praktisch in den Dampfraum 24 und den Flüssigkeitsraum 25 unterteilt ist. Dieser radiale Abstand Ri von der Drehachse bis zum Verdampfungsspiegel 23 und die dadurch bestimmte anstehende Heliumsäule baut bei Rotation des Läufers einen nutzbaren Förderdruck von über 2 bar auf und entspricht damit dem Symbol der Pumpe 8 in Fig. 1. Dieser Druck reicht aus. das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle 6 der supraleitenden Erregerwicklung 7 zu pumpen.
Das flüssige, durch Entzug der Verdampfungswärmc rückgekühlte Helium aus dem Bereich 25 kann danr über die Verbindungsleitung 10 in eine der Mischkam mer 4 vorgeschalteten Sammelkammer 26 im Kühlmit
r, telanschlußkopf 20 zurückfließen. Um den Druck irr Verdampfungsraum 9 weiter abzusenken, ist es dabe zweckmäßig, wenn die Kühlmittelaustrittsöffnungen an" Ende der Verbindungsleitung 10 auf einem größerer Radius liegen als der Heliumverdampfungsspiegel 23 irr
in Verdampfungsraum 9, d. h. wenn das Austrittswellenen de als Saugpumpe 27 ausgebildet ist. Hierbei wird die Saugwirkung der Pumpe 27 durch die Radiendifferen; Ri- Ri hervorgerufen. Die Pumpe 27 kann dabei nur au· radialen Wellenkanälen 28 bestehen, die keinen großer
π konstruktiven Aufwand erfordern, je grober nun da Unterdruck durch die Wahl der Radiendifferenz R> —R im Verdampfer 9 ausfällt, um so niedriger ist di< Verdampfertemperatur, unabhängig von den Verluste: in der supraleitenden Erreger» !(.Llung. Die Ausbildiinj
.•ti des Unterdrucks wird durch die justierung de Wicklungsaustrittes mit der Drossel 22 optimi'1"
Zur «-.,-timalcn Kühlung des Dämpferschirmes 13 unc eines weiteren radial außenliegenden Kälteschirmes 2· sind nun — geringfügig abweichend von dem Prinzif
j-, nach F i g. 1 — folgende Maßnahmen getroffen: De Dämpferschirm 13 wird allein von einem Teilstrom de die supraleitende Erregerwicklung 7 durchström habenden Heliums gekühlt, das über die Zw?^leitung I^ hinter den Kiihlkanälcn 6 abgezweigt wird und übe
«ι Kühlkanäle 30 den Dämpferschirm 13 umströmt. Da? dabei verdampfende Helium wird in eine weiten Auffangkammer 31 im Kühlrpittclanschlußkopf 2( eingeleitet und über eine Verbindungsleitung 32 de Kühlanlage 1 zugeführt und dort rückgekühlt. Der dabe
r> auftretende Kühlmitteldruck — in F ι g. 1 symbolisier durch die Pumpe 15 — ergibt sich aus der Differenz dei Radien Ri und Rj.
Das verdampfte Helium aus dem Dampfraum 24 de Verdampfers 9 wird nunmehr allein zur Kühlung eine!
in außenliegenden Kälieschirmes 29 verwendet und dafü über eine in den Dampfraum 24 ragende, radiale Abzugsleitung 12 den Kühlkanälen 33 des Kälteschir mes 29 zugeführt. Das in diesem Kälteschirm 29 bis au etwa 300 K aufgewärmte Helium wird dann in ein<
■i) weitere Auffangkammer 34 im Kühlmittelanschlußkop 20 geleitet und über die Verbindungsleitung 17 dei Kälteanlage I zugeführt, von wo es dann nacr Rückverflüssigung in die Mischkammer 4 zurückgeleite wird. Der sich hierbei aufbauende Förderdruck -
■>'i entsprechend der symbolischen Pumpe 11 in Fig. 1 ergibt sich aus der Radiendifferenz von R5 und R^, dei zusammen mit der Förderwirkung der Gewichtsdiffe renz zwischen Kalt- und Warmhelium im radialer Bereich H den Kühlmitteldurchsatz durch den Kälte
is schirm 29 bewirkt.
Mit dem beschriebenen Kühlmittelkreislauf ergib sich noch ein weiterer Vorteil: Bei entsprechendei Auslegung der Saugpumpe 27 kann nämlich die Verdampfungstemperatur um mehrere zehntel Grac
on abgesenkt werden, obwohl der Druck in der Mischkam mer 4 sogar höher liegt und z. B. 1,2 bar beträgt Untei diesen Bedingungen ergeben sich auch für die Auslegung der Kälteanlage 1 beträchtliche Vereinfa chungen, da der Läufer in diesem Fall mit flüssigen Helium von 4,2 K und 1 bar betrieben werden kann. Dei technische Aufwand der Kälteanlage entspricht dami etwa nur dem eines Heliumverflüssigers. Darübei hinaus kann der Läufer unter diesen Voraussetzunger
sogar nur mit einem Heliumspeicher (Kryostat) versorgt werden.
Da unter den genannten Bedingungen die Temperatur im Verdampfer9 um ca. 0,5 bis 0,7 K niedriger als die Temperatur in der Mischkammer 4 liegt, kann darüber hinaus die Trennwand zwischen dem Verdampfer 9 und dem axialen Zuführungskanal S z. B. über die gesamte Länjii nicht mit einem sonst üblichen Vakuumspalt isoliert werden, sondern es kann vielmehr dort ein Wärmetauscher 35 angeordnet sein. Dadurch wird das aus der Mischkammer einströmende Helium vor Eintritt in die supraleitende Wicklung noch unter 4.2 K abgekühlt Durch optimale Gestaltung dieses Wärmetauschers 35 z. B. durch Anordnung von Kühlrippen kann die Wärmeübergangsfläche noch beträchtlii-h vergrößert werden.
Zusammengefaßt ergeben sich mit dem neuen Kühlsystem folgende Vorteile: Die Kühlmittelaustrittstemperatur des Tieftemperaturkreislaufes der supraleitenden Erregerwicklung ist konstant und unabhängig von den Wicklungsverlusten, solange keine Druckänderung im Vt-rdämpfer hervorgerufen wird. Verluständerungen in der supraleitenden Erregerwicklung ändern nur die anfallende Heliumdampfmenge. Durch die Saugpumpe kann darüber hinaus noch die Verdampfungstemperatur abgesenkt werden. Es wird somit durch die Ausnutzung der Verdampfungswärme der Heliummassendurchsatz durch die externe Kälteanlage reduziert. Der Heliummassendurchsatz der supraleitenden Erregerwicklung beträgt dabei ein Vielfaches der Dampfmenge, wobei der große Massenstrom über die Mischkammer in den Läufer zurückgeleitet wird, ohne die Kälteanlage zu belasten. Dadurch ist die Anwendung der Zwangsumlaufkühlung im Wicklungsraum und
ίο damit die Erzielung einer hohen Kühlmittelgeschwindigkeit in den definierten Kühlkanälen möglich.
Schließlich ergibt sich im Gegensatz zu bekannten Zwangsumlaufkühlsystemen mit getrennten Kreisläufen für die supraleitende Wicklung und den Dämpfer- und KäUeschirm eine relativ einfache Konstruktion des Ari'jchhißkopfes 20. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, i:t nur eine einzige Kaltdichtunp 36 erforderlich. Die Kammerzahl im Anschlußkopf 20 beschränkt sich auf die Mischkammer 4 mit der vorgeschalteten Sammelkam-
ώ mer 26 und zwei weiteren Ablaufkammern 31 und 34, die mit Kühlmedium relativ hoher Temperatur beaufschlagt sind, so daß als Außenabdichtung nur ein Kammring 37 und nicht eine verlustlose Spezialdichtung erforderlich ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung und einem diese umschließenden Dämpfer- und Kälteschirm, wobei die Erregerwicklung mit tiefgekühltem, flüssigem Helium und der Dämpfer- und Kälteschirm mit einem zumindest teilweise verdampften Teilstrom des durch die Erregerwicklung geströmten Heliums gekühlt ist und eine Teilrückkühlung des Kühlmittels innerhalb des rotierenden Läufers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das der Erregerwicklung (7) von einer Mischkammer (4) aus im Zwangsumlauf zugeführte flüssige Helium nach Aufwärmen durch die Wicklungsverluste und durch Druckabsenkung teilweise verdampft, daß das nicht verdampfte, durch Entzug der Verdampfungswärme rückgekühlte Helium in die Mischkammer (4) zurückgeführt und daß der entstandene Heliumdampf nach Kühlung des Dämpfer- und Kälteschirmes (13) extern rückgekühlt und ebenfalls in die Mischkammer (4) eingeleitet ist.
2. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer- und Kälteschirm (13) zusätzlich von einem unmittelbar hinter der Erregerwicklung (7) abgezweigten Heliumteilstrom gekühlt ist
3. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferschirm (13) allein mit dem Heliumteilstrom und ein radial außenliegender weiterer Kälteschirm (29) allein mit dem Heliumdan:,/f gekühlt ist
4. Kühlmittelkreisl?uf nach ^inem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß radial innenliegend zum Erregerwicklungsr?iim (7) der teilweise mit flüssigem Helium gefüllte Verdampfungsraum (9) für das verdampfte Helium vorgesehen ist, daß von diesem Verdampfungsraum (9) eine Kühlleitung (12) zu dem Dämpfer- und Kälteschirm (13, 29) ausgeht und daß die Mischkammer (4) für das nicht verdampfte Helium in einem das Läuferwellenende (19) umschließenden Kühlmittelanschlußkopf (20) angeordnet ist, wobei die Mischkammer (4) mit ein.;r axialen Zuführungsleitung (5) für das flüssige Helium zur Erregerwicklung (7) und einem externen Kühlaggregat (1) für die Rückkühlung des Heliumdampfes in Verbindung steht.
5. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsraum (9) als konzentrisch innerhalb des Erregerwicklungsraumes (7) liegender, sich über die gesamte Wicklungslänge erstreckender Ringraum ausgebildet ist, in den das aufgewärmte Helium einleitbar ist und daß sich in diesem Ringraum ein zylindrischer Verdampfungsspiegel (23) zwischen dem radial außenliegenden, flüssigen Helium (25) und dem radial innenliegenden, verdampften Helium (24) ausbildet.
6. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkammer (4) im Kühlmittelanschlußkopf (20) ein die Kühlmittelaustrittsöffnungen der Läuferwelle umgebende Sammelkammer (26) vorgeschaltet ist, die mit der Mischkammer (4) in Verbindung steht.
7. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelaiistriltsöffniingen auf einem größeren Radius liegen als der Heliumverdampfungsspiegel (23) im Verdampfungsratim(9).
8. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kühlmittelaustrittsöffnungen aufweisende Wellenende (19) als Saugpumpe (27) ausgebildet ist
9. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heliumdampfkühlleitung (33) für den Kälteschirm (29) zwischen diesem und dem Heliumdampfraum (24) radial verläuft und den Verdampfungssp'egel (23) durchdringt
10. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche
4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelanschlußkopf (20) zwei weitere, die Läuferwelle (19) umschließende und gegen diese abgedichtete Auffangkammern (31, 34) für das aus dem Dämpferschirm (13) und dem Kälteschirm (29) abströmende Helium angeordnet sind und über Leitungen (17,32) mit der Kälteanlage (1) in Verbindung stehen.
11. Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche
5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verdampfungsraum (9) und axialer Kühlmittelzuführungieitung (5) ein Wärmetauscher (35) angeordnet ist
12. Kühlmittelkreisaluf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (2) zwischen Kälteanlage (1) und Mischkammer (4) ein Druckregler (3) angeordnet ist.
DE2713885A 1977-03-29 1977-03-29 Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung Expired DE2713885C2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2713885A DE2713885C2 (de) 1977-03-29 1977-03-29 Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung
CH1562677A CH627889A5 (de) 1977-03-29 1977-12-20 Kuehleinrichtung mit geschlossenem kuehlkreislauf fuer den laeufer eines turbogenerators mit supraleitender erregerwicklung.
US05/890,288 US4204134A (en) 1977-03-29 1978-03-27 Coolant loop for the rotor of a turbogenerator with a superconductive exciter winding
FR7808927A FR2386182A1 (fr) 1977-03-29 1978-03-28 Circuit de refrigerant pour le rotor d'un turbo-alternateur a enroulement d'excitation supraconducteur
JP3595278A JPS53122706A (en) 1977-03-29 1978-03-28 Device for cooling superrconductive rotary machine
GB12114/78A GB1574668A (en) 1977-03-29 1978-03-28 Coolant circuit of an electric machine rotor having a superconductive excitation winding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2713885A DE2713885C2 (de) 1977-03-29 1977-03-29 Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2713885B1 DE2713885B1 (de) 1978-06-08
DE2713885C2 true DE2713885C2 (de) 1979-02-01

Family

ID=6005015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2713885A Expired DE2713885C2 (de) 1977-03-29 1977-03-29 Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4204134A (de)
JP (1) JPS53122706A (de)
CH (1) CH627889A5 (de)
DE (1) DE2713885C2 (de)
FR (1) FR2386182A1 (de)
GB (1) GB1574668A (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2830887C3 (de) * 1978-07-13 1982-03-11 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Kühleinrichtung für den Rotor einer elektrischen Maschine mit einer supraleitenden Erregerwicklung
FR2439500A1 (fr) * 1978-10-20 1980-05-16 Sp K Bjur Machine electrique a refroidissement cryogenique
DE2849602C2 (de) * 1978-11-15 1981-10-01 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Anordnung zur Kühlung des Läufers einer elektrischen Maschine mit einer supraleitenden Feldwicklung
DE2918148A1 (de) * 1979-05-05 1980-11-20 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren und einrichtung zum selbstregelnden nachfuellen von helium in den rotor eines supraleitenden generators
US4368397A (en) * 1979-05-22 1983-01-11 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for deep cooling a field winding in the rotor of an electric machine
DE2920742C2 (de) * 1979-05-22 1980-12-11 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Anordnung zur Kühlung einerzuküh|ende" insbesondere supraleitenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine
DE2947592C2 (de) * 1979-11-26 1983-06-30 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Nachfülleinrichtung für die Kühlanordnung einer supraleitenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine
DE3015682A1 (de) * 1980-04-23 1981-10-29 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Anordnung zur kuehlung einer supraleitenden magnetwicklung
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
DE3020831C2 (de) * 1980-06-02 1986-11-06 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Einrichtung zur Kühlung einer supraleitenden Erregerwicklung und eines Dämpferschildes des Läufers einer elektrischen Maschine
US6140719A (en) * 1999-02-17 2000-10-31 American Superconductor Corporation High temperature superconducting rotor for a synchronous machine
US6553773B2 (en) 2001-05-15 2003-04-29 General Electric Company Cryogenic cooling system for rotor having a high temperature super-conducting field winding
US6725683B1 (en) 2003-03-12 2004-04-27 General Electric Company Cryogenic cooling system for rotor having a high temperature super-conducting field winding
US7317268B2 (en) * 2004-03-30 2008-01-08 General Electric Company System and method for cooling a super-conducting device
DE102005027953A1 (de) * 2005-06-16 2006-12-28 Siemens Ag Permanentmagneterregte elektrische Maschine mit Rotorkühlung
US8134345B2 (en) * 2005-11-29 2012-03-13 General Electric Company Cryogenic exciter
DE102015201610A1 (de) * 2015-01-30 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur Kühlung eines hochpoligen Rotors
EP3518399B1 (de) * 2018-01-30 2020-09-30 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Kühlsystem für einen superleitenden generator
WO2023287397A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 General Electric Company An electrical generator and cooling system

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1315302A (en) * 1969-06-10 1973-05-02 Int Research & Dev Co Ltd Rotary electrical machines
GB1351601A (en) * 1970-04-09 1974-05-01 Int Research & Dev Co Ltd Superconducting dynamo-electric machines
DE2339772C3 (de) * 1973-08-06 1979-10-04 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Anordnung zur Befestigung einer supraleitenden Erregerwicklung im Läufer eines Turbogenerators
US3956648A (en) * 1974-11-13 1976-05-11 Massachusetts Institute Of Technology Superconducting machine having flexible shield means operable to protect the superconducting field winding against transients
DE2518062A1 (de) * 1975-04-23 1976-11-04 Kraftwerk Union Ag Kuehlmittelkreislauf fuer den laeufer einer elektrischen maschine mit supraleitender erregerwicklung
DE2530100A1 (de) * 1975-07-05 1977-02-03 Kernforschung Gmbh Ges Fuer Verfahren und einrichtung zum kuehlen eines rotierenden magneten
US4039870A (en) * 1975-07-17 1977-08-02 Westinghouse Electric Corporation Integrated annular supporting structure and damper shield for superconducting rotor assembly of dynamoelectric machine
US4091298A (en) * 1975-12-18 1978-05-23 General Electric Company Cryogenic current lead construction with self-contained automatic coolant vapor flow control
US4082967A (en) * 1976-03-31 1978-04-04 General Electric Company Uniformly-cooled superconducting rotor
US4092555A (en) * 1976-10-15 1978-05-30 Electric Power Research Institute Sliding support for a superconducting generator rotor
US4123676A (en) * 1976-10-22 1978-10-31 Westinghouse Electric Corp. Rotor member for superconducting generator

Also Published As

Publication number Publication date
FR2386182A1 (fr) 1978-10-27
US4204134A (en) 1980-05-20
CH627889A5 (de) 1982-01-29
GB1574668A (en) 1980-09-10
FR2386182B1 (de) 1982-11-12
JPS53122706A (en) 1978-10-26
DE2713885B1 (de) 1978-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2713885C2 (de) Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung
DE69932106T2 (de) System zur Kühlung eines supraleitenden Läufers
DE2852977A1 (de) Gasdruckerhoehungssystem
DE1935786A1 (de) Strahlpumpe
DE2261091A1 (de) Anordnung zur oelkuehlung bei kuehlkompressoren des rotationstyps
DE2744918C2 (de) Kühlvorrichtung für Maschinenteile, insbesondere Wellen und Wellenlager
DE2753460A1 (de) Elektrische maschine mit kryogenkuehlung
DE10124560B4 (de) Kreiskolbenmotor
DE4233753C2 (de) Vakuum-Zentrifuge
DE2742477C3 (de) Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators
DE1816981A1 (de) Kryogenpumpe
DE2753459C3 (de) Elektrische Maschine mit Kryogenkühlung
DE2856128C3 (de) Kühlmittelanschlußkopf für eine elektrische Maschine, die einen um eine Achse drehbar gelagerten Läufer mit einer von einem Kühlmittel tiefzukühlenden, supraleitenden Wicklung enthält
DE687368C (de) Schaufelbefestigung fuer Kreiselmaschinen
DE3335879C2 (de)
EP0019258B1 (de) Anordnung zur Kühlung einer tiefzukühlenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine
DE19507864B4 (de) Scherbeneisautomat
DE2731462A1 (de) Mischphasenpumpe fuer eine sich schnell drehende tiefsttemperatur- maschine
DE2207089C2 (de) Gesteuert füllbare hydrodynamische Drehmoment-Übertragungsvorrichtung
DE7902504U1 (de) Hydropneumatischer umsteuerbarer generator
EP0019259B1 (de) Anordnung zur Kühlung einer tiefzukühlenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine
EP1211783B1 (de) Nasslaufender elektrischer Antriebsmotor für insbesondere eine Heizungsumwälzpumpe
CH405588A (de) Pumpe
DE2803229C3 (de) Einrichtung zur Kühlmittelzufuhr zu der umlaufenden supraleitenden Wicklung einer elektrischen Maschine mit Kryogenkuhlung
EP0770780B1 (de) Kreiselpumpenaggregat mit einer Magnetkupplung

Legal Events

Date Code Title Description
8339 Ceased/non-payment of the annual fee