DE1628102B1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von im leerlauf in luft rotierenden hydraulischen kreiselmaschinen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Luft unter Zwischenschaltung einer Kühlvorrichtung,

Kühlen von im Leerlauf in Luft rotierenden hydrau- beispielsweise eines Wärmeaustauschers oder einer

lischen Kreiselmaschinen, beispielsweise Francis- Wasserstrahlpumpe, im Kreislauf geführt wird. Die

turbinen oder Pumpenturbinen für Speicherkraft- Verwendung einer Wasserstrahlpumpe ist deshalb

werke od. dgl. 5 empfehlenswert, weil eine solche Pumpe gleichzeitig

Bei Pumpspeicherwerken besteht ein Maschinen- als Pumpe und als Kühler wirkt,

satz gewöhnlich aus Turbine, Generator und Pumpe. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug-

Da die Turbine im Hinblick auf einen einfacheren nähme auf die Zeichnung, in der eine Francisturbine

Aufbau der Maschine meist starr mit der Generator- im schematischen Längsschnitt als Beispiel dargestellt

welle gekuppelt ist, muß bei Pumpbetrieb der Rotor io ist, näher erläutert.

der Turbine ebenfalls mitlaufen. Das Turbinenleitrad Die dargestellte Turbine besteht im wesentlichen und sonstige Abschlußorgane müssen hierbei ge- aus dem Gehäuse 1 und dem darin drehbar geschlossen sein. Um die auftretenden Verluste in trag- lagerten Rotor 2. Der Rotor ist mittels der Labyrinthbaren Grenzen zu halten, wird das Wasser aus dem dichtungen 3 in bekannter Weise gegen das Gehäuse Turbinengehäuse durch Preßluft verdrängt, so daß 15 abgedichtet,
der Rotor in Luft läuft. Das Betriebswasser wird in der Spirale 4 und im

Um eine übermäßige Erwärmung der Turbine und anschließenden Leitrad 5 in Rotation versetzt und der darin enthaltenen Luft und insbesondere eine gibt beim Durchströmen der Laufradschaufehl seine dadurch bedingte unzulässige Ausdehnung der in- Energie an den Rotor 2 ab. Das Wasser fließt soeinandergreifenden Teile der Labyrinthdichtung zu ao dann durch das Saugrohr 6 ins Unterwasser ab. Der vermeiden, ist es bekannt, zur Kühlung Wasser in Rotor 2 ist über die Welle 7, die starre Kupplung 8 die Spalte der Labyrinthdichtung einzuspritzen. Ob- und das Lager 9 mit dem nur schematisch angegleich durch das eingespritzte Wasser erhebliche deuteten Generator 10 verbunden.
Energieverluste entstehen, die weit über die durch Wenn der Generator als Motor auf die auf der die reine Ventilationsarbeit bedingten Verluste hin- 25 anderen Seite des Generators gelegene und in der ausgehen, war eine solche Kühlung bisher unbedingt Zeichnung nicht dargestellte Pumpe arbeitet, wird erforderlich, da die Erwärmung und die damit ver- das in der Spirale 4 und im Saugrohr 6 vorhandene bundene Ausdehnung der ineinandergreifenden Teile Wasser durch Einleiten von Preßluft so weit abgeder Labyrinthdichtung so groß ist, daß diese sich in senkt, daß es von den Schaufehl des Rotors 2 nicht kurzer Zeit berühren und damit festfressen würden. 30 mehr berührt wird. Dieser Fall ist in der Zeichnung

Im Hinblick auf den unerwünscht hohen Aufwand dargestellt.

hat es nicht an Versuchen gefehlt, diesen nach Mög- An einer vom Erfinder untersuchten Versuchslichkeit zu reduzieren. So ist beispielsweise aus der maschine wurden folgende Beobachtungen gemacht deutschen Patentschrift 929 360 eine hydraulische und Rechnungen durchgeführt: Wird die Maschine Maschine bekannt, bei der das Kühlwasser kurz vor 35 mit Nenndrehzahl betrieben und der Spalt in der seinem Eintritt in die zu kühlenden Labyrinthspalte Labyrinthdichtung nicht mit Wasser beaufschlagt einen Injektor durchströmt und auf diese Weise Luft und nimmt man an, daß zwischen dem Maschinenansaugt. Die Luft wird sodann zum Niederhalten des gehäuse und dem von der Maschine eingeschlossenen Unterwassers verwendet, was den Vorteil hat, daß Luftvolumen kein Wärmeaustausch stattfände, dann einerseits besondere Luftleitungen und andererseits 40 würde sich die Luft in der untersuchten Versuchsder Kompressor zur Erzeugung des erforderlichen maschine um 10,6° C/Min. erwärmen. Das zwischen Überdruckes eingespart werden. Trotz dieser Vor- den Labyrinthspalten befindliche Luftvolumen würde teile bleibt aber der Nachteil bestehen, daß durch trotz der kleinen Reibungsverluste von insgesamt nur das eingespritzte Kühlwasser beträchtliche Leistungs- 0,034 kW um 268° C/Min. aufgeheizt werden. In Verluste auftreten. Messungen haben gezeigt, daß 45 Wirklichkeit findet jedoch ein. durch die heftige Verdiese Verluste bis zu 1,2 % der Nennleistung der wirbelung begünstigter Wärmeaustausch zwischen der hydraulischen Maschine betragen können. Im Hin- Luft und den umgebenden Maschinenmassen statt, blick hierauf stellt sich die Aufgabe, eine hin- Weiter wird die Luft in den Labyrinthspalten durch reichende Kühlung von im Leerlauf in Luft rotieren- ' die Förderwirkung des Laufrades ständig erneuert, den hydraulischen Kreiselmaschinen unter möglich- 5° Die Querströmungsgeschwindigkeit im Spalt der ster Vermeidung solcher Verluste zu erzielen. untersuchten Maschine betrug 14 m/s, obwohl in-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- folge des Rotationsparaboloides im Laufradspalt und

löst, daß die in der hydraulischen Maschine zum der Geschwindigkeitshöhe am Laufradaustritt der

Niederhalten des Unterwassers vorhandene Luft zum wirksame Differenzdruck nur 54 mm WS betrug.

Abtransport der entstehenden Wärme benutzt wird. 55 Wegen des raschen Luftwechsels betrug der Tem-

Dies geschieht, indem wenigstens ein Teil dieser Luft peraturanstieg der Spaltluft in der untersuchten

aus der Maschine entnommen und möglichst unter Maschine beim Durchströmen nur 0,07° C.

Aufrechterhaltung des herrschenden Druckes eine Diese Beobachtungen zeigen, daß die vorhandene

entsprechende Menge kühler Luft wieder zugeführt Luft und die sich einstellende Strömungsgeschwindig-

wird. 60 keit durchaus in der Lage ist, die entstehende Wärme

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß infolge abzuführen. Dies bedeutet aber, daß auf zusätzliches

der Drehung des Rotors ein Druckgefälle im Innern Kühlwasser, welches in den Labyrinthspalt eingeleitet

der hydraulischen Maschine entsteht, läßt sich das werden muß, verzichtet werden kann,

erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so durch- Zum Abführen der Wärme ist bei der in der

führen, daß die in der Maschine enthaltene Luft an 65 Zeichnung beispielsweise dargestellten Maschine die

einer Stelle höchsten Druckes entnommen und die Spirale 4 über eine Kühlvorrichtung 11 mit dem

kühle Luft an einer Stelle niedrigsten Druckes zu- Saugrohr 6 verbunden. Der durch die Förderwirkung

geführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die des Rotors auftretende Differenzdruck reicht in den

meisten Fällen aus, um die zu kühlende Luft durch die Rohrleitungen 12 und 13 sowie durch den Kühler 11 zu treiben. Im dargestellten Beispiel ist der Kühler 11 ein Wärmeaustauscher, der über die Leitungen 14 und 15 mit Kühlwasser versorgt wird.

Sollte die durch den Rotor erzeugte Druckdifferenz zwischen der Spirale 4 und dem Saugrohr 6 nicht ausreichen, um die Luft durch die Kühlvorrichtung 11 zu treiben, so ist es möglich, in der Leitung 12 oder auch in der Kühlvorrichtung 11 eine zusätzliche Pumpvorrichtung, etwa ein Gebläse od. dgl., anzuordnen. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, an Stelle des Wärmeaustauschers eine Wasserstrahlpumpe als Kühlvorrichtung und Pumpe zu ver_r wenden. Durch die innige Berührung der von einer Wasserstrahlpumpe geförderten Luft mit dem Förderwasser wird ein sicherer Wärmeaustausch erzielt.

Infolge des sich in der Spirale 4 gegenüber dem Saugrohr 6 aufbauenden Überdruckes strömt die in der Spirale vorhandene Luft zusätzlich durch die Labyrinthspalte und nimmt die dort entstehende Wärme auf. Dieser Vorgang kann — falls erwünscht — noch dadurch verstärkt werden, daß ein Zusatzluftstrom über in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen in den Spalt geführt wird. Dies ist jedoch in den meisten Fällen nicht erforderlich.

Eine andere Möglichkeit ist die, die zu kühlende Luft nicht an der Stelle höchsten Druckes — im dargestellten Beispiel also aus der Spirale 4 — zu entnehmen, sondern an der Stelle niedrigsten Druckes. Die dort entnommene Luft kann sodann nach Kühlung und Förderung beispielsweise durch eine Wasserstrahlpumpe an der Stelle höchsten Druckes wieder zugeführt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen von bei Leerlauf in Luft rotierenden hydraulischen Kreiselmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der in der hydraulischen Maschine enthaltenen, das Unterwasser verdrängenden Luft entnommen und möglichst unter Aufrechterhaltung des in der Maschine herrschenden Druckes eine entsprechende Menge kühler Luft wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die in der Maschine enthaltene Luft an einer Stelle höchsten Druckes entnommen und die kühle Luft an einer Stelle niedrigsten Druckes zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft unter Zwischenschaltung einer Kühlvorrichtung im Kreislauf geführt wird.

4. Maschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (4) über eine Kühlvorrichtung (11) mit dem Saugrohr (6) verbunden ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (11) ein Wärmeaustauscher ist.

6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (II) eine Wasserstrahlpumpe ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen