DE7804603U1

DE7804603U1 - Einrichtung zur aufrechterhaltung eines thermisch isolierenden vakuums in einem rotor eines turbogenerators mit supraleitender erregerwicklung

Info

Publication number: DE7804603U1
Application number: DE19787804603U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-01-24
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1979-10-18
Also published as: FR2415212A1; DE2806576C2; FR2415212B1; SE7900565L; DE2806576A1; CH627314A5; US4339680A

Description

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Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines thermisch isolierenden Vakuums in einem Rotor eines Turbogeneratora mit supraleitender Erregerwicklung.

In Artikel "Turbogeneratoren nie supraleitender Erregerwicklung", Bull. SEV 64 (1975) 17, 13.August, S₃IO⁴IO ff», ist u*a, auf S^lG¹O ein Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung und mit rotierenden Kryoscaten dargestellt und beschrieben. Die Erregerwicklung wird durch flüssiges Helium gekohlt. Der die Erregerwicklung tragende Innenrotor ist innerhalb eines Aussenzylinders angeordnet und ins Zwischenraum wird ein hohes Vakuum erzeugt. Die Befestigung des Innenrotors und die Uebertragung des Drehmomentes an die Weilenenden ,die sich an Raumtemperatur befinden, ei— folgt über dünne Uebergangsstücke, die zusätzlich mit He-Gss gekühlt πξτύζη. Is Vakuumswischenratis zwischen dem Innenrotor und dem Äussenzylinder befindet sich noch ein dünner Strahlungszylinder, der als zusätzlicher elektrothermischer Schild die vom Aussenzylin- uer ausgestrahlte Wärme aufnimmt und den Rest der magnetischen Felder, die euren cen Susseren Dämpferzylindsr hindurchdringen, auf sin für s#n Süsrsl^it^r srtrsg= liehen Betrag abdämpft. Auf der iJichtantriebs-Seite der welle befinden sich der Heliumübertrager, Schleifringe und innerhalb der »felle sit Heliumgas gekühlte ZrregerstroszLileitungen. Zur Aufrechterhaltung des Isolationsvakuuns ist ein externes Pumnsysteni verwendet _Λ dss mittels rotierender Vakuusdichtungen mit den V=i<uuinräusen des Botors verbunden ist. Diese rotierenden Vakuusdich'timgen müssen sehr sorgfältig ausgefüiirt werden. Sie sind trotzdem störungsanfällig und mar. muss sit deren Verschlciss rechnen. Das externe Puapsystea weist wegen eines verhältnissässig schlechten Wirkungsgrades einen hohen Energieverbrauch auf

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und ist ebenfalls störungsanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines thermisch isolierenden Vakuums in einem Rotor eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung zu schaffen, die die Nachteile des Bekannten nicht aufweist, konstruktiv einfach, betriebssicher und energiesparend ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Rotor des Turbogenerators wenigstens eine Sorptionspumpe angeordnet ist, die mit den Vakuumräumen des Rotors direkt mittels Verbindungsöffnungen verbunden ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die erfindungsgemässe Einrichtung keine rotierenden Vakuumdichtungen brauche. Die Pumpwirkung ist rein physikalisch und ist gegeben, solange der Generator betriebsfähig ist bzw. solange die Temperatur der Sorptionspumpe unterhalb etwa 20 K liegt. Die Konstruktion ist sehr einfach und die Tätigkeit der Einrichtung verursacht praktisch keinen Energieverbrauch.

Derartige Sorptionspumpen sind an sich bekannt (s.z.B. Lueger: 3d.Ιό, "Lexikon der Verfahrenstechnik", Stuttgart 1970, S. ¹^oO). Sie bestehen aus einem vakuumdichters, ausheizbaren und kühlbaren abgeschlossenen Merallgefäss, das mit einem körnigen Sorptionsmittel (Zeolirh, Aktivkohle usw.) gefüllt ist.

Bei einer Anordnung der Sorptionspumpe zwischen dem kalten Teil des Rotors und der warmen Welle ist es vorteilhaft, venn die Sorptionspumpe mit einer Xühleinrichtung, insbesondere einer Flüssigheliumkühleinrichtungj versehen ist.. Diese Massnahise sichert eine hohe FunktionsfShigkeit. Man kann die Kühlung

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der Sorptionspumpe entweder in denselben Kreislauf des flüssigen Heliums einschalten, in dem die Kühlkanäle der supraleitenden Wicklung liegen, oder einen Teil des zugeführten Heliums abzweigen. Gemäss einer anderen Aus-5 führungsform ist die Sorptionspumpe mit einem tiefgekühl-

§ ten Teil des Rotors im direkten wärmeleitenden Kontakt

§ angeordnet. Es ist zweckmässig, wenn die Sorptionspumpe

mit einem Strahlungsschutz versehen ist. Damit v;ird die Sorptionspumpe vor unerwünschten Einflüssen der übrigen, in der Nähe sich befindenden Teile des Rotors (Erregerstromleitungen, warme Heliumrückleitungen) geschützt. Nach einer Ausgestaltung ist der Strahlungsschutz durch koaxiale Sträilungsschutzrohre mit labyrinthartig angeordneten Ausnehmungen und/oder Oefjnungen gebildet. Die-

.15 se Ausführungsforrn ist konstruktiv sehr einfach und gestattet, die Verbindung zwischen den Vakuumräuraen zu optimieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sorptionspumpe ringförmig ausgebildet. Diese Form ermöglicht, die Sorptionspumpe in den Rotor anzuordnen, ohne die Konstruktion des Rotors wesentlich zu ändern, weil bei den bestehenden Typen der Generatoren mit supraleitender Erregerwicklung in den Uebergangsstücken zwischen dem Rotorkörper und den Wellenenden zylindrische oder konische Vakuumräume schon aus Isolationsgründen vorhanden sind.

Es empfiehlt sich, das Sorptionsmittel in getrennten Kammern anzuordnen, deren Wände wenigstens teilweise durch Siebe gebildet sind. Die Lage des Sorptionsmittels wird fixiert und dessen gute Verteilung gesichert.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung ist die Sorptionspumpe mic einer Heizvorrichtung vex-sehen₃ wobei diese Heizvorrichtung zweckmässig durch wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizkörper gebildet ist- Mit

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dieser Heizvorrichtung kann man das Sorptionsmittel erwärmen (z.B. auf 50 K), womit es regeneriert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstand.es vereinfacht dargestellt. Es zeigt

Pig.l einen Längsschnitt durch die Nichtantriebs-

Seite eines Rotors mit supraleitender Erregerwicklung,

Fig.2 den Teilschnitt II-II aus Pig.l, Fig.3 den Teilsehnitt HI-III aus Fig.2 und Fig.4 den Teilschnitt IV-IV aus Fig.3·

Gemäss Fig.l enthält ein Rotor 1 eines Turbogenerators einen Innenrotor 2, in dem eine supraleitende Wicklung 3 angeordnet ist. Der Innenrotor 2 ist mit einem Aussenzylinder ¹I umhüllt. Zwischen dem Innenrotor 2 und dem Aussenzylinder ή befindet sich ein dünner Strahlungszylinder 5· Eine Welle 6 ist mittels eines Uebergangsstückes 26 mit dem Innenrotor 2 und dem Aussenzylinder k verbunden. Zwischen dem Innenrotor 2 und dem Strahiyngszylinder 5, zwischen dem Strahlungszylinder und dem Aussenzylinder 4 und im Inneren des Innenr-otors 2 sind Vakuumräume T. In dem üebergangsstück 26 zwischen dem Innenrotor 2 und der Welle 6 ist ein Vakuumraum 8,. in dem eine Sorptionspumpe 9 angeordnet ist. Die Sorptionspumpe ist in Fig.l nur vereinfacht als ein Ring mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Eine Kühleinrichtung IO der Sorptionspumpe 9 ist an eine Heliumleitung 11 angeschlossen. Das flüssige Helium fliesst aus der Kühleinrichtung 10 durch Verbindungskanäle 13 in Kühlkanäle 12 der supraleitenden Wicklung 3.

In Fig.2 ist der Teilsehnitt II-II durch den oberen Teil der Sorptionspumpe 9 aus Fig.l gezeigt. Zwischen zwei Flanschen 14 ist ein Distanzrohr 15 befestigt.

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Zwei Strahlungssehutsrohre Io sind zwischen den inneren Händern der Flansche I^ angeordnet. Koaxial mit den Strahlungssehutzrohren Io liegt ein zylindrisches Sieb l3. Zwischen dem Distanzrohr 15 und dem zylindrischen Sieb 13 sind im wesentlichen radial ausgerichtete flache Siebe 19 befestigt, die paarweise mit Distanzblechen 20 verbunden und mit Pührungsstücken 21 fixiert sind. Zwischen den flachen Sieben 19, den Flanschen 14, dem zylindrischen Sieb l3 und dem Distanzrohr 15 sind Xamsern 25 entstanden, die mit nur teilweise dar gest eilt ein Sorptionsmittel 2Ά (Zeolith) gefüllt sind- Die Flansche 14 sind mit Schrauben 23 zusammengehalten.

Der in Fig.3 gezeigte Teilschnitt II1-I1I aus Fig.2 zeigt dieselben Teile, die schon als Teile der Fig.2 beschrieben worden sind. Ringförmige Heizkörper, die in die Flansche I^ eingebaut sind, sind durch die Zahl 22 gekennzeichnet« In dieser Figur wie auch in Fig.4, die den Schnitt IV-IV aus Fig.3 darstellt, sind noch Ausnehmungen 17 in einem Strahlungsschutzrohr l6 gezeigt.

Alle zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Konstruktionsmerkmale sind in der Zeichnung fortgelassen worden.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. So könnte an Stelle von einer ringförmigen Sorptionspumpe eine zylindrische Verwendung finden. Es können auch z.H. zwei Sorptionspumpen verwendet werden, je eine an jedem Ende des Rotors, oder nur eine an der Antriebsseite des Rotors. Die Kühleinrichtung der Sorptionspumpe kann auch beidseitig angeordnet sein und/oder die Sorptionspumpe auf der äusseren oder inneren Oberfläche kühlen. In letztgenannten Fall müssten selbst-

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verständlich die auf der Innenseite -der Piiispe angeord— neten koaxialen Sieb- und Strahlungsschutzrohre durch analoge, auf einer Flanke der Pumpe axial nebeneinander angeordnete kreisringförmige Platten ersetzt werden. Der Errindungsgegenstand kann auch für andere Ausführungsformen der Generatoren verwendet werden.

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	Bezeichnungslist e
1	Rotor eines Turbogenerators
2	Innenrotor
3	supraleitende Wicklung
4	Aussenzylinder
5	Strahlungszylinder
6	Welle
7	Vakuumräume
8	Vakuumraum mit einer Sorptionspumpe
9	Sorptionspumpe
10	Kühleinrichtung der Sorptionspumpe 9
11	Heliumleitungen
12	Kühlkanäle
13	Verbindungskanäle
14	Plansche
15	Distaiizrohr
16	Strahlungsschutzrohre -
17	Ausnehmungen in den Strahlungsschutzrohren 16
• 18	zylindrisches Sieb
19	flache Siebe
20	Distanzbleche
21	Führungsstück
22	ringförmige Heizkörper
23	Schrauben
24	Sorptionsmittel
25	Kammern
26	Uebergangsstück

Claims

1- Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines thermisch isolierenden Vakuums in einem Rotor eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung,
dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor (1) des Turbogenerators wenigstens eine Sorptionspumpe (9) angeordnet ist, die mit den Vakuumräumen (7*8) des Rotors (1) direkt mittels Verbindungsöffnungen verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe (9) mit einer Kühleinrichtung (10) versehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (10) der Sorptionspumpe eine Flussigheliumkühleinrichtung ist.

^. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe (9) mit einem tiefgekühlten Teil des Rotors im direkten -wärmeleitenden Kontakt angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe (9) mit einem Strahlungsschutz (l6,17) versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschutz durch koaxiale
Strahlungsschutzrohre (Ιό) mit labyrinthartig angeordneten Ausnehmungen (17) und/oder Oeffnungen gebildet ist.

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7. Einrichtung naeh Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet ₃ dass die Sorptionspumpe (9) ringförmig ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzelehnetj dass das Sorptionsmittel (24) In getrennten

Kammern (25) angeordnet Ist_a deren Wände wenigstens teilweise durch Siebe (l8₃19) gebildet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet ₃ dass die Sorptionspumpe (9) mit einer Heizvorrichtung (22) versehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch S₃ dadurch gekennzeichnet, dass öle Heizvorrichtung (22) durch wenigstens einen elektrischen "Widerstandsheizkörper gebildet ist.