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Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung von Dichtungsflüssigkeiten
Bei elektrischen Maschinen mit Gas- bzw. Wasserstoffkühlung ist es erforderlich,
die durch das Maschinengehäuse hindurchtretenden Wellenenden vollständig abzudichten.
Gewöhnlich werden. dazu sogenannte Strömungsdichtungen verwendet, bei denen die
Welle an den betreffenden Steilen von Dichtungskörpern umgeben ist, in die laufend
eine Dichtungsflüssigkeit - vorzugsweise Öl - gepumpt wird, welche durch einen engen
Spalt zwischen Welle und Dichtungskörper sowohl nach der Wasserstoffseite als auch
nach der Luftseite der Dichtung hindurchströmt. Dieses Öl nimmt dabei einerseits
Luft und andererseits Füllgas in Gestalt feiner Bläschen oder auch in gelöstem Zustand
mit. Würde das Öl in diesem Zustand wieder durch die Dichtungen gepumpt Werden,
so gelangt beim nächsten Durchlauf ein erheblicher Teil der mitgeführten Luft in
das Innere des Maschinengehäuses und mischt sich mit dem dort vorhandenen Füllgas.
Um zu vermeiden dadurch das Füllgas allmählich einen unzulässig hohen Anteil an
atmosphärischer Luft bekommt, muß das Füllgas in der Maschine fortlaufend durch
die Zuführung erheblicher frischer Gasmengen erneuert werden. Um diese laufende
Zufuhr frischen Gases in erträglichen Grenzen zu halten, wird üblicherweise das
mit Luft in Berührung gekommene Dichtungsöl möglichst vollständig entgast.
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Bisher ist es üblich, diese Entgasung durch eine Vakuumbehandlung
des Öles durchzuführen. Die dazu erforderlichen Einrichtungen, insbesondere die
eine ständige Wartung erfordernden Vakuumpumpen, bedingen jedoch eine unerwünschte
Komplizierung der Anlage.
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Es ist auch bekannt, zur Vermeidung dieses Nachteiles das mit Luft
angereicherte, aus .der Dichtung abfließende Öl einem ,der Ölströmung entgegengerichteten
Füllgasstrom auszusetzen, um dadurch die im Öl enthaltene Luft wenigstens zum Teil
durch Füllgas zu ersetzen. Da das hierzu benötigte Füllgas sich bei diesem Vorgang
mit Luft mischt, ist es zu einer Wiederverwendung nicht mehr geeignet. Dieses Verfahren
bedingt :somit laufende Verluste an Füllgas, abgesehen davon, daß es nur eine unvollkommene
Entlüftung des Öles erzielen kann. Bei einer anderen, ebenfalls bekannten Anordnung,
durch die auch eine Vakuumbehandlung des Dichtungsöles vermieden wird, ist zwischen
der Dichtung und dem. Inneren der Maschine eine besondere, die Welle umgebende Kammer
vorgesehen, in der ein etwas niedrigerer Druck aufrechterhalten wird als in der
Maschine, so daß ständig etwas Füllgas aus der Maschine in diese Kammer fließt und
die in dieser Kammer befindliche, aus der Dichtungsflüssigkeit ausgeschiedene Luft
fortspült, die dadurch nicht in die Maschine gelangen kann. Auch diese Anordnung
bedingt laufend beachtliche Verluste an. Füllgas.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst vollständige
Entgasung bzw. Entlüftung des Dichtungsöles zu erreichen und dadurch die erwähnten
Nachteile er bekannten Verfahren zu vermeiden.
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Es ist bekannt, daß man aus Flüssigkeiten die mitgeführten, Gase zu
einem erheblichen Teil dadurch ausscheiden kann, daß man die Flüssigkeit durch ein
Sieb laufen läßt. Von dieser Tatsache wird bei manchen Tankstellenanlagen Gebrauch
gemacht, um Lufteinschlüsse, die beim Fördern das Kraftfahrbrennstoffes aus dem
Vorratsbehälter mitgerissen werden, nach Möglichkeit auszuscheiden, bevor der Kraftstoff
in die Meßeinrichtung gelangt.
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Die Erfindung bedient .sich eines ähnlichen Verfahrens. Es hat sich
herausgestellt, daß man auch aus Ö1 und ähnlichen Flüssigkeiten trotz ihrer viel
größeren Zähigkeit alle in Form kleiner Bläschen mitgeführten Luft- oder Gasmengen
unter gewissen Voraussetzungen praktisch vollkommen ausscheiden kann, wenn man.
die Flüssigkeit durch Siebe laufen läßt. Voraussetzung ist dabei vor allem, daß
allerfeinste Siebe, z. B. solche mit -einer Maschenweite von 0,03 mm, verwendet
werden und daß man das Öl genügend langsam, d. h. ohne erhebliche Druckdifferenz,
durch die Siebe hindurchlaufen läßt.
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Auf diese Weise kann man zwar nicht das im Öl gelöste, d. h. nicht
mehr in Form von Bläschen mitgeführte Gas entfernen wie bei einer Vakuumbehandlung,
es hat sich aber weiter gezeigt, daß dieses im Öl gelöste Gas bei dem im Rede stehenden
Problem nur eine untergeordnete Ralle spielt. Beim Durchlauf durch .die Dichtungsvorrichtung
kommt nämlich das Öl nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit mit dem
Füllgas
in Berührung. Dabei kann ein Übertritt der im Öl gelösten Luft in das Füllgas bzw.
ein Austausch der gelösten Luftmengen mit entsprechenden Füllgasmengen nur in sehr
beschränktem Umfange stattfinden, da derartige Vorgänge verhältnismäßig langsam
ablaufen.
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Die Erfindung zieht hieraus die Nutzanwendung, daß eine Entgasung
bzw. Entlüftung des Dichtungsöles durch die erwähnte Siebung zwar nicht so vollkommen
ist wie eine Entgasung durch Vakuumbehandlung, daß sie aber trotzdem ausreicht,
um eine Verschlechterung der Reinheit des Füllgases durch das umlaufende Dichtungsöl
zu vermeiden.
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Die Erfindung sieht dementsprechend für die Entgasung der Dichtungsflüssigkeit,
insbesondere des Dichtungsöles, für die Strömungsdichtungen elektrischer Maschinen
mit Gas- bzw. Wasserstoffüllung ein Verfahren vor, nach welchem die Flüssigkeit
zur Entgasung ohne wesentliche Druckdifferenz durch ein oder mehrere Siebe feinster
Maschenweite geleitet wird.
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Als Grundelement für die Durchführung dieses Verfahrens kann beispielsweise
eine Vorrichtung dienen, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Darin ist 1 ein
allseitig geschlossener Behälter, in dem beispielsweise drei Siebe feinster Maschenweite
2 in waagerechter Lage eingebaut sind. Die Siebe sind je mit einem Rand versehen.
Das gashaltige Öl wird durch ein Rohr 3 zugeführt und durch ein Prallblech oder
eine ähnliche Vorrichtung 4 auf die Oberfläche des obersten Siebes verteilt. Das
Öl sammelt sich hier und läuft nur unter der Einwirkung seines eigenen Gewichtes
durch die feinen Maschen hindurch und gelangt in das darunterliegende Sieb. Beim
zweiten und dritten Sieb wiederholt sich dieser Vorgang.
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Die Größe der Siebe und der Ölzufluß sind so aufeinander abgestimmt,
daß sich über jedem Sieb ein Ölstand von geringer Höhe, beispielsweise 15 bis 20
mm, bildet.
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Die im Öl enthaltenen Glasbläschen werden an den feinen Maschen der
Siebe zurückgehalten und vereinigen sich dort zu größeren Blasen, die nach oben
entweichen. Das im oberen Teil des Behälters 1 angesammelte Gas wird durch ein Rohr
5 abgeführt, während das entgaste Öl durch das Rohr 6 nach unten abläuft und der
Wiederverwendung zugeführt wird.
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Die Zahl der Siebe kann kleiner oder größer sein, als im Beispiel
angenommen wurde. Unter Umständen kann auch ein einziges Sieb ausreichend sein.
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Werden mehrere Siebe vorgesehen, so werden diese zweckmäßig so ausgeführt,
,daß die Größe von oben nach unten zunimmt. Falls dann einmal ein Sieb -etwa infolge
teilweiser Verstopfung - die zufließende Ölmenge nicht durchlassen kann, so fließt
ein Teil davon über den Rand in das darunter befindliche Sieb und wird dort entgast.
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Die Ölmenge, die je Zeiteinheit durch die Siebe hindurchfließen kann,
ist in hohem Maße von der Temperatur bzw. von der mit der Temperatur sich ändernden
Viskosität des Öles abhängig. Das gleiche gilt aber auch für die durch die Strömungsdichtungen
hindurchfließenden Ölmengen. Ist daher die erforderliche Größe der Siebe einmal
für den in einem bestimmten Fall im betriebswarmen Zustand zu erwartenden Ölzufluß
ermittelt, so sind die Siebe bei den gleichen Abmessungen im allgemeinen auch ohne
weiteres in der Lage, den im kalten Zustand sich einstellenden Öldurchfluß zu bewältigen.
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Die durch das Rohr 6 abfließende Ölmenge wird zweckmäßig durch ein
Schwimmventil? oder eine ähnliche Vorrichtung so geregelt, daß der Ölspiegel im
unteren Teil des Behälters 1 auf konstanter Höhe gehalten wird. Je nach Lage des
Einzelfalles kann es auch zweckmäßig sein, die durch das Rohr 3 zufließende Ölmenge
oder die durch das Rohr 5 abgeführte Gasmenge in ähnlicher Weise zu regeln, wobei
auch Druckminderungsventile oder Förderpumpen verwendet werden können.
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Obwohl es möglich ist, die durch die Strömungsdichtungen einerseits
auf der Gasseite und andererseits auf der Luftseite austretenden Ölmengen zu vereinigen
und danach gemeinsam nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu engasen, so ist es
doch empfehlenswert, jeden dieser beiden Ölströme besonders zu behandeln.
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Man kann sich dabei oft darauf beschränken, nur das von der Luftseite
der Dichtung her kommende -also mit Luft angereicherte - Öl zu entgasen.
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Wenn die in den Wellendichtungen einerseits mit Luft .und andererseits
mit Füllgas in Berührung gekommenen Ölmengen getrennt in der beschriebenen Weise
entgast werden, so wird dabei die Entgasung des von der Luftseite kommenden und
unter Atmosphärendruck stehenden Öles zweckmäßig bei Atmosphärendruck durchzuführen
sein. Dagegen wird die Entgasung des auf der Gasseite der Dichtung austretenden
Öles vorteilhaft unter dem gleichen Druck bewirkt, mit dem das Öl aus der Dichtung
austritt, d. h. angenähert mit demjenigen Druck, der im Innern der Maschine herrscht.
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Das von .der Gasseite der Dichtung kommende Öl führt im wesentlichen
Füllgas mit sich. Da es aber nach dem früher Gesagten auch gewisse Luftmengen in
gelöstem Zustand enthält, so besteht die Möglichkeit, daß ein gewisser Austausch
zwischen dem als Bläschen mitgeführten Füllgas und der gelösten Luft stattfindet,
so daß das durch die Siebvorrichtung ausgeschiedene Füllgas auch einen gewissen
Anteil an Luft enthält. Dabei kann es sich aber naturgemäß nur um einen sehr geringen
Anteil handeln, so daß trotzdem die Wiederverwendung .des in der Siebvorrichtung
ausgeschiedenen Füllgases möglich ist.
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Sofern man dieses Füllgas wegen des eventuell vorhandenen, wenn auch
geringen Luftgehaltes nicht unmittelbar dem Innern .der Maschine zuführen will,
so kann es doch der Gasseite der Dichtung bzw. einer zwischen der Dichtung und dem
Maschineninnern in bekannter Weise angeordneten, gegen das Maschineninnere durch
eine Labyrinthdichtung od. dgl. abgeschlossene Kammer geleitet werden, in welcher
ein etwas niedrigerer Druck herrscht als in der Maschine. Statt dessen kann das
ausgeschiedene Füllgas nach entsprechender Entspannung auch einer in ebenfalls bekannter
Weise auf der Luftseite der Dichtung angeordneten Vorkammer zugeführt werden, wobei
das nach dieser Seite strömende Dichtungsöl nicht mit der atmosphärischen Luft,
sondern nur mit einem Gas-Luft-Gemisch in Berührung kommt.
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In der Fig. 2 ist eine Anordnung zur Ölentgasung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren beispielsweise dargestellt. Darin bedeutet 11 einen mit Wasserstoff gefüllten
Turbogenerator, dessen Läuferwelle 12 an ihren Durchtrittsstellen durch :das Gehäuse
13 ÖI-strömungsdichtungen 14 aufweist. Diese Dichtungen enthalten je eine ringförmige
Kammer 15, in die das Dichtungsöl aus dem Behälter 16 mittels einer Pumpe 17 mit
Motorantrieb durch eine Rohrleitung 18, gegebenenfalls über einen Ölkühler 19, eingeleitet
wird.
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In .den Kammern 15 befinden sich an sich bekannte ringförmige, die
Welle 12 mit kleinem Spalt umgebeide
Dichtungskörper 20, zwischen
denen das Dichtungsöl zur Welle 12 gelangt und durch den Spalt zwischen dieser und
den Dichtungskörpern nach beiden Seiten strömt, so daß der Spalt durch das strömende
Öl vollständig abgeschlossen wird.
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Das nach der Maschinenseite - also nach der Wasserstoffseite - strömende
Öl sammelt sich in den Kammern 21 und gelangt von dort unter Ausnutzung des natrürlichen
Gefälles durch die Rohrleitung 22 mit einem Abschlußsiphon 22' in den Entgasungsb
ehälter 23, der etwa der Darstellung nach Fig. 1 entspricht. Nach erfolgter Entgasung
gelangt das Öl unter Regelung des Abflusses durch das Schwimmerventil 7 (Fig. l)
durch,dieLeitung 24 in den Vorratsbehälter 16.
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Das aus der Dichtung nach der Lagerseite, @d. h. nach der Luftseite,
strömende Öl fließt durch die Kammern 25 und die Rohrleitung 26 mit dem Siphonverschluß
26' in den Entgasungsbehälter 27 und von :dort nach erfolgter Entgasung durch die
Leitung 28 ebenfalls in den Behälter 16, wo es sich mit dem aus dem Entgasungsbehälter
23 kommenden Öl vereinigt, um seinen Kreislauf von neuem zu beginnen.
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Der in dem Entgasungsbehälter 23 abgeschiedene Wasserstoff kann, wie
im Beispiel angenommen ist, den Kammern 21 zugeleitet werden.
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Diese gegen das Maschineninnere nur unvollkommen abgedichteten Kammern
können durch ein nicht gezeichnetes Drosselventil od. dgl. mit der Außenluft in
Verbindung stehen, wobei das Drosselventil so eingestellt ist, daß in diesen Kammern
ein etwas niedrigerer Druck herrscht als im Innern der Maschine. Dadurch wird ständig
etwas Wasserstoff aus der Maschine durch die Kammern 21 in das Freie strömen.
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Es ist, wie oben schon erwähnt wurde, bekannt. durch eine derartige
Anordnung das in den Kammern 21 entstehende Gas-Luft-Gemisch laufend fortzuspülen,
so daß dadurch allein schon eine Vakuumentgasung des Öles unterbleiben kann. Dabei
sind jedoch beachtliche, aus der Maschine zu entnehmende und laufend zu ersetzende
Wasserstoffmengen erforderlich. Durch die Zuführung des im Behälter 23 ausgeschiedenen
Wasserstoffes in Verbindung mit einer Entlüftung des Öles im Behälter 27 kann die
Menge des aus der Maschine zu entnehmenden Spülwasserstoffes erheblich reduziert
werden.
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Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung wird der im Behälter 23
ausgeschiedene Wasserstoff den auf der Luftseite der Dichtungen gelegenen Vorkammern
25 zugeführt, die gegen die Außenluft unvollkommen abgedichtet sind. Hierzu können
statt der Rohrleitungen 29 die gestrichelt gezeichneten Rohrleitungen 29' vorgesehen
werden, in welche zweckmäßig ein nicht dargestelltes Druckminderungsventil bekannter
Art oder eine ähnliche Vorrichtung eingeschaltet wird.
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Hierdurch kann in den Kammern 25 eine Atmosphäre mit sehr hohem Wasserstoffgehalt
aufrechterhalten werden. Dadurch wird die Möglichkeit, daß das Dichtungsöl auf seinem
Kreislauf Luft aufnimmt, auf ein Minimum reduziert. Unter Umständen kann dadurch
die Entlüftungseinrichtung 27 entbehrlich werden.
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Nach einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
das von der Wasserstoffseite der Dichtungen kommende Öl, das angenähert unter dem
gleichen Druck steht, wie er im Innern der Maschine herrscht und mehrere Atmosphären
betragen kann, unter diesem Druck in einer Vorrichtung entsprechend der Fig. 1 entgast
werden. Danach kann der Druck des Öles etwa nach Überleitung des Öles in einen weiteren
Behälter aus Atmosphärendruck reduziert werden, wobei sich ein Teil des im Öl gelösten
Wasserstoffes in Bläschenform ausscheidet. Schließlich kann das Öl nochmals durch
einen Entgasungs behälter mit Sieben feinster Maschenweite geleitet werden, in welchem
diese Bläschen in der beschriebenen Weise ausgeschieden werden.
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Dabei kann beispielsweise der unter höherem Druck ausgeschiedene Wasserstoff
den Kammern 21 und i der unter Atmosphärendruck ausgeschiedene Wasserstoff den Kammern
25 zugeleitet wenden.
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Die vorstehend beschriebenen Kreislaufanordnungen stellen Beispiele
dar, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren zur Entgasung des Dichtungsöles angewendet
werden kann mit dem Vorteil, daß unter Vermeidung einer Vakuumbehandlung des Öles
die Verluste an Füllgas aus dem Innern der Maschine auf ein Minimum gebracht werden
können. Weiter ist es z. B. möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch dann anzuwenden,
wenn das Dichtungsöl zusammen mit dem Schmieröl für die Lager einen gemeinsamen
Kreislauf bildet.