DE2731462A1 - Mischphasenpumpe fuer eine sich schnell drehende tiefsttemperatur- maschine - Google Patents
Mischphasenpumpe fuer eine sich schnell drehende tiefsttemperatur- maschineInfo
- Publication number
- DE2731462A1 DE2731462A1 DE19772731462 DE2731462A DE2731462A1 DE 2731462 A1 DE2731462 A1 DE 2731462A1 DE 19772731462 DE19772731462 DE 19772731462 DE 2731462 A DE2731462 A DE 2731462A DE 2731462 A1 DE2731462 A1 DE 2731462A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pump
- liquid
- helium
- channel
- gas
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
-
- 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
- Y10S417/00—Pumps
- Y10S417/901—Cryogenic pumps
-
- 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
- Y10S505/888—Refrigeration
Description
273U62
Die Erfindung betrifft eine Mehrphasen-Tiefsttemperaturpumpe
für sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Maschinen. Insbesondere wird eine Pumpe beschrieben, die in Verbindung mit
einem supragekühlten Generator-Rotor verwendbar ist.
Es ist wünschenswert, Generator-Rotoren mit supragekühlten Wicklungen zu verwenden. Insbesondere dadurch, daß man die
Wicklungen des Rotors in einem supragekühlten Zustand hält, kann eine Vergrößerung des Generator-Wirkungsgrads um bis zu
1 % verwirklicht werden.
Zusätzlich hierzu können supragekühlte Rotoren und Generator-Statoren mit einem wesentlich kleineren Durchmesser gebaut
werden. Dies beinhaltet eine Gewichtsverringerung des gesamten Generators. Darüberhinaus ergibt sich, wenn der Rotor
mit einem kleineren Durchmesser gebaut wird, eine Verringerung der Probleme, die bei sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden
Rotoren auftreten.
Supragekühlte Rotoren bestehen aus zwei gesonderten Teilen. Außen befindet sich ein Dämpferschild und eine Trag- bzw.
Stützvorrichtung für den Dämpferschild. Dieser Dämpferschild
dient dem zweifachen Zweck, einen äußeren Wärmemantel für den supragekühlten Rotor zu bilden und gleichzeitig sowohl elektrische als auch mechanische gegenelektromotorische Kräfte
daran zu hindern, bis zu den supraleitenden Spulen bzw. Wicklungen vorzudringen.
Innen befindet sich eine innere Rotorstruktur, die die supraleitenden Wicklungen oder Spulen umfaßt, die in einen mit Helium
gekühlten Ringraum eingetaucht sind. Dieser heliumgekühlte Ringraum hält typischerweise die Temperatur der supraleitenden Spulen auf 4,3°Kelvin oder niedriger, so daß Supraleitung auftritt.
Unter Berücksichtigung des gewünschten Temperaturgefälles, wird das Vielphasensystem des heliumgekühlten Ringraums mit einem
109825/0584
273U62
Flüssigkeits-Siedepunkt von 3,5° Kelvin in flüssigem Helium auf
einem Druck von einer halben Standardatmosphäre gehalten.
Wenn sich der Rotor im normalen Lastbetrieb (on line) befindet, dann erleidet das Heliumbad eine sehr schnelle Rotation. Dies
trennt das Vielphasensystem im inneren Kern in einen äußeren,
zylindrischen Flüssigkeitsbereich bzw. Badbereich aus flüssigem Helium mit einem inneren gasförmigen Kern. Die
Flüssigkeit-Gas-Zwischenfläche besitzt eine zylindrische Form und liegt symmetrisch zur Rotationsachse des Generator-Rotors.
Solche Generatoren müssen jedoch nicht nur für ihren normalen Betriebszustand sondern auch für parametrische Extreme gebaut
sein, die vermutlich bei einem anormalen Betrieb auftreten können. Mn solcher Extremfall ist ein Kurzschluß des Generator-Stators,
der außerordentliche Änderungen im Rotor und am Rotor verursacht.
Diese Änderungen umfassen schnelle Winkelbeschleunigungen, die dem sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rotor aufgeprägt
werden. Diese Beschleunigungen zerstören die zylindrische Flüssigkeits-Gas-Zwisehen-bzw. -Trennfläche. Venn die das Heliumgas
abpumpende Pumpe an ihrer Eintrittsöffnung Flüssigkeit
an- bzw. einsaugt, so tritt eine Reihe von unerwünschten Effekten auf.
Zunächst ändert sich der Druck in dem mehrphasigen Heliumbad, typischerweise indem er abfällt. Das thermische Gleichgewicht
des Zweiphasensystems wird zerstört.
Zweitens wird das gasförmige Helium normalerweise vom Rotor in sehr sorgfältig beabstandeten Heliumleitungen wegbefördert. Diese
Heliumleitungen sind so beabstandet, daß an den "Hohlwellen" bzw. "Verdrehrohren", die dem sich schnell drehenden Generator-Rotor
Leistung bzw. Energie zuführen, ein genauer Wärmegradient aufrechterhalten wird. Da diese Hohlwellen Leistung übertragen,
«09825/058^.
kann eine schnelle Änderung ihres thermischen Zustandes unter
Streß- bzw. Spannungsbedingungen eine Wärmespannung bzw. Wärmebelastung und sogar eine Zerstörung bzw. einen Ausfall dieser
Hohlwellen zur Folge haben.
Würde eine überführung von flüssigem Helium zu einem solchen ein
Drehmoment übertragenden Abschnitt eines Rotors auftreten, so könnte ein Ausfall bzw. eine Zerstörung bei und in der Nahe der
Hohlwellen auftreten. Folglich muß eine überführung von flüssigem Helium vermieden werden.
Schließlich muß bei solchen supragekühlten Generator-Rotoren
sichergestellt werden, daß, nachdem sie einen Streß-Zustand durchlaufen haben, ihre Abweichung von einem normalen Betriebszustand möglichst gering gehalten wird und daß ihre Bückkehr
zu einem normalen Betriebszustand so schnell wie möglich erfolgt.
Bei den dem Stand der Technik entsprechenden supraleitenden
Generator-Rotoren verläßt man sich üblicherweise auf ein einfach radial angeordnetes Rohr, das dazu dient, gasförmiges
Helium vom Rotor weg zu den Leitungen hin zu pumpen, die den thermischen Gradienten der Hohlwellen bzw. Verdrehrohre aufrechterhalten. Das näher an der Rotationsachse gelegene Rohrende steht in direkter Verbindung mit dem Gas im Rotor. Das
von der Achse abgelegene lade steht in direkter Verbindung mit den Leitungen der Hohlwellen. Eine Pumpwirkung ergibt sich
aus der Rotationsbewegung, die vom Rohr dem im Rohr befindlichen Gas mitgeteilt wird. Aufgrund der üblichen Zentrifugalkraft wird
das Gas nach außen geschleudert, was zur Folge hat, daß der Druck an dem der Rotationsachse näherliegenden Rohrende verringert wird. Auf diese Weise wird das Gas beständig in das
näherliegende (Rotor)-Ende hineingesaugt und aus dem entfernter liegenden (Hohlwelle})-Ende herausgeschleudert.
80982S/0584
273U62
Wird jedoch die Flüssigkeits-Gas-Zwischenfläche im Rotor durcheinandergebracht,
wie es bei einem anormalen Betriebszustand der Fall ist, dann verläßt flüssiges Helium den Rotor und wird
durch die Hohlwellen-Leitungen gepumpt. Das Ergebnis ist, daß der sorgfältig aufrechterhaltene Wärmegradient längs der Hohlwelle
gestört wird, wodurch die Hohlwelle einer thermischen Belastung und einem vergrößerten Beschädigungsrisiko unterworfen
wird.
Durch die Erfindung wird eine Gemischtphasenpumpe für sich schnell drehende Tiefsttemperaturmaschinen geschaffen, die insbesondere
für eine Verwendung mit einem supraleitenden Generator-Rotor geeignet ist. Der supraleitende Generator-Rotor umfaßt
eine innere und eine äußere Rotorstruktur, die in einer wärmemäßig isolierten Konfiguration ähnlich einer Dewar-Flasche miteinander
verbunden sind. Der innere Rotor umfaßt einen Stützbzw. Aufnahmezylinder für ein Kühlmittel, typischerweise Helium,
das, wenn es bei einer halben Standardatmosphäre auf 3»5° Kelvin abgekühlt ist, sich unter der Einwirkung der normalerweise
schnellen Drehung des axial ausgerichteten Stütz- bzw. Aufnahmezylinders
selbst in ein zweiphasiges Flüssigkeits-Gas-System aufteilt.
Die Phasen umfassen einen äußeren, zylindrischen Helium-Flüssigkeitsbereich und einen axial innenliegenden gasförmigen
Kern, die durch eine zylindrische Gas-Flüssigkeits-Zwischenfläche
voneinander getrennt sind. Beim normalen Betrieb des schnell umlaufenden Rotors entfernt eine Pumpe das Gas zum Wiederabkühlen
in einen flüssigen Zustand dadurch, daß das Gas in der Nähe der Achse des Rotors an einer Eint ritt soff nung aufgenommen wird.
Bei einem anormalen Betriebszustand, wie z. B. einem Stator-Kurzschluß und schnellen Dreh-Vibrations-Beschleunigungen und
-Abbremsungen des Rotors wird die normalerweise zylindrische Zwischenfläche zwischen dem zylindrischen Helium-Flüssigkeitsbereich
und dem Dampfkern zerstört. Der Dampf- bzw. Gaskern in der Nähe des Pumpeneintritts wird vielphasig und die Pumpeneinlaßöffnung
kann eine gewisse Menge von Flüssigkeit ein- bzw. ansaugen bzw. aufnehmen. Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine
109825/0584
273U62
Pumpe vorgesehen, die ein Flüssigkeits-Gas-Trennvolumen besitzt, das außerhalb der Gaseintrittsöffnung zur Pumpe angeordnet ist, sowie ein großes Strömungs-Trennungsvolumen zwischen der Eintritteöffnung und der Austrittsöffnung. Dieses
Flüssigkeits-Fallenvolumen in der Pumpe stellt sicher, daß von der Pumpe aus nur Gas nach außen strömt. Es wird sowohl die
Stabilität des zweiphasigen Gas-Flüssigkeits-Systems erreicht als auch verhindert, daß es zu einer Värmebelastung der ein
Drehmoment übertragenden Elemente des sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rotors kommt.
Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Rotor-Tieftemperaturpumpe zum Abpumpen von Gas zu schaffen, die bei einem Streß- bzw.
Spannungszustand des Rotors vielphasig arbeiten kann. Gemäß
diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Pumpe geschaffen, die eine Einlaßöffnung in der Nähe der Rotorachse und
eine Austrittsöffnung in der Nähe des Rotorumfangs besitzt. Zwischen der Einlaßöffnung und der Austrittsöffnung ist zumindest ein Fallkanal vorgesehen, der es der Zentrifugalkraft
des Rotors ermöglicht, das Gas von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung zu pumpen. Eine Flüssigkeitsfalle ist am
Umfang der Pumpe radial außerhalb der Pumpenaustrittsöffnung vorgesehen. Venn an der Pumpeneintrittsöffnung ein Mehrphasenzustand auftritt, so dient die Pumpe dazu, die Flüssigkeitsmengen abzusondern und aufzusammeln, die anderenfalls das thermische Gleichgewicht des Rotors zerstören würden.
Ein Vorteil der hier beschriebenen Pumpe besteht darin, daß der Druck eines Zweiphasensystems aufrechterhalten wird. Die
Pumpe senkt den Druck des zylindrischen Volumens nicht ab, was die Entwurfstemperaturen des zweiphasigen Gas-Flüssigkeits-Systems zerstören bzw. verändern würde.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe ist darin zu sehen, daß eine Überführung von Flüssigkeit zu/Drehmoment über-
009825/0584
tragenden Teilen des Rotors vermieden wird. Durch die Vermeidung dieser Flüssigkeitsüberführung wird der Temperaturgradient in
solchen Drehmoment übertragenden Teilen im wesentlichen in unveränderter Form aufrechterhalten. Auf diese Weise wird eine
wärmemäßige Belastung und ein hieraus resultierendes Versagen bzw. Zerstörung der Generator-Hohlwellen vermieden.
Ein weiterer Vorteil der Jürfindung besteht darin, daß eine
schnelle Bückkehr des Rotors zu einem normalen Generator-Betriebszustand
sichergestellt ist. Darüberhinaus wird jegliche Abweichung des Rotors von einem normalen Betriebszustand während
eines Streß-ZuStandes auf einem Minimum gehalten.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des Helium-Strömungskreislaufes
eines supragekühlten Generator-Rotors,
Figur 2 einen Querschnitt eines Rotors in der Nähe der Hohlwelle, der das Heliumstütz- bzw. Aufnahmeζentrum, den
Helium-Flüssigkeitsbereich, den Dampf- bzw. Gaskern und die erfindungsgemäße Pumpe zeigt, die im Schnitt wiedergegeben
ist,
Figur 3 eine teilweise perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform
der Pumpe und ihre Zuführung von gasförmigen Helium zur Hohlwelle des Generator-Rotors
wiedergibt, und
Figur 4 eine Schnitt ansieht einer anderen Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Pumpe.
In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht des Helium-Strömungskreielaufes
des supragekühlten Generator-Rotors dargestellt. Typischerweise wird das Helium dem sich schnell drehenden Rotor
über ein sich drehendes Helium-Zuführsystem 14 zugeführt, wie es
809825/0584
273M62
in der Druckschrift Nr. C 73-255-7 des Institute of Electrical
and Electronic Engineers1 unter dem Titel "Deveipment of a
5MVA Superconducting Generator, Mechanical and Cryogenic Design" von T. J. Fagen u. a. beschrieben ist. Das Helium strömt längs
eines Einlaßkanals 16, der koaxial zum Botor verläuft und in einer üblichen 11T"-Speiseröhre 18 endet. Die Röhre 18 steht
innen mit einem Helium-Führungs- und Aufnahmezylinder 20 (siehe Figur 2) in Verbindung, der in der schematischen Darstellung von
Figur 1 nicht wiedergegeben ist. Das vom Übertragungssystem 14 durch die Leitung 16 zur 11T"-Speiseleitung 18 zugeführte flüssige
Helium bildet ein vielphasiges Flüssigkeits-Gas-Zweiphasensystem.
Wie man der Figur 2 entnimmt, bildet sich ein zylindrischer Flüssigkeitsbereich 22 aus flüssigem Helium mit einem inneren
gasförmigen Heliumkern 24. Zwischen diesem Flüssigkeitsbereich und dem gasförmigen Kern befindet sich eine zylindrische Helium-Zwischenfläche
23.
Das Innere des Rotors umfaßt eine Vielzahl von Wärmetauschern. Die Wirkungsweise dieser Wärmetauscher besteht darin, flüssiges
Helium bei 3»5° Kelvin unter dem Druck einer halben Atmosphäre der Nachbarschaft bzw. Umgebung der Generatorwicklungen 25 zuzuführen.
Da die Wicklungen und die Wärmetauscher keinen wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung bilden, werden sie im folgenden
nicht im einzelnen beschrieben.
Sobald das Helium die Wicklungen abkühlt, bewirkt die von den Wicklungen aufgenommene latente Verdampfungswärme, daß das
Helium gasförmig wird. Dieses Gas wird dem gasförmigen Kern 24 des Zweiphasensystems zugeführt.
Im Kern 24 fließt das Gas typischerweise durch die Pumpe A aus.
Es wird in der Pumpe A ein- bzw. aufgeteilt bzw. getrennt und tritt dann durch eine Auslaßleitung 30 zu einer Hohlröhren-Kühlmittel
Verteilerleitung 32 aus.
Es sei daraufhingewiesen, daß Pumpen A^ und A2 an jedem Ende
des Rotors angeordnet sind. Die Pumpe A^ und die hiermit
809825/0584
273U62 - ίο -
verbundene Hauptleitung 32 (Figur 1) kühlen eine Drehmoment
übertragende Hohlröhre B (Figur 2). Die Hauptleitung 32 mündet konzentrisch zum Rotor in eine Auslaßleitung 36, die sich
durch den gasförmigen Kern hindurch erstreckt. Die Pumpe A2
ist typischerweise an der kein Drehmoment übertragenden, mit dem Hotor in Verbindung stehenden Röhre angeordnet. Ihre Hauptleitungen
32 stehen mit einer Heliumaustrittsöffnung 37 in Verbindung.
Die Austrittsöffnungen 36 und 37 münden in eine Abkühlvorrichtung
(nicht dargestellt).
Nach dieser Darstellung der Strömungsanordnung des Heliums kann nun der Schnitt eines tatsächlichen Rotors unter Bezugnahme auf
Figur 2 beschrieben werden.
In Figur 2 ist ein von einem Drehlager (nicht dargestellt) getragener
Generator im Schnitt zwischen einer Hohlwelle B und einem Rotorabschnitt C dargestellt. Die Hohlwelle bzw. Verdrehröhre
B umgrenzt eine in ihrem inneren liegende Vakuumbzw. Unterdruckkammer 50, die voneinander beabstandete Helium-Gas-Auelaßöffnungen
32 besitzt. Die Hohlwelle B besitzt in unmittelbarer Nachbarschaft des Rotors C einen Pumpen-Radkörper
52 (pump blank 52 siehe Figuren 2 und 3). Der Radkörper 52 besitzt
gepaarte Heliumeinlässe 55 und gepaarte Heliumauslässe 57· Typischerweise besitzt der Radkörper 52 gefräste, halbgekrümmte Wände 60, die Hohlräume 61 umgrenzen, innerhalb
derer jeweils eine Vielzahl von beabstandeten, radial verlaufenden
Flügeln bzw. Rippen 62 angeordnet ist. Beim normalen Betrieb fließt gasförmiges Helium vom Kern 24 durch die
Einlaßöffnungen 55· Sobald das Gas durch die Einlaßöffnungen hindurchgeströmt ist, treibt die Drehung des Rotors (der sich
üblicherweise im Bereich von 3600 U/min dreht) das Gas unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften nach außen. Sobald das
Gas nach außen gedrückt ist, tritt es durch die Leitung 57 und dann in die Auslaßöffnunb 30 und die damit in Verbindung
stehenden Hohlröhren-Hauptleitungen 32. Die Hohlröhren-Hauptleitungen 32 sind sehr sorgfältig konstruiert und so beabstan-
809825/058/,
273U62
det, daß ein sorgfältig ausgewählter Temperaturgradient längs
der Lange der Hohlröhre erzeugt bzw. aufrechterhalten wird. Durch das Aufrechterhalten dieses sorgfältig gewählten Temperaturgradienten
besitzt die Hohlwelle bzw. Hohlröhre eine ausreichende Stärke bzw. Festigkeit, um das Gewicht des inneren
Botors zu tragen, den Kräften der schnellen Drehung zu widerstehen
und zur gleichen Zeit das Drehmoment zu übertragen, das für den Hotor für eine Drehung erforderlich ist.
Es sei ausdrücklich darauipingewiesen, daß die Auslaßöffnungen
radial nach innen vom radial äußersten Umfang des Hohlraums 61 beabstandet sind (der in der dargestellten Ausführungsform dem
Umfang des Pumpen-Radkörpers 52 an der Stelle entspricht, an der er das Innere der Hohlwelle B berührt). Auf diese Weise
wird ein Speichervolumen 65 für flüssiges Helium zwischen dem radial äußersten Umfang des Hohlraums 61 und der Auetrittsöffnung
57 der Pumpe umgrenzt bzw. festgelegt.
Nimmt man an, daß der Rotor den Spannungen bzw. Beanspruchungen des zuvor beschriebenen vielphasigen Zustande unterworfen ist,
und nimmt man an, daß die Zwischenfläche 23 des flüssigen Heliums
zusammengebrochen ist, so kann man vorhersehen, daß eine gewisse Menge von flüssigem Helium in die Leitungen 55 eintritt. Beim
Eintreten in die Leitungen 55 strömen flüssige Abschnitte bzw. Teile des Heliums nach außen zwischen die "Fall"-Rippen. Bei
dieser Strömbewegung fallen sie nach außen in das Helium-Speichervolumen 65, injäem sie gespeichert bzw. aufbewahrt werden.
Die Helium-Auslaßöffnung 57 wird jedoch ungeachtet dessen typischerweise
einen Gasstrom wahrnehmen. Das ist : deshalb gewährleistet, weil die Flüssigkeit in dem Pumpenradkörper 52
durch Zentrifugalkräfte nach außen zum Hohlraum 65 hin abgeschieden wird.
«09825/058*
Da man normalerweise annehmen kann, daß der Streß- bzw. Belastungszustand
des Generators nur für eine relativ kurze Zeitdauer bestehen bleibt, wird der Zustand, inflem ein Ausströmen
von flüssigem Helium an der Einlaßöffnung 55 auftritt, nur sehr kurzlebig sein. Das in dem Speicherraum 65 für flüssiges
Helium angesammelte Helium wird hierauf absieden. Es
wird bei der Auslaßöffnung 57 aus dem. Pumpen-Radkörper in dem gewünschten gasförmigen Zustand herausströmen.
In Figur 4 ist eine andere Ausführungsform des Pumpen-Radkörpers
52a dargestellt. Der Pumpenradkörper besitzt eine Einlaßöffnung
55 und einen Auslaß 57·
Drei gepaarte Hohlräume sind jeweils dadurch umgrenzt, daß in den sich radial erstreckenden Radkörper drei öffnungen 81, 82
und 83 gebohrt sind. Diese öffnungen divergieren gegeneinander ungefähr unter einem Winkel von 25° und schneiden einander in
einem gemeinsamen Verbindungsbereich 84 in der Nähe der Einlaßöffnung 55· Die jeweiligen Kanäle 81, 83 sind bis zu einer
radialen Tiefe vorgetrieben, die größer ist, als die Tiefe des zentralen Kanals 82. Im äußeren Bereich sind die Kanäle durch
Querleitungen 90 und 91 miteinander verbunden. Diese Leitungen sind in entsprechender Weise gebohrt. Typischerweise sind die
offenen Enden der jeweiligen Bohrungen 81 bis 83 beispielsweise durch Verschweißen des Radkörpers abgedichtet.
Im Betrieb ist die Wirkungsweise des Pumpen-Radkörpers 52a ganz
genau die gleiche; gasförmiges Helium fließt von einer Einlaßöffnung 55 herein und strömt durch eine Auslaßöffnung 57 hinaus.
Das flüssige Helium wird in dem Speicherraum 86 gesammelt. Wenn dieses flüssige Helium vom Speicherraum 86 absiedet, strömt es
durch die Auslaßöffnung 57 und das verbindende Röhrensystem hinaus, wie es oben beschrieben wurde.
Es sei daraufhingewiesen, daß die Pumpe nach Figur 4- einfacher
609825/0584
273U62
herzustellen ist. Aus diesem Grunde wird der Pumpen-Radkörper
von Figur 4- bevorzugt.
ft09825/05fU
Claims (4)
- PATE NTAN WA LTEMANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOWELECTRIC POWER RESEARCH München, den 12. Juli 1977INSTITUTE, INC. P/p/Pu EHillview Avenue, PaIo Alto, ν/έ/üu-h California, USAMischphasenpumpe für eine sich schnell drehende Tiefsttemperatur-MaschinePatentansprüche/ Λ.)Mischphasenpumpe für eine sich schnell drehende Tiefsttemperatur-Maschine, die einen sich schnell drehenden Stütz- bzw. Aufnahmezylinder umfaßt, der im wesentlichen um seine Achse gedreht wird und ein zweiphasiges Flüssigkeits-Gas-Kühlmittel enthält, wobei die Flüssigkeit normalerweise zum Umfang des Aufnahmezylinders hin in der Weise abgesondert wird, daß sie einen zylindrischen Badbereich bildet, wobei weiterhin das Gas zum Inneren des Kühlmittels hin in der Weise abgesondert wird, daß es einen gasförmigen Kühlmittelkern bildet, und wobei eine zylindrische Flüssigkeit-Gas-Zwischenfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gebildet wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Aufnahmezylinder die Pumpe enthält, die dazu dient, das gasformige Kühlmittel aus dem Badbereich abzuziehen, sowie eine Vorrichtung zum Zuführen des flüssigen Kühlmittels zu dem Badbereich, wobei die Pumpe folgende Teile umfaßt: ein Pumpengehäuse, das um eine im wesentlichen mit der Achse des das Kühlmittel aufnehmenden Tragzylinders zusammenfallenden Achse drehbar ist und das wenigstens einen Kanal umgrenzt, der sich von einem ersten Ende in der Nähe der809825/058AOR. C. MANITZ · DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKENβ MÖNCHEN 32. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7970TEL. IO89) 22 42 II. TELEX OS - 99679 PATMF SEELBERCSTR. 23/25. TEL. (07ID56 72 öl POSTSCHECKiMONCHEN 77O62-SO5ORIGINAL INSPECTED2731A62Rotationsachse des Pumpengehäuses zu einem gegenüberliegenden Ende erstreckt, das radial von der Rotationsachse des Pumpengehäuses entfernt liegt, eine Einlaßöffnung für gasförmiges Helium, die mit dem gasförmigen Kühlmittelkern an dem einen Ende und mit dem axial benachbarten Teil des Kanals am gegenüberliegenden/in Verbindung steht und dazu dient, das Hineinfließen des gasförmigen Kühlmittels aus dem Kern in die Pumpe zu ermöglichen, eine Auslaßöffnung für gasförmiges Kühlmittel, die axial außerhalb der Einlaßöffnung liegt und mit dem Pumpenkanal an einem Punkt in Verbindung steht, dessen Abstand zur Drehachse kleiner ist, als die radial nach außen gerichtete Gesamtlänge dieses Kanals, um ein Ausströmen des Heliumgases aus dieser Pumpe zu ermöglichen, und durch ein von diesem Kanal zwischen der Auslaßöffnung und dem axial entfernt liegenden Teil dieses Kanals begrenztes Speichervolumen für flüssiges Kühlmittel, das dazu dient, Flüssigkeit, die in die Einlaßöffnung eindringt, daran zu hindern, Zutritt zur Pumpenauslaßöffnung zu erlangen.
- 2. Mischphasenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal durch Abstandsrippen unterteilt ist, die einen Teil des Kanals Jedoch nicht den gesamten Kanal unterbrechen.
- 3. Mischphasenpumpe nach Anspruch '!,gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Kanälen, die neben dem Auslaßende in der Nähe des Helium-Speicherraumes miteinander verbunden sind.
- 4. Mischphasenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Pumpen-Radkörper mit derselben Geschwindigkeit wie der Heliumaufnahmezylinder rotiert und zu diesem koaxial angeordnet ist.80982S/05IU
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/750,794 US4120169A (en) | 1976-12-15 | 1976-12-15 | Multiphasic pump for rotating cryogenic machinery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2731462A1 true DE2731462A1 (de) | 1978-06-22 |
Family
ID=25019186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19772731462 Pending DE2731462A1 (de) | 1976-12-15 | 1977-07-12 | Mischphasenpumpe fuer eine sich schnell drehende tiefsttemperatur- maschine |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4120169A (de) |
JP (1) | JPS5375509A (de) |
DE (1) | DE2731462A1 (de) |
FR (1) | FR2374541A1 (de) |
GB (1) | GB1585782A (de) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH627314A5 (de) * | 1978-01-24 | 1981-12-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
US4322030A (en) * | 1979-03-14 | 1982-03-30 | Beckman Instruments, Inc. | Lubrication and cooling system for a high speed ultracentrifuge drive assembly |
US4319149A (en) * | 1980-04-24 | 1982-03-09 | Electric Power Research Institute, Inc. | Superconducting generator with improved thermal transient response |
JP2003145393A (ja) * | 2001-11-16 | 2003-05-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 主軸装置 |
US6794792B2 (en) * | 2002-11-13 | 2004-09-21 | General Electric Company | Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings. |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2888879A (en) * | 1953-09-30 | 1959-06-02 | Union Carbide Corp | Immersion pump for liquefied gases |
US2831325A (en) * | 1955-04-28 | 1958-04-22 | Herrick L Johnston Inc | Pump for liquefied gases |
US2932310A (en) * | 1957-09-16 | 1960-04-12 | Allied Chem | Apparatus for liquefied gas transfer |
US3379132A (en) * | 1965-08-16 | 1968-04-23 | Integral Process Syst Inc | Cryogenic pump |
-
1976
- 1976-12-15 US US05/750,794 patent/US4120169A/en not_active Expired - Lifetime
-
1977
- 1977-07-11 GB GB29051/77A patent/GB1585782A/en not_active Expired
- 1977-07-12 DE DE19772731462 patent/DE2731462A1/de active Pending
- 1977-08-26 JP JP10252077A patent/JPS5375509A/ja active Pending
- 1977-09-06 FR FR7726976A patent/FR2374541A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2374541A1 (fr) | 1978-07-13 |
US4120169A (en) | 1978-10-17 |
JPS5375509A (en) | 1978-07-05 |
GB1585782A (en) | 1981-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112011103349B4 (de) | Kühlmittel-Ablasssystem und Verfahren für eine elektrische Maschine | |
EP0012318B1 (de) | Kühlsystem für Läufer elektrischer Maschinen, insb. für Turbogeneratoren-Läufer mit supraleitender Feldwicklung | |
EP3202022B1 (de) | Kühlvorrichtung zur kühlung eines hochpoligen rotors | |
DE7805539U1 (de) | Vorrichtung fuer heliumtransport zwischen einer stationaeren kaeltemaschine und einem rotierenden kryostaten einer rotierenden elektrischen maschine mit supraleitender wicklung | |
DE2455470A1 (de) | System zur gaskompression | |
DE102014215645A1 (de) | Kühlvorrichtung und Kühlverfahren zur Kühlung einer Energieumwandlungsvorrichtung mit einem Rotor und wenigstens einer Turbine | |
CH627889A5 (de) | Kuehleinrichtung mit geschlossenem kuehlkreislauf fuer den laeufer eines turbogenerators mit supraleitender erregerwicklung. | |
DE2830852C3 (de) | Kühleinrichtung für den Rotor einer elektrischen Maschine | |
EP0040734B1 (de) | Einrichtung zur Kühlung einer supraleitenden Erregerwicklung und eines Dämpferschildes des Läufers einer elektrischen Maschine | |
DE2731462A1 (de) | Mischphasenpumpe fuer eine sich schnell drehende tiefsttemperatur- maschine | |
EP0038504B1 (de) | Anordnung zur Kühlung einer supraleitenden Magnetwicklung | |
DE2742477C3 (de) | Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators | |
DE2107535C3 (de) | Rotor für eine elektrische Maschine mit einer supraleitenden Wicklung | |
WO2015197474A1 (de) | Kühlvorrichtung zur kühlung einer elektrischen maschine mit kühlmittelübertragung in radialer richtung | |
EP0019258B1 (de) | Anordnung zur Kühlung einer tiefzukühlenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine | |
DE3104469C2 (de) | ||
WO2015197478A1 (de) | Kühlvorrichtung zur kühlung einer elektrischen maschine, mit kühlmittelübertragung in axialer richtung | |
EP0019259B1 (de) | Anordnung zur Kühlung einer tiefzukühlenden Erregerwicklung im Läufer einer elektrischen Maschine | |
DE102013001716A1 (de) | Rohrturbinen-Generatoreinheit | |
DE2856128A1 (de) | Kuehlmittelanschlusskopf fuer eine elektrische maschine mit supraleitender laeuferwicklung | |
EP1211783B1 (de) | Nasslaufender elektrischer Antriebsmotor für insbesondere eine Heizungsumwälzpumpe | |
DE3229928C2 (de) | Einrichtung zur Kühlung der supraleitenden Läuferwicklung einer elektrischen Maschine | |
DE1488525C (de) | Flussigkeitsgekuhlte Wirbelstrommaschi ne (Dynamometer) | |
DE2820984A1 (de) | Elektrische kryogengekuehlte maschine | |
DE1110954B (de) | Fluessigkeitsgekuehlte Gasturbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHJ | Non-payment of the annual fee |