DE2753461B2 - Elektrische Maschine mit Kryogenkühlung - Google Patents

Elektrische Maschine mit Kryogenkühlung

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Description

2r>
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit Kryogenkühlung der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen, aus der Zeitschrift Elektric 25 (1971) Heft 7, Seite 4140 bekannten Art «>
Bekanntlich weisen kryogengekühlte elektrische Maschinen mit Normalschaltung eine supraleitende Erregerwicklung auf, die im Läufer befestigt ist. Die Erregerwicklung wird mit einem Kühlmittel, z. B. flüssigem Helium, das in den Läufer eingeführt wird, bis 1Γ) zum supraleitenden Zustand bis auf eine Temperatur von 4,3° K abgekühlt.
Zum Schutz der Tieftemperaturzone des Läufers muß er wegen der Wärmeleitung aus der Normaltemperaturzone in die Tiefsttemperaturzone wärmeisoliert werden. 4(| Die wirksamste Wärmeisolierung bildet in diesem Fall das Vakuum. Es ist daher zweckmäßig, den Spalt zwischen Ständer und Läufer zu evakuieren. Die Leitungsverluste der elektrischen Maschine sind um so kleiner, je tiefer das Vakuum in diesem Spielraum ist. Als 4r> optimal gilt ein Vakuum von etwa 10~5 mm QS.
Bei der gattungsgemäßen elektrischen Maschine kann das Vakuum von 1O-5 mm QS erst erzeugt werden, wenn der Spalt zwischen Läufer und Ständer über Vakuumhauptleitungen mit einer Vor- und einer r>0 Hochvakuumpumpe, z. B. einer Turbomolekularpumpe, verbunden wird. Ein derartiges System zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums stellt eine Reihe von unabhängigen Einrichtungen dar.
Die Gesamtanordnung dieser Einrichtungen zur " Vakuumerzeugung und -aufrechterhaltung mit der elektrischen Maschine ist verhältnismäßig kompliziert.
Die Wirksamkeit der Einrichtung zur Vakuumerzeugung und -aufrechterhalvung einer solchen elektrischen Maschine ist nicht hoch, insofern als die Hauptleitungen, die den Spalt mit den Pumpen verbinden, einen geringen Leitwert für verdünntes Gas haben. Außerdem stellt die konstruktive Ausführung der Wellendichtung des Läufers der elektrischen Maschine bis jetzt wegen des hohen geforderten Vakuum und der hohen Umfangsge- b5 schwindigkeiten der Läuferwelle ein wichtiges Problem dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
elektrische Maschine mit Kryogenkühlung zu schaffen, deren konstruktive Ausführung eine Erhöhung der Wirksamkeit der Wärmeisolierung ihrer supraleitenden Wicklung durch Unterbringen einer Hochvakuumpumpe im Hohlraum der elektrischen Maschine gestattet
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen elektrischen Maschine erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst
Diese Ausführung der elektrischen Maschine mit Kryogenkühlung gestattet es, die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit der Vakuumwärmeisolierung ihrer im Läufer untergebrachten supraleitenden Wicklung zu erhöhen, weil sie das Problem von Hochvakuumdichtungen des Läufers von etwa 10~5mmQS durch Ersatz durch eine Vakuumdichtung von etwa IO-3mmQS völlig auszuschließen erlaubt was zur Zeit kein Problem ist
Außerdem werden das Evakuieren des Spalts zwischen Läufer und Ständer der elektrischen Maschine vereinfacht und der Preis der elektrischen Maschine und deren Betriebskosten herabgesetzt.
Einen wesentlichen Vorteil bildet der einfache und kompakte Aufbau der elektrischen Maschine.
Nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit Kryogenkühlung und
Fig.2 den Schnitt H-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.
Die elektrische Maschine mit Kryogenkühlung enthält einen Läufer 1 (Fig. 1) mit einer nicht dargestellten supraleitenden Wicklung, der innerhalb eines Ständers 2 mit einem Spalt 3 angeordnet ist, in dem zum Wärmeschutz des Läufers 1 ein Vakuum erzeugt und aufrechterhalten wird. In dem hier beschriebenen Beispiel sind vier zylindrische Trommeln 5 mit je einem offenen Ende fliegend an den zu den Lagerschilden 4 des Ständers 2 gekehrten Stirnflächen des Läufers 1 befestigt.
In den Lagerschilden 4 sind vier zylindrische Trommeln 6 fliegend befestigt. Die Trommeln 5 und 6 sind mit einem Spiel ineinander angeordnet.
Bei Drehung des Läufers 1 rotieren die Trommeln 5 mit, wobei jedes Paar Trommeln 5 und 6 eine Stufe der Turbomolekularpumpe darstellt. Daher kann die elektrische Maschine in Abhängigkeit vom erforderlichen Vakuum zwei Trommeln 5,6 enthalten.
Zwischen den Trommen 5 und 6 besteht ein Spalt 3 mit einem Hochvakuum von ΙΟ-5 bis ΙΟ-7 mm QS und ein Spalt 7 mit einem geringeren Vakuum von JO-2 mm QS.
In den Lagerschilden 4 sind Vakuumdichtungen 8 und Lager 9 angeordnet. Der Spalt 7 steht mit einer Vorvakuumpumpe 10 in Verbindung. Die Trommeln 5 und 6 weisen Öffnungen 11 bzw. 11' auf. Die Achsen der in den Trommeln 5 angebrachten Öffnungen 11 bilden einen spitzen Winkel «(Fig.2) mit den Tangenten an die Trommel 5 in den Schnittpunkten der Achsen der Öffnungen und der Seitenlinie der Trommel im Drehsinn des Läufers.
Die Achsen der in den Trommeln 6 angebrachten Öffnungen 11' bilden einen Winkel β = 180° - χ.
Das System der Öffnungen 11,11' in den beweglichen und feststehenden Trommeln 5, 6 gewährleistet den vorwiegenden Durchgang von Gasmoleküle in Auspumprichtung (vom Umfang des Läufers zu seiner
3 4
Achse), wodurch ein Vakuum von 10~5 bis 10~7 mm QS verhindert werden können.
im Spalt 3 erzeugt und aufrechterhalten wird. Einen wesentlichen Vorteil dieser konstruktiven
Diese Ausführung der elektrischen Maschine bietet Ausführung der elektrischen Maschine bildet die
die Möglichkeit, sie in Notsituationen be: Störungen im Verlängerung ihrer Lebensdauer, weil das in den Spalt
Evakuiersystem zuverlässig zu schützen, weil die > zwischen Läufer und Ständer einströmende Gas sich bei Hochvakuumisolation des Läufers in dieser Situation kaltem Läufer durch den Läufer selbst leicht evakuieren
durch Verwertung seiner während seines Betriebs vor läßt. Dazu trägt die minimale Länge des Vakuumweges
der Störung gespeicherten Bewegungsenergie dauernd zwischen der Pumpe und dem Hohlraum bei, in dem das
erhalten und somit weitere Folgen der Störung Hochvakuum erzeugt und aufrechterhalten wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Elektrische Maschine mit Kryogenkühlung, mit einem Ständer und mit einem eine supraleitende Erregerwicklung tragenden Läufer, der durch eine r> radial innenliegende, mit dem Ständer fest verbundene Trennwand hermetisch nach außen abgeschlossen ist, wobei im Luftspalt ein Vakuum erzeugt und aufrechterhalten werden kann, gekennzeichnet durch mindestens zwei zylindrische, mit i<> einem Spiel ineinander angeordnete, Öffnungen (11, 11') aufweisende Trommeln (5,6), von denen jeweils die erste koaxial zum Läufer (1) an dessen Stirnseite und jeweils die zweite an einer der Stirnseite zugekehrten Fläche des Ständers (2) befestigt sind i*> und die Mittellinien der Öffnungen (U) der ersten Trommel (5) mit einer an die Trommel angelegten, senkrechten zur Maschinenachse verlaufenden Tangente einen in Drehrichtung des Läufers sich öffnenden spitzen Winkel λ und die Öffnungen (11') der zweiten Trommel (6) einen in gleicher Weise bestimmten Winkel β = 180° — λ einschließen.
DE2753461A 1976-11-30 1977-11-30 Elektrische Maschine mit Kryogenkühlung Expired DE2753461C3 (de)

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