CH627314A5

CH627314A5 -

Info

Publication number: CH627314A5
Application number: CH72178A
Authority: CH
Inventors: Pierre Dr Flecher; Hansjoerg Dr Koefler
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-01-24
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1981-12-31
Also published as: DE7804603U1; FR2415212B1; US4339680A; DE2806576A1; SE7900565L; DE2806576C2; FR2415212A1

Description

Der Erfindung liegt èie Aufgabe zugrunde, 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 braucht. 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 (siehe z. B. Lueger: Bd. 16, «Lexikon der Verfahrenstechnik», Stuttgart 1970, S. 460). Sie bestehen aus einem vakuumdichten, ausheizbaren und kühlbaren abgeschlossenen Metallgefäss, das mit einem körnigen Sorptionsmittel (Zeolith, Aktivkohle usw.) gefüllt ist.

Bei einer Anordnung der Sorptionspumpe zwischen dem kalten Teil des Rotors und der warmen Welle ist es vorteilhaft, wenn die Sorptionspumpe mit einer Kühleinrichtung, insbesondere einer Flüssigheliumkühleinrichtung, versehen ist. Diese Massnahme sichert eine hohe Funktionsfähigkeit. Man kann die Kühlung 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 Ausführungsform ist die Sorptionspumpe mit einem tiefgekühlten Teil des Rotors im direkten wärmeleitenden Kontakt angeordnet. Es ist zweckmässig, wenn die Sorptionspumpe mit einem Strahlungsschutz versehen ist. Damit wird 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 Strahlungsschutzrohre mit labyrinthartig angeordneten Ausnehmungen und/oder Öffnungen gebildet. Diese Ausführungsform ist konstruktiv sehr einfach und gestattet, die Verbindung zwischen den Vakuumräumen 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 Übergangsstücken zwischen dem Rotorkörper und den Wellenenden zylinderische oder konische Vakuumräume schon aus Isolationsgründen vorhanden ist.

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 mit einer Heizvorrichtung versehen, wobei diese Heizvorrichtung zweckmässig durch wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizkörper gebildet ist. Mit dieser Heizvorrichtung kann man das Sorptionsmittel erwärmen (z. B. auf 50 K), womit es regeneriert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Nichtantriebsseite eines Rotors mit supraleitender Erregerwicklung,

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Fig. 2 den Teilschnitt II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 den Teilschnitt III-III aus Fig. 2 und

Fig. 4 den Teilschnitt IV-IV aus Fig. 3.

Gemäss Fig. 1 enthält ein Rotor 1 eines Turbogenerators einen Innenrotor 2, in dem eine supraleitende Wicklung 3 5 angeordnet ist. Der Innenrotor 2 ist mit einem Aussenzylinder 4 umhüllt. Zwischen dem Innenrotor 2 und dem Aussenzylinder 4 befindet sich ein dünner Strahlungszylinder 5. Eine Welle 6 ist mittels eines Übergangsstückes 26, das gleichzeitig die Stirnwand des Rotors 1 bildet, mit dem Innenrotor 2 und dem Aus- io senzylinder 4 verbunden. Zwischen dem Innenrotor 2 und dem Strahlungszylinder 5, zwischen dem Strahlungszylinder 5 und dem Aussenzylinder 4 und im Inneren des Innenrotors 2 sind Vakuumräume 7, T bzw. 8. Der stirnwandseitige Abschnitt des Vakuumraumes 8 ist mit 8' bezeichnet. Im Vakuumraum 8' ist 15 eine ringförmige Sorptionspumpe 9 angeordnet. Die Sorptionspumpe ist in Fig. 1 nur vereinfacht als ein Ring mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Eine Kühleinrichtung 10 der Sorptionspumpe 9 ist an eine Heliumleitung II angeschlossen. Das flüssige Helium fliesst aus der Kühleinrichtung 10 durch Ver- 20 bindungskanäle 13 in Kühlkanäle 12 der supraleitenden Wicklung 3.

In Fig. 2 ist der Teilschnitt II-II durch den oberen Teil der Sorptionspumpe 9 aus Fig. 1 gezeigt. Zwischen zwei Flanschen 14 ist ein Distanzrohr 15 befestigt. Zwei Strahlungsschutzrohre 25 16 sind zwischen den inneren Rändern der Flansche 14 angeordnet. Koaxial mit den Strahlungsrohren 16 liegt ein zylinderisches Sieb 18. Zwischen dem Distanzrohr 15 und dem zylinderischen Sieb 18 sind im wesentlichen radial ausgerich-

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tete flache Siebe 19 befestigt, die paarweise mit Distanzblechen 20 verbunden und mit Führungsstücken 21 fixiert sind. Zwischen den flachen Sieben 19, den Flanschen 14, dem zylinderi-schen Sieb 18 und dem Distanzrohr 15 sind Kammern 25 entstanden, die mit nur teilweise dargestelltem Sorptionsmittel 24 (Zeolith) gefüllt sind. Die Flansche 14 sind mit Schrauben 23 zusammengehalten.

Der in Fig. 3 gezeigte Teilschnitt III-III aus Fig. 2 zeigt dieselben Teile, die schon als Teile der Fig. 2 beschrieben worden sind. Ringförmige Heizkörper, die in die Flansche 14 eingebaut sind, sind durch die Zahl 22 bezeichnet. In dieser Figur wie auch in Fig. 4, die den Schnitt IV-IV aus Fig. 3 darstellt, sind noch Ausnehmungen 17 in einem Strahlungsschutzrohr 16 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 der Stelle von einer ringförmigen Sorptionspumpe eine zylindrische Verwendung finden. Es können auch z. B. 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. Im letztgenannten Fall müss-ten selbstverständlich die auf der Innenseite der Pumpe angeordneten koaxialen Sieb- und Strahlungsschutzrohre durch analoge, auf einer Flanke der Pumpe axial nebeneinander angeordnete kreisförmige Platten ersetzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

627 314 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines thermisch isolierten 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 (7,7', 8) des Rotors (1) direkt mittels Verbindungsöffnungen (17) 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 Flüssig-heliumkühleinrichtung ist.

4. 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 (16, 17) versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschutz durch koaxiale Strahlungsschutzrohre (16) mit labyrinthartig angeordneten Ausnehmungen (17) und/oder Öffnungen gebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe (9) ringförmig ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (24) in getrennten Kammern (25) angeordet ist, deren Wände wenigstens teilweise durch Siebe (18,19) gebildet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionspumpe mit einer Heizvorrichtung (22) versehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (22) durch wenigstens einen elektrischen Widerstandskörper gebildet ist.

Im Artikel «Turbogeneratoren mit supraleitender Erregerwicklung», Bull. SEV 64 (1973) 17,18. August, S.'1040 ff, ist unter anderem S. 1043 ein Turbogenerator mit supraleitender Erregerwicklung und mit rotierendem Kryostaten dargestellt und beschrieben. Die Erregerwicklung wird durch flüssiges Helium gekühlt. Der die Erregerwicklung tragende Innenrotor ist innerhalb eines Aussenzylinders angeordnet und im Zwischenraum wird ein hohes Vakuum erzeugt. Die Befestigung des Innenrotors und die Übertragung des Drehmomentes an die Wellenenden, die sich an Raumtemperatur befinden, erfolgt über dünne Übergangsstücke, die zusätzlich mit He-Gas gekühlt werden. Im Vakuumzwischenraum zwischen dem Innenrotor und dem Aussenzylinder befindet sich noch ein dünner Strahlungszylinder, der als zusätzlicher elektrothermischer Schild die vom Aussenzylinder ausgestrahlte Wärme aufnimmt und den Rest der magnetischen Felder, die durch den äusseren Dämpferzylinder hindurchdringen, auf ein für den Supraleiter erträglichen Betrag abdämpft. Auf der Nichtantriebsseite der Welle befinden sich der Heliumübertrager, Schleifringe und innerhalb der Welle mit Heliumgas gekühlte Erregerstromzuleitungen. Zur Aufrechterhaltung des Isolationsvakuums ist ein externes Pumpsystem verwendet, das mittels rotierender Vakuumdichtungen mit den Vakuumräumen des Rotors verbunden ist. Diese rotierenden Vakuumdichtungen müssen sehr sorgfältig ausgeführt werden. Sie sind trotzdem störungsanfällig und man muss mit deren Verschleiss rechnen. Das externe Pumpsystem weist wegen eines verhältnismässig schlechten Wirkungsgrades einen hohen Energieverbrauch auf und ist ebenfalls störungsanfällig.