DE2742477A1 - Anordnung zur kuehlung des rotors einer elektrischen maschine, insbesondere eines turbogenerators - Google Patents

Description

Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators, mit einer supraleitenden Erregerwicklung, die von mindestens einem mitrotierenden Kälteschild umgeben ist, und mit einer mitrotierenden Mischkammer, die ein Phasengemisch eines von außen zugeführten Kühlmittels enthält und von der aus eine Entnahme eines ersten KUhI-mittelstromes mit flüssigem Kühlmittel zur Kühlung der Erregerwicklung und eines zweiten Kühlmittelstromes mit zumindest teilweise verdampftem Kühlmittel zur Kühlung des Kälteschildes vorgesehen ist, und bei der eine Rückführung des durch die Erregerwicklung geleiteten ersten Kühlmittelstromes in die Mischkammer und des durch den Kälteschild geleiteten zweiten Kühlmittelstromes aus der Maschine

15 hinaus erfolgt.

Ein Turbogenerator mit einer derartigen Kühlanordnung ist aus dem Bericht ¹¹EPRI TD-255, Project 672-1, Final Report", August 1976, Seiten 45 bis 48 mit dem Titel "Superconductors in large synchronous Machines" bekannt. Das zur Kühlung erforderliche Kühlmittel wird von einer Kältemaschine aus im flüssigen Zustand und unter geringem Druck über eine rotierende Kupplung zentral durch die Rotorwelle geführt

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und in eine dort vorhandene, aohsnahe Mischkammer eingeleitet. Die entsprechen Io I-Inleitungsstelle ist als Joule-Thomson-Ent spannung/*, rrichtung gestaltet, so daß sich in der Mischkammer ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigem Kühlmittel ausbildet. Aufgrund ler bei Rotation auf dieses Zweiphasßngemisch einwirkenden Zentrifugalkräfte werden .ler Kühlmitteldampf in achs-nahen und die Kühlmittelflüssigkeit in achsfernen Bereichen der Mischkammer angelagert. Von der Mischkammer aus wird ein erster Kühlmittelstrom mit flüssigem Kühlmittel über radiale Kanäle in ein Kühlmittelbad gepumpt, in dem die supraleitende Erregerwicklung angeordnet ist. In dem KUhlmittelbad wird die Verlustlß istung der Wicklung an das Kühlmittel abgegeben, da3 über weitere radiale Kanäle wieder zurück in die Mischkammer geleitet wird. Die dabei mittransportierte Wärmemenge bewirkt eine teilweise Verdampfung des Kühlmittels. Zur Kühlung eines Kälteschi1 U»s ist ein zweiter KUhlmittelsti oin mit aus den achsnahen Bereichen der Mischkammer abgeleitetem Kühlmitteldampf vor-

PO gesehen. Der Kälteschild stellt dabei im allgemeinen einen mitrotierenden Dämpferschild zwischen der Erregerwicklung und einer sie umschließenden, feststehenden Ständer wicklung der Maschine dar. Nachdem der zweite Kühlmittelstrom durch mit dem Dämpferschild wärmeleitend verbundene Kühlkanäle geleitet worden ist, wird er über eine weitere rotierende Heliumkupplung in Achsnähe des Rotors aus diesem herausgeführt und in die Kältemaschine zurückgeleitet. Die erforderliche Pumpwirkung zur Ausbildung der Strömungen des ersten und zweiten Kühlmittelstromes wird durch den sogenannten Selbstpump-Effekt hervorgerufen. Dabei wird das Kühlmittel in radial nach außen geführten Kanälen aufgrund von zentrifugalen Kräften beschleunigt und kann so in die Erregerwicklung bzw. den Kälte- oder Dämpferschild gepumpt werden. Da es sich in diesen Bauteilen aufgrund der auftretenden Verlustleistungen oder durch Wäriue übertragung von außen erwärmt, nimmt sein spezifisches Gk wicht entsprechend ab. Es bildet sich so zwischen der F-u-

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speise- und Auetrittsstelle des Kühlmittels ein Druckgef; lie aus, das für eine Rückführung des Kühlmittels in achsnahe Bereiche ausreicht.

Bei der bekannten Maschine sind aber die zulässigen Dämpferverluste durch die zur Verfügung stehende Dampfaenge begrenzt. In Störung3fallen, wie beispielsweise bei plötzlichen Laständerungen, bei Schieflast oder bei Kurzschluß kann Jedoch die Dämpferverlustleistung sprunghaft zunehmen. Die für eine Abführung dieser Verlustleistung zur Verfügung stehende Kühlmittelmenge des zweiten Kühlmittelstromes kann dann aber zu gering sein, um eine unzulässige Erwärmung des DämpferSchildes zu verhindern. Da diese Erwärmung des Dämpferschildes auch auf die supraleitende Erregerwicklung zurückwirkt, besteht dann die Gefahr, daß die Erregerwicklung zu stark erwärmt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung zur Kühlung einer solchen Maschine zu schaffen, bei der diese Gefahr nicht besteht. Insbesondere soll Mne optimale Kühlung aller Rotorteile auch in Störungsfällen sicher gewährlej stet sein und insbesondere der Kühlmittel durchsetz des zweiten Kühlmittelstromes zur Kühlung des Kälte- bzw. Dämpferschildes verhältnismäßig schnell an die in dem Dämpfer auftretenden Verluste angepaßt werden können. Darüber hinaus soll die zur Kühlung des Rotox s vorzusehende Kältemaschine außerhalb der elektrischen Machine verhältnismäßig klein gehalten werden können und eine Erhöhung der Zahl an rotierenden Kühlmitteldurchführungen vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung zur Kühlung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine Beimj schung eines aus dem ersten Kühlmittelstrom nach dessen Durchtritt durch die Erregerwicklung abgeleiteten Teilstromes zu dem zweiten Kühlmittelstrom vorgesehen und ist eine entsprechende Verbindungsleitung mit einer Drosselstelle zur

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Entspannung des abgeleiteten Teilstromes verseilen.

Die Vorteile dieser Gestaltung der Anordnung zur Kühlung eines Rotors bestehen insbesondere darin, duß mit Hilfe der Drossel3telle in der Vorbindungsleitung zwischen dem Kreislauf zur Kühlung der Erregerwicklung und dem Kreislauf zur Kühlung des Kälte- bzw. Dämpferschildes die in den zweiten Kühlmittelstrom zusätzlich eingeleitete Kühlmittelmenge den in dem Kälte- bzw. Dämpferschild auftretenden Verlusten ohne große zeitliche Verzögerung angepaßt werden kann. Da ferner die Anordnung zur Kühlung die an sich bekannte mitrotierenden Mischkammer enthält, kann der Kühlmittelmassedurchsatz der erforderlichen externen Kältemaschine verhältnismäßig gering gehalten werden. Darüber hinaus wird vorteilhaft zur Zuführung und Ableitung des Kühlmittels in den Rotor bzw. aus diesem jeweils nur eine rotierende Kühlmitteldurchführung benötigt. Der Aufbau der Anordnung zur Kühlung ist deshalb verhältnismäßig einfach, und die Kühlmittelverluste an den Kuhlmitteldurchführungen sind entsprechend gering.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung zur Kühlung kann das Endstück der Zuführungsleitung zur Einspeisung des von außen zugeführten Kühlmittels in die Mischkammer als Düse gestaltet sein, an deren Mündung nach Art einer Wasserstrahlpumpe eine Unterdruckausbildung zur Ansaugung des in die Mischkammer zurückzuführenden Teiles des ersten Kühlmittelstromes vorgesehen ist. Durch diese Unterdruckausbildung kann die Strömung des ersten Kühlmittels durch die supraleitende Wicklung aufgrund des Selbstpump-Effektes unterstützt werden.

Ferner kann zweckmäßig die Drosselstelle in der Verbindungsleitung an deren Ende in der Nähe der Einmündungsstelle in den zweiten KUhlmittelstrom angeordnet sein. Die verhältnismäßig lange Verbindungsleitung ist dann mit dem noch nicV t entbrannten, kalten Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelteil-

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strom gefüllt. Mit diesem kalten Kühlmittel in der Verbiridungsleitung kann so die in dem Kälte- bzw. Dämpferschild auftretende Verlustleistung mit entsprechend hohem Wirkungsgrad abgeführt werden. Gegebenenfalls kann deshalb auch die Verbindungsleitung mit einem weiteren Kälteschild wärmeleitend verbunden sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Anordnung zur Kühlung eines Rotors gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist in einem Diagramm die Enthalpie dieser Anordnung in Abhängigkeit von der Entropie dargestellt. Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausbildungsmöglichkeit einer Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung.

Aus Fig. 1 ist die Führung eines Kühlmittels durch den Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators, ersichtlich. In der Figur ist nur die obere Hälfte der entsprechenden Kühlanordnung als Querschnitt dargestellt. Die Strömungsrichtungen der einzelnen Kühlmittelströme sind dabei durch Pfeile veranschaulicht. Die zu kühlenden, rotierenden Teile der Maschine sind in einem Vakuum angeordnet, um so eine Wärmeeinleitung von außen auf diese Teile zu begrenzen. Ein dafür erforderliches mitrotierendes Vakuumgehäuse ist durch eine gestrichelte Linie 2 angedeutet. Der Rotorkörper 3_ der Maschine ist konzentrisch um eine Achse 4 gelagert und enthält eine Erregerwicklung 5, die beispielsweise in Nuten auf seiner Außen- oder Innenseite angeordnet ist. Die Leiter der Wicklung 5 enthalten supraleitendes Material, so daß als Kühlmittel Helium vorgesehen ist. Das mit A bezeichnete Kühlmittel, das sich im flüssigen Zustand befindet und einer in der Figur nicht dargestellten Kältemaschine entnommen wird, kann über eine Helium-Kupplung in den Rotor eingeleitet werden. Mit Hilfe einer solchen Heliumkupplung, die beispielsweise aus der Veröffentlichung

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"Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte¹·, Bd. 5 (1976), Nr. 1, Seite 13 bekannt ist, wird das Kühlmittel A von feststehenden auf rotierende Maschinenteile überführt, über eine zentral in dem Rotor angeordnete Zuführungsleitung wird dann das Kühlmittel A in eine innerhalb des Rotorkörpers 3_ angeordnete Mischkammer 8 eingeleitet, wobei es sich entspannt und so teilweise verdampft. In dieser ebenfalls zentral angeordneten Mischkammer 8 befindet sich also ein Phasengemisch aus flüssigem Kühlmittel A und gasförmigem Kühlmittel B_Q. Unter Einfluß zentrifugaler Kräfte bei Rotation erfolgt Jedoch eine Phasentrennung, so daß sich das schwerere flüssige Kühlmittel A konzentrisch um das längs der Rotorachse ' gehaltene Kühlmittel B anlagert. An der Stirnseite 9 des Rotorkörpers ^, die der Einspeisestelle des Kühlmittels A in die Mischkammer 8 gegenüberliegt, ist am Außenumfang der Mischkammer mindestens eine radial verlaufende Kühlmittelzuführungsleitung 10 angeschlossen, über die ein erster KUhlmittelstrom A₁ an flüssigem Kühlmittel der supraleitenden Erregerwicklung 5 zugeführt wird. Die in der Figur nicht näher ausgeführte Erregerwicklung ist mit axial verlaufenden Kühlkanälen durchsetzt, so daß der Kühlmittelstrom A₁ an der gegenüberliegenden Stirnseite 11 des Rotorkörpers 3_ aus der Wicklung wieder austritt, über mindestens eine radial verlaufende Abfuhrungsleitung 12 wird dann ein Teilstrom A^ des ersten Kühlmittelstroms A₁ wieder in die Mischkammer 8 zurückgeleitet.

In diesem Kreislauf zur Kühlung der supraleitenden Erregerwicklung 5 wird der sogenannten Selbstpump-Effekt ausgenutzt.

Aufgrund der zentrifugalen Kräfte bei Rotation wird zunächst das Kühlmittel A₁ in der radialen Kühlmittelzuführungsleitung nach außen hin beschleunigt und so in die Kanäle der supraleitenden Wicklung 5 gedruckt. Dort erwärmt es sich aufgrund der in der Wicklung entstehenden Verlustleistungen. Die damit verbundene Reduzierung des spezifischen Gewichtes des Kühlmittels A₁ bewirkt eine Druckverminderung, aufgrund dere* es in die Mischkammer 8 über die radial verlaufende Ab-

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führungsleitung 12 wieder zurückfließen kann. Die Einspeisung des flüssigen Kühlmittels in die Kühlmitte!zuführungsleitung wird noch dadurch begünstigt, daß sich die Mischkammer 8 zu der Stirnseite 9 des Rotorkörpers ^ hin, an der die Kühlmittelzuführungsleitung 10 angeschlossen ist, konisch erweitert und so der Druck in der Kühlmittelflüssigkeit A_Q in der Mischkammer nach dieser Seite hin entsprechend vergrößert ist. Außerdem wird mit dieser Maßnahme auch die Trennung der Phasen des Phasengemischs in der Mischkammer 8 erleichtert. Die Zurückführung des Kühlmittels in die Mischkammer 8 kann ferner dadurch unterstützt werden, daß das Endstück der zentralen Kühlmittelzuführungsleitung 7» an der das aus der externen Kältemaschine entnommene Kühlmittel A in die Mischkammer 8 eingeleitet wird, als Injektordüse 13 gestaltet ist, so daß das Kühlmittel A mit einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit aus dieser Zuleitung 7 in die Mischkammer 8 austritt. Gemäß dem Konstruktionsprinzip einer Wasserstrahlpumpe kann dann der sich seitlich von dem austretenden Kühlmlttelstrahl ausbildende Unterdruck dazu verwendet werden, den in der Kühlmittelabführungsleitung 12 zurückgeleiteten Kühlmittelstrom A₁ bzw. A^ anzusaugen. Das Ende dieser Kühlmittelabführungsleitung 12 ist deshalb als ein entsprechender, die Mündung der Injektordüse 13 eng umschließender Ansaugkanal 14 gestaltet.

Das in der Mischkammer 8 im achsnahen Bereich angeordnete gasförmige Kühlmittel B wird teilweise zur Kühlung eines dLe Erregerwicklung 5 konzentrisch umschließenden Kälte-Schildes 15 ausgenutzt. Dieser in der Figur nur teilweise ausgeführte Kälteschild dient dabei im allgemeinen auch als Dämpferschild oder -wicklung, mit dem von einem in der Figur nicht dargestellten, den Rotor eng umschließenden Stator ausgehende Rückwirkungsfelder, die durch das mitrotierende Vakuumgehäuse 2 hindurchdringen, auf einen für die Supraleiter der Erregerwicklung 5 erträglichen Betrag vermindert werden. An der Stirnseite 9 des Rotorkörpers 3

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wird deshalb an einer achsnahen Stelle ein zweiter Kühlmittelstrom B₁ mit Kühlmitteldampf aus der Mischkammer 8 entnommen und über mindestens eine radial angeordnete Zuführungsleitung 16 in Kühlkanäle 17 geleitet, die mit dem Kälte- bzw. Dämpferschild 15 wärmeleitend verbunden sind und in axialer Richtung verlaufen. Am gegenüberliegenden, der Stirnseite 11 des Rotorkörpers 3_ zugewandten Ende des Kälte- bzw. Dämpferschildes 15 wird dann der zweite Kühlmittelstrom wieder in mindestens einer radial verlaufenden Kühlmittelableitung 18 abgeleitet und in Achsnähe über eine weitere rotierende Heliumkupplung 19 von den rotierenden Maschinenteilen in eine ortsfeste Gasleitung 20 eingeleitet, die mit der in der Figur nicht dargestellten Kältemaschine verbunden sein kann. In der Figur ist noch eine weitere rotierende Heliumkupplung 21 angedeutet, mit der die an den rotierenden Kupplungsteilen entstehenden Leckage-Verluste an gasförmigem Helium aufgefangen und in die Gasleitung 20 mit eingespeist werden können.

Die Strömung in diesem Kreislauf mit dem zweiten Kühlmittelstrom zur Kühlung des Kälte- bzw. DämpferSchildes 15 erfolgt ebenfalls aufgrund des Selbstpump-Effektes.

Um in dem Kälte- bzw. Dämpferschild 15 plötzlich auftretende zusätzliche Verlustleistungen, wie sie beispielsweise in einem Störungsfall bei einem Kurzschluß oder bei Schieflast entstehen, abführen zu können, ist bei der Anordnung zur Kühlung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in den Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Kälte- bzw. Dämpferschildes zusätzlich gasförmiges Kühlmittel eingespeist werden kann.

Dieses Kühlmittel wird dem Kreislauf zur Kühlung der supraleitenden Widdung 5 entnommen. Die entsprechende Abzweigestelle 23 in diesem Kreislauf ist zweckmäßig in der Abführung sie itung 12 des ersten Kühlmittelstromes A₁ vorgesehen. Von dort aus wird ein Teil dieses ersten Kühlmittelstromes A₁ in eine entsprechende Verbindungsleitung 24 abgeleitet. Dieser Teilstrom an flüssigem Kühlmittel ist mit

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p bezeichnet. Die Verbindungsleitung 24 mündet in die KUhI-

mittelzufUhrungsleitung 16 des zweiten KUhlmittelstromes B₁ unmittelbar vor dessen Eintritt in die Kühlkanäle 17 an dem Kälte- bzw. Dämpferschild 15. Die Einmündungsstelle in der Zuführungsleitung 16 ist mit 25 bezeichnet. In der Verbindungsleitung 2k ist außerdem noch eine Drosselstellt 26 vorgesehen, mit welcher der aus dem Kühlkreislauf fi5r die supraleitende Wicklung 5 stammende, noch flüssige Kühlmittelteilstrom Ap entspannt und somit verdampft werden kann. Der so enthaltene KUhlmitteldampf des Teilstromes ist mit B^ bezeichnet. Die in den zweiten Kühlmittelstrom B₁ eingespeiste Menge des Teilstromes B₂ kann dabei mit Hilfe der Drosselstelle 26 eingestellt werden. Die vereinigten Kühlmittel ströme B₁ und Bp sind j η der Figur mit B, bezeichnet.

Zur Erläuterung der thermodynamisehen Kühlmittel zustand bei der Kühlung der supraleitende Erregerwicklung 5 und des Kälte- bzw. DämpferSchildes 15 wird auf das Diagramm in Fig. 2 Bezug genommen, in dem auf der Abszisse die Entropie der Kühlanordnung gemäß der Erfindung in Joule/Gramm»Kelvin und auf der Ordinate die Enthalpie h in Joule/Gramm aufgetragen sind. In dem Diagramm ist ferner eine erste Kurvenschar mit gestrichelten Kurven eingetragen, die Jeweils einer konstanten Temperatur zwischen 3 und 8 Kelvin zugeordnet sind. Darüber hinaus ist in dem Diagramm eine weitere Kurvenschar von durchgezogenen, dünnen Linien eingezeichnet, die jeweils einem vorbestimmten, konstanten Druck zwischen 0,1 und 25 bar zugeordnet sind. Durch dick eingetragene, gepfeilte Linien sind die sich innerhalb der Kühlanordnung gemäß Fig. 1 ergebenden thermodynamisehen übergänge veranschaulicht. Die Bezugspunkte für diese übergänge sind in Fig. 1 und in dem Diagramm durch kleine Buchstaben gekennzeichnet.

Eine aus der Kältemaschine entnommene, vorbestimmte und v»r hältnismäßig kleine Menge m_Q an flüssigem Kühlmittel A hat

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im Zustand a an der Heliumkupplung 6 beispielsweise eine Temperatur von 4,2 K und steht unter einem Druck von 1 bar. Die Enthalpie h des Kühlmittels A beträgt dabei beispielsweise etwa 9,3 J/g und seine Entropie s etwa 3,3 J/gK. Das Kühlmittel A gelangt dann durch Joule-Thomson-Entspannung an der Injektordüse 13 in das Heliumbad in der Mischkammer 8. Dabei nimmt es bei dem Austritt aus der Injektordüse den Zustand b an. Unter Einwirkung der bei Rotation auftretenden zentrifugalen Kräfte werden dann Dampf und Flüssigkeit in dem rotierenden Bad in der Mischkammer 8 getrennt, so daß das Kühlmittel A dann den Zustand c und das gasförmige Kühlmittel B den Zustand d einnehmen. Eine Menge nu des ersten, aus der Mischkammer abgeleiteten Kühlmittelteilstromes A₁ zur Kühlung der supraleitenden Wicklung 5 wird bei der radialen Strömung in der Zuführungsleitung 10 isentrop verdichtet und nimmt bei Eintritt in die supraleitende Wicklung 5 den Zustand e ein. Diesem Kühlmittelstrom A₁ wird dann innerhalb der supraleitenden Wicklung deren Verlustleistung zugeführt, so daß er sich bei Austritt an dem gegenüberliegenden Wickelkopf im Zustand f befindet. Die Menge m₁ des KUhI-mittelstromes A₁ stellt sich bei vorgegebener Geometrie der Zu- und Abführungsleitung 10 bzw. 12 und der Kanäle in der Erregerwicklung 5 in Abhängigkeit von dem Druckabfall und den Verlusten der Erregerwicklung selbsttätig ein. Eine Teilmenge m, dieses ersten Kühlmittelstromes wird in das Kühlmittelbad zurückgeführt. Bei der radialen Strömung zur Achse innerhalb der Abführungsleitung 12 expandiert dieser Kühlmittelteilstrom A, dabei isentrop und nimmt vor Eintritt in die Mischkammer den Zustand g an. Aufgrund der besonderen Gestaltung der Rückführungsstelle dieses verbleibenden Teilstromes A, in die Mischkammer 8 gemäß dem Konstruktionsprinzip einer Wasserstrahlpumpe expandiert dieser Teilstrom über eine Joule-Thomson-Entspannung in das rotierende Bad in der Mischkammer 8, so daß sich der Teilstrom A, dann im Zustand i befindet.

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γγρ 7 55 4 DRD

Der aus der Mischkammer 8 entnommene KUhlmittelstrom B₁ mit einer Masse m^ an gasförmigem Kühlmittel zur Kühlung des Kälte- bzw. Dämpferschildes 15 wird bei der radialen Strömung zu diesem Schild hin isentrop in der Zuführungsleitung 16 verdichtet. Er hat an der Einspeisestelle 25 des aus dem Kreislauf für die supraleitende Wicklung 5 stammenden Teilstromes Bp den Zustand j angenommen. Dieser Teilstrom B₂, der die Masse m₂ hat, wird in der Abführungsleitung 12 bis zu der Abzweigestelle 23 und dann in der Verbindungsleitung 24 bis zu der Drosselstelle 26 isentrop verdichtet, so daß er sich vor der Drosselstelle im Zustand k befindet. Innerhalb der Drosselstelle expandiert er in einer Joule-Thomson-Entspannung annähernd auf den Druck, der an der Einspeisestelle 25 in den Kreislauf für den Kälte- bzw. Dämpferschild 15 herrscht und befindet sich so hinter der Drosselstelle in einem Zustand m. An dieser Einspeisestelle mischen sich dann der Kühlmittelstrom B₁ an gasförmigem Kühlmittel aus der Mischkammer 8 und der Kühlmittelteilstrom Bp aus dem Kreislauf für die supraleitende Wicklung 5 zu dem Kühlmittelstrom B, mit der Masse m . Der Eintrittszustand dieses KUhlmittelstromes B, in die Kühlkanäle 17 des Kälte- bzw. Dämpferschildes 15 ist mit η bezeichnet. Die Verlustleistung des Kälte- bzw. Dämpferschildes wird dann von diesem Kühlmittelstrom B-, aufgenommen, so daß bei seinem Wideraustritt aus dem Kälte- bzw. Dämpferschild dann der Zustand ρ eingenommen wird. Dabei ist im Diagramm auch der Druckabfall durch den Strömungswiderstand innerhalb des Kälte- bzw. Dämpferschildes berücksichtigt. In der Abführungsleitung 18 expandiert dann der Kühlmittelstrom B, bei der radialen Strömung zur Achse hin und tritt mit dem Zustand q aus dar HeIium-Kupplung in die Transferleitung 20 zu der Kältemaschine ein. Der Druck und die Temperatur des rotierenden Bades in der Mischkammer können dabei durch den Austrittszustand q des Kühlmittelstromes B, mit der Masse m festgelegt werden.

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In Flg. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlanordnung gemäß der Erfindung für den Rotor einer elektrischen Maschine als Querschnitt teilweise veranschaulicht. Mit der Kühlanordnung gemäß Flg. 1 übereinstimmende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Kühlanordnung unterscheidet sich von der gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß der aus dem Kühlkreislauf für die supraleitende Wicklung aus der Rückführungsleitung 12 abgezweigte Teilstrom A₂ zunächst zur Kühlung eines weiteren, in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeuteten DämpferSchildes 27 in axialen Kanälen 28 und 29 herangezogen wird. Außerdem ist erst unmittelbar vor einer Einmündungsstelle 30 in den den Dämpferschild 15 kühlenden Kühlmittelstrom B₁ die Drosselstelle 26 zur Entspannung des Teilstromes vorgesehen. Die Einmündungsstelle 30 liegt dabei in einer Rückführungsleitung für den Kühlmittelstrom B₁ nach dessen Durchlaufen des DämpferSchildes 15.

In der Figur sind ferner zwei Stromübertragungsvorrichtungen und 35 auf dem mit der Stirnseite 11 des Rotorkörpers 2 verbundenen, sich nach außen hin erstreckenden Wellenteil angedeutet, über Bürstenkontakte dieser Stromübertragungsvorrichtungen kann ein Erregerstrom der supraleitenden Erregerwicklung 5 von einer externen, in der Figur nicht dargestellten Stromversorgungseinheit zugeführt werden. Die Stromübertragungsvorrichtungen ~5k und 35 liegen auf Raumtemperatur, so daß die in der Figur nicht ausgeführten elektrischen Verbindungsleitungen zwischen ihnen und der tiefstgekühlten Erregerwicklung 5 ein entsprechendes Temperaturgefälle durchlaufen müssen. Das zur Abkühlung dieser Verbindungsleitungen erforderliche Kühlmittel wird dem ersten Kühlmittelstrom A₁ nach dessen Durchtritt durch die Erregerwicklung an der Abführungsleitung 12 über eine Abgasleitung 38 entnommen.

10 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (1)

1. 77 P 7 5 5 4 BRD

   Patentansprüche

   _ 2 7 A 2 A 7

   Jl. ■ Anordnung zur Kühlung r;°s Rotors einer elektrischen Maschine, i riobesondere oine:· Turbogenerators, mit einer supraleitenden Erregerwicklung, die von mindestens einem mitrotiernrvlen Kältonnhi'ld umgeben ist, und mit einer mitrotierenden Mi^chkinner, die ein Phasengemisch eines von außen zugefülirten Kühlmittels enthält und von der aus eine Entnahme eines ersten Kühlmittelstromes mit flüssigem Kühlmittel zur Kühlung der Erregerwicklung und eines zweiten Kühlmittelstromes mit zumindest teilweise verdampftem Kühlmittel zur Kühlung des Kälteschildes vorgesehen ist, und bei der eine Rückführung des durch die Erregerwicklung geleiteten ersten Kühlmittelstromes in die Mischkammer und des durch den Kälteschild geleiteten zweiten Kühlmittelstromes aus der Maschine hinaus erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein*¹ Beimischung eines aus dem ernten Kühlinittelstrom (A₁) nach dessen Durchtritt durch die Erregerwicklung (5) abgeleiteten Teilstromes (Ap, B₂) zu dem zweiten Kühlmittelstrom (8.) vorgesehen ist, und daß eine entsprechende Verbindungsleitung (24) mit einer Drosselstelle (26) zur· Entspannung des abgeleiteten Teilstroioes (Ap) versehen ist.

   2. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück der Zuführungsleitung (7) zur Einspeisung des von außen zugeführten Kühlmittels (A) in die Mischkammer (8) als Injektordüse (13) gestaltet ist, an deren Mündung nach Art einer Wasserstrahlpumpe eine Unterdnickausbildung zur Ansaugurig des in die Mischkammer (8) zurückzuführenden Tpilstromes (A^) des ersten KühJinittelstroroes (A.) vorgesehen ist.

   5. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daü die A^führungsleitung (12) zur Rückführung dos Kühlmittelteilstromes (A₇,) in die Mischkammer (8) als Ansaugkanal (1A) zwischen der Injektordüse (13) und de:-

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   ORIGINAL INSPECTED

   77 P 7 5 5 h BRD Rotorkörper (3) ausgebt]dot ist. oC

   4. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Drosselstelle (26) in der Verbindungsleitung (24) eine Regelung des Kühlmittel durchsatzes vorgesehen ist.

   5· Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (26) in de^ Verbindungsleitung (28, 29) an deren Ende in der Nähe der Einmündungsstelle (30) in den zweiten Kühlmittelstrom (B₁) angeordnet ist (Fig. 3).

   6. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (28, ;?.9) mit einem weiteren Kälteschild (27) wärmeleitend verbunden ist.

   7. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis ·;·., dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (ij) mit axial verlaufenden Kühlkanälen versehen ist und daß an den Wickelköpfen mindestens eine Zuführungsleitung (10) zur Einspeisung des ersten Kühlmittelstroms (A₁) in diesf Kanäle und an dem gegenüberliegenden Wickelkopf mindester eine Abführungsleitung (12) zur Rückführung des ersten Kühlmittelstromes vorgesehen sind und daß sich in der AbfUhrungsleitung (12) eine Verzweigungsstelle (23) befiinlr t, an der die Verbindungsleitung (24) angeschlossen ist.

   8. Anordnung zur Kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (8) nach der Stirnseite (9) hin, die der Einspeisestelle des von außen zugeführten Kühlmittels (A) gegenüberliegt, konisch sich erweiternd ausgebildet ist und daß dort die Entnahme des ersten Kühlmittelstromes (A₁) vorgesehen ist.

   9. Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine mit einer supraleitenden Erregerwicklung die ά. r.

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   BAD ORIGINAL

   27Λ2477 - 77 P 7 5 5 4 BRD

   StromzufUhrungsleitungen verbunden ist, die sich in einem Temperaturgefälle von Raumtemperatur und Tiefsttemperatur befinden, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Stromzuführungsleitungen eine Entnahme eines Teilstromes aus dem ersten KUhlmittelstrom (A₁) vorgesehen ist.

   10. Anordnung zur Kühlung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Entnahme des Teilstromes aus dem ersten Kühlmittelstrom (A₁) nach dessen Durchtritt durch die supraleitende Erregerwicklung (5) (Fig. 3).

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