DE1232797B

DE1232797B - Wellendichtung fuer gasgefuellte Maschinen

Info

Publication number: DE1232797B
Application number: DEA35903A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Robert Cuny
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1960-10-14
Filing date: 1960-10-28
Publication date: 1967-01-19
Also published as: US3131939A; CH381935A; BE609068A

Description

DEUTSCHES WtTWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 47f-25

Nummer: 1232 797

Aktenzeichen: A 35903 XU/47 f

1 232 797 Anmeldetag: 28.Oktober 1960

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen, insbesondere wasserstoffgekühlte Turbogeneratoren, mit einer Druck-Ringkammer, welcher entgaste Sperrflüssigkeit unter Überdruck zugeführt wird.

Bei geschlossenen gasgefüllten Maschinen, insbesondere bei mit Wasserstoff gekühlten elektrischen Turbogeneratoren, ist eine zuverlässige Abdichtung des Maschinengehäuses von großer Bedeutung. Um das Entweichen des Kühlgases aus der Maschine an den Durchtrittsstellen der Welle zu verhindern, werden Flüssigkeitsdichtungen verwendet, wobei die Dichtungs- bzw. Sperrflüssigkeit in Umlauf gehalten wird. Die der Dichtung unter Druck zugeführte Flüssigkeit, vorzugsweise öl, erzeugt in einem Ringraum eine sperrende Wirkung gegen ein Ausströmen von Kühlgas aus der Maschine. Infolge der Gaslöslichkeit nimmt die Sperrflüssigkeit Luft auf und gibt diese im Innern der Maschine an die Gasfüllung ab. Um dies zu vermeiden, wird daher die Sperrflüssigkeit unter Vakuum entgast, wofür besonders bei großen Wasserstoffdrücken verhältnismäßig große Entgasungseinrichtungen erforderlich sind. Bei solchen Anlagen sind dementsprechend die Gasverluste und die Tendenz zur Schaumbildung groß.

Ferner ist es bekannt, bei Wellendichtungen für gasgefüllte Maschinen, zwei in parallelen Wegen über die Dichtungsstelle geführte Sperrflüssigkeiten zu verwenden, von welchen die eine mit Wasserstoff und die andere mit Luft gesättigt ist (deutsche Patentschrift 1071434). Bei dieser Art Doppelkreislaufdichtung findet aber ein gewisses praktisch unvermeidbares Durchmischen an der Dichtungsstelle statt, auch wenn die Druckregulierung so empfindlich als möglich auf Druckgleichheit oder Überdruck der gasseitigen Sperrflüssigkeit arbeitet. Dies hat zur Folge, daß eine Abgabe von Wasserstoff auf der Luftseite der Dichtungsstelle nicht vermieden wird. Bei Druckgleichheit ergibt sich eine verhältnismäßig schlechte Wasserstoffreinheit im Generator, so daß eine Spülung mit Frisch-Wasserstoff notwendig ist, dagegen bei Druckungleichheit ein noch größerer Wasserstoffverlust auf der Luftseite der Dichtungsstelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen zu schaffen, die die erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß auf mindestens einer Seite der Druck-Ringkammer eine weitere Ringkammer in an sich bekannter Weise vorgesehen wird, die durch den Wellenspalt mit der Druck-Ringkammer in Ver-Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Baden
(Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Robert Cuny, Wettingen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 14. Oktober 1960 (11574)

bindung steht und welcher nichtentgaste Sperrflüssigkeit zugeführt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Dichtung ist in erster Linie die Gefahr einer Knallgasbildung auf der Luftseite der Dichtungsstelle ausgeschlossen, so daß die sonst üblichen Einrichtungen für die Entfernung des Wasserstoffes an der gefährdeten Stelle wegfallen. Ferner ergibt sich gegenüber der erwähnten Zweikreislaufdichtung entweder bei gleich kleinem Wasserstoff-Verbrauch der Vorteil einer erhöhten Wasserstoifreinheit oder bei größerem Wasserstoffverbrauch der Vorteil, daß ein Auftreten von Wasserstoff auf der Luftseite der Dichtungsstelle gänzlich vermieden wird. Der erstgenannte Vorteil wird bei der Dichtung, wo die erfindungsgemäße weitere Ringkammer auf der Gasseite und auch bei einer solchen, wo auf beiden Seiten der Druck-Ringkammer Je eine weitere Ringkammer vorgesehen wird, erreicht, während der zweitgenannte Vorteil auch bei einer Dichtung, wo die Ringkammer auf der Luftseite angeordnet ist, erreicht wird.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar zeigen die Fig. 1 bis 3 drei verschiedene Ausführungsbeispiele der Wellendichtung in schematischer Weise.

In den F i g. 1 bis 3 bedeutet 1 die Welle einer Maschine, deren Gehäuse 2 mit Gas, z.B. Wasser-

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stoffgas, gefüllt ist. Dieses Gas dient zur Kühlung der Maschine und weist gegenüber der Außenluft normalerweise einen Überdruck auf. Für die Abdichtung der Welle 1 an der Stelle, wo sie das Gehäuse durchsetzt, ist eine Dichtung 3 vorgesehen, welche eine Druck-Ringkammer 4 aufweist, der entgaste Sperrflüssigkeit, beispielsweise öl, mittels einer Pumpe 5 über eine Leitung 6 aus einem Vakuumtank 7 zugeführt wird, und zwar mit einem gewissen Überdruck gegenüber dem Gasdruck in der Maschine. Auf der dem gasgefüllten Gehäuse 2 zugekehrten Seite und der der Außenluft zugekehrten Seite der Druck-Ringkammer 4 ist in der Dichtung je ein ringförmiger Sammelraum 8 bzw. 9 zur Aufnahme der Sperrflüssigkeit vorhanden. Der Sammelraum 8 steht über eine Leitung 10 mit einem Tank 11 und der Sammelraum 9 über eine Leitung 12 mit einem Reservoir 13 in Verbindung.

Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung ist in der Dichtung neben der Druck-Ringkammer 4 auf der Gasseite eine weitere Ringkammer 14 vorgesehen. Diese letztere wird mit gasgesättigtem Öl mittels einer Pumpe 15 über die Leitung 16 aus dem Tank 11 gespeist. Wird der Druck in der Ringkammer 14 gleich gehalten wie in der Ringkammer 4, so wird eine hohe Wasserstoffreinheit der Gasfüllung bei minimalem Wasserstoff-Verbrauch erreicht. Wird aber der Druck in der Ringkammer 14 niedriger als derjenige der Ringkammer 4 gehalten, so wird das Auftreten von Wasserstoff auf der Luftseite der Dichtungsstelle bei etwas größerem Wasserstoffverbrauch unterbunden. In diesem Fall wird durch die Zufuhr von gashaltigem Öl zur Ringkammer 14 die durch das Wellenspiel axial durchfließende Menge entgastes Dichtungsöl aus der Ringkammer 4 in Richtung nach dem Sammelraum 8 stark gedrosselt. Der größere Teil des entgasten Öles fließt von der Druck-Ringkammer 4 dem Wellenspalt entlang in umgekehrter Richtung zum Sammelraum 9, wo es Luft löst und dann zum Reservoir 13 gelangt. Entsprechend der Strömungsmenge des entgasten Öles, fließt dauernd gleich viel lufthaltiges öl aus dem Reservoir 13 in den Vakuumtank 7 hinein, wo es mittels einer Vakuumpumpe 18 entlüftet wird.

Das entgaste Öl aus der Druck-Ringkammer 4 und das gesättigte Öl aus der Ringkammer 14 gelangen in den Sammelraum 8, der über die Leitung 10 mit dem Tank 11 in Verbindung steht. Auf diesem Wege nimmt das entgaste Öl Gas auf, aber infolge der geringen Strömung auf dieser Seite der Dichtung ist der Gasverlust der Maschine sehr klein. In analoger Weise wie auf der Luftseite, wird entsprechend der Strömungsmenge des entgasten Öles immer gleich viel gashaltiges Öl aus dem Tank 11 durch ein Schwimmerventil 20 über eine Leitung 21 direkt in den Vakuumtank 7 strömen, wo es zusammen mit dem lufthaltigen öl entgast wird. Die Leitung 21 weist eine Abzweigung 21' auf, welcher das lufthaltige öl der Entgasungseinrichtung zuströmt. Ein Schwimmerventil 19 reguliert die ölzufuhr zu dem Vakuumtank 7, so daß dort das ölniveau konstant gehalten wird. Das Schwimmerventil 20 im Tank 11 dient auch als Sicherheitsventil gegen ein Überlaufen von Dichtungsflüssigkeit in das Maschinengehäuse.

Die Anordnung gemäß F i g. 1 kann so abgeändert werden, daß das aus dem Sammelraum 9 abströmende Öl direkt in den Vakuumtank 7 eintreten kann unter Verwendung des Schwimmerventils 19, wobei

dann das Schwimmerventil 20 direkt zum Vakuumtank 7 führt und das Reservoir 13 wegfällt.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wo eine zusätzliche Ringkammer 30 auf der Luftseite der Druck-Ringkammer 4 vorgesehen ist, die vom Reservoir 13 mittels einer Pumpe 31 über die Leitung 32 mit luftgesättigtem öl versorgt wird, wobei der Druck etwas niedriger als derjenige des entgasten Öles, das vom Vakuumtank 7

ίο der Druck-Ringkammer 4 zugeführt wird, gehalten wird. Durch diesen mit lufthaltigem öl gespeisten zusätzlichen Kreislauf wird in diesem Fall die durch den Wellenspalt axial fließende Menge entgasten Öls in Richtung nach dem Sarmnelraum 9 stark gedrosselt.

In umgekehrter Richtung fließt das entgaste öl aus der Druck-Ringkammer 4 dem Wellenspalt entlang zum Sammelraum 8, wo es Gas löst und gelangt dann über die Leitung 10 zum Tank 11. Entsprechend der Strömungsmenge des entgasten Öles fließt immer gleich viel öl aus dem Tank 11 über die Leitung 21 in den Vakuumtank 7. Das lufthaltige öl aus der Ringkammer 30 und ein Teil des entgasten Öles aus der Druck-Ringkammer 4 gelangen in den Sammeln raum 9, der über die Leitung 12 mit dem Reservoir 13 in Verbindung steht. Ein Nachströmen von lufthaltigem öl aus dem Reservoir 13 zum Vakuumtank 7 erfolgt über die Abzweigleitung 21'. Die ölzufuhr zum Vakuumtank 7 wird in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 1 durch ein Schwimmerventil 19 geregelt. Das Schwimmerventil 20 im Tank 11 dient zur Regulierung des Öl-Rückflusses ins Reservoir 13 und auch als Sicherheitsorgan gegen das Eindringen von Dichtungsflüssigkeit in die Maschine.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführangsbeispiel der Erfindung, die sich aus einer Kombination der beiden Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 ergibt, wobei in F i g. 3 die gleichen Bezugszahlen wie in den F i g. 1 und 2 für die gleichen Elemente verwendet worden sind. Bei dieser kombinierten Anordnung ist auf jeder Seite der mit entgastem öl gespeisten Druck-Ringkammer 4 eine zusätzliche Ringkammer vorhanden, der Dichtungsflüssigkeit zugeführt wird. Auf der Luftseite ist nämlich die mit luftgesättigtem öl aus dem Reservoir 13 gespeiste Ringkammer 30 und auf der Gasseite die mit gasgesättigtem öl aus dem Tank 11 gespeiste Ringkammer 14 vorgesehen. Für die Regulierung des Zuflusses der Dichtungsflüssigkeit zum Vakuumtank 7 dienen die bereits im Zusammenhang mit den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 beschriebenen Regulierventile 19 und 20. Bei Ausfall der Pumpe 15 fließt das ganze gasgesättigte öl durch das Ventil 20 zum Vakuumtank 7 oder bei gleichzeitigem Versagen der Pumpe 5 über die Leitung 21' ins Reservoir 13, wo es Gas abgibt, welches durch eine Ventilationsöffnung 17 ins Freie abgeführt wird. Es besteht somit in solchen Störungsfällen die Möglichkeit, den Dichtungsbetrieb gegebenenfalls allein mit der Pumpe 31 bei vollem Sperröldrack aufrechtzuerhalten, wobei lediglich ein allmählicher Lufteintritt in die Gasfüllung in Kauf genommen werden muß.

Die Druckregulierung für die einzelnen Ringkammern der Dichtung kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wobei die einzelnen Drücke in Abhängigkeit vom Gasdruck im Maschinengehäuse oder mindestens zum Teil in gegenseitiger Abhängigkeit ge-

Claims

1 regelt werden kann, oder es kann auch eine Kombination der beiden Möglichkeiten zur Anwendung kommen. Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 ist die folgende Regulierungsart besonders vorteilhaft. Der Druck des lufthaltigen Öles in der Ringkammer 30 wird in Abhängigkeit vom Gasdruck in der Maschine mittels eines einfachen Differenzdruckreglers reguliert. Die Druckregulierung des gashaltigen Öles erfolgt dann in der bei Doppelkreislauf-Dichtungen bereits bekannten Weise lediglich durch eine selbstregulierende Ölsäule in der Zuflußleitung der Pumpe 15. Für das entgaste Öl in der Ringkammer 4 ist keine besondere Druckregulierung notwendig, weil durch die Strömung des entgasten Öles im Wellenspalt die für die Erzielung des gewünschten Überdruckes notwendigen Druckabfälle ohnehin auftreten. Nach anfänglicher Druckdifferenz zwischen entgastem und gasgesättigtem Öl reguliert die erwähnte Ölsäule auf Druckgleichheit. Zwecks Erreichung eines dauernden Unterdruckes auch gegenüber dem entgasten Öl wird dauernd eine einstellbare Ölmenge aus dem Kreislauf des gashaltigen Öles dem Kreislauf des entgasten Öles zugeführt. Dies kann beispielsweise durch ein Ventil 35 erfolgen, wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist, oder auch durch Schwimmerventil 20 und Leitung 21 bei Einstellung einer passenden Druckdifferenz über der Pumpe 15. Die erfindungsgemäße Wellendichtung kann auch auf solche mit »schwimmendem« Ring oder mit Wellenkamm (radialer Wellenspalt) angewendet werden. Patentansprüche:

1. Wellendichtung für gasgefüllte Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit einer Drack-Ringkammer, welcher entgaste Sperrflüssigkeit unter Überdruck zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite der Druck-Ringkammer eine weitere, zusätzliche Ringkammer vorgesehen ist, die durch

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den Wellenspalt mit der Druck-Ringkammer in Verbindung steht und welcher nichtentgaste Sperrflüssigkeit zugeführt wird.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ringkammer auf der Gasseite der Drack-Ringkammer angeordnet ist und mit gashaltiger Sperrflüssigkeit gespeist wird.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ringkammer auf der Luftseite der Druck-Ringkammer angeordnet ist und mit lufthaltiger Sperrflüssigkeit gespeist wird.

4. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Druck-Ringkammer je eine zusätzliche Ringkammer angeordnet ist, wovon die eine mit gashaltiger- und die andere mit lufthaltiger Sperrflüssigkeit gespeist wird.

5. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregulierung für die einzelnen Ringkammern in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit vom Gasdruck im Maschinengehäuse oder mindestens zum Teil in gegenseitiger Abhängigkeit oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten erfolgt.

6. Wellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der lufthaltigen Sperrflüssigkeit in Abhängigkeit vom Gasdruck im Maschinengehäuse und der Druck der gashaltigen Sperrflüssigkeit in an sich bekannter Weise durch eine selbstregulierende Ölsäule in der Zuflußleitung der für die Beförderung der gashaltigen Sperrflüssigkeit dienenden Pumpe geregelt wird, während der Druck der entgasten Sperrflüssigkeit durch den Druckabfall im Wellenspalt gegeben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 502 060, 1055 309, 1071434.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 758/150 1.67 ® Bundesdruckerei Berlin