DE1488460A1 - Gasdichte Wellendurchfuehrung mit abdichtendem Fluessigkeitsstrom fuer geschlossene gasgekuehlte elektrische Maschine - Google Patents

Description

• "Gasdichte Wellendurchführung mit abdichtendem Flüssigkeits-strom für geachlossene gasgekühlte elektrische Nlaschinel' Die Anmeldung betrifft eine gasdichte Wellendurchführung mit abdichtendem Flüssigkeitsstrom für geschlossene gasgekühlte elektrische Maschine mit einem in einer Kammer des Lagergehäuses bzw. eines besonderen Dichtungegehäuses angeordneten, die Welle mit Spiel umschließenden, mit einem ringförmigen radialen Spalt versehenen Dichtring. Mit einem der Kühlung dienenden Gas, z.B. wasserstoffgefüllter elektrische Maschinen bedürfen an den Lagern einer sorgfältigen Abdichtung, um den Verlust von Kühlgas und das Einströmen von Luft in das Innere der Maschine, das bei Wasseretoffkühlung zur Bildung eines explosiven Gasgemisches im Inneren der Maschine führen könnte, zu.verhindern. Es sind bereits zahlreiche solche Wellenabdichtungen bekannt, die sich meist für die Abdichtung einer Flüssigkeit, insbesondere von Oel bedienen, die unter einem Überdruck einem besonderen, nich#itrotierenden, konzentrisch zur Welle in einer Druckkammer des lagergehäuses angeordneten Di-chtring zugeführt wird. Zwischen Dichtring und Welle bildet sich dann eine Flüssigkeitsschicht, wobei die Flüssigkeit sowohl nach innen in die 1.-iaschine, als auch nach aussen fließt, und den Spalt zwischen Welle und Dichtring abdichtet. Das ausfließende Oel wird in der Maschine und ausserhalb aufgefangen, abgeführt und gegebenenfalls nach durchgeführter Entgasung wieder der erwähnten Druckkammer zugeführt. Bei einer bekannten Anordnung wird durch einen in einem sogenannit ten Dichtungsgehäuse, das Bestandteil des Lagergehäuses.sein ka=, beidseitig seitlich geführten Dichtring, der die Welle mit geringem Spiel umschließt, aus einer ihn umschließenden Oeldruckkammer Oel unter einem bestimmten Druck radial bis zur Welle geführt, von wo es axial in dem Zwischenraum zwischeii Ring und Welle in Oelabflußkammern abströmt. Da der Oeldruck jeweils höher eingestellt ist, als der Druck des zur Kühlung verwendeten Kühlgasee, wird ein Austreten des Kühlgases aus der Maschine verhindert, Anfänglich wurden wasserstoffgekühlte Waschinen für einen Innendruck der etwa dem Druck in der Atmosphäre entspricht, gebaut, um die Reibungsverluste klein zu halten. Bei e iner Gleichheit von Aussendruck und Innendruck arbeiten solche Dichtringe einwandfrei, da keine axialen Kräfte auf den Dichtring einwirken. Die erhöhte Ausnutzung des aktiven Materials bei modernen Maschinen macht zur Vergrößerung der Kühlwirkung des Kühlgases jedoch eine Erhöhung des Gaadruckes erforderlich. die dazu führt, daß das Maschineninnere unter einerä Überdruck gegenüber der Atmosphäre steht.
• Wenn keine besondere Maßnahmen getroffen werden, wi:ed bei erhöhtem inneren Gandruck der Deldichtring in verstärktem Maße gegen die eine seiner beiden seitlichen Führungen im Dichtungsgehäuse gepreßt. Der Dichtring ist im Dichtungegehäuse gegen Mitrotieren gesichert. Er soll jedoch die radialen Bewegungen der Welle im Lagerspiel mitmachen können.
• An diesen radialen Bewegungen darf der Dichtring also durch den Anpreßdruck an seiner seitlichen Führung infolge der axialen Gaadruckkomponente"nicht gehindert werden. Es ist daher notwendig, diese axiale Kraftkomponente am Dichteing aufzuheben bzw. zu verkleinern. Dies kann durch entsprechende unterschiedliche Größe und Ausbildung* der seitlichen Führungsflächen am Dichtölring oder der Gegenflächen im Dichtungegehäuse erfolgen, oder durch Zuführung von Oel-unter erhöhtem Druck an der seitlichen Führungefläche, die dem erhöhten Druck ausgesetzt ist. Bei einer bekannten Anordnung (deutsche Patentschrift 972 863) wird von der ausgleichenden Wirkung verschieden großer Druckflächen und von der Zuführung von Oel mit erhöhtem Druck an den Anlageflächen.Gebrauch gemacht.
• Eine andere bekannte Wellendichtung ist in der Fig. 1 dargestellt. Hierin bedeuten 1 das Dichtungsgehäuse mit der Oeldruckkammer 2 und der Oelzuflußbohrung 3 für den Dichtring 4 mit dem Oeldurchtritt 5 zur Welle 6. Das zwischen Dichtölring 4. und Welle 6 gepreßte Oel wird nach der Luftseite in eine Auffang-# kammer 7 und nach der Gaeseite in eine Auffangkammer 8 gefördert. Die Uelauffangkammern7 und 8 sind durch die Oelabstreifer 9 und 10 zur Luft- bzw. zur Gasseite hin abgeschlossen. Aus den-Oelauffangkammern 7 und 8 fließt das Oel über Austrittsöffnungen 11 und 12 auf der Unterseite des Dichtungsgehäuses in entsprechende Oelabflußleitungeng und zwar in getrennte Leitungen für luftseitig und gasaeitig austretendes Oel. In die selben leitungen fließt auch das zwischen Welle 6 und Oelabstreifer 9 und 10 hindurchtretende Oel. Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, daß die seitlichen FWurungeflächen 13 und 14 des Dichtölringes 4 unter verschiedenem Druck stehen, der einerseits durch den gasseitigen Druck 2 und andererseits durch den Oeldruck nach dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm von P +,4P auf Null ab, während auf der zweiten Anlagefläche 14 der Gasdruck 2 voll wirksam ist, und zwar über die Anlagefläche 14 des Abstreifers 10 hinaus hinunter bis zur Welle an den freien Seitenflächen des Dichtölringes. Der Dichtöldruck P +4P baut sich daher über die radiale Länge der Anlagefläche 14 nur bis zum H2- Gegendruck 2 ab, wie es in dem Diagramm Fig. 3 dargestellt ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese axiale Druckkomponente zu beseitigen bzw. wesentlich zu verringern. Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß im Dichtungsgehäuse auf der luftseite des Dichtringes ein, insbesondere ringförmiger, konzentrisch zur Welle liegender Hohlraum vorgesehen ist, dem die Dichtflüssigkeit etwa mit-dem gleichen Druck wie der Kammer zugeführt wird und daß zwischen dem den Hohlraum einschließenden Teil des Lagergehäuses und dem Dichtring ein schmaler Spalt besteht, durch den die Dichtflüssigkeit zur Welle zu etrö'men vermag.
• Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, der Luftseite des Dichtölringes einen Druck vorzulagern, der in seiner Wirkung etwa dem H2-Druck auf der H2-Seite des Dichtölringes entspricht. und damit die axiale Druckkomponente auf den Dichtring in Rich.-tung Luftseite zu kompensieren.
• Dies könnte z.B. durch Luft von entsprechendem Druck erfolgen. Zweckmäßigerweise wird hierzu jedoch das Drucköl verwendet, welches der Oelkammer 2 des Dichtölringes zugeführt wird,indem man. einen Teiletrom hiervon einer dem Dichtölring vorgelagerten Kammer zuführt.
• Die eine Seite-des Hohlraumes für die Oeldruckvorlage kann erfindungegemäß durch einen in das Dichtungegehäuse eingesetzten Oelabschlußring gebildet sein, der sich an der Luftseite der Ringfläche des Wellendichtringes seitlich mit geringem Spiel anschließt und die Welle mit einem geringen Spiel konzentrisch umschließt. Der erwähnte Hohlraum und die Kammer können durch Oeffnungen im Lagergehäuse miteinander verbunden sein. Die-Dichtungsflüssigkeit kann aber auch durch Bohru'ngen im Lagergehäuse dem Hohlraum direkt zugeführt werden. Es kann zweckmäßig sein, daß dabei der Druck der durch die erwähnten Bohrungen direkt zugeführten Dichtungsflüssigkeit von dem Druck in der Kammer des Wellendichtringes abweicht.
• Die der Kammer des Wellendichtringes zugeführte Dichtungsflüssigkeit kann unter einem höheren Druck stehen, als das Kühlgas der Elektrischen Maschine.
• Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellendichtung sieht vor, daß im Lagergehäuse beiderseits der Kammer symmetrisch zu beiden Seiten des Oeldichtringes Hohlräume vorgesehen sind, in die'die Dichtungsflüssigkeit direkt oder von der Kammer des Oeldichtringes aus eingeführt wird. Dabei können die der Welle zugewandten Innenflächen der Oelabschlußringe verschieden groß sein. Es kann weiterhin zweckmäßig sein, in den Innenflächen der Oelabschlußringe Labyrinthrillen vorzusehen. Die Anzahl und/oder die Abmessungen der Labyrinthrillen in den beiden Oelabschlußringen können verschieden groß vorgesehen sein. Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß im Wellendichtungering etwa radiale Bohrungen voräeaehen sind, die mii dem oder den Hohlräumen für die Druckoelvorlage in Verbindung stehen. Die Anzahl und/oder die Abmessungen dieser Bohrungen können verschieden groß sein. Bei einer weiteren Ausführung der erfindungegemäßen Wellendurchführung sind die seitlichen .Führungeflächen des Wellendichtringee eben ausgebildet, so daß auch die Führungsflächen für den Wellendichtring am Lagergehäuse und die entsprechenden Flächen der Oelabschlußringe in einer Ebene liegen. Eine solche Ausführung ermöglicht eine einfache Bearbeitung der Wellendurchführung. Ausführungebeispiele der Wellendichtung nach der Zrfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Wellendichtungsanordnung im Schnitt, während in den Fig. 5 und 6 die auf der Luftseite bzw. Gasseite anstehenden Drucke Uber den Führungsflächen des Dichtringes als Diagramm ausgezeichnet sind.
• Pigt 7 zeigt eine Wellendichtungsanordnung im Schnitt mit beidseitigen Druckkammern und die Fig. 8 und 9 die zugehörigen DruckdIagramme. Die Fig. 10 und 12 zeigen weitere Ausführungsvarianten der erfindungegemäßen Wellendichtungsanordnung. Oelabdichtring 15 auf, dessen innerer Teil parallel zur Welle mit kleinem Abstand bis an den Wellendichtring 4 bis auf einen engen Spalt zwischen beiden hereingezogen ist. Aus dem Ueldruckraum 17 kann das Oel durch einen engen Spalt zwischen dem Oelabschlußring 15 und dem Dichtring 4 zur Welle hin abfließen.
• Die Zufuhr von Druckoel in den Raum 17 kann entweder durch Oeffnungen 18 aus dem Oeldruckraum 2 erfolgen, oder dgroh besondere Bohrungen 19, die direkt in den Oeldruckraum 17 führen, Wird das Oel dem Raum.17 durch die Bohrungen 19 zugefül:irt,dann kann der Oeldruck abweichend von dem Oeldruck in der Kammer 2 sein. Die Ausbildung der Gasseite des Diehmungssystems entspricht der bekannten Ausführung nach Fig. 1. Aus den Druckdiagrammen Fig. 5 und 6, die sioh auf die Führungsfläohen 13 bzw. 14 des ueldichtringes beziehen, ist zu entnehmen, daß durch die,erfindungsgemäße Anordnung ein guter Druckausgleich gegeben ist. Der Oeldruck an der Pührungsfläche 13 des Oeldichtringes fällt nicht vom Maximum 2 +AP auf Null abv wie bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 - 3, sondern bleibt in voller Höhe bestehen. E ' ret in dem Spalt'ziwschen dem Oelabschlußring 15 und dem Oeldichtring 4 fällt der Druck zur Welle hin auf Null ab. Die in Fig. 7 dargestellte Wellendichtung weLst eine vollko,-men symmetrische Anordnung des Dichtoelringsystems auf mit beidseitiger Druckölvorlage in den-durch die anstelle der Abstreifer vorgesehenen Oelabschlußringe 15 gebildeten Kammern 17 auf. Der Ausgleich der am Dichtring wirksamen Axialkräfte erfolgt im wesentlichen in gleicher Weise, wie bei der Wellendichtungsanordnung nach Fig. 4, wie die in Fig. 8 und#.9 dargestellten Druckdiagramme zeigez Unterschiedliche Ringspalte 20,21 auf der Luft- und der H2-Seite zwischen den Oelabschlußringen 15 und der Welle 6 bieten hierbei die Möglichkeit, den Oelabfluß nach der Luft- und der Gasseite unterschiedlich zu steuern.insbesondere, wenn die Bohrungen der Oelabschlußringe eine unterschiedliche Zahl der Labyrinthrillen 22, 23 enthalten. Bei der Anordnung nach Fig. 7 kann das Druoköl für die Oeldruckvorlage in den Kammern 17 wiederum entweder aus der Oeldruckkammer 2 über die Bohrungen 18 entnommen werden, oder über besondere Zuführungeleitunäen 19 den Kammern 17 zugeführt werden, wobei der Oeldruck in den Kammern 17 von dem Oeldruck in der Kammer 2 wiederum abweichend sein kann. Die Pig. 10 zeigt die gleiche Anordnung mit symmetrischer Oeldurckvorlage wie Fig. 7, jedoch ist hierbei die Oeldruckvorlage noch dazu ausgenutzt dem T-förmigen Oeldichtring, ausser der mittigen Oelzuführung 5 aus der Kammer 2, zusätzlich an den Seitenringteilen über.die Borhungen 24 und 25 Oel zuzuführen, wobei diese Zuführungäbohrungen 24 und 25 nach Anzahl und Größe unterschiedlich sein können.
• Die Pigl 11 zeigt eine Ausführungsvariante zur Anordnung nach der Pig, 7, die Fig. 12 eine Ausführungavariarite zur Anordhung nach Pig. 10 mit parallelflankig begrenzten Dichtölringen 26 und 27. Bei Fig. 12 ist wieden,.#m die Druokölvorlage für eine Mehrfachölzuführung zum Dichtölring ausgenutzt.wobei die zusätzlichen Boh-

Claims (2)

1. Patentansprüche Gasdichte Wellendurchführung mit abdichtendem Flüssigkeitsstrom für geschlossene gaagekühlte elektrische Maschine mit einem in einer Kammer des Lagergehäuses bzw. eines besonderen Dichtungegehäuses angeordneten, die Welle mit Spiel umschließenden, mit einem.ringförmigen radialen Spalt versehenen Dichtring, dadurch gekennzeichnetg daß im Dichtunge-"gehäuse auf der Luftseite des Dichtringes ein, insbesondere ringförmiger, konzentrisch zur Welle liegender Hohlraum (17) vorgesehen.ist, dem die Dichtflüssigkeit etwa mit dem gleichen Druck wie der Kammer (2) zugeführt wir d und daß zwischen dem den Hohlraum (17) einschließenden Teil des Lagergehäuses und dem Dichtring (4) ein schmaler Spalt (16) besteht, durch den die Dichtflüssigkeit zur Welle zu strömen vermag.
2. 2. Gasdichte Wellendurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite des Hohlraumes (17) für die Ueldruckvorlage durch eine in das Dichtungsgehäuse eingesetzten Oelabschlußring (15) gebildet ist, der sich an die luftseitige Ringfläche des Wellendichtringes seitlich mit geringem Spiel anschließt und die Welle mit einem geringen Spiel konzentrisch umachließt. 3. Gasdichte Wellendurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (17) und die Kammer (2) durch Oeffnungen (18) im lagergehäuse miteinander verbunden sind. 4. Gaadichte Wellendurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflüssigkeit für die Druckoelvorlage des Hohlraumes (17) über Bohrungen (19) zugeführt wird. 5. Gasdichte Wellendurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der durch die Bohrungen (19) zugeführten Dichtungsflüssigkeit von dem Druck in der Kammer (2) abweicht, 6. Gasdichte #jellendurchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kammer (2) zugeführte Dichtungsflüssigkeit unter einem höheren Druck steht, als das Kühlgas der elektrischen Maschine, 7. Gasdichte Wellendurchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagergehäuse beiderseits der Kammer (2) symmetrisch zu beiden Seiten des Oeldichtringes (4) Hohlräume (17) und (171) vorgesehen.sind, in die Dichtungsflüssigkeit eingeführt wird. 8. Gaadichte Wellendurchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Welle zugewandten Innenflächen (20, 21) der Oelabschlußringe (15) und (151) verschieden groß sind. 9. Gasdichte Wellendurchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenflächen (20.21) der Oelabschlußringe labyrinthrillen (22, 23) eingedreht sind. 10. Gasdichte Wellendurchführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und/oder die Abmessungen der Labyrinthrillen (22, 23) in den beiden Velabschlußringen verschieden groß sind. 11. Gasdichte Wellendurchführung nach den AnsprUchen 7, 8v 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Wellendichtungsring etwa radiale Bohrungen (24, 25) vorgesehen eindg die mit.den Hohlräumen (17) und 171) in Verbindung stehen. 12. Gaadichte Wellendurchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und/oder die Abmessungen der Bohrungen (24, 25) verschieden groß sind. 13.! Gasdichte' Wellendurchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Führungsflächen (13, 14) des Wellendichtringes (4) eben sind, so daß die Führungsflächen für den Wellendichtring am Lagergehäuse und die entsprechenden Flächen der Oelabechlußringe (15 und 151) in einer Ebene liegen.