DE1074736B

DE1074736B -

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Publication number: DE1074736B
Application number: DENDAT1074736D
Authority: DE
Priority date: 1957-07-16
Publication date: 1960-02-04
Also published as: US2968499A; GB831707A

Description

DEUTSCHES

INTERNAT. KL. H 02 k

PATENTAMT

G24914VIIIb/21d¹

ANMELDETAG: 16.JULI1958

BEKANNTMACHUNG
DEK ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT;

4. FEBRUAR 1960

Die Erfindung betrifft eine Radialwellendichtung für wasserstoffgasgekühlte Turbogeneratoren, bei der in einer Ringkammer zwei nebeneinanderliegende segmentartige Dichtringe angeordnet sind, die mittels einer Ringfeder an die Welle und an die seitlichen Begrenzungswände der Ringkammer gedrückt werden, wobei der dem Generatorinnern zugewandte Dichtring ein geringeres Spiel gegenüber der Welle als der benachbarte Dichtring aufweist.

In einem gasgekühlten Generator ist das Gehäuse z. B. mit einem Gas zum Belüften der Wicklungen und anderer Innenteile versehen. Dieses Gas, ζ. Β. Wasserstoff, befindet sich unter Überdruck; das Gehäuse muß daher abgedichtet sein, um Entweichen des Wasserstoffes und Verunreinigung des Lüftungsgases durch die Außenluft zu verhindern. Weiterhin ist es erwünscht, die Reinheit des Gases im wesentlichen konstant und hochwertig zu erhalten, da ein Versagen in dieser Beziehung die Kühleigenschaften des Gases ungünstig beeinflußt und gleichzeitig den dadurch in der Maschine bewirkten Druckverlust erhöht. Es wird bemerkt, daß die Reinheit des Wasserstoffes oberhalb der Detonationsgrenze gehalten werden muß, die bei 75^e/o Wasserstoff und 25°/o Luft liegt.

Die Strömungsbahn beim Entweichen des Wasserstoffes kann vor allem zwischen der Welle und dem diese umgebenden Gehäuse an den Maschinenenden liegen. Es ist bereits eine Wellendichtung bekanntgeworden, die im wesentlichen aus einem nachgiebig angeordneten Ring besteht, der die Welle umgibt und mit dieser einen ringförmigen Spielraum begrenzt. Tn diesen Spielraum wird eine Dichtflüssigkeit unter Druck eingebracht, um so das Entweichen von Gas aus dem Generatorgehäuse zu verhindern. Der Druck der Dichtflüssigkeit wird dabei ein wenig höher gehalten als der Druck des Wasserstoffgases im Generator.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, in der Ringkammer zwei nebeneinanderliegende segmentartige Dichtungsringe vorzusehen, von denen der dem Generatorinnern zugewandte Dichtring ein geringeres Spiel gegenüber der Welle als der benachbarte Dichtring aufweist. Dabei soll das geringere Spiel den Überlauf der Dichtflüssigkeit in den Generator weitgehend herabsetzen.

Die Nachteile dieser bekannten Anordnungen bestehen darin, daß eine Verunreinigung des Lüftungsgases durch die Dichtflüssigkeit nicht wesentlich herabgesetzt wird. Wenn übermäßige Verunreinigungen in Frage kommen, so ist aber die Reinigung der Klärvorrichtungen unter Umständen sehr kompliziert und teuer. Je größer die Maschinen werden, desto¹ dringlicher wird das Problem der Verhütung von Verunreinigungen des Wasserstoffgases. Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden.

Einrichtung zur Abdichtung

der Welle gegenüber dem, Gehäuse

bei wasserstoffgasgekühlten Generatoren

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,
Berlin-Charlottenburg 9, Württembergallee 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Juli 1957

Lloyd Palmer Grobel, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung besteht darin, daß generatorseitig zwischen der Ringkammer für das unter Druck stehende Dichtmittel und einer weiteren Ringkammer, die mit einem Gasabscheider in Verbindung steht, ein Ringspalt vorgesehen ist, der durch eine Ablaufleitung mit dem Ölbehälter verbunden ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Druck in der Ablaufleitung durch einen Druckregler etwas höher als der im Generatorinnern herrschende Druck gehalten wird. Zwischen dem Druckregler und dem Ölbehälter ist ein Schwimmerverschluß vorgesehen, durch den mit dem Öl mitgerissenes Wasserstoffgas und/oder Luft in die Außenatmosphäre entweichen kann.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Vorkammerölmenge klein gehalten werden kann, um auf eine Evakuierung des Öles verzichten zu können. Weiterhin kann die Wellendichtung mit öl in dem Zustand betrieben werden, in dem es von dem Öllieferanten bezogen wird, und zwar besonders bei den heute üblichen großen Baueinheiten solcher Wellendichtungen. Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit dem schematisch in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel.

Die Zeichnung zeigt einen Teilschnitt in Seitenansicht einer dynamoelektrischen Maschine, etwa eines großen Generators, in dem die Wellendichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben ist.

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Im einzelnen zeigt die Zeichnung einen Querschnitt durch eine untere Stirnseite einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Gehäuse 1, das mit einem Lüftungsgas, z. B. Wasserstoff, gefüllt ist und den Stator 2 und den Rotor 3 enthält. Der Wasserstoff wird innerhalb des Gehäuses 1 durch ein Gebläse 4 zum Kühlen der Wicklungen und verschiedener anderer Teile der Maschine umgewälzt. Der Rotor 3 umfaßt eine Welle 3 a,, die sich durch eine Stirnwand 5 des Gehäuses 1 erstreckt und von Lagern getragen wird, von denen eines mit 6 bezeichnet ist. Das Lager 6 wird seinerseits indirekt von der Stirnwand 5 getragen, und Schmieröl wird dem Lager 6 durch ein geeignetes, nicht dargestelltes Liefersystem für Lagerschmieröl zugeleitet. An dem anderen Ende der Maschine ist ein gleiches Lager vorgesehen.

Je nach den gewünschten Betriebsbedingungen der Maschine kann der Überdruck des Wasserstoffes zwischen ungefähr 0,035 und 4/22 kg/cm² (V2 bis 60 psig) oder mehr liegen. Unter allen diesen Bedingungen ist es wünschenswert, daß eine Dichtung um die Welle herum vorgesehen wird, um entweder das Entweichen von Gas aus dem Gehäuse oder den Eintritt der Außenluft in das Gehäuse zu verhindern. Um diese Dichtungsfunktion zu erfüllen, ist an jedem Ende der Maschine eine an der Gehäusestirnwand 5 befestigte Wellendichtungsanordnung 10 vorgesehen, die sich radial nach innen zur Welle Za hin erstreckt. Diese Anordnung der Wellendichtung besteht aus einem Gehäuseglied 11, das, wie dargestellt, an der Stirnwand 5 oder an irgendeinem feststehenden Teil, etwa an dem benachbarten Lagergehäuse, durch Schrauben 11 α befestigt sein kann. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, hat das Gehäuseglied 11 eine solche Form, daß eine ringförmige Kammer 15 mit einer öffnung zur Welle 3 α hin vorgesehen ist. In der Kammer 15 sind zwei diametral geschlitzte Ringe 12, 13 angeordnet, die mit dem Wellenteil 3 α durch Federbänder oder in sich geschlossene ringförmige Schraubenfedern 14 in dichtender Berührung gehalten werden. Um Drehungen der Federn zu verhindern, sind diese an dem Gehäuse 11 durch nicht dargestellte Stiftvorrichtungen befestigt. Die Ringe 12 und 13 können sich in radialer Richtung bewegen.

Ein Schmier-, Dichtungs- und Kühlströmungsmittel, z. B. öl, aus dem die Luft nicht entfernt worden ist, wird unter Druck in die Ringkammer 15 durch die Leitung 16 mit Hilfe der Pumpe 18 geliefert. In der Kammer 15 kühlt das Strömungsmittel die Ringe 12, 13, um eine Ausdehnung der Ringe auf Grund erhöhter Temperaturen zu verringern. Das dichtende öl fließt zwischen den Windungen der Feder 14 und dem zwischen den Ringen 12, 13 gebildeten Spalt 17 zu den winzigen, zwischen den Ringen 12, 13 bzw. der Welle 3α gebildeten Sickerbahnen. Es muß bemerkt werden, daß das Dichtungsströmungsmittel in der Kammer 15 am Entweichen zwischen den Ringen 12, 13 und den benachbarten Wänden der Kammer 15 durch die Feder 14 gehindert wird, die die Ringe 12, 13 axial zur Berührung mit den benachbarten Kammerwänden zwingt.

Der Querschnitt der Sickerbahn zum Generatorinnern beträgt ungefähr ein Fünftel der Sickerbahn zum Lager, so daß der größere Teil des in die Kammer 15 fließenden Öles zum Lager 6 hin ausfließt und nur eine kleine Menge nach innen in das geschlossene •wasserstoffgefüllte Gehäuse 1 fließt. Die kleinste ausführbare Größe dieser Sickerbahn wird durch die erreichbare Bearbeitungstoleranz und das Mindestmaß bestimmt, das zum richtigen Schmieren des Ringes 12 und der Welle'3a erforderlich ist. Das Entweichen von Wasserstoff wird dadurch verhindert, daß der Druck des Dichtungsöles etwas höher als der Wasserstoffdruck gehalten wird. Wenn der Wasserstoffdruck beispielsweise 2,11 kg/cm² beträgt, soll der Öldruck ungefähr 2,46 kg/cm² betragen.

Dieser Druckunterschied ist erforderlich, um sicherzustellen, daß der Wasserstoff das Öl aus der Sickerbahn nicht herausdrückt und entweicht. Versuche haben gezeigt, daß bei einem wesentlich geringeren Druckunterschied der Gasdruck zeitweilig den Öldruck übersteigen kann und das Gas durch das Lagergehäuse zur Außenluft entweichen kann.

Wenn jedoch die vorliegende Erfindung bei einem Wellendurchmesser in der Größenordnung von 40 cm oder mehr nicht verwendet werden würde, kann das in das Gehäuse 1 fließende Öl den Wasserstoff in dem Gehäuse derart verunreinigen, daß eine Vakuumbehandlung des Öles oder weitgehende Reinigung erforderlich wird. Um den Fluß des Öles in das Innere des Gehäuses 1 zu verringern und damit die für eine derartige Behandlung erforderliche komplizierte Ausrüstung unnötig zu machen, wird erfindungsgemäß ein neuartiger Wellendichtungsbauteil vorgesehen, der den größten oder einen großen Teil des durch die Sickerbahn zum Generatorinnern fließenden Öles entfernt, bevor dieses in das Gehäuse 1 eintritt. Das ist wünschenswert, wenn unbehandeltes Öl verwendet wird, da sonst winzige Luftbläschen in die Maschine getragen werden, die gegebenenfalls das Wasserstoffgas so weit verdünnen, daß dieses sich einer explosiven Mischung nähert. Es wird eine Ablaufleitung 25 vorgesehen, die von der Sickerbahn durch einen Mittelabschnitt des Ringes 12 zu einem Behälter 26 führt.

In der Leitung 25 wird das Strömungsmittel unter einem Druck gehalten, der etwas höher als der Wasserstoffdruck ist, und zwar durch einen Druckregler, z. B. ein geeignetes Druckregelventil, wie es bei 27 schematisch dargestellt ist. Eine Feder 27 a des Ventils 27 kann derart eingestellt werden, daß ein in der Leitung 25 herrschender, den Druck im Gehäuse etwas übersteigender Druck das Ventil 27 öffnet und das durch die Sickerbahn in die Leitung 25 fließende Öl zum Behälter 26 ableitet. Falls ein solcher Gegendruck in der Leitung 25 nicht aufrechterhalten wird, kann der Wasserstoff aus dem Gehäuse 1 in größeren Mengen entweichen. Die Feder 27 c kann so eingestellt werden, daß sie den gewünschten Druck in der Leitung 25 gemäß dem in" dem Gehäuse 1 aufrechterhaltenen Gasdruck erhält. So befindet sich das Strömungsmittel in der Sickerbahn zwischen der Leitung 25 und dem Gehäuse 1 unter einem Druck, der über dem Gasdruck in dem Gehäuse 1 liegt, wodurch das Entweichen größerer Wasserstoffmengen verhindert wird. Zwischen dem Ventil 27 und dem Behälter 26 befindet sich ein Schwimmerverschluß 31, der mit dem öl in die Leitung 25 mitgerissenen Wasserstoff und/oder Luft in die Außenluft entweichen läßt. Wenn das Ventil 27 so eingestellt ist, daß es einen Druck von 2,25 kg/cm² im Räume 25 hält, und das Gehäuse 1 Wasserstoff bei 2,11 kg/cm² enthält und der öleintrittsdruck in der Kammer 15 2,46 kg/cm² beträgt, so fließt der größte Teil des durch die Sickerbahn fließenden Öles durch die Ablaufleitung 25 ab. Damit wird der ölfluß in das Gehäuse 1 wesentlich verringert, während das Entweichen von Wasserstoff aus dem Gehäuse 1 verhindert wird.

Generatorseitig von dem Dichtungsgehäuse 11 sind ölablenkringe 28 angeordnet, die das Öl ablenken, das in das Gehäuse 1 eindringt, und zwar in eine Ring-

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kammer 29. Eine Leitung 30 entleert die Ringkammer 29 in den Gasabscheider 31, in dem der Wasserstoff von dem öl getrennt wird. Das in Richtung des Lagers entweichende öl mischt sich mit dem Lageröl und wird in den Behälter 26 durch die Leitung 24 zurückgeleitet.

Die geringe mitgerissene Luftmenge, die in die Kammer 29 eindringt, kann abgezogen werden, wodurch die Verdünnung des Wasserstoffes bis zu einem Punkt, der sich einer explosiven Mischung nähert, verhindert wird. Bei der verbesserten Dichtungskonstruktion besteht jedoch nur ein derart geringer ölfluß zu der Wasserstoffseite der Maschine, daß nur eine minimale Ableitung des Gases in die Kammer 29 für notwendig befunden wurde.

Im Betrieb fließt das zum Gehäuse 11 und der Kammer 15 mittels der Pumpe 18 durch die Leitung 16 geförderte Dichtungsöl durch den Spalt 17 zwischen den Ringen 12, 13 zu den Sickerbahnen zwischen den Ringen 12, 13 und der umlaufenden W^Telle 3 a. Das durch das Gehäuse 11 fließende öl kühlt zunächst die Ringe 12, 13, um deren Wärmeausdehnung zu begrenzen. Der größte Teil des in die Sickerbahnen zwischen den Ringen 12, 13 und der Welle 3 α fließenden Öles fließt zum Lager 6, von wo es durch die Leitung 24 zum Behalter 26 abgeleitet wird. Der größte Teil des in das Gehäuse fließenden Öles wird durch die Leitung 25 zum Behälter 26 abgeleitet. Der in die Leitung 25 mitgerissene Wasserstoff und desgleichen die Luft läßt man durch den Schwimmer Verschluß 31 entweichen. Die geringe, in die Kammer 29 fließende ölmenge wird durch die Leitung 30 zu dem Gasabscheider 31 abgeleitet, wo der Wasserstoff von dem Öl getrennt wird.

Während eine besondere Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, ergeben sich Abwandlungen davon für die Fachleute. Beispielsweise kann der Gegendruck in der Leitung 25 durch einen Steuermechanismus für den Differenz-

druck aufrechterhalten werden, der auf einen vorbestimmten Druck zwischen dem Öldruck in der Einlaßleitung 16 und dem Gasdruck in dem Gehäuse 1 eingestellt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Radial wellendichtung für wasserstoffgasgekühlte Turbogeneratoren, bei der in einer Ringkammer zwei nebeneinanderliegende segmentartige Dichtringe angeordnet sind, die mittels einer Ringfeder an die Welle und an die seitlichen Begrenzungswände der Ringkammer gedrückt werden, wobei der dem Generatorinnern zugewandte Dichtring ein geringeres Spiel gegenüber der Welle als der benachbarte Dichtring aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß generatorseitig zwischen der Ringkammer (15) für das unter Druck stehende Dichtmittel und einer weiteren Ringkammer (29), die mit einem Gasabscheider (31) in Verbindung steht, ein Ringspalt vorgesehen ist, der durch eine Ablaufleitung (25) mit dem Ölbehälter (26) verbunden ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Ablaufleitung (25) durch einen Druckregler (27, 27 a) etwas höher als der im Generatorinnern herrschende Druck gehalten wird.

3. Dichtung nach den Ansprüchen ί und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckregler (27) und dem ölbehälter (26) ein Schwimmerverschluß (31) vorgesehen ist, durch den mit dem Öl mitgerissenes Wasserstoffgas und/oder Luft in die Außenatmosphäre entweichen kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 442 612;
USA.-Patentschriften Nr. 2 501 304, 2 743 949;
AJEE Transactions, 1950, S. 1625, 1626.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909728/230 1.60