DE2843129C2

DE2843129C2 - Electric machine with cryocooling

Info

Publication number: DE2843129C2
Application number: DE2843129A
Authority: DE
Inventors: Garrij Michailovi&ccaron; Chutoreckij; Iosif Filippovi&ccaron; Filippov; Anatolij Georgievi&ccaron; Korolkov; Samson Semenovi&ccaron; Kutateladze; Mark O&scaron;erovi&ccaron; Lutset; Jurij Stepanovi&ccaron; Novosibirsk Popov; Jurij Vasilevi&ccaron; Leningrad Skat&scaron;kov; Jurij Nikolaevi&ccaron; Vvedenskij
Original assignee: INSTITUT TEPLOFIZIKI SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSSR NOVOSIBIRSK SU; LENINGRADSKOE PROIZVODSTVENNOE ELEKTROMASINOSTROITEL'NOE OB"EDINENIE "ELEKTROSILA" LENINGRAD SU; SPECIAL'NOE KONSTRUKTORSKOE BJURO "ENERGOCHIMMAS" NOVOSIBIRSK SU
Current assignee: INSTITUT TEPLOFIZIKI SIBIRSKOGO OTDELENIJA AKADEMII NAUK SSSR NOVOSIBIRSK SU; LENINGRADSKOE PROIZVODSTVENNOE ELEKTROMASINOSTROITEL'NOE OB"EDINENIE "ELEKTROSILA" LENINGRAD SU; SPECIAL'NOE KONSTRUKTORSKOE BJURO "ENERGOCHIMMAS" NOVOSIBIRSK SU
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1987-03-26
Also published as: DE2843129A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit Kryokühlung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der CH-PS 5 21 038 bekannten Art.The invention relates to an electrical machine with cryocooling in the preamble of Claim 1 described, from CH-PS 5 21 038 known type.

Bei der bekannten elektrischen Maschine stellt die im Hohlraum des Läufers untergebrachte Kühlvorrichtung, die gemäß der GB-PS 13 20 342 beispielsweise als Expansionsmaschine ausgebildet sein kann und einen beweglichen Teil enthält, ein die Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen Maschine erhöhendes Bauelement dar, das die Sicherheit der elektrischen Maschine herabsetzt.In the known electrical machine, the cooling device housed in the cavity of the rotor, which can be designed according to GB-PS 13 20 342, for example, as an expansion machine and a Movable part contains a component that increases the probability of failure of the electrical machine which reduces the safety of the electrical machine.

Der im Patentanspruch 1 beschriebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße elektrische Maschine mit Kryokühlung so weiterzubilden, daß durch den Hohlraum des Läufers befindliche, selbst nicht bewegliche Elemente der Kühlvorrichtung die Sicherheit der Maschine gesteigert wird.The invention described in claim 1 is therefore based on the object of the generic to develop electrical machine with cryocooling in such a way that, through the cavity of the rotor, Even non-moving elements of the cooling device increase the safety of the machine.

Da bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die bei umlaufendem Läufer wirksam werdende Ranque-Wirbelröhre mit diesem drehfest verbunden werden kann, werden bewegliche Elemente der Kühlvorrichtung vermieden und dadurch die Sicherheit der Maschine erhöht.Since, in the electrical machine according to the invention, the one which becomes effective when the rotor rotates Ranque vortex tube can be connected non-rotatably with this, become movable elements of the Avoided cooling device and thereby increased the safety of the machine.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.Preferred developments and configurations of the electrical machine according to the invention are Subject matter of claims 2 to 5.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the drawing. It shows

Fig. 1 den Längsschnitt einer elektrischen Maschine mit Kryokühlung,Fig. 1 shows the longitudinal section of an electrical machine with cryocooling,

Fig. 2 den Teiischnitt einer elektrischen Maschine mit einer zweikanaligen Kühlmittelablaufleitung vom Läufer und deren Anschluß an die gekühlten Bauelemente des Läufers,2 shows the partial section of an electrical machine with a two-channel coolant drain line from Rotor and its connection to the cooled components of the rotor,

F i g. 3 den Schnitt Ill-Ill in F i g. 2,F i g. 3 the section III-III in FIG. 2,

F i g. 4 den Teilschnitt einer elektrischen Maschine, deren Wärmeaustauscher mit Zusatzeintritten der Kühlkanäle der Übergangszonen verbunden ist,F i g. 4 the partial section of an electrical machine, whose heat exchanger is connected to the additional inlets of the cooling channels of the transition zones,

Fig. 5 den Teilschnitt einer elektrischen Maschine mit räumlicher Vereinigung des Wärmeaustauschers mit der Ranque-Wirbelröhre und5 shows the partial section of an electrical machine with the spatial union of the heat exchanger the ranque vortex tube and

Fig. 6 den Teilschnitt einer elektrischen Maschine, bei der der Zusatzaustritt des Wärmeaustauschers mit dem Einlauf der Ranque-Wirbelröhre verbunden ist.Fig. 6 is a partial section of an electrical machine in which the additional outlet of the heat exchanger with connected to the inlet of the Ranque vortex tube.

Die elektrische Maschine mit Kryokühlung enthält ein Ständergehäuse 1 (F i g. 1), in dem eine Ständerwicklung 2 befestigt ist, und einen hohlen Läufer 3, der mit seinen Enden 4 und 5 auf Lagern 6 aufliegt. Im mittleren zylindrischen Teil des Läufers 3 ist eine supraleitende Wicklung 7 mit Kühlkanälen 8 befestigt (es ist nur ein Kanal dargestellt). An der Wicklung 7 liegen zwei Übergangszonen 9 und 10 an, die aufeinanderfolgend längs der Achse des Läufers 3 beiderseits dieser Wicklung 7 angeordnet sind. In den Übergangszonen 9 und 10 sind zumindest je ein Kühlkanal, in der zu beschreibenden Variante Ringkanäle 11 bzw. 12 ausgebildet. Die Ringkanäle 11, 12 stellen kegelstumpfförmige Hohlräume in den Übergangszonen 9, 10 dar, die in in den Läuferenden 4,5 ausgebildete zylindrischeThe electrical machine with cryocooling contains a stator housing 1 (FIG. 1) in which a stator winding 2 is attached, and a hollow rotor 3, which rests with its ends 4 and 5 on bearings 6. In the middle A superconducting winding 7 with cooling channels 8 is attached to the cylindrical part of the rotor 3 (there is only one Channel shown). On the winding 7 there are two transition zones 9 and 10, which are consecutive are arranged along the axis of the rotor 3 on both sides of this winding 7. In the transition zones 9 and 10 are at least one cooling channel each, in the variant to be described ring channels 11 and 12, respectively educated. The annular channels 11, 12 represent frustoconical cavities in the transition zones 9, 10, the cylindrical formed in the rotor ends 4,5

Hohlräume übergehen. Die Eingänge der Ringkanäle 11 und 12 liegen in nächster Nähe bei der Wicklung 7 des Läufers 3.Pass over cavities. The inputs of the ring channels 11 and 12 are in close proximity to winding 7 of rotor 3.

Der Läufer 3 enthält einen Elektrowärmeschild 13, der relativ zu der Wicklung 7 radialspielbehaftet angeordnet ist Der Elektrowärmeschild 13 ist starr an den Obergangszonen 9,10 befestig·, und zum Schutz der Wicklung 7 gegen Wärmestrahlung und Wechselkomponenten des Magnetfeldes bestimmt, die durch die Ständerwicklung 2 erzeugt werden. Im Körper des Elektrowärmeschildes 13 ist mindestens ein Kühlkanal, in der zu beschreibenden Variante ein Ringkühlkanal 14 ausgebildet. Der Ringkanal 14 stellt in den Übergangszonen 9,10 jeweils kegelstumpfförmige Hohlräume dar, die durch einen zylindrischen Hohlraum im zylindri- r> sehen Abschnitt des Elektrowärmeschildes 13 miteinander verbunden sind.The rotor 3 contains an electrical heat shield 13 which has radial play relative to the winding 7 The electric heat shield 13 is rigidly attached to the transition zones 9,10 ·, and to protect the Winding 7 against thermal radiation and alternating components of the magnetic field determined by the Stator winding 2 are generated. In the body of the electric heat shield 13 is at least one cooling channel, In the variant to be described, an annular cooling channel 14 is formed. The annular channel 14 represents frustoconical cavities in the transition zones 9, 10, through a cylindrical cavity in the cylindrical section of the electric heat shield 13 with one another are connected.

Im Hohlraum 15 des Läufers 3 ist eine Ranque-Wirbelröhre 16 untergebracht, deren Tangentialeinlauf durch eine Rohrleitung 17 mit dem rotierenden Teil jo einer Kühlmittelzufuhreinheit 18 verbunden ist, deren feststehender Teil mit einer Kühlvnittelzulaufleitung 19 zum Läufer in Verbindung steht. Der zentrale Auslauf der Ranque-Wirbelröhre 16 ist durch eine Rohrleitung 20 mit den Eingängen der Ringkühlkanäle 11, 12 der r> Übergangszonen 9 bzw. 10 und der peripherische Auslauf durch eine Rohrleitung 21 mit dem Eingang des Ringkühlkanals 14 an dessen in F i g. 1 rechtem Ende verbunden. Dabei ist der Ausgang des Ringkühlkanals 14 an den zweiten Eingang des Kühlkanals mindestens v> einer der Übergangszonen, in der zu beschreibenden Variante an den zweiten Eingang des Ringkanals 11 der Übergangszone 9 angeschlossen.In the cavity 15 of the rotor 3 a Ranque vortex tube 16 is housed, the tangential inlet of which is connected by a pipe 17 to the rotating part jo of a coolant supply unit 18, the fixed part of which is connected to a Kühlvittelzulaufleitung 19 to the rotor. The central outlet of the Ranque vortex tube 16 is through a pipeline 20 with the inlets of the annular cooling channels 11, 12 of the transition zones 9 and 10 and the peripheral outlet through a pipeline 21 with the inlet of the annular cooling channel 14 at its in FIG. 1 right end connected. The outlet of the ring cooling channel 14 is connected to the second inlet of the cooling channel at least v> one of the transition zones, in the variant to be described to the second inlet of the ring channel 11 of the transition zone 9.

Die Ringkühlkanäle 11, 12 sind mit Hilfe von Radialkanälen mit Gassammeiräumen 22 bzw. 23 verbunden, die über Regulierventile 24 an eine Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer angeschlossen sind. Die Gassammeiräume 22, 23 sind unbeweglich, die Spalten zwischen ihren Wänden und dem Läufer 3 sind mittels Dichtungen (nicht dargestellt) abgedichtet.The annular cooling channels 11, 12 are formed with the aid of radial channels with gas collection spaces 22 and 23, respectively connected, which is connected via regulating valves 24 to a coolant drain line 25 from the rotor are. The gas collection spaces 22, 23 are immobile, the gaps between their walls and the runner 3 are sealed by means of seals (not shown).

Im Hohlraum 15 des Läufers 3 ist, abgesehen von der Ranque-Wirbelröhre 16 ein Wärmeaustauscher, in der zu beschreibenden Variante ein rekuperativer Wärmeaustauscher 26 untergebracht. Der rekuperative Wärmeaustauscher 26 ist mit seinem einen Eintritt 4-, (wärmeabgebende Seite) durch eine Rohrleitung 27 mit dem rotierenden Teil der Kühlmittelzufuhreinheit 18 verbunden, deren feststehender Teil, wie oben erwähnt, mit der Kühlmittelzulaufleitung 19 zum Läufer in Verbindung steht. Der rekuperative Wärmeaustauscher 26 ist mit seinem einen Austritt (wärmeabgebende Seite) durch eine Drosselvorrichtung 28 und eine Rohrleitung 29 mit den Eingängen der Kühlkanäle 8 der Wicklung 7 verbunden. Zur Ableitung des verdunsteten Kühlmittels von der Wicklung 7 ist eine Rohrleitung 30 vorgesehen, die die Ausgänge der Kühlkanäle 8 mit dem anderen Eintritt (wärmeabgebende Seite) des rekuperativen Wärmeaustauschers 26 verbindet, dessen anderer Austritt (wärmeabgebende Seite) durcii eine Rohrleitung 31 mit dem Gassammeiraum 22 und durch den letzteren mit der Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer in Verbindung steht.In the cavity 15 of the rotor 3 is, apart from the Ranque vortex tube 16, a heat exchanger in which A recuperative heat exchanger 26 is housed in the variant to be described. The recuperative heat exchanger 26 is with its one inlet 4-, (heat-emitting side) through a pipe 27 with connected to the rotating part of the coolant supply unit 18, the fixed part of which, as mentioned above, is in communication with the coolant supply line 19 to the rotor. The recuperative heat exchanger 26 is with its one outlet (heat-emitting side) through a throttle device 28 and a pipe 29 connected to the inputs of the cooling channels 8 of the winding 7. For draining off the evaporated coolant from the winding 7 a pipe 30 is provided which connects the outputs of the cooling channels 8 with the other Entrance (heat-emitting side) of the recuperative heat exchanger 26 connects the other Exit (heat-emitting side) through a pipe 31 with the gas collection space 22 and through the the latter is in communication with the coolant drain line 25 from the rotor.

Möglich ist eine andere Ausführungsvariante der Ableitung des Kühlmittels vom Läufer 3 und seines Ablaufes zur Kryoanlage (nicht dargestellt). In dieser t,·; Variante ist die Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer (F i g. 2,3) mit zwei Kanälen — Rohrleitungen 32 und 33 — ausgeführt. Dabei verbindet die Rohrleitung 31 (F i g. 2) den Austritt des rekuperativen Wärmeaustauschers 26 durch eine Kühlmittelabfuhreinheit 34 vom Läufer und ein Regulierventil 35 mit einer Rohrleitung 32, und der Ringkanal 11 der Übergangszone 9 und der Ringkanal 12 (Fig. 1) der Üücrgangszone 10 sind mit der zweiten Rohrleitung 33 verbunden (Fig. 2).Another variant embodiment of the discharge of the coolant from the rotor 3 and its is possible Process to the cryogenic system (not shown). In this t, ·; The variant is the coolant drain line 25 from the rotor (FIGS. 2, 3) with two channels - pipes 32 and 33 - executed. The pipe 31 (FIG. 2) connects the outlet of the recuperative heat exchanger 26 through a coolant discharge unit 34 from the rotor and a regulating valve 35 with a pipeline 32, and the annular channel 11 of the transition zone 9 and the Annular channel 12 (Fig. 1) of the Üücrgangszone 10 are with the second pipe 33 connected (Fig. 2).

Zur Verminderung der thermodynamischen Verluste zum Vermischen beider Kühlmittelströme mit verschiedenen Temperaturen, von denen einer einen erwärmten, den rekuperativen Wärmeaustauscher 26 (Fig. 1) verlassenden Strom und deren anderer einen im Ringkanal 11 der Übergangszone 9 fließenden Strom bildet, ist es zweckmäßig, diese Ströme an jenem Punkt des Ringkanals 11 zu mischen, an dem die Temperatur dieser zwei Ströme gleich ist. Dazu ist der Austritt des rekuperativen Wärmeaustauschers 26 (F i g. 4) mit dem zweiten Eingang des Kühlkanals zumindest einer Übergangszone, in der zu beschreibenden Variante mittels einer Rohrleitung 36, mit dem zweiten Eingang des Ringkanals 11 der Übergangszone 9 verbunden.To reduce the thermodynamic losses for mixing both coolant flows with different ones Temperatures, one of which is a heated, the recuperative heat exchanger 26 (Fig. 1) leaving stream and the other stream flowing in the annular channel 11 of the transition zone 9 forms, it is appropriate to mix these streams at that point of the annular channel 11 at which the temperature of these two streams is equal. For this purpose, the outlet of the recuperative heat exchanger 26 (FIG. 4) with the second entrance of the cooling channel at least one transition zone, in the variant to be described connected to the second inlet of the annular channel 11 of the transition zone 9 by means of a pipeline 36.

Zur Verminderung der Abmessung des Läufers 3 in Axialrichtung kann der rekuperative Wärmeaustauscher 26 räumlich mit der Ranque-Wirbelröhre 16 vereinigt werden. Dabei ist der rekuperative Wärmeaustauscher 26 (Fig. 5) mit einer Kammer 37 ausgeführt, die in der zu beschreibenden Variante mit dem Hohlraum 15 des Läufers 3 verbunden ist. In dieser Kammer 37 ist die Ranque-Wirbelröhre 16 untergebracht. To reduce the dimensions of the rotor 3 in the axial direction, the recuperative heat exchanger 26 are spatially united with the Ranque vortex tube 16. Here is the recuperative heat exchanger 26 (Fig. 5) executed with a chamber 37, which in the variant to be described with the Cavity 15 of the rotor 3 is connected. The Ranque vortex tube 16 is accommodated in this chamber 37.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Kühlmitielzufuhreinheit 18 zum Läufer (Fig. 6) kann die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung 19 durch den rekuperativen Wärmeaustauscher zwischen dem ?.u- und abgeführten Strom gesteigert werden. Das wird dadurch erreicht, daß der Tangentialeinlauf der Ranque-Wirbelröhre 16 durch die Rohrleitung 17 mit dem dritten Austritt des rekuperativen Wärmeaustauschers 38 (der zweiten wärmeabgebenden Seite) verbunden ist.To increase the operational safety of the coolant supply unit 18 to the runner (Fig. 6), the coolant temperature in the feed line 19 through the recuperative heat exchangers between the? .u and discharged stream can be increased. That will achieved in that the tangential inlet of the Ranque vortex tube 16 through the pipe 17 with the third outlet of the recuperative heat exchanger 38 (the second heat-emitting side) connected is.

Die Wicklung 7 (Fig. 1) des Läufers 3 ist elektrisch mit zwei Stromzuführungen 39 verbunden, die jeweils mindestens einen Kühlkanal aufweisen. In der zu beschreibenden Variante sind die Stromzuführungen 39 in einem gemeinsamen Kühlkanal — einer Rohrleitung 40 — untergebracht, deren Eintritt mit dem zentralen Auslauf der Ranque-Wirbelröhre 16 und deren Austritt über den Gassammeiraum 23 und das Regulierventil 24 mit der Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer in Verbindung steht. |ede Stromzuführung 39 ist mit einem entsprechenden Schleifring 41 verbunden.The winding 7 (Fig. 1) of the rotor 3 is electrical connected to two power supply lines 39, each having at least one cooling channel. In the too Descriptive variant are the power supply lines 39 in a common cooling channel - a pipeline 40 - housed, its entry with the central outlet of the Ranque vortex tube 16 and its exit Via the gas collection chamber 23 and the regulating valve 24 with the coolant drain line 25 from the rotor in Connection. Each power supply 39 is connected to a corresponding slip ring 41.

Der Hohlraum 15 des Läufers 3 und der Hohlraum 42 des Ständers sind in der zu beschreibenden Variante evakuiert, wozu der Hohlraum 42 eine Vakuumdichtung 43 aufweist.The cavity 15 of the rotor 3 and the cavity 42 of the stator are in the variant to be described evacuated, for which purpose the cavity 42 has a vacuum seal 43.

Die Laufrichtung des Kühlmittels ist in Fig. 1, 2, 4, 5 und 6 mit Pfeilen bezeichnet.The direction of flow of the coolant is shown in FIGS. 1, 2, 4, 5 and 6 denoted by arrows.

Die supraleitende Wicklung 7 (Fig. 1) des Läufers 3 wird wie folgt bei Solltemperatur gehalten. Die Wicklung 7 wird mit einem flüssigen Kühlmittel, z. B. Helim, und die anderen gekühlten Elemente des Läufers 3 — die Übergangszonen 9 und 10, die Stromzuführungen 39 und der Elektrowärmeschild 13 — mit einem gasförmigen Kühlmittel abgekühlt.The superconducting winding 7 (FIG. 1) of the rotor 3 is held at the setpoint temperature as follows. The winding 7 is filled with a liquid coolant, e.g. B. Helim, and the other cooled elements of the rotor 3 - the transition zones 9 and 10, the power supply lines 39 and the electric heat shield 13 - cooled with a gaseous coolant.

Unter einem Druck, der dem Höchstdruck in der Kryoanlage entspricht, wird das Kühlmittel von der Kühlmittelzulaufleitung 19 zum Läufer durch die Zufuhreinheit 18 bei einer Temperatur gefördert, die eine Verflüssigung des Kühlmittels während derThe coolant is released from the Coolant supply line 19 to the rotor through the supply unit 18 promoted at a temperature that a liquefaction of the coolant during the

weiteren Abkühlung desselben im rekuperaiiven Wärmeaustauscher 26 und in der Drosselvorrichtung 28 gewährleistet. Der in den Läufer 3 eingetretene Kühlmittclstrom wird in zwei Ströme geteilt, wie Pfeile in Fig. 1, 2, 4 und 5 zeigen. Der eine Kühlniittelstrom wird durch die Rohrleitung 17 dem Tangentialeinlauf der Ranque-Wirbelröhre 16, der zweite durch die Rohrleitung 27 dem rekuperativen Wärmeaustauscher 26 zugeführt. In der Ranque-Wirbelröhre wird der eingelaufene Strom ebenfalls in zwei Ströme geteilt. Einer dieser Ströme wird, abgekühlt bis auf eine Temperatur, die unter der Temperatur des Stromes am Tangentialeinlauf der Ranque-Röhre 16 liegt, durch den zentralen Auslauf über die Rohrleitung 20 abgeleitet und den Ringkühlkanälen 11,12 der Übergangszonen 9, !0 und der Rohrleitung 40, in der die Stromzuführungen 39 angeordnet sind, zugeführt. Der zweite, in der Ranque-Röhre 16 bei einer höheren Temperatur als der erste enstandene Strom wird durch den peripherischen Auslauf der Ranque-Wirbelröhre 16 abgeleitet und läuft durch die Rohrleitung 21 in die Ringkühlkanäle 14 des Elektrowärmeschildes 13 ein. Das im Elektrowärmeschild 13 erwärmte Kühlmittel wird dem zweiten Eingang des Ringkühlkanals 11 der Übergangszone 9 zugeführt, und die auf diese Weise verbundenen Kühlmittelströme werden aus dem Läufer 3 in den Gassammeiraum 22 (Fig. 1, 2, 4, 6) abgeleitet. Der Strom aus dem Ringkanal 12 (F i g. 1) der Übergangszone 10 und aus der Rohrleitung 40 läuft in den Gassammeiraum 23 ein. Aus den Gassammeiräumen 22 und 23 läuft das Kühlmittel durch die Regulierventile 24 in die Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer ein.further cooling of the same in the recuperative heat exchanger 26 and in the throttle device 28 guaranteed. The one who entered runner 3 The coolant flow is divided into two flows, as shown by arrows in FIGS. 1, 2, 4 and 5. One coolant flow is through the pipe 17 to the tangential inlet of the Ranque vortex tube 16, the second through the Pipeline 27 is fed to the recuperative heat exchanger 26. In the Ranque vortex tube the incoming stream also divided into two streams. One of these streams is cooled down to one Temperature which is below the temperature of the stream at the tangential inlet of the Ranque tube 16 through the central outlet via the pipeline 20 and the annular cooling channels 11, 12 of the transition zones 9, ! 0 and the pipeline 40 in which the power supply lines 39 are arranged. The second, in the Ranque tube 16 at a higher temperature than the first flow created is through the peripheral The outlet of the Ranque vortex tube 16 is derived and runs through the pipeline 21 into the annular cooling channels 14 of the Electric heat shield 13 a. The coolant heated in the electric heat shield 13 becomes the second The inlet of the annular cooling channel 11 is fed to the transition zone 9, and the connected in this way Coolant flows are diverted from the rotor 3 into the gas collection space 22 (FIGS. 1, 2, 4, 6). Of the Stream from the annular channel 12 (FIG. 1) of the transition zone 10 and from the pipeline 40 runs into the Gas collection room 23. The coolant runs from the gas collection spaces 22 and 23 through the regulating valves 24 into the coolant drain line 25 from the rotor.

Die Wirksamkeit eines solchen Anschlusses der Ranque-Wirbelröhre 16 gerade bei einer elektrischen Maschine mit Kryokühlung findet folgende Erklärung. Die Maschine enthält ein solches Element wie den Elektrowärmeschild 13, der thermodynamisch vorteilhafterweise mit einem Kühlmittel abgekühlt wird, das eine höhere Temperatur als die von jenem Kühlmittelstrom, der zum Abkühlen der Übergangszonen 9, 10 zugeführt wird, aufweist. Gerade eine derartige Trennung der Ströme findet in der Ranquc-Röhrc 16 statt.The effectiveness of such a connection of the Ranque vortex tube 16 especially in the case of an electrical one Machine with cryocooling finds the following explanation. The machine contains such an element as that Electric heat shield 13, which is thermodynamically advantageously cooled with a coolant that a higher temperature than that of the coolant flow required to cool the transition zones 9, 10 is supplied, has. Such a separation of the flows takes place in the Ranquc tube 16 instead of.

Der Kühlmittelstrom, der in den rekuperativen Wärmeaustauscher 26 von der Zufuhreinheit 18 einläuft, wird mit einem aus den Kühlkanälen 8 der Wicklung 7 abgeleiteten wärmeaufnehmenden Strom abgekühlt. Das als Ergebnis des Durchtritts des wärmeabgebenden Kühlmittelgleichstromes durch die Drosseivorrichtung 28 entstandene Dampf-Flüssigkeits-Gemisch scheidet sich unter dem Einfluß der Fliehkräfte bei der Drehung des Läufers 3 in Dampf und Flüssigkeit ider Gasflüssigkeitsscheider mit dem System der entsprechenden Kanäle in der Wicklung 7 ist nicht dargestellt). Der Dampf strömt in die Rohrleitung 30 ein, und die Flüssigkeit wird dem Kühlkanalsystem 8 der Wicklung 7 zugeführt und tritt auch in die Rohrleitung 30 ein, wobei sie sich während der Kühlung in Dampf umwandelt. Durch die Rohrleitung 30 strömt der Dampf in den rekuperativen Wärmeaustauscher 26 ein, passiert ihn. wobei er den wärmeabgebenden Kühlmittelstrom abkühlt, und strömt sich dabei erwärmend durch die Rohrleitung 31 in den Gassammeiraum 22°und ferner in die Kühlmittelablaufleitung 25 ein.The coolant flow that enters the recuperative heat exchanger 26 from the supply unit 18, is cooled with a heat-absorbing current derived from the cooling channels 8 of the winding 7. As a result of the passage of the heat-emitting direct coolant flow through the throttle device 28 resulting vapor-liquid mixture separates under the influence of centrifugal forces during rotation of the rotor 3 in vapor and liquid ider gas-liquid separator with the system of the corresponding Channels in the winding 7 is not shown). The steam flows into the pipe 30, and the Liquid is fed to the cooling channel system 8 of the winding 7 and also enters the pipeline 30, wherein it turns into steam during cooling. The steam flows through the pipe 30 into the recuperative heat exchanger 26, happens to him. wherein it cools the heat-emitting coolant flow, and flows thereby heating through the Pipe 31 into the gas collection space 22 ° and further into the coolant drain line 25.

Es ist thermodynamisch vorteilhafter, den Kühlmittelstrom aus dem rekuperativen Wärmeaustauscher 26 durch die Rohrleitung 31 und die zusätzliche Kühlmittelabfuhreinheit 34 (F i g. 2) zum Kanal — zur Rohrleitung 32 — der Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer abzuleiten. Dabei läuft der aus den Ringkühlkanälen 11, 12 der Übergangszonen 9, 10 in die Gassammeiräume 22,23 abgeleitete Kühlmittelstrom in die Rohrleitung 33 ) (F i g. 2) der Kühlmittelablaufleitung 25 vom Läufer ein. Ferner wird jeder der beiden erwähnten Ströme aus den Rohrleitungen 32 und 33 der entsprechenden äußeren Stufe der Kryoanlage zugeführt.It is thermodynamically more advantageous to remove the coolant flow from the recuperative heat exchanger 26 through the pipe 31 and the additional coolant discharge unit 34 (FIG. 2) to the channel - to the pipe 32 - to derive the coolant drain line 25 from the rotor. This runs out of the ring cooling channels 11, 12 of the transition zones 9, 10 into the gas collection spaces 22, 23 diverted coolant flow into the pipeline 33 ) (F i g. 2) of the coolant drain line 25 from the rotor. Furthermore, each of the two currents mentioned is made up of the Pipelines 32 and 33 supplied to the corresponding outer stage of the cryogenic system.

Die Temperatur des während des rekuperativenThe temperature of the during the recuperative

κι Wärmeaustausches 26 mit dem wärmeabgebenden Strom erwärmten wärmeaufnehmenden Kühlmittelstromes kann sich am Austritt des rekuperativen Wärmeaustauschers 26 von der des Stromes, der in die Kühlmittelablaufleitung 25 von den Ringkühlkanälen 11,κι heat exchange 26 with the heat-emitting stream heated heat-absorbing coolant stream can differ at the outlet of the recuperative heat exchanger 26 from that of the stream that is in the Coolant drain line 25 from the annular cooling channels 11,

Ii 12 (Fig. 1) der Übergangszonen 9, 10 des Läufers 3 wesentlich unterscheiden. Die Vermischung von Strömen mit unterschiedlichen Temperaturen führt zu thermodynamischen Verlusten im Kryokühlsystem und somit zur Verminderung des Wirkungsgrades der Maschine, falls der Energieaufwand zur Kryokühlung der Wicklung bei der Berechnung ihres Wirkungsgrades auf den Energieverlust der Maschine bezogen wird.Ii 12 (FIG. 1) of the transition zones 9, 10 of the rotor 3 differ significantly. The mixing of streams with different temperatures leads to thermodynamic losses in the cryocooling system and thus reducing the efficiency of the Machine, if the energy expenditure for cryocooling the winding when calculating its efficiency is related to the energy loss of the machine.

Unter Erhaltung des Energieverbrauchs zur Kryokühlung der Wicklung führt die getrennte Ableitung derWhile maintaining the energy consumption for cryocooling the winding, the separate derivation of the

2") erwähnten Ströme zu einer höheren Kälteleistung der Kryoanlage, zur Erzielung einer größeren Menge an flüssigem Kühlmittel oder dessen niedrigerer Temperatur und somit zu einem sicheren Betrieb der Maschine. Der im rekuperativen Wärmeaustauscher 26 erwärm-2 ") mentioned currents to a higher cooling capacity of the Cryogenic system, to achieve a larger amount of liquid coolant or its lower temperature and thus a safe operation of the machine. The heated in the recuperative heat exchanger 26

JIi te wärmeaufnehmende Kühlmittelstrom braucht nicht unmittelbar in die Gassammeiräume 22, 23 (Fig. 1), sondern kann in den Ringkanal 11 des Übergangselements 9 abgeleitet werden (F i g. 4). Im Vergleich zu der unmittelbaren Ableitung in die Gassammeiräume 22, 23 erhöht dies die Durchflußmenge an Kühlmittel durch den Kanal 11 und gewährleistet eine bessere Kühlung der Übergangszonen 9,10. Dabei nimmt die Anzahl von einzelnen Gassammeiräumen in der Maschine ab, was ebenfalls eine Sicherheitserhöhung der Maschine insgesamt nach sich zieht.JIi te heat absorbing coolant flow does not need directly into the gas collection spaces 22, 23 (FIG. 1), but can instead into the annular channel 11 of the transition element 9 can be derived (FIG. 4). In comparison to the direct discharge into the gas collection spaces 22, 23 this increases the flow rate of coolant through the channel 11 and ensures better cooling of the transition zones 9.10. The number of individual gas collection spaces in the machine decreases what also an increase in the safety of the machine as a whole.

Wie oben erwähnt, kann die Ranque-Wirbelröhre 16 (F i g. 5) mit dem rekuperativen Wärmeaustauscher 26 räumlich vereinigt werden, ohne daß dabei die Verteilung der Kühlmittelströme im Kryokühlsystem der elektrischen Maschine geändert werden muß. Diese räumliche Vereinigung bietet die Möglichkeit, den Abstand zwischen den in F i g. 1 gezeigten Stützen des Läufers 3 zu verkürzen, wodurch auch eine Erhöhung der Betriebssicherheit der Maschine gewährleistet wird.As mentioned above, the Ranque vortex tube 16 (FIG. 5) with the recuperative heat exchanger 26 can be used are spatially combined without affecting the distribution of the coolant flows in the cryocooling system the electrical machine must be changed. This spatial union offers the possibility of the Distance between the in F i g. 1 to shorten the supports of the rotor 3 shown, thereby also increasing it the operational safety of the machine is guaranteed.

Die Temperatur des in den Läufer 3 einlaufenden Kühlmittels kann durch den rekuperativen Wärmeaustauscher 38 (Fig. 6) erhöht werden, der vom Standpunkt des regenerativen Wärmeaustausches in der Kryoanlage aus als ein zweistufiger Wärmeaustauscher betrachtet werden kann. Dabei ist die Zunahme der Kühlmitteltemperatur in der Kühlmittelzulaufleitung 19 durch die (in Laufrichtung des wärmeaufnehmenden Kühlmittelstromes) zweite Stufe des rekuperativen Wärmeaustauschers 38 gewährleistet. Diese Stufe zeichnet sich durch einen dritten Austritt des Wärmeaustauschers 38 aus, der durch die Rohrleitung 17 mit dem Tangentialeinlauf der Ranque-Wirbelröhre 16 verbunden ist.The temperature of the coolant flowing into the rotor 3 can be determined by the recuperative heat exchanger 38 (Fig. 6), which from the standpoint of regenerative heat exchange in the Cryogenic plant can be viewed as a two stage heat exchanger. This is the increase in Coolant temperature in the coolant supply line 19 through the (in the running direction of the heat-absorbing Coolant flow) second stage of the recuperative heat exchanger 38 guaranteed. This stage is characterized by a third outlet of the heat exchanger 38, which through the pipe 17 with the Tangential inlet of the Ranque vortex tube 16 is connected.

Die Temperaturzunahme des Kühlmittelstromes in der Einlaufeinheit 18 erhöht die Betriebssicherheit der letzteren und folglich der gesamten Maschine.The increase in temperature of the coolant flow in the inlet unit 18 increases the operational reliability of the the latter and consequently the entire machine.

Zur Wärmeisolierung zwischen den Bauelementen des Läufers 3 (F i g. 1) sowie zwischen dem Läufer 3 undFor thermal insulation between the components of the rotor 3 (FIG. 1) and between the rotor 3 and

dem Ständer 1 ist der Hohlraum 15 des Läufers 3 und der Hohlraum 42 des Ständers evakuiert. Das Vakuum wird mit Hilfe von Vakuumdichtungen 43 und nicht dargestellten kontinuierlich wirkenden Vakuumpumpen aufrechterhalten. Die Wärmedämmung muß auch zwischen den Rohrleitungen 32 (F i g. 2,3) und 33 in der K-ühlmittelablauflcitung 25 vom Läufer vorgesehen werden.In the stator 1, the cavity 15 of the rotor 3 and the cavity 42 of the stator are evacuated. The vacuum is with the help of vacuum seals 43 and continuously acting vacuum pumps, not shown maintain. The thermal insulation must also be between the pipes 32 (F i g. 2,3) and 33 in the Coolant discharge line 25 provided by the runner will.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electric machine with cryogenic cooling, whose Runner (3) a superconducting winding (7) with cooling channels (8), their inputs and outputs with an inlet and outlet of a heat exchanger housed in the cavity (15) of the rotor (3) (26) are connected, the other inlet and outlet of which are each connected to a coolant feed line (19) is connected to the rotor and a coolant drain line (25) from the rotor, one Electric heat shield (13) which is arranged with radial play relative to the superconducting winding and is formed with at least one cooling channel (14), the inlet and outlet of which connects to the coolant feed line (19) is connected to the rotor (3) or to the coolant drain line (25) from the rotor, two Power supply lines (39) which are electrically connected to the superconducting winding (7) and each are designed with at least one cooling channel, the inlet and outlet of which with the coolant supply line (19) is connected to the rotor or the coolant drain line (25) from the rotor and two Has transition zones (9, 10) which bear against the superconducting winding (7), one after the other arranged along the rotor axis on both sides of this superconducting winding (7) and each are designed with at least one cooling channel (11, 12), the entrance of which is in close proximity to the superconducting winding (7) and to the coolant supply line (19) to the rotor and its Output is connected to the coolant drain line (25) from the rotor and one part or the other contains the entire cooling device in a cavity (15) of the rotor (3), characterized in that that the cooling device is a Ranque vortex tube arranged in the cavity (15) of the rotor (3) (16), whose tangential inlet (17) with the coolant supply line (U) to the rotor, whose central outlet (20) with the inlets of the cooling channels of the transition zones (9,10) of the runner (3) and the power supply lines (39) and their peripheral outlet (21) with the entry of the The cooling channel of the electric heat shield (13) is connected, the outlet of which is connected to an additional inlet of the Cooling channel is connected to at least one transition zone (9).

2. Electrical machine according to claim!, Characterized characterized in that the coolant drain line (25) from the rotor contains two channels and the outlet of the Heat exchanger (26) on the side of the coolant drain line (25) with one channel and the Exit of the cooling channels (11, 12) of the transition zones (9, 10) of the rotor (3) with the second channel of the Coolant drain line (25) is connected.

3. Electrical machine according to claim!, Characterized characterized in that the outlet of the connected to the coolant drain line (25) from the rotor Heat exchanger :. (26) to an additional inlet of the cooling channel (Ui) at least one transition zone (9) connected.

4. Electrical machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Ranque vortex tube (16) arranged in a chamber (37) formed in the heat exchanger (26) is.

5. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the

Tangential inlet of the Ranque vortex tubes (J6) with the additional inlet of a further heat exchanger (38) is connected.