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Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten
Läufern für elektrische Maschinen, insbesondere Turboaeneratoren C
Die Erfindung
betrifft einen Zusatz zu Patentanmeldung L 41429 VIII b / 21 d 1 und
behandelt ein zusätzliches Abdichtelement, das beim Stillstand der elektrischen
Maschine in Funktion tritt und zur Erfüllung aller an den Anschlußkopf gestellten
Aufgaben unbedingt erforderlich ist.
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In dem in der obigen Patentanmeldung beschriebenen Kühlmittelanschlußkopf
war lediglich eine Betriebsdichtung vorgesehen, die die Abdichtung des Kühlkreislaufes
gegen die äußere Atmosphäre während des Betriebes der Maschine gewährleisten soll.
Es wäre aber unzweckmäßig, wenn bei längeren Stillstandsperioden der elektrischen
Maschine die Funktion der Betriebsdichtung aufrechterhalten bleiben müßte, was den
Betrieb der Dichtöl- und Schutzgasversorgungsanlagen auch bei Stillstand erforderlich
machen würde. Andererseits müssen aber die Kühlwege der Maschine gegen die Atmosphäre
auch im Stillstand derart abdichtbar sein, daß innerhalb der Kühlwege ein Vakuum
erzeugt werden kann. Ein solches Vakuum ist unbedingt erforderlich, wenn die Anlage
mit Kühlflüssigkeit aufgefüllt werden soll. Diese Dichtaufgabe kann aber von der
Betriebsdichtung keinesfalls erfüllt werden. Die Erfindung soll eine Möglichkeit
schaffen, den Kühlkreislauf auch beim Stillstand der Maschine absolut sicher zu
dichten. Sie besteht aus einem Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels
an Flüssige keitsgekühlten Läufern elektrischer Maschinen insbesondere Turbogeneratoren,
in dem zwischen der Ein- und/oder Austrittsstelle des Kühlmittels und einer Abdichtung
gegen die äußere Atmosphäre eine oder mehrere Schutzgaskammern vorgesehen sind,
die von der Ein- und/oder Austrittsstelle des Kühlmittels durch Spalt- oder Schleifflichtungen
getrennt sind und von denen wenigstens eine Schutzgaskammer als Sammelraum für die
durch die Spalt- oder Schleifdichtung durchtretende Kühlflüssigkeitsmenge zum Zwecke
der Rückspeisung in den Kühlkreislauf der Maschine dient, nach Patentanmeldung L
41429 VIIIb/21d1, und ist dadurch gekennzeichnet, daß außer der eigentlichen Betriebsdichtung
eine besondere federbelastete Stillstands- und Evakuierungsdichtung zusätzlich im
Anschlußkopf angeordnet ist, deren Federkraft so bemessen ist, daß die Dichtung
bei einem bestimmten vorgegebenen Kühlmitteldruck, der beispielsweise der geodätischen
Höhe eines Kühlflüssigkeitssammelbehälters entsprechen kann, den Anschlußkopf abdichtet,
während bei Erhöhung des Kühlmitteldruckes die Dichtung von dem erhöhten Druck selbst
zum öffnen gebracht wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
F i g. 1 zeigt den Kühlmittelanschlußkopf gemäß Patentanmeldung L 41429 VIIIb/21d1.
Fig. 2 zeigt einen Kühlmittelanschlußkopf, der erfindungsgemäß mit einer Stillstands-
und Evakuierungsdichtung ausgerüstet ist, im übrigen aber dem in Fig.1 dargestellten
entspricht. Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. der Stillstands- und Evakuierungsdichtung
gemäß der Erfindung.
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Zu der Betriebsdichtung 15 in F i g. 1 ist gemäß der
Erfindung in dem Kühlmittelanschlußkopf eine weitere Dichtung vorgesehen, die die
Abdichtung des Kühlkreislaufes gegenüber der Atmosphäre während des Stillstands
der Maschine vornimmt. Diese zusätzliche Stillstandsdichtung ist im Bereich der
Spaltbuchse 9 zwischen der Schutzgaskammer 10 und dem Sammehingkanal
8 in F i g. 1 angeordnet, wie es aus F i g. 2 erkennbar ist.
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Die in F i g. 2 schematisch dargestellte Stinstands-und Evakuierungsdichtung
entspricht im Prinzip einem federbelasteten Ringventil. Die ringförmige Dichtfläche
28 besteht aus einem Weichgummiwulst, der sich in axialer Richtung als Gummibalg
36 fortsetzt, dessen Ende mittels eines Führungsringes 29
am Gehäuse
5 befestigt ist. Die Dichtfläche wird mit
Federn
30 an einen Bund 31 des Wellenstummels 2 gedrückt. Bei Stillstand
der Maschine ist die Dichtun- geschlossen, und der mit Kühlflüssigkeit gefüllte
Sammelringkanal 8 ist sicher gegen die Spaltbuchse 9
und die anschließende
Schutzgaskammer 10 ab-,gedichtet.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Stillstands-
und Evakuierungsdichtung ist der ringförmigge Dichtungskörper 28 mit einem
Führungsring 35 auf der Spaltbuchse 9 in ax-ialer Richtung verschiebbar
gelagert.
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Der aus Weichgummi bestehende Dichtungskörper 28 ist größtenteils
in Metall gefaßt, wodurch eine hohe Stabilität des Dichtungskörpers erreicht wird.
Bei der Hubbewegung des Ventils wird nur der rückwärtige, als Membran
36 ausgebildete Teil des Gummibalges verformt. Die Hubbegrenzung erfolgt
durch den zwischen zwei Ringen 37 und 38 sich bewegenden Bund
39. Die Größe des Hubes ist den betrieblichen Verhältnissen angepaßt. Der
Raum hinter der Membran 36 ist über eine Ausgleichsbohrung 40 mit der Schutzgaskammer
10 verbunden. Außerdem ist der Guminibalg hinter dem Führungsring
35
mit einer Dichtlippe 41 versehen.
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Durch Erhöhung des Wasserdruckes im Raum 8
entsteht bei entsprechender
Abstimmung der vom Wasser benetzten Flächen eine Axialkraft, die die Federkraft
der Federn 30 überwindet und die Dichtfläche vom Wellenbund 31 abhebt.
In diesem Augenblick wird der Raum 42 mit Kühlwasser gefüllt, so daß sich auch hier
infolge des großen Strömungswiderstandes der nachgeschalteten Spaltbuchse
9 der gleiche Druck wie im Raum 8 ausbildet. Die Dichtlippe 41 übernimmt
nun die Abdichtung der Kühlflüssigkeit gegen den Raum hinter der Membran
36.
Da dieser Raum über die Ausgleichsbohrungen 40 von der Schutzgaskammer
10 mit geringerem Druck beaufschlagt wird, erfolgt die volle Aussteuerung
der Dichtung in die Endlage durch den im Raum 8
und 42 anstehenden Wasserdruck.
Bei voller Aussteuerung der Stillstandsdichtung schmiegt sich die Membran
36 vollkommen an die besonders geformte Wand 43 der Spaltbuchse
9 an. Somit wird durch die Anordnung der Dichtlippe 41 und der Ausgleichsbohrung
40 ein stabiles Betriebsverhalten der Stillstands- und Evakuierungsdichtung erreicht,
was sonst infolge der nachgeschalteten Spaltbuchse 9, wodurch auch der Raum
42 den vollen Flüssigkeitsdruck annimmt, nicht möglich wäre.
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Die Abdichtung mit dem Weichguinmiwulst ist zwar sehr wirksam, die
Berührung mit dem Wellenbund 31 darf jedoch ausschließlich nur bei Stillstand
der elektrischen Maschine erfolgen. Aus diesem Grunde ist eine Steuerung der Dichtung
notwendig C ei
die in einfacher Weise durch Veränderung des Flüssigkeitsdruckes
im Raum 8 und entsprechende Ab-
stimmung der Ventilfeder
30 erfolgen kann. Erfindungsgemäß sind die Ventilfedem so ausgeleg
e gl, daß die Stillstandsdiclitung einwandfrei abdichtet, so-
lange
nur der geodätische Druck des Kühlmittels allein im Raum 8 zur Wirkung kommt.
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Zur Erzeugung der für das Abheben der Stillstandsdichtung notwendigen
Druckhöhe im Raum 8
beim Anfahren der elektrischen Maschine gibt es zwei Möglichkeiten,
deren Anwendung von den jeweiligen Gegebenheiten des gesamten Kühlkreislaufes abhängt.
Zweckmäßigerweise wird der Kühlkreislauf von einem höher gelegenen Kühlflüssigkeitsbehälter
32 versorgt. Die Umwälzung der Kühlflüssigkeit erfolgt durch eine Pumpe
33, die entweder als fremdangetriebene Pumpe im Kühlkreislauf angeordnet
wird und gleichzeitig die für die Aussteuerung der Dichtung erforderliche Druckerhöhung
im Raum 8 erzeugt, oder als Pumpenrad gleich am Wellenstummel 2 des Anschlußkopfes
angebaut wird, wodurch der Antrieb direkt von der elektrischen Maschine erfolgt.
Der direkte Antrieb weist selbstverständlich die größte Betriebssicherheit auf und
ist auf jeden Fall anzustreben. Mit einer direkt ange o, triebenen Pumpe ist es
jedoch nicht möglich, bereits vor dem Anlauf der elektrischen Maschine im Kühlkreislauf
Druck zu erzeugen. In einem solchen Falle, der wegen der hohen Betriebssicherheit
im allgemeinen vorzuziehen ist, kann natürlich die Pumpe nicht zur Steuerung der
Stillstandsdichtung herangezogen werden. Dafür wird das im Kühlflüssigkeitssammelbebälter
32 aufgebrachte Schutzgaspolster, das ohnehin zur Vermeidung von Einwirkun-Z,
Cren der Atmosphärenluft auf die Kühlflüssigkeit benötigt wird, zur Steuerung der
Stillstandsdichtung ausgenutzt. Als Schutzgas wird ein inertes Gas, für Wasser als
Kühlmittel vorzugsweise Stickstoff, verwendet. Das Abheben der Stillstandsdichtung
erfolgt vor dem Anfahren der elektrischen Maschine durch Aufbringen eines erhöhten
Stickstoffdruckes im Kühlwasserbehälter. Dadurch wird natürlich auch der Kühlwasserdruck
im Raum 8 größer als der geodätische Druck, so daß die Stillstandsdichtung
einwandfrei abhebt.
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Wird die Maschine stillgesetzt, so bleibt die Stillstandsdichtung
so lange abgehoben, bis der Schutzgaspolsterdruck im Flüssigkeitsbehälter
32 wieder auf Atmosphärendruck- gebracht worden ist. Bei Atmosphärendruck
im Kühlflüssigkeitsbehälter stellt sich im Raum 8 wieder der geodätische
Druck entsprechend der Höhe des Flüssigkeitssammelbehälters ein, so daß die Federn
30 die Stillstandsdichtung sofort schließen.
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Bei einem Kühlflüssi-keitskreislauf mit einer fremdangetriebenen Pumpe
hebt die Stillstandsdichtung durch Einschalten der Pumpe 33 sofort ab, da
durch die Pumpe der Druck im Raum 8 über den geodätischen Druck hinaus gesteigert
wird, so daß er die Federkraft der Stillstandsdichtung überwindet. Erst bei abgehobener
Stillstandsdichtung wird die elektrische Maschine angefahren. Soll die Maschine
stillgesetzt werden, so bleibt die Dichtung so lange geöffnet, bis der Wellenstummel
2 ausgelaufen ist. Erts dann wird die Pumpe.abgeschaltet, so daß sich die Stillstandsdichtung
wieder schließt.
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Die Erfindung ermöglicht es, mittels einer einfachen Steuerung, die
keines großen technischen Aufwandes bedarf, die äußerst wirksame Gummibalgdichtung
als Stillstands- und Evakuierungsdichtung zu verwenden. Ohne die beschriebenen Maßnahmen
wäre die Anwendung einer Gummibalgdichtung nicht möglich, da sie keine Gleiteigenschaften
aufweist und bei Berühruno, des rotierenden Wellenbundes 31
sofort zerstört
werden würde. Die Abdichtung mit einem Weichgummiwulst ist bei Stillstand absolut
betriebssicher und technisch leicht beherrschbar, so daß selbst bei langen Stillstandsperioden
mit Sicherheit keine Leckwasserverluste auftreten. Auch beim Evakuierungsvorgang
zeigt die Gummibalgdichtung eine ausgezeichnete Dichtwirkung, wodurch ein hohes
Vakuum erreicht werden kann.