DE3910264A1 - Laeufer einer elektrischen maschine mit supraleitender erregerwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer einer elektrischen Maschine mit supraleitender Erregerwicklung, z. B. Kryotur­ bogeneratoren.

In Läufern der elektrischen Maschinen, darunter Kryo­ turbogeneratoren, wird als Supraleiter in der Erregerwick­ lung meist eine Niob- und Titanlegierung, d. h. ein Werkstoff verwendet, dessen kritische Temperatur in star­ ken Magnetfeldern und bei großen Stromwerten der Siedetem­ peratur des als Kühlmittel verwendeten Flüssigheliums nahe liegt. Bei solchen Temperaturwerten im Bereich einer supra­ leitenden Erregerwicklung, die eine der Siedetemperatur von Flüssighelium nahe kritische Temperatur überschreiten, geht in der Wicklung der Effekt der Supraleitfähigkeit verloren. Auf die Temperatur im Bereich einer Erregerwick­ lung üben verschiedene Wärmezufuhren einen Einfluß aus, wo­ zu eine Wärmezufuhr von den unter Umgebungstemperatur befindlichen Elementen der Läuferkonstruktion über Kraft­ rohre des Läuferkörpers gehört.

Damit die Wärmezufuhr der Erregerwicklung über die Kraft­ rohre herabgesetzt wird, verwendet man zu deren Kühlung Heliumdämpfe, die bei der Wicklungskühlung durch Flüssigheliumverdampfung entstehen, indem diese Dämpfe über Kanäle geleitet werden, die sich in einem Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden. Dabei entsteht das Problem der Kühlungseffektivität der Kraftrohre und folglich der Erre­ gerwicklung.

Es ist bekannt, daß in einem Wirkungsfeld der Flieh­ kräfte in nicht isothermischen Kanälen immer Strömungen entstehen, die bestrebt sind, die Temperatur auf der Ka­ nallänge auszugleichen. Diese Strömungen haben turbulenten Charakter; dabei ist die Intensität der Wirbelströmungen zur Viskosität des Mediums umgekehrt proportional, das in dem Kanal fließt.

Zu den Kanälen der angegebenen Klasse gehören auch Kühlkanäle der Kraftrohre der elektrischen Maschinen mit supraleitender Erregerwicklung. Da über diese Kanäle ein Medium mit einer niedrigen Viskosität (Heliumdämpfe) fließt, ist dabei die Intensität der Wirbelströmungen darin ziemlich hoch. Obwohl einerseits das Vorhandensein von Wir­ belströmungen die Intensität des Wärmeaustausches zwi­ schen Heliumdämpfen und Kraftrohren ein wenig steigert, wird dadurch andererseits das Entstehen von in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen bewirkt, wo­ durch Wärme von wärmeren Kanalabschnitten zu kälteren Ab­ schnitten transportiert wird. Die erwähnten entgegenflie­ ßenden Strömungen transportieren einerseits Wärme in den Bereich der supraleitenden Wicklung und setzen andererseits die Effektivität der Kraftrohrkühlung herab. Ihrerseits bewirken der Wärmetransport durch die entgegenfließenden Strömungen in den Bereich der supraleitenden Wicklung und die verminderte Effektivität der Kraftrohrkühlung eine Effektivitätssenkung der Erregerwicklungskühlung.

In bekannten Läuferkonstruktionen der elektrischen Maschinen mit supraleitender Wicklung verlaufen Kanäle zur Kühlung der Kraftrohre über innere Hohlräume dieser Rohre. In denselben Hohlräumen sind Mittel zur Gewährleistung einer Wärmeisolation des inneren Läuferhohlraums vom umge­ benden Medium vorhanden, die entweder als Vakuumhohlräume oder als wärmedämmende Rohrpfropfen aus einem Stoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit ausgeführt sein können. Obwohl ein Vakuum ein besserer Wärmeisolator darstellt als ein Werkstoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, ist seine Anwendung zur Wärmedämmung des inneren Läuferhohl­ raums dadurch begrenzt, daß es sehr kompliziert ist, einen Vakuumhohlraum im Inneren eines Kraftrohrs auszuführen. Außerdem kann man in einem Vakuumhohlraum Kanäle, die mit einem Kraftrohr einen zuverlässigen Wärmekontakt aufweisen, nur durch arbeitsintensive Arbeitsgänge herstellen.

Mittel zur Gewährleistung einer Wärmedämmung eines in­ neren Läuferhohlraums von einem umgebenden Medium sind am einfachsten und am fertigungsgerechtesten als wärmedämmen­ de Rohrpfropfen auszuführen.

Es ist ein Läufer einer elektrischen Maschine mit su­ praleitender Wicklung bekannt (SU, A, 6 63 029), enthaltend einen Körper mit daran befestigter supraleitender Wicklung, der an seinen stirnseitigen Teilen Kraftrohre hat.Im In­ neren der Kraftrohre sind wärmedämmende Rohrpfropfen aus einem Stoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Glashartgewebe angeordnet, die mit ihren zylindrischen Flä­ chen an den Innenflächen der Kraftrohre dicht anliegen. Auf den zylindrischen Rohrpfropfenflächen sind axiale Nuten ausgeführt, die als Kanäle zur Ableitung des Kühlmittels, d. h. der Heliumdämpfe von der supraleitenden Wicklung die­ nen. Indem Heliumdämpfe über diese Kanäle strömen, kühlen sie die Kraftrohre ab, weil diese sich in einem unmittel­ baren Wärmekontakt mit den besagten Kanälen befinden.

In dieser Läuferkonstruktion entstehen aber in den Ka­ nälen zur Ableitung der Heliumdämpfe in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließende Strömungen, die - wie es vor­ stehend angegeben ist - Wärme in den Bereich der supraleiten­ den Wicklung transportieren und die Effektivität der Kraft­ rohrkühlung herabsetzen. Dies bewirkt eine Senkung der Kühlungseffektivität der supraleitenden Erregerwicklung.

Da der Werkstoff der wärmedämmenen Rohrpfropfen ein Kaltfließen aufweist, findet außerdem beim Betrieb der elektrischen Maschine deren Quetschen statt, wodurch zwischen der zylindrischen Fläche des Rohrpfropfens und der Innenfläche des Kraftrohrs Störspalte entstehen, die zusätzliche Wege für die entgegenfließenden Strömungen darstellen.

Der Versuch, das Entstehen der in bezug auf den Haupt­ strom entgegenfließenden Strömungen in den Kanälen zur Helium­ dampfableitung durch eine Querschnittsverkleinerung dieser Kanäle zu verhindern, führt eine Steigerung des hydraulischen Widerstandes gegenüber dem Hauptstrom und als Folge davon eine Verminderung dieses Stroms herbei.

Eine Verminderung des Hauptstroms bewirkt wiederum eine Senkung der Kühlungseffektivität der supraleitenden Wicklung.

Außerdem kann ein gesteigerter hydraulischer Wider­ stand gegenüber dem Hauptstrom eine Zerstörung der Konstruk­ tion des Kühlkanals in den möglichen Betriebsarten bewir­ ken, in denen die Supraleitfähigkeit verloren geht, und dies setzt die Läuferzuverlässigkeit herab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Läufer einer elektrischen Maschine mit supraleitender Wicklung zu schaffen, bei dem Kraftrohre des Körpers, in deren Inneren wärmedämmende Rohrpfropfen mit Kanälen zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe vorhanden sind, in ihrem Inneren zusätz­ lich solche Elemente enthalten und diese Elemente bzw. die wärmedämmenden Rohrpfropfen solche Form haben und in bezug aufeinnder so angeordnet sind, daß einzelne Kanalabschnit­ te entstehen, auf denen Unterbrechungen der in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen stattfinden, die einen Wärmetransport in den Bereich der supraleitenden Wicklung vermindern und die Kühlungseffektivität der Kraft­ rohre steigern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Läufer einer elektrischen Maschine mit supraleitender Wicklung, der an seinen stirnseitigen Teilen Kraftrohre und im Inneren der Kraftrohre angeordnete wärmedämmende Rohrpfropfen sowie Kanäle zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe von der supraleitenden Wicklung aufweist, wobei die besagten Kanä­ le Abschnitte aufweisen, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Rohrpfropfen aus mehreren zylind­ rischen Elementen besteht, die aus einem wärmedämmenden Stoff ausgeführt sind, aneinander mit ihren Seitenflächen und an der Innenfläche des Kraftrohrs mit ihren zylindri­ schen Flächen dicht anliegen, daß die Kanalabschnitte zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe, die sich in einem unmittel­ baren Wärmkontakt mit den Kraftrohren befinden, als Nuten in den erwähnten zylindrischen Flächen ausgeführt sind, daß außerdem in den erwähnten zylindrischen Flächen ringförmi­ ge Ausschnitte vorgesehen sind, die zu einer Seitenfläche hin offen sind, daß in den erwähnten ringförmigen Ausschnit­ ten ringförmige Scheiben angeordnet sind, die mit ihren äußeren zylindrischen Flächen an den Innenflächen der Kraft­ rohre dicht anliegen, und daß zwischen den Seitenflächen und den inneren zylindrischen Flächen dieser Scheiben einer­ seits und den erwähnten zylindrischen Elementen der Rohr­ pfropfen andererseits Kanalabschnitte ausgeführt sind, die miteinander und mit den erwähnten Kanalabschnitten verbun­ den sind, die auf den zylindrischen Flächen der Rohrpfropfen­ elemente ausgeführt sind.

Die Anordnung der Kanalbschnitte, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit Kraftrohren befinden, auf den zylindrischen Flächen der Rohrpfropfenelemente sowie das Vorhandensein der erwähnten ringförmigen Ausschnitte in den Rohrpfropfenelementen, die Anordnung der ringförmi­ gen Scheiben in diesen ringförmigen Ausschnitten und die Anordnung der Mittelkanalabschnitte zwischen den Seitenflä­ chen und den inneren zylindrischen Flächen der erwähnten Scheiben einerseits und den zylindrischen Elementen der Rohrpfropfen andererseits bewirkt beim Fließen der Kühlmit­ teldämpfe über die Kanäle eine wesentliche Änderung der Wirbelströmungsart an den Grenzen zwischen den Kanalab­ schnitten, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden, und den erwähnten Mittelabschnit­ ten. Diese Änderung der Wirbelströmungsart ist durch eine starke Änderung des radialen Kanalmaßes an diesen Grenzen bedingt und bewirkt eine Unterbrechung der in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen der Kühlmitteldämpfe und folglich eine Verminderung des Wärmetransportes in den Bereich der supraleitenden Wicklung sowie eine Steigerung der Effektivität der Kraftrohr­ kühlung, d. h. eine Steigerung der Kühlungseffektivität der supraleitenden Erregerwicklung.

Da die ringförmigen Scheiben mit ihren äußeren zylin­ drischen Flächen an den Innenflächen der Kraftrohre dicht anliegen, entstehen dazwischen keine Störspalte, d. h. keine Wege für die entgegenfließenden Strömungen der Kühlmittel­ dämpfe.

Die Anzahl der zylindrischen Elemente der Rohrpfro­ pfen wird durch die Anzahl der ringförmigen Scheiben be­ stimmt, die ihrerseits aufgrund der optimalen Längen der Kanalabschnitte gewählt wird, die sich in einem unmittel­ baren Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden. Die Längen der besagten Abschnitte und folglich der Abstand zwischen den ringförmigen Scheiben, d. h. der Schritt ihrer Anordnung in der axialen Körperrichtung, wird durch Bedingungen der Kühlungseffektivität der supraleitenden Erregerwicklung und der Zuverlässigkeit der Konstruktion bestimmt. Eine Steigerung der Anzahl der ringförmigen Scheiben vergrößert wesentlich die Kühlfläche der Kraftrohre und verhindert noch wirksamer ein Entstehen von entgegenfließenden Strö­ mungen, wodurch die Effektivität der Kraftrohrkühlung gesteigert und ein Wärmetransport in den Bereich der su­ praleitenden Wicklung vermindert werden. Eine Vergrößerung der Anzahl der ringförmigen Scheiben führt aber eine Stei­ gerung des hydraulischen Widerstandes gegenüber dem Haupt­ strom herbei, wodurch die Zuverlässigkeit der Konstruk­ tion bei einem Verlust der Supraleitfähigkeit vermindert sowie eine Vergrößerung des äquivalenten Kraftrohrquer­ schnitts und folglich eine Steigerung des Wärmetransportes in den Bereich der supraleitenden Wicklung bewirkt werden, wodurch die Kühlungseffektivität der supraleitenden Wick­ lung herabgesetzt wird.

Es ist zweckmäßig, die ringförmigen Scheiben aus einem metallischen unmagnetischen Stoff herzustellen.

Die Ausführung der ringförmigen Scheiben als metalli­ sche Scheiben schließt deren Quetschen beim Betrieb der elektrischen Maschine aus und ermöglicht es, eine konstante dichte Verbindung dieser Scheiben und der Innenflächen der Kraftrohre beizubehalten, weil der Scheibenwerkstoff keine Eigenschaft eines Kaltfließens aufweist. Das Beibehalten einer dichten Verbindung der Scheiben und der Innenflächen der Kraftrohre verhindert eine Bildung von Störspalten, d. h. von zusätzlichen Wegen für entgegenfließende Strömun­ gen der Kühlmitteldämpfe, wodurch eine Kühlungseffektivi­ tät der supraleitenden Wicklung gesteigert wird. Eine Bil­ dung von Störspalten zwischen den inneren zylindrischen Flächen der ringförmigen Scheiben und den Elementen der Rohrpfropfen hat aber keine Verminderung der Kühlungsef­ fektivität der supraleitenden Wicklung zur Folge, weil die in diesen Spalten entstehenden entgegenfließenden Strömun­ gen von keiner durchgehenden Art sind, da zwischen den Seitenflächen der ringförmigen Scheiben einerseits und den besagten Elementen der Rohrpfropfen andererseits Kanalab­ schnitte vorhanden sind.

Außerdem stellt die Ausführung der ringförmigen Scheiben als metallische Scheiben eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche sicher und dies trägt zur Effekti­ vitätssteigerung der Kraftrohrkühlung bei.

Es ist zweckmäßig, in den Seitenflächen jeder ring­ förmigen Scheibe ringförmige Kanäle auszuführen, die auf der Seite der äußeren zylindrischen Fläche der besagten ringförmigen Scheibe offen sind, und Mittelabschnitte der Kanäle, die zwischen den Seitenflächen und den inneren zylindrischen Flächen der ringförmigen Scheiben einerseits und den zylindrischen Elementen der Rohrpfropfen anderer­ seits angeordnet sind, als Nuten in den seitlichen und den inneren Flächen der ringförmigen Scheiben auszuführen, die mit den Kanalabschnitten, die sich in einem unmittel­ baren Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden, über die be­ sagten ringförmigen Kanäle verbunden sind.

Die Ausführung der ringförmigen Kanäle in den Seiten­ flächen der ringförmigen Scheiben schließt die Notwendig­ keit aus, die Elemente des Rohrpfropfens und die Scheiben in bezug aufeinander in der Innenfläche des Kraft­ rohrs präzis anzuordnen, um ein Zusammenfallen der Kanal­ abschnitte, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren befinden, mit den Kanalabschnitten, die zwischen den Seitenflächen der ringförmigen Scheiben und den zylindrischen Elementen der Rohrpfropfen ausgeführt sind, zu gewährleisten, wodurch wiederum die Herstellung der genannten Elemente und die Montage vereinfacht werden.

Eine Ausführung der Mittelabschnitte der Kanäle, die zwischen den Seitenflächen und den inneren zylindrischen Flächen der ringförmigen Scheiben einerseits und den zy­ lindrischen Elementen der wärmedämmenden Rohrpfropfen an­ dererseits angeordnet sind, in Form von Nuten auf den Seiten- und den Innenflächen der ringförmigen Scheiben stellt das fertigungsgerechteste Verfahren zur Herstellung der Kanalabschnitte dar.

Es ist zweckmäßig, die ringförmigen Scheiben mit einem sich vergrößernden Schritt in der Richtung von der supra­ leitenden Wicklung weg anzuordnen.

Eine Anordnung der ringförmigen Scheiben mit einem sich vergrößernden Schritt in der Richtung von der supra­ leitenden Wicklung weg ermöglicht es, deren Anzahl und da­ durch den äquivalenten Querschnitt der Kraftrohre im Be­ reich der maximalen Wärmeströme zu verkleinern, was eine Verminderung der Wärmezufuhr in die Wicklung über die Kraft­ rohre von Elementen der Läuferkonstruktion bewirkt, die sich unter Umgebungstemperatur befinden, wodurch die Kühlungseffektivität der Erregerwicklung gesteigert wird.

Außerdem wird durch eine Verminderung der Anzahl von Krümmungen des Kühlkanals und dessen Gesamtlänge der hydraulische Widerstand gegenüber dem Fließen der Kühl­ mitteldämpfe im Kanal gesenkt, wodurch die Zuverlässig­ keit der Konstruktion gesteigert wird.

Eine Vergrößerung des Einbauschrittes der ringförmi­ gen Scheiben ist ohne Senkung der Kühlungseffektivität der supraleitenden Wicklung infolge einer allmählichen Erwär­ mung der Kühlmitteldämpfe bei deren sequentiellem Fließen durch Abschnitte des Kühlkanals zulässig, was eine Dich­ teabnahme der Kühlmitteldämpfe und folglich eine Intensi­ tätsabnahme der entgegenfließenden Strömungen bewirkt.

Es ist zweckmäßig, die Querschnittsfläche der Kanäle zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe in der Richtung von der supraleitenden Wicklung weg zu vergrößern.

Eine Vergrößerung der Querschnittsfläche der Kanäle zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe in der Richtung von der supraleitenden Wicklung weg bewirkt eine Verkleinerung der Zunahme des Drucks und der Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlmitteldämpfe über die Kanallänge, die infolge der Erwärmung der Kühlmitteldämpfe bei deren Fließen über die Kühl­ kanäle stattfinden. Eine Verkleinerung der besagten Druck- und Geschwindigkeitszunahme der Kühlmitteldämpfe vermin­ dert den hydraulischen Widerstand gegenüber dem Fließen der Kühlmitteldämpfe und steigert dadurch die Zuverlässig­ keit der Konstruktion.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Läufer einer elektri­ schen Maschine im Längsschnitt;

Fig. 2 die Baugruppe II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2 und

Fig. 5 ein zylindrisches Element eines Rohrpfropfens im Schnitt.

Der Läufer einer elektrischen Maschine enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1), worin auf einem Körper 2, der aus einem unmagnetischen Stoff, z. B. einer Titanlegierung ausgeführt ist, eine supraleitende Erregerwicklung 3 befestigt ist. In stirnseitigen Teilen des Körpers 2 sind Kraftrohre 4 mit in deren Innerem angeordneten wärmedämmenden Rohrpfro­ pfen 5 vorhanden. Jeder wärmedämmende Rohrpfropfen 5 besteht aus mehreren zylindrischen Elementen 6, die aus einem wär­ medämmenden Stoff, z. B. aus Glashartgewebe ausgeführt sind und ein zunehmendes Axialmaß in der Richtung von der sup­ raleitenden Wicklung 3 weg aufweisen. Die zylindrischen Elemente 6 jedes Rohrpfropfens 5 sind in das Innere des Kraftrohrs 4 eingepreßt und liegen aneinander mit ihren Stirnflächen 7 (Fig. 2) und an der Innenfläche 8 des Kraft­ rohrs 4 mit ihren zylindrischen Flächen 9 (Fig. 5) dicht an. Auf den zylindrischen Flächen 9 der Elemente 6 (Fig. 1) der wärmedämmenden Rohrpfropfen 5 sind auf dem Kreisumfang ver­ teilte Axialnuten 10 (Fig. 2) sowie ringförmige Ausschnitte 11 (Fig. 5) ausgeführt, die auf der Seite der Steitenfläche 7 (Fig. 2) offen sind. Die Nuten 10 können auch unter einem kleinen Winkel zur (nicht eingezeichneten) Längsachse der zylindrischen Elemente 6 angeordnet sein. In den ringför­ migen Ausschnitten 11 (Fig. 5) sind metallene ringförmige Scheiben 12 (Fig. 2) aus einem unmagnetischen Stoff, z. B. aus einer Titanlegierung untergebracht, die die besagten ringförmigen Ausschnitte vollkommen ausfüllen.

Die ringförmigen Scheiben 12 liegen mit ihren äußeren zylindrischen Flächen 13 (Fig. 4) an den Innenflächen 8 (Fig. 2) der Kraftrohre 4 dicht an. Dieses dichte Anliegen kann z. B. durch eine Passung erzielt werden. Die Scheiben 12 sind mit einem zunehmenden Schritt in der Richtung von der supraleitenden Erregerwicklung 3 (Fig. 1) angeordnet, der durch eine entsprechende Vergrößerung der Axialmaße der zylindrischen Elemente 6 erzielt wird. Der Einbausch­ ritt der Scheiben 12 kann in Versuchen aufgrund der Bedin­ gungen der Kühlungseffektivität der supraleitenden Wicklung 3 und der Zuverlässigkeit der Läuferkonstruk­ tion ausgewählt werden. Auf jeder von zwei Seitenflächen 14 (Fig. 2) jeder ringförmigen Scheibe 12 sind Radialnuten 15-a bzw. 15-b und in der inneren zylindrischen Fläche 16 jeder ringförmigen Scheibe 12 sind Axialnuten 17 ausge­ führt, von denen jede zwei Radialnuten 15-a und 15-b ver­ bindet, die sich auf verschiedenen Seitenflächen 14 einer Scheibe befinden. Außerdem sind in den Seitenflächen 14 der ringförmigen Scheiben 12 ringförmige Kanäle 18 (Fig. 2, 3) ausgeführt, mit deren Hilfe die Nuten 10 und die Nuten 15-a, 15-b miteinander verbunden werden. Die Axialnuten 10, die Radialnuten 15-a, 15-b und die Axialnuten 17 bil­ den gemeinsam Kanäle 19 zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe von der supraleitenden Wicklung 3, wobei die Nuten 10 jene Abschnitte der Kanäle 19 (Fig. 1) darstellen, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren 4 be­ finden, und die Nuten 15-a, 17 und 15-b (Fig. 2), die diese Abschnitte verbinden, bilden gemeinsam Mittelabschnitte der Kanäle. Die Querschnittsflächen der durch die Nuten 10, 15-a, 17 und 15-b gebildeten Abschnitte, die von der supra­ leitenden Wicklung 3 (Fig. 1) weiter entfernt sind, sind größer, als die Querschnittsflächen derselben Abschnitte, die in einer kleineren Entfernung von der supraleitenden Wick­ lung angeordnet sind.

Die Anzahl der Kanäle 19 zur Ableitung der Kühlmittel­ dämpfe und Querschnittsmaße dieser Kanäle wählt man auf­ grund von Bedingungen eines optimalen Kühlmitteldurchflus­ ses, der besten Kraftrohrkühlung und von konstruktiven Überlegungen. Das Axialmaß der ringförmigen Scheiben 12 wird aufgrund von zwei Bedingungen ausgewählt. Einer­ seits soll dieses Maß ein minimales sein, damit die Ver­ größerung des äquivalenten Querschnittes der Kraftrohre 4 begrenzt wird, die eine Steigerung der Wärmezufuhr über diese Rohre in den Bereich der supraleitenden Wicklung 3 bewirkt, und andererseits wird dieses Minimalmaß durch konstruktive Überlegungen, und zwar durch die Notwendig­ keit, die Nuten 15-a und 15-b (Fig. 2) mit einem bestimmten Querschnitt auf der Seite der beiden Seitenflächen 14 der Scheiben 12 auszuführen sowie durch technologische Über­ legungen begrenzt, weil eine Passung auf der inneren zy­ lindrischen Fläche 8 des Kraftrohrs zu erzielen ist. Der Innenradius der ringförmigen Scheiben 12 wird aufgrund von Bedingungen bestimmt, wonach die erforderliche Länge der Radialnuten 15-a, 15-b zu erzielen ist, die eine bedeuten­ de Änderung des Charakters der Wirbelströmungen beim Übergang von den axialen 10 in die radialen 15-a, 15-b Abschnitte des Kanals 19 (Fig. 1) sicherstellt, die eine Unterbrechung der in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen der Kühlmitteldämpfe bewirkt.

Beim Betrieb der elektrischen Maschine mit dem ge­ kühlten Läufer werden Heliumdämpfe von der supraleitenden Erregerwicklung 3 (Fig. 1) weg in Richtung zur nächst­ liegenden Stirnfläche des Körpers 2 hin über die Sammelkam­ mer 20 durch die Kanäle 19 zur Ableitung der Kühlmittel­ dämpfe abgeleitet. Dabei durchströmen Heliumdämpfe sequen­ tiell Abschnitte der Kanäle 19, die durch die axialen Nuten 10 (Fig. 2), die radialen Nuten 15-a, die axialen Nuten 17 und die radialen Nuten 15-b gebildet sind.

Indem Kühlmitteldämpfe die Kanäle 19 durchströmen, ent­ stehen im Wirkungsfeld der Fliehkräfte Wirbelströ­ mungen, die das Auftreten von in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen bewirken. Dabei kühlen He­ liumdämpfe die Kraftrohre 4 unmittelbar (an den Abschnit­ ten 10, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren 4 befinden) und über die Metallringscheiben 12 (an den Zwischenabschnitten 15-a, 17, 15-b) ab, wodurch eine Wärmezufuhr in die supraleitende Wicklung 3 (Fig. 1) über die Kraftrohre 4 von jenen Läuferelementen vermindert wird, die Umgebungstemperatur aufweisen.

An Grenzen der axialen 10 Fig. 2 und und der radialen 15-a, 15-b Abschnitte der Kanäle 19 (Fig. 1) wird der Charakter der Wirbelströmung infolge einer starken Radialmaßänderung des Kanals 19 bedeutend geändert, wodurch eine Unterbre­ chung an diesen Stellen von in bezug auf den Hauptstrom entgegenfließenden Strömungen der Kühlmitteldämpfe und folglich eine Verminderung eines Wärmetransportes in den Bereich der supraleitenden Wicklung 3 sowie eine Steige­ rung einer Kühlungseffektivität der Kraftrohre 4 bewirkt werden. Dank der Vergrößerung der Querschnittsflächen der Kanäle 19 in der Richtung von der supraleitenden Wicklung 3 weg wird eine Druck- und Geschwindigkeitszunah­ me der Heliumdämpfe infolge deren Erwärmung bei der Bewegung über die Kanäle 19 vermindert, folglich der hydraulische Widerstand gegenüber dem Durchfließen der Kühlmitteldämp­ fe vermindert und dadurch die Zuverlässigkeit der Konstruk­ tion gesteigert.

Claims (6)

1. Läufer einer elektrischen Maschine mit supraleiten­ der Erregerwicklung, mit

• - einem Körper (2) mit daran befestigter supraleitender Erregerwickung (3), der an seinen stirnseitigen Teilen Kraftrohre (4) hat,
• - wärmedämmenden Rohrpfropfen (5), die im Inneren der Kraft­ rohre (4) angeordnet sind,
• - Kanälen (19) zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe von der supraleitenden Wicklung (3), die im Inneren der Kraftrohre (4) angeordnet sind und Abschnitte (10) aufweisen, die sich in einem unmittelbaren Wärmekontakt mit den Kraftrohren (4) befinden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - jeder Rohrpfropfen (5) aus mehreren zylindrischen Ele­ menten (6) besteht, die aus einem wärmedämmenden Stoff ausgeführt sind, aneinander mit ihren Seitenflächen (7) und an der Innenfläche (8) des Kraftrohrs (4) mit ihren zy­ lindrischen Flächen (9) dicht anliegen,
• - die Abschnitte (10) der Kanäle (19) zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe, die sich in einem unmittelbaren Wärmekon­ takt mit den Kraftrohren (4) befinden, als Nuten in den zylindrischen Flächen (9) der Elemente (6) der Rohrpfropfen (5) ausgeführt sind;
• - in den zylindrischen Flächen (9) der Elemente (6) der Rohrpfropfen (5) ringförmige Ausschnitte (11) ausgeführt sind, die zu einer Seitenfläche (7) hin offen sind,
• - in den besagten ringförmigen Ausschnitten (11) ringförmi­ ge Scheiben (12) angeordnet sind, die mit ihren äußeren zy­ linderförmigen Flächen (13) an den Innenflächen (8) der Kraftrohre (4) dicht anliegen, und
• - zwischen den Seitenflächen (14) und den inneren zylindri­ schen Flächen (16) der ringförmigen Scheiben (12) einer­ seits und den zylindrischen Elementen (6) der Rohrpfropfen (5) andererseits Abschnitte 15-a, 17, 15-b der Kanäle (19) ausgeführt sind, die miteinander und mit den Abschnitten (10) der Kanäle (19) verbunden sind, die auf den zylindri­ schen Flächen (9) der Elemente (6) der Rohrpfropfen (5) ausgeführt sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ringförmigen Scheiben (12) metal­ lisch aus einem unmagnetischen Stoff ausgeführt sind.

3. Läufer nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - jede ringförmige Scheibe (12) in den Seitenflächen (14) ringförmige Kanäle (18) aufweist, die zur Seite ihrer äußeren zylindrischen Fläche (13) offen sind,
• - die Abschnitte (15-a, 17, 15-b) der Kanäle (19) zwischen den Seitenflächen (14) und den inneren zylindrischen Flächen (16) der ringförmigen Scheiben (12) einerseits und den zy­ lindrischen Elementen (6) der Rohrpfropfen (5) andererseits als Nuten ausgebildet sind, die auf den seitlichen (14) und den inneren zylindrischen (16) Flächen der ringförmigen Scheiben (12) ausgeführt sind und mit den Abschnitten (10) der Kanäle (19), die sich in einem unmittelbaren Wärmekon­ takt mit Kraftrohren befinden, über die besagten ringför­ migen Kanäle (18) verbunden sind.

4. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ring­ förmigen Scheiben (12) mit einem sich in der Richtung von der supraleitenden Wicklung weg vergrößernden Schritt an­ geordnet sind.

5. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Kanäle (19) zur Ableitung der Kühlmitteldämpfe in der Richtung von der supraleitenden Wicklung weg zunimmt.