Ganz neues Testkonzept mit stehendem Vakuumzylinder
Teststand für Technologien eines HTS-Kraftwerksgenerators
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Grundlegender Konzeptwechsel
»Also war ein grundlegender Konzeptwechsel erforderlich: Wir haben uns für einen stehenden Vakuumbehälter entschieden, in dem Testobjekte auf 30 K gekühlt werden «, sagt Dr. Peter Kummeth. Die Ausmaße der Anlage sind beeindruckend: der neue Teststand ist 8 m lang, 3,75 m breit und 3,95 m hoch. Seine Masse beträgt 32 t.
Mit dem neuen Konzept musste Siemens allerdings Neuland betreten. So mussten neue, und in diesen Dimensionen bisher nicht realisierte Durchführungen zum drehenden Rotor entwickelt werden. Damit hat sich ein Hersteller von vakuumdichten Ferrofluid-Durchführungen beschäftigt und immerhin zwei Jahre daran gearbeitet, um eine Durchführung zu entwickeln, die die gestellten Anforderungen erfüllt.
Das zweite Problem war die Rotordynamik. Der Rotor erreicht 3000 Umdrehungen pro Minute, erreicht eine Masse von 4 t und hat relativ dünne Wellen mit einem Durchmesser von 150 mm. Deshalb treten zahlreiche Schwingungsmoden auf, die berücksichtigt werden müssen. »Über dämpfende Elemente haben wir die Rotordynamik schließlich in den Griff bekommen und das Ziel erreicht, im Bereich von ±15 Prozent um die Betriebsfrequenz keine Resonanzstellen zu haben«, sagt Kummeth.
Auch einen Strom von 3 kA über Schleifringe in den Generator einzukoppeln, erwies sich als nicht gerade trivial. Denn der Platz in der Hohlwelle ist begrenzt, die Kühlkapazität ist begrenzt und die Gesamtlänge der Stromzuführung beträgt 3 m wobei das warme Ende eine Temperatur von 90 °C erreicht
Wie neu das Testkonzept ist, zeigt sich auch an den Sicherheitsvorkehrungen: Den Teststand schützt ein Sandbunker mit Betonwänden. Ein reiner Stahlbetonbunker, der üblicherweise verwendet wird, kam in diesem Fall wegen der hohen Wirbelstromverluste nicht in Frage. Zwar wäre es auch möglich gewesen, einen sehr großen Stahlbetonbunker zu konzipieren. Er wäre aber deutlich teurer als der Sandbunker.
Unterdessen hat Siemens bereits kleine HTS-Rennbahnspulen erfolgreich entwickelt und getestet. Sie arbeiten mit speziellen Roebelleitern auf Basis HTSL-Bändern der zweiten Generation. Jetzt arbeiten die Ingenieure daran, große Spulen zu bauen (1,5 m x 0,9 m), die dann am neuen Stand getestet werden können.
»Das Design des Teststandes ist nun abgeschlossen, auch die Untersuchungen zur Rotordynamik sind abgeschlossen, wir haben soweit alles im Griff«, resümiert Kummeth.
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