DE7805538U1 - Vorrichtung zur aufrechterhaltung des vakuums im gehaeuse eines rotierenden kryostaten - Google Patents

Vorrichtung zur aufrechterhaltung des vakuums im gehaeuse eines rotierenden kryostaten

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DE7805538U1 DE19787805538U DE7805538U DE7805538U1 DE 7805538 U1 DE7805538 U1 DE 7805538U1 DE 19787805538 U DE19787805538 U DE 19787805538U DE 7805538 U DE7805538 U DE 7805538U DE 7805538 U1 DE7805538 U1 DE 7805538U1
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Description

55C Bar .1
uü 3f.*4 Vorrichtung«* zur Aufrechterhaltung; de: Z8. NOV. 1978 vakjur.s ir, Gehäuse eines rotierenden Kryostaton.
..ie vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung f-er.".o3 der. Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekanntlich wird von eiren Turbogenerator eine sehr hohe Betriebssicherheit verlangt. Die rleiche Betriebssicherheit
c v.ird von e_r.e- Turbogenerator :._t supraleitenden Wicklungen erv.-artet. Xan v;ird besonders darauf achten rissen, c.-.ss las V-.kuur ir dor.r.elv/andif·en Gehäuse des Kryostaten r.it der r.otorv.-icklunr auf lan~e Dauer aufrechterhalten werden kann. Ur dieses Vakuur. aufrechtzuerhalten, v:i~i r.an mit Gicner-
2_3 heit koine Ce■. ■ und:ir-Vakuumpumpe , die zuier. noch rer.elr'issip; .--ev.-artet ■.•.--i-rden r'isstv, in den Rotor einbauen. Die "eir.unr^r. der Cposialicten zu dieser. Probler, sind reteilt: die einen ziehen es vor, die Vakuur./.ar.r.er bei stillstehender ■•'aschine auszupurpen und sie dann bis zur. n.1c' seen Still-
1= stand der "'aschine zu verschliessen; die andern ziehen es vor, den rotierenden Krycstaten von aussen her perir.anent auszupumpen.
Die erstere Lösun~ be".:"hrt sich vorzüglich bei Heliur.behLLlterr.. ~.z konrr.t vor, dass verschlossene Vakuunkar.ir.ern über
2C Jahre hir.we=; nicht ausgepumpt v:erder. r.i-ssen. Bei Turbogeneratoren jedoch v.er.den die '.-,'arde des Vakuum^ehauses durch Zentrifugalkraft und Vibrationen stark beansprucht, so dass es zu Rissbildung in diesen Wänden komrr.en kann. Sofern es Sien bei Leckverlusten nicht um. Helium handelt und weil die Temperatur der Innenwand des Vakuun.-er.äuses sehr tief lie?rt, ν,-ird das in das Gehäuse einströmende Gas auf der Innenwand kondensieren (Kryopur.pv.'irkunp;) . Wenn es sich andererseit:
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um Heliumverluste handelt, wird das Vakuum endgültig" zusammenbrechen .
Um letztgenannter Situation vorzubeugen, bevorzugen manche Fachleute das System des perrr.aner.ten Auspumpen^. Dieser, Vorgehen ist indessen nicht unbedenklich. In diesem Fall enthillt .s Vakuumgehäuse einen rotierenden Teil, einen feststehenden, mit der 7akuu~.purr.pe verbundenen Teil und zwei rotierende Dichtungen zur Verbindung dieser beiden Teile (eine einzige Dichtung am Xaschinenende v;äre notweniip, aber dieser Bereich ist bereits durch die Helium-Transportvorrichtuno; belebt). Mun aber handelt es sich um ein Sekundür-Vakuur.: der Pumpraur. r.uss genüf-end gross sein, die Dichtunren oder Dichtungssysteme sind im Durchmesser ziemlich gross bemessen uni die Umfangsgeschwindigkeit der Di^ htungen ist hoch. Es ist zu befürchten, dass die Dichtwirkung auf Höhe der rotierenden Dichtungen nachlässt; in diesem Falle wäre eine Behebung des Uebels schiir.mer als das Uebel selbst.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Nachteile des Eekannten nicht aufv/eist und die mit einfachen Mitteln eine sichere Aufrechterhaltung des Vakuums in der Vakuumkammer ermöglicht.
Die Ventilklappe ermöglicht auf einfache Weise das Vakuum zu erneuern, wenn es unter eine vorbestimmte Grenze sinkt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Kit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird eine vorteilhafte konstruktive Lösung der Ventilklappe und angrenzender Teile angegeben. Die Ausführungsformen nach den Unteransprüchen 3 und 4 zeigen zwei
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zweckmässige Möglichkeiten der Steuerung der Ventilklappe. Die Schaltdrehdichtungen nach Unteranspruch 5 ermöglichen ein sicheres Abdichten des Vakuumraumes.
Im folgenden ' ν d nun eine beispielsv:eise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an Hand einer Zeichnung beschrieben, die eine Vorrichtung gemäss Erfindung im Halb-Länpsschnitt zeigt.
Die auf der Zeichnung dargestellte Vorrichtung enthält einen rotierenden Teil 1, in dessen Innern ein Hochvakuum aufrechterhalten werden soll. Der rotierende Teil 1 kann beispielsweise die Welle einer rotierenden elektrischen Maschine sein, z.B. eines Turbogenerators mit supraleitender Rotorwicklung. Im weiteren enthält die dargestellte Vorrichtung einen feststehenden Teil 2 j der den rotierenden Teil 1 koaxial umschliesst und der beispielsweise als V.ellengehäuse ausgebildet sein kann. Der rotierende Teil 1 ist mit einer P^mpöffnung 3 versehen. Der feststehende Teil 2 ist über einen Anschlussstutzen k mit einer (hier nicht gezeigten) Hochvakuumpumpe verbunden. Zwei rotierende Dichtungen 5 gewährleisten die Dichtheit zwischen dem rotierenden Teil 1 und dem feststehenden Teil 2.
Der feststehende Teil 2 besteht aus zwei ungefähr zylindrischen Teilen 2a und 2b, die über einen in die Verbindungsfläche verlegten Dichtungsring 7 mittels Schrauben 6 miteinander verbunden sind.
Gemäss vorliegender Erfindung ist eine mit dem Teil 1 rotierende Ventilklappe 8 vorgesehen, die in Kormalfall die Verbindung zwischen Vakuumpumpe und dem Vakuumraum im Innern des rotierenden Teils 1 unterbricht. Die Ventilklappe 8
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könnte so angeordnet sein, dass sie die Pumpöffnung 3 direkt abschliesser. v/ürde. Da letztere in axialer Richtung des Teils 1 relativ gross dimensioniert ist, würde dies bedeuten, dass die Ventilklappe 8 in axialer Richtung auf relativ langem Weg verschoben werden müsste, um die Pumpöffnung 3 vollständig freigeben zu können. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher zwischen dem rotierenden, Teil 1 und dem feststehenden Teil 2 ein ringförmiger Sammler 9 angeordnet, der so auf den Teil 1 montiert ist, dass er mit ihm dreht. Die Dichtheit zwischen dem Sammler 9 und dem rotierenden Teil 1 ist durch zwei Dichtungsringe 10 gewährleistet, die auf jeder Seite der Pur.pöffnung 3 angeordnet sind. In Sinne einer vereinfachten Konstruktion besteht der Sammler 9 vorzugsweise aus einem ersten Teil 9a und einer zylindrischen Innenwand 9b. Der Teil 9b ist mit einer ersten Oeffnung 11 versehen, die direkt auf der Pumpöffnung 3 aufliegt. Zwischen den Teilen 9a und 9b des Sammlers 9 bildet sich an dessen einem Ende eine zweite ringförmige Oeffnung 12.
Die Ventilklappe 8 ist ringförmig und wird beweglich in axialer Richtung des Teils 1 montiert. Die Ventilklappe 3 besteht zu diesem Zweck aus einem ersten zylindrischen Teil 8a, der in axialer Richtung zwischen zwei Kugelreihen 13 und 14 in der Aussparung des Tragkörpers 15 gleiten kann; der Tragkörper 15 ist in axialer Richtung vom Sammler 9 getrennt und während der Drehung fest mit dem rotierenden Teil 1 verbunden. Die Ventilklappe 8 enthält einen kronenförmigen Teil 8b, der auf seiner, dem Sammler 9 zugewandten Seite mit zwei konzentrisch angeordneten Dichtungsringen 16 und 17 verisehen ist, die gegen die Stirnseite 9c des Sammlers 9 zu beiden Seiten der zweiten Oeffnung 12 gedrückt werden und die Oeffnung 12 somit verschliessen. Die Ventilklappe 8 wird durch mindestens eine.Feder.i£. in die auf der Zeichnung strich-
pur.kei-^rt angedeutete Schließstellung gedrückt. Tie Feder lc lie-~ eeilwe_ se im ersrer. zylindrischen Teil Sa der Ventilklappe c und stütz" sich auf cen Grund einer Aussparung ir. Tra~l-:c"rcer 15 ac.
"Jr. lie Ver.tilkiappe 3 beliebig öffnen zu kennen, ist sie aus magnetisierbarer: Material p-efertijtt; zudem ist in feststehender. Teil 2 eine Steuerspule 19 eingebaut. Sobald die Steuersäule 19 durch einen elektronischen Steuerkreis (hier nicht gezeigt) erregt wird, erzeugt sie ein ."-'.a^netfeld, das der
IG r'.raf" der Feder 18 oder der Federn 13 ent ^esenv.'irkt, die Venvilklappe 5 von der Stirnseite 9c des Sammlers 9 abhebt, auf diese Weise die zweite Ceffnung 12 freigibt und die Pumpcffr.ur.p: 3 ir.it der. Anschlussstutzen 4 verbindet.
Zie Steuerspule 19 könnte selbstverständlich auch auf den rotierenden Teil 1 montiert sein.
Ger.äss einem weiteren Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine der zwei rotierenden Lichtungen 5 als eine Cc'-altdrehdichtung ausgeführt. Dichtungen dieser Art sind cokannt. Es handelt sich urr. Dichtunren, die normal°r- \-;eii>e durch sine Feder in ihrer inaktiven Position rt !.alten und beispielsweise durch Ziektronarx.etkraft oder durch hydraulische oder pneumatische Einwirkung in aktive Position üb er~eführe werden kennen.
Lie Vorrichtung gernäss Erfindung funktioniert auf V/eise: !-'.an nirjnt an, dass der Vakuumraum durch die Ventilklappe 3 abgeschlossen sei. V.'enn während des Betriebes das Vakuur.-eter ein Absinken des Unterdruckes im Vakuumraum anzeigt, wird die Schaltung der Dichtungsringe 5 betätigt und die Vakuumpumpe in Betrieb gesetzt. Ca die auf beiden Seiten
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der Ventilklappe 3 vorhandenen Vakuumwerte vergleichbar sind, wird die Ventilklappe 8 durch Erregung der Spule 19 geöffnet und das Auspumpen des Vakuunraur.es beginnt. Sobald der Unterdruck im Vakuumraum einen genügend hohen V/ert erreicht hat, v.'ird die Steuerspule 19 stromlos, die Ventilklappe 8 durch die Feder 18 wieder geschlossen, die Dichtungen 5 werden ausgeschaltet und die Pumpe v.'ird stillgesetzt.
Solange das Vakuum seinen korrekten V/ert beibehält, wird die Abdichtung von den feststehenden Dichtungsringen 16 und 17 der Ventilklappe 8 an Stelle der Drehdichtungen 5 übernommen; dadurch lässt sich die Lebensdauer der letzteren erhöhen.
;.\Tie aus den bisherigen Ausführungen hervorgeht, bietet die Erfindung eine Lösung an, welche die Vorteile der zwei bekannten Extremlösungen dadurch ausgleicht, indem sie deren Nachteile vermeidet.
Auf Wunsch kann man die Schaltdrehdichtungen durch Drehdichtungen von hoher Lebensdauer ersetzer., die sich im Dauerbetrieb wie bei früher bekannten Vorrichtungen einsetzen lassen. Dadurch kann die Betriebssicherheit de; Systems noch gesteigert werden, da zweifach abgedichtet wird (Ventilklappe und Drehdichtungen), solange der Unterdruck auf seinem geforderter. Viert aufrechterhalten bleibt.
Es gilt übrigens als selbstverständlich, dass die oben beschriebene Ausf u'irungsform der Erfindung als ein Beispiel aufzufassen ist und dass weitere Modifikationen vom Fachmann leicht angebracht werden können, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen würde. Dies trifft namentlich dann zu, wenn man statt der zweiten ringförmigen Oeff-
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nung 12 eine oder mehrere kreisförmige Oeffnungen in der Stirnseite 9c des Sammlers 9 vorsieht. Jede dieser Oeffnungen kann mit einer Ventilklappe versehen werden, wobei die Klappen, sofern es mehrere sind, untereinander verbunden sind, damit sie gleichzeitig betätigt werden können.
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Zusammenfas sung
Eine Vorrichtung zur Verbindung einer Vakuumkammer eines rotierenden Kryostaten mit einer feststehenden, zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der genannten Kammer bestimmten Hochvakuumpumpe, mit einem mit der Vakuumpumpe verbundenen feststehenden Teil (2) mit einem konzentrisch zum feststehenden Teil (2) angeordneten und mit einer Pumpöffnung (3) versehenen rotierenden Teix (1) und mindestens einer zwischen dem rotierenden Teil (1) und dem feststehenden Teil (2) eingebauten Dichtung (5), enthält mindestens eine Ventilklappe (8), die im rotierenden Teil (1) als ein Verschluss der Pumpöffnung 3 des rotierenden Teils (1) angeordnet ist, und ist mit einer Steuereinrichtung (19, 18) der Ventilklappe (8) versehen. Diese Vorrichtung ist insbesondere für elektrische Maschinen mit supraleitender Erregerwicklung vorgesehen und ermöglicht auf einfache Weise das Vakuum zu erneuern, wenn es unter eine vorbestimmte Grenze sinkt.
(Figur)
Bezeichnungsliste
1 = rotierender Teil
2 = feststehender Teil
2a = erster Teil den feststehenden Teils 2
2b = zweiter Teil des feststehenden Teils 2
3 = Pur.p^ffnur.p;
4 = Anschlussstutzen
5 = ^otierer.de Dichtunger i - Schraube
v = Dichtungsring
I - Vcr.tiiklappe
5a - erster Teil i-,-r Ventilklappe 8
Eb = krcr.er.fcrr.if-er Teil der Ventilklappe 8
5 = rir. -fürni-er £a~r.ler
^a = erster Teil des Sarjnlers 9
9t = zylindrische "nnenwand des Sammlers 9
;C = Stirnseite des Sa.ir.lers 9
" r' = Z -' c h~ u*■ ~ s ri ■*. ~e
II = erste Ceffr.un^
12 - z'..'r-ite Ceffnun?
13 = Kureireihe 1-, - Ku~elreihe
i . = Dichtungsring
I7 = Lichtungsring
19 = Steuerspule

Claims (5)

" ■•-'■:·· : 4-79/76 iktiengesellschaft PL/dh Boveri & Cie. ι (Schweiz) ^Ansprüche
1. Vorrichtung zur Verbindung einer Vakuumkammer eines rotierenden Kryostaten ir.it einer feststehenden, zur Aufrechterhaltung des Vakuums in der genannten Kammer bestimmten Hochvakuumpumpe, mit einem mit der Vakuumpumpe verbundenen feststehenden Teil mit einem konzentrisch zum feststehenden Teil angeordneten und mit einer Pumpöffnung versehenen rotierenden Teil und mindestens einer zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Teil eingebauten Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Ventilklappe (3) enthält, die im rotierenden Teil (1) als ein Verschluss der Pumpöffnung (3) des rotierenden Teils (1) angeordnet ist, und dass sie mit einer Steuereinrichtung (19, 18) cer Ventilklappe (8) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ringförmigen zylindrischen Sammler (9) enthält, der zwischen dem feststehenden Teil (2) und dem rotierenden Teil (1) angeordnet und mit letzterem verbunden ist, dass dieser Sammler (9) in seiner zylindrischen Innenwand (9b) eine erste Oeffnunr (11) aufweist, die auf der Pumpöffnunr (3; des rotierenden n"eils (1) liegt, dass dieser Sammler (9) in einer seiner Stirnseiten (9c) eine zweite ringförmige Oeffnung (12) hat, dass die Ventilklappe (5) ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung zum rotierenden Teil (1) beweglich montiert ist und dass diese Ventilklappe (8) schliesslich einen kronenformigen Teil (8b) enthält, der mit zwei konzentrisch angeordneten Dichtungsringen (16, 17) versehen .ist, die gegenüber der Stirnseite (9c) des Sammlers (9) auf beiden Seiten seiner zweiten, ringförmige^ Oeffnung (12) angeordnet sind.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (8) durch mindestens eine Feder (18) in axialer Richtung gegen die Stirnseite (9c) des Sammlers (9) gedruckt wird, wobei sich die Feder (18) gegen einen mit dem rotierenden Teil (1) fest verbundenen Tragkörper (15) abstützt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (3) aus magnetisieroarem Werkstoff besteht und dass für ihre Steuerung vor der Stirnseite (9c) des Sammlers (9) eine feststehende, irr. feststehenden Teil (2) gelagerte Steuerspule (19) vorgesehen ist c
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zwischen dem rotierenden Teil (1) und dem feststehenden Teil (2) eingebaute Dichtung (5) als eine SchaltdrehcL'.chtung ausgeführt ist.
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