NO802181L - Dampfelle og -regulator for superledende turbogeneratorer - Google Patents

Abstract

En dampfelle for en superledende generator (12). er forsynt med et kjølevæsketilførselsrør (44) som innvendig har et hinder (76) for væskestrømningen og en ringformet kjølevæskedemning (62,64) samt organ (74) for blokkering av dampstrmningen gjennom tilførselsrørets (44) sentrale del, hvilken dampfelle tjener til å hindre at kjølemiddeldampen inne i generatoren strømmer tilbake gjennom tilførselsrøret.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en dynamoelektrisk maskin hvor det blir benyttet en superledende rotor. Nærmere bestemt går oppfinnelsen ut på en fremgangsmåte og et apparat for å utføre en dampfelles funksjoner inne i tilførselsrøret for flytende kjølemiddel til en superledende maskins rotor-vikling.

Det er et kjent fenomen at mange metaller, legeringer og kjemiskelforbindelser taper stort sett hele sin elektriske motstand ved temperaturer i nærheten av det absolutte null-punkt. I forbindelse med elektriske synkrongeneratorer og dyna-moer er det mulig å utnytte dette fenomen på en svært fordel-aktig måte. For å kunne dra nytte av de fordeler, som knytter seg til den uvanlig høye ledningsevne, i forbindelse med en generator og spesielt dennes elektriske vikling, må viklingene under driften holdes på en temperatur som underskrider den kritiske temperaturen (over denne går viklingen tilbake til sin normale motstands-ledende tilstand). Den kritiske temperatur er en funksjon av lederens strømtetthet og magnetiske feltstyrke. Vanligvis gjelder at jo lavere temperaturen er, desto større, kan strømtettheten og det magnetiske kraftfeltet være.

Det har tidligere vært foreslått å drive generatorer i superledende tilstand under neddykking i et bad av flytende helium, for på denne måte å holde viklingens temperatur under dens kritiske temperatur.

Generelt sett vil konstruksjonen av en dynamo eller veksel-strømsgenerator for drift i superledende tilstand omfatte en stort sett sylindrisk, gasstett ytterkappe som roterer sammen med rotorens aksel. Den elektriske vikling (heretter omtalt som bare "vikling") er montert innvendig i kappen, nemlig et lite stykke innenfor denne, idet viklingen roterer med akselen. Kappen inneholder en viss mengde tilført helium. Heliummengden må være så stor at det sikres full neddykking av viklingen i flytende helium under generatorens rotasjon ved normal driftshastighet. Under drift danner heliumbadet en innadvendt grenseflate av flytende helium. Fra grenseflaten koker heliumet bort og danner et sentralt gassformet kjerneområde i rotoren. Det må være truffet tiltak for å sørge for fornyelse av helium som er kokt bort og for å holde heliumbadet på tilstrekkelig lav temperatur, slik at viklingen til enhver tid ligger på en temperatur som underskrider den kritiske temperaturen.

Flytende helium .blir normalt innført i kappens indre via et kjølevæsketilførselsrør, som strekker seg fra kappens ytre til det gassformete kjerneområdet. Dette tilførselsrøret er •■ vanligvis plassert i en sentral boring i en av akslene. Fra kjølevæsketilførselsrøret strømmer kjølemidlet inn i. minst én kjølemiddelfordelingsledning, som er plassert inne i kappen samt i væskeforbindelse med tilførselsrøret.

Heliumdamp blir normalt trukket ut gjennom en liknende boring ved den ene eller annen ende av rotoren for resirkule-ring, gjennom et ordinært kjølesystem.

På grunn av kjølemiddelstrømmens betydning når det gjelder å opprette og vedlikeholde generatorens superledende tilstand, er strømningsregulering et viktig trekk ved den fortsatte utvikling av denne teknologi frem mot økonomisk kommersielle anvendelser.

Ved en gruppe regulatorer blir det benyttet en kjøle-middelfordelingsledning som er spesielt konstruert for å opprette et hydrostatisk mottrykk som er rettet mot innløpsstrøm-men. Dette mottrykk regulerer strømmen av kjølemiddel inn i rotoren. En slik regulator innbefatter et U-formet rør som virker som en væskefelle.Rørbendet er utformet slik at det til enhver tid befinner seg en viss mengde kjølemiddel i for-delingsledningen. Denne utforming forhindrer derved at kjøle-middeldamp, som befinner seg i nevnte kjerneområde^strømmer tilbake til kjølevæsketilførselsrøret.

Eksempler på strømningsregulering av denne type finnes

i US-patentskrifter 4.048.529 og 4.091.298.

Det er ønskelig med en kompakt konstruksjon for strøm-ningsregulatoren som kan utføre dampfellefunksjonen uten å bli utsatt for resonansvibrasjoner eller for materialtretthetsbrudd under forbigående, ekstreme betingelser. En slik regulator skulle dessuten være i stand til å levere en kontrollert forutbestemt strøm av flytende kjølemiddel over et vidstrakt område av driftsbetingelser.

En dynamoelektrisk maskin ifølge oppfinnelsen omfatter

en innvendig avkjølt a rotor med en sylindrisk ytre kIappe, som er konsentrisk med omdreiningsaksen, et roterbart element som skal avkjøles, hvilket element er anbrakt innvendig i kappen for å rotere sammen med denne, et kjølevæskeinntak og et kjølemiddelutløp, hvor det blir innført en forutbestemt kjøle-middelmengde i det indre av kappen gjennom kjølemiddelinntaket, og hvor kjølevæsken danner et ringformet bad av kjølemiddel når rotoren roterer med driftshastighet, og danner et indre, hovedsakelig konsentrisk kjerneområde som omgis av nevnte bad av kjølemiddel, slik at dampen samler seg i kjerneområdet og kan fjernes fra dette gjennom kjølemiddelutløpet, idet det karak<-teristiske ved maskinen består i at kjølemiddelinntaket omfatter en kjølemiddeloverføringskopling, et kjølevæsketil-førselsrør, som strekker seg fra kjølemiddeloverførings-koplingen til kjerneområdet og som er roterbart montert samt er i væskeforbindelse med koplingen, minst én kjølemiddelfor-delingsledning, som er plassert innvendig i kappen og i væskeforbindelse med tilførselsrøret, og en anordning som er anbrakt inne i tilførselsrøret for å fange opp kjølemiddeldampen, i den hensikt å regulere kjølemiddelstrømmen under forbigående driftsforhold.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for kjøling av en dynamoelektrisk maskin, som er oppbygget av en super-<:>ledende generator med en rotor, som roterer om sin omdreiningsakse, en konsentrisk, væskeugjennomtrengelig ytre kappe, et væskegjennomtrengelig element, som er plassert mellom kappen, og rotorens omdreiningsakse, et kjølevæskeinntak, som oppretter» væskeforbindelse mellom det indre av kappen og dennes utside, og et kjølemiddeldamputløp for å fjerne kjølemiddeldamp fra kappens indre, hvilken fremgangsmåte omfatter følgende trinn: rotering av rotoren omkring aksen, dannelse av et kjølemiddel-bad som er i kontakt med kappen og nevnte mellomliggende element, hvilket bad danner en hovedsakelig sylindrisk, koaksial væskegrenseflate som avgrenser en stort sett sylindrisk, koaksial dampkjerne til oppsamling av kjølemiddeldamp, evakuering av kjølemiddeldamp fra nevnte kjerne, leding av kjølevæske fra inntaket langs en bane, som er atskilt fra badet, inn i væskebadet, regulering av strømmen fra inntaket gjennom kontroll av strømningsvolumet av kjølevæsken som strømmer fra inntaket, blokkering av damp i kappen mot strømning gjennom kjølevæske-inntaket, og rotering av kjølevæsken i inntaket med rotorens omdreiningshastighet, samt uttømming av den strømmende kjøle-væsken i badet på et sted mellom væskegrenseflaten og kappen.

En superledende generator, som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, kan hensiktsmessig bestå av en elektrisk vikling, som bæres av en roterbar aksel, en væskeugjennomtrengelig kappe som omslutter viklingen, og et væskegjennomtrengelig bur som er anordnet inne i viklingen, idet samtlige av disse deler er forbundet med akselen for synkroni-sert rotasjon sammen med denne. Et tilførselsrør for kjøle-væske strekker seg koaksialt fra det indre av buret innenfor generatoren til utenfor denne. Innvendig er tilførselsrøret forsynt med en dampfelle som utmerker seg ved tre trekk, som består i: Organ for å danne en ringformet dam inne i tilførsels-røret, organ for å blokkere dampstrømmen, og organ for positiv rotering eller sirkulering av det flytende kjølemiddel. Fra tilførselsrøret strømmer kjølevæsken gjennom minst én kjøle-middelfordelingsledning. Denne er væskeforbindelse med til-førselsrøret og er plassert innenfor kappen for å lede flytende kjølemiddel fra tilførselsrøret inn i kappen ved steder i nærheten av viklingene.

Et kjølesystem for å trekke ut kjølemiddeldamp fra det indre av kappen og kondensere dampen samt resirkulere kjøle-væsken til tilførselsrøret for kjølevæske, avslutter den hyd-rauliske bevegelsesbanen for et kjølemiddel som f.eks. helium.

Oppfinnelsen blir i det følgende beskrevet under henvisning til tegningene, som viser et utførelseseksempel, og hvor: Fig. 1 viser et sideriss, delvis i snitt gjennom en generator-rotor for drift i- dens superledende tilstand, og omfattende en skjematisk fremstilling av et kjølesystem som benyttes i forbindelse med rotorer. Fig. 2 viser et snittriss etter linjen II-II i fig. 1. Fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom kjølevæsketilførsels-røret etter linjen III-III i fig. 1. Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom kjølevæsketilførsels-røret etter linjen IV-IV i fig. 3. Fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom kjølevæsketilførsels-røret etter linjen V-V i fig. 3. Fig. 6 viser et perspektivriss av kjølevæsketilførsels-røret, som inneholder en dampfelleanordning. Tegningene viser en elektrisk generator/dynamo 12, som innbefatter en skjematisk vist rotor 14. Denne roterer rundt . sin omdreiningsakse 16 inne i en stator (ikke vist). Rotoren har ved hver ende en aksel 18, som ligger i flukt med hverandre og er roterbart montert i lagre (ikke vist). En ytre kappe 20, som er ugjennomtrengelig for så vel gass som væske, en ringformet elektrisk vikling 22 og et indre, gass- og væskegjennomtrengelig bur 24 er montert på akselen for koaksial rotasjon med denne. For å lette beskrivelsen av oppfinnelsen, er kappen, viklingen og buret ved den viste utførelsesformen nærmest vist uavhengige av hverandre og med tydelige innbyrdes mellomrom.

I praksis ligger disse deler tett sammen med bare ubetydelige mellomrom mellom dem.

Buret 24 har enhetlig konstruksjon og omfatter to vesentlig halvsylindriske seksjoner 26, som strekker seg aksialt over rotorens fulle lengde. Motstående kanter på de halvsylindriske burseksjonene er forbundet ved hjelp av aksialt forløpende, innover (mot aksen 16) åpne renner 28. Disse rennene er relativt smale, dvs. de spenner over en bue som er vesentlig mindre enn1 360°, og de har parallelle sidevegger 30 og en bunn 32, som forbinder de radialt sett ytterste deler av sideveggene med hverandre. De innerste kanter 36 på sideveggene befinner seg radialt sett innenfor burets halvsylindriske seksjoner. Buret er også utformet med et antall åpninger 34 for å gjøre buret, særlig dettes halvsylindriske seksjoner, gjennomtrenge-lige for fluider, dvs. tillate at væske og gass strømmer i en radial retning forbi buret.

Et antall aksialt fordelte varmevekslerrør 38 med tunge vegger strekker seg fra rennebunnen 32 radialt utover, idet deres frie ender 40 befinner seg nær, men i avstand fra inn-, siden av den ytre kappen 20. Varmevekslerrørene strekker seg utenfor rotorens 14 elektriske vikling 22. Rørformete varme-isolatorer 39, som er utført i nylon eller et annet passende isolasjonsmateriale, er plassert utenpå varmevekslerrørene 38, for å forhindre at fri kompresjonsvarme, som.er frembrakt i det flytende kjølemiddel som strømmer gjennom røret, overføres til kjølemiddelbadet, som viklingen 22 er neddykket i. Fri varme blir på denne måte ledet via rørene 38 til buret 24 og resulterer i en tiltagende bortkoking av kjølemiddel fra den indre badoverflate 64 uten "oppvarming" av den del av badet som viklingen er neddykket i.

Varmevekslerrørene 38, rennene 28 og burets 24 halvsylindriske seksjoner 26 er fremstilt av et varmeledende mate-riale som f.eks. OFHC kobber, og de er termisk sammenkoplet, eksempelvis utformet i ett stykke eller ved hensiktsmessig sammensveising eller -slaglodding, for på denne måten å sikre høy varmeledningsgrad mellom dem.

Et antall aksialt fordelte, væskegjennomtrengelige lede-vegger 42, som er fremstilt av et væskegjennomtrengelig mate-riale som f.eks. porøs bronse, er plassert i gjensidige av-stander over lengden av rennene 28-og fortrinnsvis festet til disse, eksempelvis til rennenes sidevegger 30 ved slaglodding. Lede- eller avbøyningsveggene 4 2 forhindrer at det i rennene 2 8 danner seg aksialt vandrende væskebølger under rotorens 14 drift. Dessuten^danner ledeveggene 42 flater inne i kjølevæske-dammene i rennene som fremmer en ensartet kjølemiddelkoking i rennene 2 8 og forhindrer at det oppstår lokale temperatur-variasjoner. Hver ledevegg 42 er utformet med en aksialt orientert åpning, f.eks. i form av et spor 43 som er vendt mot rennebunnen 32 og som tillater at flytende helium strømmer inn i alle renneseksjonene 4 5 som er dannet ved hjelp av veggene.

Et tilførselsrør 44 for flytende helium er anordnet koaksialt inne i den høyre (ifølge fig. 1) aksel 18 for rotoren 14 og strekker seg fra utsiden til det indre av kappen 20. Det er stivt forbundet med et par radialt fremstående tilførsels-ledninger 46 for flytende helium. Disse ledninger roterer sammen med røret 44 og akselen 18. Ledningenes 46 frie ender 48 er plassert i de innad åpne rennene 28 i nærheten av rennebunnen 32, slik at ledningsendene 48 til enhver tid er neddykket i det bad av flytende helium som danner seg i rennene 28 når generatoren 12 er i drift. Isolasjon 50 på utsiden av tilførsels-røret 4 4 og de radiale ledningene 46 forhindrer termoakustiske svingninger og termisk pumping av helium inn i rennene 28 under generatorens 12 drift.

Den venstre akselen (ifølge fig. 1) omfatter et koaksialt heliumdamp-utløpsrør 52, som er virksomt forbundet med en kon-densator 56, minst én ventil 54 og en helium-lagerbeholder 58 (f.eks. av typen Dewar). Kjølesystemet 60 sirkulerer heliumet, først i det gassformete og deretter i dets flytende fase fra rotorens 14 sentrum gjennom kjølesystemet og tilbake til tilførselsrøret 44.

Når rotoren 14 er i drift i sin superledende tilstand, avkjøles den elektriske vikling 22 under dens kritiske temperatur mens rotoren roteres med sin arbeidshastighet, f.eks. 3600 omdr/min. Det innføres en tilstrekkelig mengde flytende helium eller annet passende kjølemiddel i kappens 20 indre, slik at det danner seg et ringformet bad 62 av flytende helium. I dette heliumbadet neddykkes så vel den elektriske viklingen 22 som buret 24, idet badet ender i en sylindrisk væskeflate 64, som radialt sett ligger innenfor buret 24 og er vendt mot rotoraksen 16. Mengden av flytende helium i rotoren er således valgt at væskeflaten 64 ligger under, dvs. radialt utenfor de aksialt forløpende rennekantene 36, slik at rennene avbryter: kontinuiteten i den sylindriske væskeflaten. Det er innlysende at dannelsen av det ringformete bad av flytende helium også danner en sekundær tilførselsdam 66 av flytende helium i rennene 28. Under vanlig drift ligger dammens nivå ubetydelig over, dvs. radialt innenfor den sylindriske væskeflaten 64 på badet, nemlig et stykke "D" (fig. 2) som er proporsjonal med trykkfallet

gjennom den elektriske viklingen.

I den hensikt å kunne drive viklingen ved en temperatur som ligger godt under den kritiske temperatur på mellom 4,5 og 5°K (avhengig av viklingsmaterialet), evakuerer kjølesystemet en dampkjerne 68, som har dannet seg og som omsluttes av den sylindriske væskeflaten 64 på badet, til damptrykket for helium eller til ca. en halv atmosfære. Den sylindriske væskeflate på badet er en fordampnings-grenseflate som avkjøler burseksjonene 26 og derved også de termisk tilkoplete rennesidevegger 30 og rør 38 ned til bortkokingstemperaturen for helium som er på ca. 3,5°K.

Bortkokt helium fornyes med flytende helium som strømmer inn i rennene 28 fra lagerbeholderen 58 via tilførselsrøret 44 og de radiale ledningene 46. Under rotorens drift i likevekt holder tilførselsdamnivået 70 og den sylindriske væskeflaten 64 på badet seg konstant mens helium, som har kokt bort fra badet, blir fornyet med flytende helium fra tilførselsdammen 66. Strømningshastigheten for det innkommende heliumet gjennom ledningene 46 blir styrt av differensialvæskehodet "E" (fig. 1) mellom damflaten 66 av flytende helium og damptrykk-rotasjons-stigningen 71 i ledningen. Når det opptrer et støt som representerer behov for helium som følge av at mer helium har kokt bort i badet 62, strømmer det mer helium ut av dammen 66 enn.det-

som fornyes gjennom ledningene 46.Dammens nivå 70 synker, slik at differensialvæskehodet "E" reduseres inntil det igjen er opprettet en balanse og likevekt.

Det skal bemerkes at helium, som strømmer innover gjennom tilførselsrøret 44 og de radiale ledningene 46, opptrer i to faser, dvs. det består av ca. 92-95. vekts% flytende helium og resten heliumdamp. Dette omdannes til ca. 60 volumprosent flytende og 40 volumprosent fordampet helium. Etter som de radiale ledningene er tilstrekkelig store til å forhindre over-gang til flytende fase og etter som væskedammens nivå 70 befinner seg på ^ atmosfære, eksisterer det den foran omtalte neglisjerbare temperaturstigning i det innkommende flytende heliumet. Denne blir ytterligere kompensert av en temperaturreduksjon i strømmen av flytende helium på grunn av trykkfallet mellom det atmosfæriske tilførselstrykket og dampkjernetrykket på k atmosfære ved dammens nivå 70. På grunn av sentrifugal-kreftene skjer det også en fase-separering i rennene 28, slik at dammen 66 er en enhetlig dam med helium utelukkende i flytende fase.

Flytende helium strømmer bare utover fra dammen 66 gjennom rørene 38 og komprimeres på grunn av de innvirkende sentrifugal-krefter. Dette frembringer fri varme, som overføres til varme-vekslerrørene, slik at flytende helium, som strømmer ut fra rørenes frie ender 40, har en temperatur som bare ligger litt over, f.eks. 0,1°K, kokepunktet for helium på 3,5°K. Varme, som trekkes ut fra strømmen av flytende helium i rørene og over-føres til rørene, blir transportert av rørene til rennene 28

og burseksjonene 26, hvor varmen absorberes av ca. 3,5°K flytende helium i kontakt med begge sider av burseksjonene samt med yttersidene av rennene og rørene. Den overførte varmen forår-saker en ytterligere bortkoking av helium ved badets grenseflate 62 uten å påvirke, f.eks. høyre temperaturen av den del<v>av viklingen 22 som avkjøles i badet.

Det flytende heliumet på 3,6°K som utmates fra rørendene

40 strømmer stort sett radialt innover forbi viklingen 22 mot buret 24. Under sin innadrettede strømning absorberer det varme som er frembrakt i viklingen. Det ekspanderer også på grunn av det minskende trykket mens det passerer radialt innover. Dette resulterer i en tilsvarende temperaturreduksjon som helt eller delvis oppveies av en temperaturøkning som følge av varmeabsorp-sjon fra viklingen. Virkningen av dette er at heliumets temperatur normalt ikke stiger merkbart over 3,5 til 3,6°K og at viklingen til enhver tid fungerer godt under sin kritiske temperatur. Det er derved skapt en buffer for rask absorpsjon av plutselige varmestøt i viklingen, uten å tillate at viklingstemperaturen stiger over den kritiske verdi.

Det er innlysende at fjerningen av fri varme fra det

flytende heliumet, som er komprimert i rørene 38, fordrer en tilleggsmengde av flytende helium utover den det ville ha vært behov for dersom den fri varme hadde fått være igjen i heliumet som mates ut av rørene. Dette ytterligere heliumet blir for-brukt mens ytterligere helium koker bort ved badets væskeflate 66. Det skal dessuten bemerkes at det ved å lede den fjernete varme fra rørene 38 via rennene 28 til burseksjonene 26 før i det minste hovedmengden av denne varmen overføres til heliumbadet, unngås en temperaturstigning av badet i kontakt med den elektriske viklingen og en medfølgende mindre avkjøling av viklingen.

Under henvisning til fig. 1 igjen vil det fremgå at kjøle-middelinntaket omfatter følgende elementer: Kjølevæsketilførsels-røret 44 strekker seg fra kjølemiddeloverføringskoplingen 51

til kjerneområdet eller -rommet 68. Tilførselsrøret 44 er i væskeforbindelse med overføringskoplingen 51 ved den ene av sine ender. Ved tilførselsrørets 44 annen ende og i væskeforbindelse med samme er anordnet minst én kjølemiddelfordelings-ledning 44 i det indre av kappen 20. Innvendig i tilførsels-

røret 44 er anordnet en dampfelleanordning for kjølemiddeldamp,

som generelt er betegnet med henvisningstallet 72 i figurene.

Denne kjølemiddelfelleanordning 72 regulerer kjølemiddelstrøm-

men under forbigående driftsbetingelser.

Dampfelleanordningen 72 utmerker seg ved tre trekk. Et dampblokkeringsorgan 74 er plassert mellom et strømningsinn-snevringsorgan 76 og et opphvirvlingsorgan 78.

Opphvirvlingsorganet 78 er lettest å forstå i tilknytning til fig. 3 og 6. Dette opphvirvlingsorgan tjener til å sette væsken i rotasjon og få den opp på rotasjonshastigheten for fast legeme. Opphvirvlingsorganet 78 er plassert inne i til-førselsrøret 44 og er det av de tre nevnte organer som ligger nærmest overføringskoplingen 51. Under vanlig drift har den : væsken, som mottas i det roterende tilførselsrøret 44, ingen egen rotasjon. Opphvirvlingsorganet akselererer således denne

væsken opp til en hastighet som er synkron med tilførselsrørets 44 rotasjonshastighet. Dette trekk virker i forbindelse med innsnevringsorganet eller demningen 76 til å opprette en ringformet dam av flytende kjølemiddel i nærheten av tilførsels-rørets 44 innervegg. Mot denne veggen klassifiserer væsken seg og danner en sentral kjerne av heliumdamp, omgitt av ringen av flytende kjølemiddel. Opphvirvlingsorganet 78 kan omfatte et antall massive skovler eller tynne plater 80, som forløper radialt ut fra organets 78 akse, som faller sammen med omdreiningsaksen 6. Opphvirvlingsorganet 78 fremgår best av fig. 6, som angir en mulig utførelsesform for opphvirvlingsskovlene. Seks radialt forløpende skovler 80 er anordnet i en forutbestemt-vinkelavstand fra hverandre. Hvert par nærliggende plateskovler 80 avskjærer en bue langs tilførselsrørets 44 innervegg.

En av parametrene for opphvirvlingsorganets 78 konstruksjon er strømningsarealet for ett segment. Dette strømnings-areal er definert ved det areal som begrenses av to nærliggende skovler og den mellomliggende, avskårne buen. En annen parameter, som kalles den vætete perimeter, er omkretsen rundt strømnings-arealet for ett segment. Det har blitt konstatert at lengden.. av opphvirvlingsorganet 78, målt langs aksen 82, må tilsvare eller overskride tolv ganger strømningsarealet for ett segment dividert med vætet perimeter. Vætet perimeter og strømnings-areal av ett segment er på sin side avhengig av en annen kon-struksjonsparameter, nemlig den diameter ("0") som bestemmes av de kantene på skovlene 80 som befinner seg i nærheten av til-førselsrørets 44 innerflate. Ligningene er som følger:

S trømningsareal = ^4 17D2

Vætet perimeter = D + 1/5 TfD

Under henvisning til fig. 5 og 6 vil det fremgå at strøm-ningsinnsnevringsorganet eller -demningen 76 virker som en ringformet barriere overfor strømmen av flytende kjølemiddel. Ved en mulig utførelsesform er tverrsnittet smultringformet med en ytterdiameter (betegnet med "L" i fig. 5) som er litt mindre enn tilførselsrørets 44 indre diameter, og med en innerdia-meter (betegnet med "K" i fig. 5) som representerer hulldia-meteren. Innerdiameteren er dimensjonert for å begrense trykket innenfor generatoren til en fast verdi, eksempelvis ca.

2,66 kg/cm 2 ved bråkjøling (denne hurtige avkjøling opptrer når viklingen blir helt motstandsdyktig mens den fører dimen-sjoneringsstrømmen). Demningsorganet 76 for strømningen bevirker en innsnøring av væskestrømmen til tilførselsrøret 44. Organet 76 er konsentrisk med tilførselsrøret 44. Ytterdiameteren og: boringens diameter har en midtlinje som faller sammen med aksen 82.

Damp-sperreorganet 74 omfatter et sylindrisk element 75

er anbrakt konsentrisk med tilførselsrøret 44, inne i dette. Dette fremgår av fig. 4 og 6. Det sylindriske elementet 75

er ugjennomtrengelig overfor væskestrømmen, og det har en diameter som er større enn innerdiameteren (diameteren i den sentrale boringen) i oppdemningsorganet 76. Det sylindriske ele-mentets 75 midtlinje faller sammen med aksen 82. Damp-sperreorganet 74 omfatter minst ett støtteelement 73, som er fastgjort, f.eks. slagloddet til tilførselsrørets 44 innervegg, for å

holde det sylindriske elementet i dets stilling. Damp-sperreorganet 74 kan ha enhver ønsket tykkelse så.lenge det bibeholder sin konstruktive stivhet.

Disse tre trekk samvirker for å utføre dampfellefunksjonen. Demningsorganet 76 i forbindelse med opphvirvlingsorganet 78 oppretter og vedlikeholder den ringformete dam av: flytende kjølemiddel innenfor tilførselsrøret 44. Det sentrale sylindriske elementet 75 i damp-sperreorganet 74 samvirker med nevnte ringformete kjølevæskedam for i det vesentlige å blokkere dampen fra å fortsette gjennom tilførselsrøret 44 i retning av overføringskoplingen 51.

Det ville være lite ønskelig om dampen fortsatte i nevnte retning, etter som det i et ekstremt tilfelle kunne ha medført uttørking av den roterende helium-overføringskopling 51 på

grunn av dampforekomst. En følge som kan forutses som et resul-tat av dette vil kunne være tap av kryopumpet vakuumisolasjon. Under en slik situasjon ville det også være en mulighet for at

dampen fortsatte så langt tilbake som til lagerbeholderen 58 og følgelig resulterte i en overfylling av generatoren. Selv om disse uønskete virkninger, eventuelt i fravær av en dampfelle, kunne tenkes å opptre under normale driftsbetingelser for generatoren, er det mer sannsynlig at de vil skje under dras-tiske belastningsvariasjoner.

I praksis virker dampfellen som en væsketetning eller -pakning på dampen. Denne tettende effekt er særlig viktig under en avbrytelse i strømmen av flytende kjølemiddel som f.eks. etter en feilsituasjon som kan oppstå etter at eksempelvis et lyn har truffet ledningene eller etter en drastisk belastnings-endring. Under slike forhold, hvor den jevne, regelmessige strømning blir avbrutt, blir separeringen av væske fra gassformet kjølemiddel et viktig trekk. En dampfelle som er utformet i overensstemmelse med oppfinnelsen kan således bli benyttet for å bevare reguleringskapasiteten under så vel forbigående som normale driftsforhold.

En fremgangsmåte i samsvar med oppfinnelsen omfatter føl-gende arbeidstrinn: Rotoren 14 settes i rotasjon rundt sin akse. Et væskebad 62 tildannes til en stort sett sylindrisk koaksial væskegrenseflate som avgrenser en stort sett sylindrisk koaksial dampkjerne 68 for oppsamling av kjølemiddeldamp i denne. Dette kjølemiddelbad 62 er i kontakt med kappen 20 og et mellomliggende element, eksempelvis viklingen 22. Kjølemiddeldampen evakueres fra kjernen 68. Det flytende kjølemiddel blir ledet fra inntaket, tilførselsrøret 44, langs en bevegelsesbane, som er atskilt fra badet 62, inn i væskebadet 62. Strømningen fra tilførselsrøret 44 blir så regulert ved (a) kontroll av strøm-ningsvolumet av kjølevæsken som strømmer fra inntaket, (b) blokkering av dampen inne i kappen 20 mot å passere gjennom kjølevæskeinntaket 44, og (c) rotering av kjølevæsken i inntaket 44 med samme omdreiningshastighet som rotoren 14. Det flytende kjølemiddel blir deretter utmatet i badet ved et punkt mellom væskegrenseflaten og kappen 20.

Det arbeidstrinn, som består i å blokkere dampen i kappen fra å passere gjennom kjølemiddelinntaket 44, omfatter: at det inne i kjølemiddelinntaket 44 opprettes en ringformet dam av flytende kjølemiddel som omslutter en sentral dampkjerne, og at strømmen av kjølemiddeldamp gjennom den sentrale dampkjerne eller -område blokkeres.

Det arbeidstrinn, som består i opprettelsen av en ringformet dam av flytende kjølemiddel, kan utføres f.eks. ved å hvirvle det flytende kjølemiddel inne i kjølemiddelinntaket 44 med en rotasjonshastighet som er tilstrekkelig for å klassi-fisere kjølevæsken.

Claims (12)

1. Dynamoelektrisk maskin med en innvendig avkjølt rotor med en sylindrisk ytre kappe, som er konsentrisk med omdreiningsaksen, et roterbart element som skal avkjøles, hvilket . element er anbrakt innvendig i kappen for å rotere sammen med denne, et kjølevæskeinntak og et kjølemiddelutløp, hvor det blir innført en forutbestemt kjølemiddelmengde i det indre av kappen gjennom kjølemiddelinntaket, og hvor kjølevæsken danner et ringformet bad av kjølemiddel når rotoren roterer med driftshastighet, og danner et indre, hovedsakelig konsentrisk kjerneområde som omgis av nevnte bad av kjølemiddel, slik at dampen samler seg i kjerneområdet og kan fjernes fra dette gjennom kjølemiddelutløpet, karakterisert ved at kjølemiddelinntaket omfatter en kjølemiddeloverføringskopling, et kjølevæsketilførselsrør, som strekker seg fra kjølemiddel-overf øringskoplingen til kjerneområdet og som er roterbart montert samt er i væskeforbindelse med koplingen, minst én kjølemiddelfordelingsledning, som er plassert innvendig i kappen og er i væskeforbindelse med tilførselsrøret, og en anordning som er anbrakt inne i tilførselsrøret for å fange opp kjøle-middeldampen i den hensikt å regulere kjølemiddelstrømmen under forbigående driftsforhold.

2. Maskin i samsvar med krav 1, karakterisert ved at dampfelleanordningen omfatter organ for innsnevring av kjølemiddelstrømmen gjennom tilførselsrøret og organ for blokkering•av dampstrømmen gjennom tilførselsrøret samt organ for å sette kjølevæsken i rotasjon.

3. Maskin i samsvar med krav 2, karakterisert ved at nevnte organ for rotasjon av væsken virker slik at ikke-roterende væske settes i rotasjon med omdreiningshastighet for fast legeme.

4. Maskin i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at dampfelleanordningen er utformet for å tildanne en ring av væske i nærheten av tilfø rselsrørets innervegg.

5. Maskin i samsvar med krav 4, karakterisert , ved at nevnte organ for innsnevring av væskestrømmen gjennom tilførselsrøret består av et ringformet element som er plassert konsentrisk inne i tilførselsrøret, idet innsnevringsorganets gjennomgående boring har en forutbestemt diameter.

6. Maskin i samsvar med krav 5, karakterisert ved at nevnte blokkeringsorgan omfatter et fast, sylindrisk element som likeledes er plassert konsentrisk inne i tilførsels-røret, hvilket sylindriske element har en diameter som er større enn boringsdiameteren i det ringformete element, men mindre enn tilførselsrørets indre diameter.

7. Maskin i samsvar med krav 6, karakterisert ved at nevnte organ for rotasjon av væsken omfatter et antall radialt forlø pende skovler, som er anbrakt inne i tilførsels-røret og roterer sammen med dette.

8. Maskin i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at maskinen er en superledende generator med en elektrisk vikling, som bæres av en roterbar aksel, en væskeugjennomtrengelig kappe som omslutter viklingen, og et væskegjennomtrengelig bur som er anordnet innenfor viklingen, idet samtlige av disse deler er forbundet med akselen for synkroni-sert rotasjon med denne, en kjølevæskemengde som er innført inne i kappen, et kjølevæsketilførselsrør som strekker seg koaksialt fra det indre av nevnte bur til utenfor dette, hvilket tilførselsrør innvendig er forsynt med en dampfelle som omfatter organ for innsnevring av strømningen gjennom til-førselsrøret, organ for å blokkere tilbakestrømning av dampen, og organ for å sette kjølevæsken i rotasjon, minst én kjøle- middelfordelingsledning i væskeforbindelse med tilførselsrøret og plassert innenfor kappen, for å lede kjølevæske fra til-førselsrøret og inn i kappen, og et kjølesystem som tjener til å trekke ut kjølemiddeldamp fra det indre av kappen, kondensere dampen samt resirkulere kjølevæsken til tilførselsrøret for flytende kjølemiddel.

9. Maskin i samsvar med krav 8, karakterisert y e d at nevnte organ for innsnevring av væskestrømningen gjennom tilførselsrøret omfatter et ringformet element som er plassert konsentrisk inne i tilførselsrøret, hvilket ringformete element har en gjennomgående boring, som likeledes er konsentrisk med tilførselsrøret samt har en diameter, som underskrider tilførselsrørets indre diameter med en forutbestemt dimensjon, idet det ringformete element begrenser kjølemiddelstrømningen gjennom tilførselsrøret, mens nevnte blokkeringsorgan omfatter et sylindrisk element som er anbrakt konsentrisk inne i til-førselsrøret, hvilket sylindriske element er ugjennomtrengelig for væskestrømning og har en diameter som er større enn boringsdiameteren i det ringformete elementet og mindre enn tilførsels-rørets indre diameter, og at organet for rotering av væsken omfatter et antall radialt forløpende skovler som er montert inne i tilførselsrøret for synkron-rotasjon sammen med dette.

10. Fremgangsmåte for kjøling av en dynamoelektrisk maskin, som er bygget opp av en superledende generator med en rotor, som roterer om sin akse, en konsentrisk væskeugjennomtrengelig ytre kappe, et væskegjennomtrengelig element, som...er plassert mellom kappen og rotorens omdreiningsakse, et kjølevæskeinntak, som opprettholder væskeforbindelse mellom kappens indre og dennes utside, og et kjølemiddeldamputløp for fjerning av kjølemiddeldamp fra kappens indre, karakterisert ved at den omfatter følgende arbeidstrinn: rotering av rotoren omkring dennes akse, dannelse av et kjølemiddelbad som er i kontakt med kappen og nevnte mellomliggende element, hvor badet danner en hovedsakelig sylindrisk, koaksial væske-grensef late som avgrenser en stort sett sylindrisk, koaksial dampkjerne til oppsamling av kjø lemiddeldamp, evakuering av kjølemiddeldamp fra nevnte kjerne, leding av kjølevæske fra. inntaket langs en bevegelsesbane, som er atskilt fra badet, inn i væskebadet, regulering av strømningen fra inntaket ved kontroll av strømningsvolumet av kjølevæsken som strømmer fra inntaket, blokkering av damp i kappen for å forhindre strømning gjennom kjølevæskeinntaket, og rotering av. kjølevæsken i inntaket med rotorens omdreiningshastighet, samt uttømning av strømmende kjølevæske i badet på et sted som befinner seg mellom væskegrenseflaten og kappen.

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 10, karakterisert ved at det trinn som består i å hindre dampen i kappen fra å strømme tilbake gjennom kjølemiddelinn-taket, omfatter at det inne i kjølemiddelinntaket blir dannet en ringformet kjølevæskedam som omslutter et sentralt damprom, og at kjølemiddeldampstrømningen gjennom det sentrale damp-rommet blir blokkert.

12. Fremgangsmåte i samsvar med krav 11, karakterisert ved at trinnet for opprettelse av en ringformet kjølevæskedam blir realisert ved å hvirvle kjøle-væsken rundt inne i kjølemiddelinntaket, nemlig med en rotasjonshastighet som er tilstrekkelig for klassifisering av kjølemidlet.