DE2753459A1 - Elektrische maschine mit kryogenkuehlung - Google Patents
Elektrische maschine mit kryogenkuehlungInfo
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Description
Beschreibung
Die LrfincUng bezieht sich auf elektrische Maschinen
und betrifft insbesondere elektrische Maschinen mit Kr.yeigenkühlung.
Die Erfindung *.vird in elektrischen Maschinen - in Motoren,
Generatoren, Umformern, die in Atcn-, V.1 arme- und anderen
Kraftwerken, in Verkehrswesen und Flugwesen benutzt werden,
verwendet. Die Erfindung wird zweckmäßigerweiüe auch in anderen
!Einrichtungen verwendet, wo ein Austritt der Welle aus der kalten Zone in das Umgebungsmedium erforderlich ist.
Gegenwärtig wird viel Aufmerksamkeit der Entwicklung
von elektrischen Maschinen geschenkt, in welchen die Erscheinung der Supraleitfähigkeit realisiert wird, wo sich der 7/iderßband
in den Stromkreisen seinem Nullwert nähert. Ls gibt
stoffe, die befähigt sind diese Erscheinung bei einem der
T'G.aj-eratur der absoluten KuIl nahen Wert zu realisieren. Deshalb
wird in selchen i.iaschinen zur Kühlung der elektrischen
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— Ί —
ζ^3Λ b±3 zn ^r..
.".'trrLcn (sc-.vöbu
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ixe^t di^cj •rs-ipsratur bai 5 X)
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'^r hs^'ji3"i;i5M ist, do?? in einen her
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'.;f?!nnorati.irzo':-:* der supraleitenden W.tCklrrjg muß von dom
3iaö volls Iaclier?u?i?
ist nieU^ aöi$.lich, du ea
'-.-^oriiirliüh ist, ζίϋ:1:ΛΐΙ·33'ί; das Antrielisenda der Läuisrwellö
.u J^s ür-^GumD,3caiedil,i:a r.ri anterbri^jen. Hi^rUai wird dia
/eilo .'naasi'" auaßeführt;» da sis das Drehiuc.aeut sowohl auf-•iuneiineri
ala auch au üDyrtr."5gun haU, so daß sie den Hauptan-■;-.->i!
der Wärmesuführ (lii.3 50%) zur supraleitenden Wicklung
. Daraus re suit id rl; ein Erobleia der Kühlung der Läufer-
p ua einen solchen V/.;irm©widerstand swifichen der V/ickluns
und der Läuferwelie r.u erzeugen, der es gestattet, die Zufuhr
der sich län&s der Läuferachse ausbreitenden Wärme aur
Wicklung zu begrenaeu.
Es ist eine elektrische Maschine mit Krvo.^snlciihlung bekannt
(Urhebernchein der UdSSR Nr. 443548), bei der aur Ver-
der Würraosufur lange der V/ello zur supraleitenden
des Lauisra an dun Verbindun/5sst«llcm des mittlorea
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BAD ORIGIiJAL
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Lüu£erteil3 nis der Wella ü^üauü^cn isur AalertoiiK; £33 ilcIXteaxttela
aus dvim Läuf3r??auLi vorgesehen airtd. Da^ a
Kai .3.31115t olf IuB dianti gluich'-ait.-.^ aush zur XaI)It
Λ13 ITachteil ist ϊ>βΐ dieae?! lcusaisaruktivan Schsna au
bezeichnen, daß die Wirlzsam&eit üin.jr derartigen iLühluBf? series ist, da die Wäraeafcsalbefläshe liloin ist, und de con Vergrößerung
durch Erhöhung der Zahl dor Öffnungen durch <ii^
.i&susg für die ?/»3lle bsgrsnzt is«·
fc ist auch eine aleictrischa Maschine lait ICrj/osen-Cürheüorschöine
des ÜdSS2 1?:?. 476533 ^nd 25221K)), die
einan Hohlläufer aib einer supraleitenden Erregerwicklung,an
welcha dia SOrcmzuleituagsschicnen arseschlonosn sind, oia
3ühl373tea, das einen Kanal flir die Zuleitung doa Sühlaibtala
sur supraleitenden Erregen-;icklung längs der Läuferwellenachse,
ein Einrichtung zur Kühlung der Läuferv/ellerden ur.d
Kanäle zur Ableitung des Kühlmittels von der supraleitenden Wicklung enthält.
Als Kühlmittel für die Läuferwellenenden werden Wärmeisolierstopfen
benutzt, did ia mibbleren Teil des Hohiläufers
an den Ifarbinducsastellen dascelben mit der Läuferwelle angeordnet
werden. Die konjugierenden Flächen der Wärmeiaolierotopfen
nrl dee mittleren Laufortails haben spiral gerichtete
Bippen·
Die Zufuhr von Tieftcaperuttirsaa bzw.-flussigKe iö
3Ur supraleitenden Erregerv/icklung erfolgt
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üb ar oinen K.nca.1, dor längs der Achse der Läufercvells von
Q'lm-i'Ji sxmL^s eier Welle ausgeführt ist.
•!J:io :Lu den LäUxC^:uinour.*:.wa eindriugendö V/iiran 73raaiap.ro
das ilaiteai^tal und di3 entstandenen Dämpfe gelangen in die
Spalten :i.7i^cheu A**v Iiinjiflücha dßs aiöt.lorsn Läufartexis
und d.ir /iUüsnfläche der Wn^nsiyolie.rstopian. v/älarorid der £3-i/'i
r4T/.i3Ch!3n Uon idppen üh ricm Kanälen zur Ableitung des
uQla nir-rxr. cLa3 !ialSß Gas dio von aulJen von den S-irnder
Wolle .jinyqaruryane iVänae auf.
iafc bei diüser Muachine die Kuhlucg eier Läufsr-.vel-
wirlc.-saia, d-i an aen ÜeiestiiSUESSswollen der
und des mxtfelsrsn Läufertsils, wo e3 lcoinen Schutz
vor α·*? 7/ämo.'3ui'u.!xT vcn auß.m gibt, in don Lciui*3rrr«.ua eine
bsträiihtlicho Wärmemenge oindrinst.
Daa zusätzliche Kühlungsmittel für
die Lauf ir-.vellenenden ~ dor '.Väi-meisolierstopfen - -sacht die
iccnv.^ukticn der aieictriachea Maschine Icoax^liaiert und Yer-Sröj3'3rt
ihra AbuidßiiJmson.
jiuaierdem ist es nachteilig, daß das bei der Bewegung in
don Spalten zwischsn den Rippen erhitzte Gas über die Kanäle
zur Ableitung des Kältemittel^ in das Innere der elektrischen
Uaacliine geleitet wird, da sie keine Sammeleinrichtung für
das verbrauchte Kältemittel hat.
£3 ist zu bemerken, daß die Maschine vor der Wärmezufuhr
über die Stromzulciltun^Kschionon nicht geschlitzt ist.
Die Aufgabe dor Erfindung ist es, bei einer elektrischen
iMaachine mit Kryogenkühluiig der Läuferwelle derart auazu-
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führen, daß die Enden diesor lalle über die gesamte Läage
und den gesamten Querschnitt derselben gekühlt werden können.
Di336 Aufgabe Tvird dadurch gslöst, daß bei einar elektrischen
Maschine mit Kryogenliühlunis, die eine supraleitende
Erregerwicklung enthält, an welche StromzulGitungssehienen
angeschlossen sind und die in einem. Hohlläufer» dessen !Seile
einsn Ardalkanal für die Kälteaittalzufuhr sur supraleitenden
Erregerwicklung hat, untergebracht ist» gemäß der Erfindung
die Läuferwellenenden zumindest aus zwei Koazialrohren
bestehen, wobei sie miteinander mittels eines Gewindes, dessen
Spiele zur Ableitung des Kältemittels und Kühlung der Läuferwttllenenden
bestimmt sind, verbunden sind. Zur Sicherung der Kühlung beider Wellenenden und der Ableitung des verbrauchton
Kältemittels über diese ist das Gewinde an den
ermähnten Enden vorzugsweise mit entgegengesetzt ar Gewindegangrichtung
ausgeführt.
Zur Vergrößerung der Wärmeabfuhr durch Erhöhung der Gasbewegungsgeschwindigkeit
muß die Gangrichtung des Gewindes, deren Spiele zur Ableitung des Kältemittels benutst werden,
mit der Gasbewegungsrichtung zusammenfallen.
Zur Erhöhung der Kühlwirksamkeit durch Aufheben der
Wärmeaufuhr über die Stromzuleitungsschienen ist es erwünscht, diese in den im Gewindeprofil ausgeführten Nuten unterzubringen.
Ea ist zweckmäßig, die Koaxialrohre der Wellenenden
mittels eines Mehrfachgewindes zu verbinden, was die Wärmeaustauschfläche
sowohl der Wellenenden als auch der Strcmzu-
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leitungsschienen, die im Profil dieses Gewindes untergebracht
sind, vergrößert.
Eine derartige Ausführung der elektrischen Maschine mit Kryogenkühlung gestattet es, die Wellenenden über die gesamte
Länge und den Querschnitt derselben zu kühlen und (um das 3 bis 4-fache) die Wäraösufuhr über die Läuferwelle in
don Läuferinnenraum gegenüber den bekannten Maschinen wesentlich zu vermindern.
Ein nichtiger Vorzug dieser Läuferwellenkonstruktion ist die einfache Konstruktion der Maschine selbst, die Verminderung
ihrer Abmessungen, die Erhöhung der Betriebssicherheit und
als Folge die Verminderung des Verhältnisses der Abmessungen
der gesamten Maschine zu ihrer Leistung, das für eine Energieanlage eine wichtige Kennziffer ist, zumindest
um das 5-fache.
nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausi'Uhrungsbeispiels näher erläutert.
Ec zeigen:
#i/$· 1 den Gesamtquerschnitt einer erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine mit Kryogenkühlung; und
!•'ig. 2 einen Schnitt durch das Profil des Gewindes an
der Lauferwelle der elektrischen Maschine mit Stromzuleitungsßchiencn.
Dxe elektrische Maschine mit Kryogenkühlung enthalt einen
Hohllüufer 1, dessen Welle sich auf die Lager 3 in den stirnseitijjen
Lagerschilden 4 eines hermetisch abgeschlossenen Körpers 5, an dessen inneren Fläche die Ständerv/icklung 6
befestigt ist, abstützt. In dom Raum zwischen Läufer 1 und
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Körper 5 wird ein Vakuum aufrechterhalten, das als Wärmeisolation
für den Läufer 1 dient. Zum Halten des Vakuums sind in den Lagerschilden 4 rotierende Vakuurauichtutigen 7
untergebracht.
Der Hohlläufer 1 besteht aus einem nichtmagnetisch^ Zylinder 8, in dsm mit Epoxydkompoundmasse eine Erregerwicklung
9 befestigt ist. Die Erregerv/icklung 9 ist aus einem
supraleitenden Material, zum 3eispx3l Zinniobit (Nb-^Sn) hergestellt.
Sie kann auch aus anderen Stoffen mit guter Leitfähigkeit, wie Zirkoniumniob und Titanniob, hergestellt
v/erden.
Die Erregerwicklung 9 wird bis auf den supraleitenden Zustand mit Hilfe einss Kältemittels 10 gekühlt, das den
Innenraun des nichtmagnetischen Zylinders 8 ausfüllt. Als Kältemittel wird Flüssigwasserstoff bzw. Helium in flüssigem
und gasförmigem Zustand benutzt. Das Kältemittel 10 wird der Erregerwicklung 9 über eine vakuumdichte Rohrleitung
zugeführt., die im Axialkanal 12 der Welle 2 von der einen
Seite der erwähnten Welle 2 verlegt ist. Zur Ableitung des Kältemittel 10 von der Erregerwicklung sind im Läufer
1 zwei Kammern 13 vorhanden, die von den Stirnwänden des nichtmagnetischen Zylinders und der Erregerwicklung 9
gebildet v/erden. Die Enden der Welle 2 des Läufers 1 sind in Form von zwei Koaxialrohren 15, 16 ausgeführt, die
miteinander mittels eines Gewinden verbunden sind, dessen Spielräume als Kanäle 14 zur Ableitung des Kältemitteln
10 dienen, die mit den Kammern 13 in Verbindung stehen.
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Je nach dem zu übertragenden Drehmoment und der über
die Vielle 2 zur Erregerwicklung 9 fließenden Wärmemenge
kann do3 Gewinde sowohl über die gesamte Verbindung slänge der
Hohx3 ala auch auf einzelnen Afcachaiuten ausgeführt sein.
Darüber hinaus fcjwn die Zahl solcher Koazialrohre auch
mehr ala zwei betragen. Das Gewinde V7.ird zweclonäßigervfeise
als ^«hrfachgewindö ausgeführt, v/na en gestattet, dis V/ärmoacsabeflüche
zu vergrößern, djn Kaltamittelb^eguiigsWideratarid
zu vermindom und einen vorgegebenen Tomperaturgradienton üfcsr
die Länge der 7/elle zu erhalten.
Zur Sicherung dso erforderlxchon Gaedurohtrittes muß das
axt oinem garantier bon Spiel, beispielsweise al j
.vindo mit nichbvollera Profil ausgeführt 3ein.
i;; beide Enden der WhIIo 2 des Läufers 1 gekühlt; werden,
;jind die Gewinde an den Enden der Welle 2 entgegonjo-
^S Ge.?ictit;3fc, !7obei dio Idchburg in Abhängigkeit von der
doa Gaeea gewählt wird, und zwar mxß die
des Kältemittels mit der Gewinderichtung
über3inst/immon. Die Kanäle l'i- stehon mit einem Gassammiyr 17»
in Verbindung , der die Enden der Welle 2 umfaßt.
Zur Spainung der Erregerwicklung 9 dienen die aus Kupfer
gefertigten Stromzuleifcungs3Chiv3nen 18 (Fig. 2), diö golciihlt
werden müssen, da Stromleiter zugleich Wärmeleiter sind.
Zur Aufhebung der Wärmezufuhr sind die Sbromzuleitungsschienen
IU in den Kanälen 14- zur Ableitung des Kalteiaittol3
10 untergebrachti dazu sind in dem Gewindeprofil Nuten 19
ausgeführt, in welchen die Strcmzuloitungsachienen 13 untergebracht
oind. Sie können im Gewindeprofil des
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äußeren Rohres 15 und/oder des inneren Rohres 16 untergebracht werden.
Das als Kältemittel 10 benutzte Helium wird der supraleitenden Erregerwicklung 9 über die Rohrleitung 11 zugeführt.
Die in den Innenrauin des Läufers -1 eingedrungene
Wärme verdampft das Helium, die entstandenen Heliumdämpfe gelangen in die Kammern 13 und v/erden dann über
die Kanäle 14 zur Ableitung des Kältemittels 10 aus dem Innenraum des Läufers 1 abgeleitet, wobei sie
beide Enden der Läuferwelle 2 und die Stromzuleitungsschienen 13 in den Muten 19 kühlen; sie treten in die
Gassammler 17 aus.
Die Bewegungsrichtung des Kältemittels ist in Fig. 1 durch Pfeile gezeigt.
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Claims (5)
- TATiTNt-ANWALTE 2 7 O «3 H bvSCHIFF ν. FLiNER STREHL S CHÜBZL-ι-ιΟΡΚ EBBINGHAUS FINCKMAMIAHILFPLATZ 2 A 3, MÖNCHEN 9O POSTAORESSE: POSTFACH 05 0160, D-BOOO MÖNCHEN 95Specialnoe konstruktorskoe büro ««^ lud·.·.™ schiff!IT1T^Drtr'"'"7TTl"*^ 'Τ*τΙϊί DIPL. CHEM. DR. ΑίΕΧ^ΜΠΓ-ίϊ ν. FL/'-illJ-ll^.l ->·-Λυ.- Ul Jl-/UJ.-'/V· HJ.. DIPL. INC. DIETER EDOIN6HAUSelektromnschinostroitelnoe objedinenie ^. ing diete« f.nck "Slektrosila"TELEFON (C59) -1OC1Oo-* TELEX H-23Ü65 AURO D TFLEGRAMMt AUROMARCPAT MDA-1828330. November 1977Elektrische Haschine mit KrPatentansprücheElektrische Maschine mit Kryeigenkühlung, die eine supraleitende Erregerwicklung enthält, an die Stronzuleitun'sschisnsn angeschlossen sind, und die in einem Hohlläufer untergebracht ist, dessen 'felle einen Axialkanal für die Kältemittelzufuhr zu der supraleitenden Erregerwicklung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der V/eli-3 (2) des Läufers (1) zumindest aus zwei Koaxialrohran (15, 16) bestehen und miteinander mittels eines Gewindes miteinander verbunden sind, dessen Spiele zur Ableitung des Kältemittels (10) und Kühlung der Enden der Welle (2) dos Läufers (1) bestimmt sind.
- 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde an den verschiedenen Enden der Welle (2) des Läufers (1) entgegengesetzt gerichtet sind.809822/1004
- 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangrichtung des C^vändes, dessen Spiele zur Ableitung des Kältemittels (10) dienen.mit der Bewegungsrichtung des Kältemittels (10) übereinstimmt.
- 4. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in d^;.i Profil des Gebindes, dessen Spiele ?,ur Ableitung des Kältemittels (10) bestimmt sind, Nuten(19) ausgeführt sind, in denen die Stromzuleitungsüchienen (13) untergebracht sind.
- 5. Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d ure h g e kenn zeichnet, daß die Koaxialrohre (15, 16) der V/elle (2) des L':!uiers (1) mittels eines Mehrfachgevnlndes miteinander verbunden sind.809822/ 1004
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