DE2016169B2

DE2016169B2 - Einrichtung zur Versorgung der Kühl kanale von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kuhlwasser

Info

Publication number: DE2016169B2
Application number: DE2016169A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 5620 Velbert Pluschke
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-04-04
Filing date: 1970-04-04
Publication date: 1973-09-20
Also published as: GB1339834A; JPS576337B1; SE367290B; AT306166B; FR2089130A5; BE765229A; DE2016169A1; CH522971A; US3711731A; DE2016169C3

Description

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser der eingangs genannnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Spaltwasserkammer und dem Außenraum ebenfalls eine berührungslose Wellendichtung vorgesehen ist, daß der Kühlwasserkreislauf an eine das Kühlwasser mit Wasserstoffgas sättigende Gasquelle angeschlossen ist und daß der Spaltwasserkammer im Kühlkreislauf ein Sauerstoffentferner mit einem Palladium-Katalysator nachgeschaltet ist.

Dabei ist also eine Abdichtung zwischen Welle und Kühlwasseranschlußkopf an allen Stellen allein durch berührungslose Wellendichtungen vorgenommen und in Kauf genommen, daß stets Luft von außen in den Kühlwasseranschlußkopf und insbesondere in die Spaltwasserkammer eindringt. Um aber nun zu verhindern, daß der eingedrungene Luftsauerstoff zu Korrosionen im Kühlkreislauf führt, ist in den Kühlkreislauf ein Palladium-Katalysator eingeschaltet, durch den die molekularen Bindungskrafte des Wasserstoffs aufgehoben werden, so daß dieser im atomaren Zustand sich mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff zu Wasser bei relativ niedrigen Temperaturen verbindet. Um eine derartige Katalyse jedoch zu ermöglichen, ist ein gewisser Wasserstoff-Überschuß erforderlich. Aus diesem Grunde wird das Kühlwasser im Wasserbehälter mit Wasserstoff gesättigt, so daß stets ausreichender, im Wasser gelöster Wasserstoff vorhanden ist, um allen eingedrungenen Sauerstoff umzusetzen. Ferner kann durch den Katalysator und den Wasserstoffüberschuß auch im Wasser gelöster Sauerstoff, der durch elektrolytische Wasserzersetzung an den Kühlwasserverbindungsschläuchen aus Kunststoff der Erregerstromzuleitungen entsteht, wieder zu Wasser umgesetzt werden, was mit den bekannten Einrichtungen nicht möglich ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Kühlwasserkreislaufs mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen des Kühlwassers am Rotor eines Turbogenerators und

F i g. 2 den Kühlwasseranschlußkopf im Detail mit einer zusätzlichen Gasabsaugkammer.

In F i g. 1 ist schematisch eine ernndimgsgemäße Kühlwasserversorgungseinrichtung für einen Generator 1 mit Stator 2 und Rotor 3 dargestellt. Das Wellenende 3 ft des Rotors ist dabei von einem feststehenden Kühlwasseranschlußkopf 9 umgeben. Dieser Kühlwasseranschlußkopf weist zunächst eine die Welle ringförmig umgebende Ansaugkammer K 2 auf, aus der das Wasser über eine mit der Welle fest verbundene Schaftpumpe 7 in die Eintrittskammer K1 gesaugt wird. Von dieser Eintrittskammer K1 wird das Kühlwasser über einen äußeren Kreis Z₁ mit Kühler W und Filter F einem feststehenden Eintrittsstutzen 8 mit Zentralbohrung 8 α zugeführt, von dem aus das Kühlwasser in den Eintrittskanal 6 a des Wellenendes 3 b übertritt. Von hier aus strömt das Kühlwasser durch die Windungshälften 5 α und 5 b der Rotorwicklung 5 und wird über einen den Eintrittskanal 6 a konzentrisch umgebenden Austrittskanal 6 ft in eine die Welle ebenfalls konzentrisch umgebende Austrittskammer K 3 im Kühlwasseranschlußkopf9 abgeführt. Von der Austrittskammer K 3 strömt das Wasser über die Leitung /₄ in den als Wasserausdehnungsgefäß dienenden Wasserspeicher

11 und von dort über die Rückleitung/₅ zurück in die Saugkammer K 2.

Der Austrittskammer K 3 ist in Richtung auf den Außenraum eine Spaltwasserkammer K 5 nachgeschaltet. Die Wellendichtungen in den einzelnen

ίο Kammertrennwänden w 11 und w22 sind dabei als herkömmliche berührungslose Wellendichtungen vt> 1 und w 2 ausgeführt.

Besondere Schwierigkeiten bereitete bisher die abschließende Wellendichtung w 3 zwischen der Spalt-

wasserkammer K S und dem Außenraum. Eine ölgeschmierte Reibungsdichtung ist an dieser Stelle wegen der auftretenden Wellenverlagerungen nur schwer durchzuführen. Außerdem muß dann auf die Trennung von Öl und Wasser ein besonderes Augenmerk

ao gelegt werden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß auch diese Wellendichtung w 3 als berührungslose Wellendichtung ausgeführt ist. Dabei wird in Kauf genommen, daß stets Luft von außen in den Kühlwasseranschlußkopf 9 und insbesondere in die

Spaltwasserkammer K 5 eindringt. Um aber nun zu verhindern, daß sich der eingedrungene Luftsauerstoff, der sich im Wasser löst, zu Korrosionen im Kühlkreislauf führt, ist in den Kühlkreislauf ein Palladium-Katalysator zur Entfernung des Luftsauer-

Stoffs eingeschaltet. Um eine derartige Katalyse jedoch zu ermöglichen, ist stets ein gewisser Wasserstoffüberschuß erforderlich. Aus diesem Grunde ist der Kühlwasserkreislauf an eine das Kühlwasser mit Wasserstoffgas sättigende Gasquelle angeschlossen,

und zwar wird hierzu der als Wasserausdehnungsgefäß dienende Wasserspeicher 11 verwendet, der im oberen Teil des Ständers über dem Niveau des Wasseranschlußkopfes 9 angeordnet ist und über dessen Wasserraum 11 α ein Wasserstoffgas enthaltender und ein Druckgaspolster bildender Gasraum 11 b vorgesehen ist. Wasserstoffgas wird nunmehr von einer nicht näher dargestellten Gasquelle über die Gaszuleitung /,, in den Gasraum lift eingeleitet und über die Leitung Z₁₂ wieder abgeleitet. Dadurch wird

eine ständige Wasserstoffströmung im Gasraum lift erzielt, so daß das Wasser in innige Berührung mit dem Wasserstoffgas gelangt, das ständig in Lösung geht, so daß das Wasser mit Wasserstoffgas gesättigt wird.

Das in die Spaltwasserkammer K S übertretende Spaltwasser enthält nunmehr stets eine gewisse Menge Wasserstoff, der in der Spaltwasserkammer K 5 zum Teil ausfällt. Außerdem tritt aber über die in der Kammertrennwand w 33 angeordnete berührungslose Wellendichtung w 3 ständig Luft vom Außenraum ein, so daß sich auch ein Teil des Sauerstoffs im Wasser löst. Aus diesem Grunde wird das aus der Spaltwasserkammer K 5 ablaufende und zunächst in einem gesonderten Sammelbehälter 13 ge-

sammelte Spaltwasser über die Leitung /₆ einem Sauerstoffentferner 15 zugeführt. Dieser Sauerstoffentferner besteht im wesentlichen aus einem Palladium-Katalysator. In diesem Palladium-Katalysator werden die molekularen Bindungskräfte des Wasserstoffs aufgehoben, so daß sich dieser im atomaren Zustand mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff zu Wasser bei relativ niedrigen Temperaturen verbindet. Dieses Wasser wird dann über die Pumpe 16 und

die Leitung I₀ in den Wasserspeicher 11 zurückgefördert.

Zur Umsetzung von einem Gramm Sauerstoff sind dabei 0,125 Gramm Wasserstoff erforderlich. Damit diese Reaktion hinsichtlich ihres Gleichgewichtszustandes zur sicheren Seite verschoben wird, ist jedoch stets ein gewisser Wasserstoffüberschuß erforderlich, und zwar etwa ein Überschuß von 160 °/o. Es muß also dem dem Sauerstoffentferner 15 zuströmenden Wasser stets ein solcher Wasserstoffüberschuß relativ zum Sauerstoffgehalt zugeführt werden, daß der Sauerstoff restlos umgesetzt wird.

Dazu gibt es nunmehr zwei Möglichkeiten; einmal kann man als berührungslose Wellendichtung w 3 eine hochwertige Wasserring-Stopfbuchsdichtung verwenden, so daß in der Spaltwasserkammer K 5 stets ein außerhalb der Knallgas-Konzentration liegender Wasserstoffüberschiiß von über 75 % H₂ vorhanden ist. In diesem Fall hat das dem Sauerstoffentferner 15 zugeführte Spaltwasser bereits den erforderlichen H₂-Überschuß. Wenn aber bei Ausbildung der Dichtung w 3 als einfache berührungslose Wellendichtung viel Luft in die Spaltwasserkammer eindringt und somit auch viel Sauerstoff in Lösung geht, hat jedoch das dem Wasserstoffentferner 15 zuströmende Spaltwasser nicht den erforderlichen H₂-Uberschuß. Damit dieser gewährleistet ist, mündet in die von der Spaltwasserkammer K 5 zum Sauerstoffentferner 15 führende Leitung Z₆ eine Zusatzwasserleitung Z₁, mit Einstellventil V 5 vom Wasserspeicher 11 her. Die erforderliche Zusatzwassermenge kann somit abhängig von dem H₂- oder OyGehalt des Spaltwassers durch das Ventil V 5 derart eingestellt werden, daß der erforderliche H₂-Uberschuß in dem dem Saucrstoffentfcrner 15 zuströmenden Wasser immer vorhanden ist.

Es ist dabei völlig ausreichend, wenn dieser Sauerstoffentferner 15 lediglich in den Nebenkreislauf, der das Spaltwasser abführt, geschaltet ist, da nur dieses Wasser mit Luflsauerstoff in Berührung kommen kann. Dadurch muß dieser Sauerstoffentferner nur für geringeren Durchsatz ausgelegt werden, als wenn er direkt in den Hauptkreislauf eingeschaltet worden wäre.

Ein derartiger Sauerstoffentferner hat aber darüber hinaus noch den Vorteil, daß auch der im Wasser gelöste Sauerstoff, der durch elektrolytische Wasserzersetzung an den Kühlwasserverbindungsschläuchen aus Kunststoff der Erregerstromzuleitung entsteht, wieder zu Wasser umgesetzt wird.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn hinter dem Sauerstoftentferner 15 noch ein Ionentauscher A eingeschaltet ist, der das im Wasser gelöste CO₂ bindet,

jo wodurch die Leitfähigkeit des Wasscs heruntergesetzt wird.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt; dabei ist zwischen der Austrittskammer K 3 und der Spaltwasserkammer K 5 noch eine mit Wasser gefüllte Druckausgleichskammer K 4 mit einer berührungslosen Wellendichtung w 4 angeordnet. Diese Kammer K 4 steht über die an dem I.eitungsstutzen Z₀ angeschlossene Leitung Z_u mit dem Wasserspeicher 11 in Verbindung. Diese Druckausgleichskammer K 4 weist dabei ein Druckniveau auf, das zwischen dem der Austrittskammer K 3 und dem der Spaltwasserkammer K 5 liegt, so daß durch diese Kammer das Druckgefälle zwischen der Austrittskammer und der Spaltwasserkammer stufenweise abgebaut wird. Dadurch läßt sich die Spaltwassermenge, die von der Kammer K 4 in die Kammer K 5 übertritt, relativ klein halten, wobei der Druck in der Druckausgleichskammer beispielsweise bei 0,2 atü liegen kann.

Ferner ist der Spaltwasserkammer K S in Richtung auf den Außenraum eine Gasabsaugkammer K 6 vorgeschaltet, die praktisch auf dem gleichen Druckniveau liegt wie die Spaltkammer K 5 und gegenüber dem Außenraum ebenfalls durch eine berührungslose Abschlußwellendichtung w α abgedichtet ist. Diese Kammer K 6 ist über eine Leitung Z₁₅ an eine nicht dargestellte Gasabsaugung angeschlossen, wobei durch die Abschlußwellendichtung w α Luft in einer solchen Menge angesaugt wird, daß der von der Spaltwasserkammer K 5 über die zwischengeschaltete Wellendichtung w 3 in die Gasabsaugkammer K 6 gelangende Wasserstoff unterhalb der Knallgaskonzentration bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß die zwischen der Gasabsaugkammer (K 6) und der Spaltwasserkammer (K S)

1. Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle angeordnete Wellendichtung (w3) zumindest teilvon Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühl- 5 weise als eine Wasserring-Stopfbuchsdichtung wasser, insbesondere für Turbogeneratoren mit ausgebildet ist

direkt wassergekühlter Rotorwicklung, bestehend

aus einer die Rotorwelle flüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden Eintrittskammer, von

der das unter Druck stehende Kühlwasser den io Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Kühlkanälen zuleitbar ist, einer die Rotorwelle zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elekflüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden bischer Maschinen mit Kühlwasser, insbesondere für Austrittskammer, von der das aufgewärmte Kühl- Turbogeneratoren mit direkt wassergekühlter Rotorwasser wieder ableitbar ist, einem zwischen Ein- wickl-ang, bestehend aus einer die Rotorwelle flüssig- und Austrittskammer liegenden äußeren Kreis- 15 keitsdicht zum Außeiiraum umgebenden Eintrittslaufteil mit einer Wasseraufbereitungs- und kammer, von der das unter Druck stehende Kühl-Rückkühlanlage, mindestens einer das Kühlwas- wasser den Kühlkanälen zuleitbar ist, einer die Rotorser im Kreislauf fördernden Kühlwasserpumpe welle flüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden sowie mit einer der Austrittskammer in Richtung Austrittskammer, von der das aufgewärmte Kühlauf den Außenraum vorgeschalteten Spaltwasser- 30 wasser wieder ableitbar ist, einem zwischen Ein- und kammer und mit berührungslosen Wellendichtun- Austrittskammer liegenden äußeren Kreislaufteil mit gen an den einzelnen Kammertrennwänden, da- einer Wasseraufbereitungs- und Rückkühlanlage, durch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer das Kühlwasser im Kreislauf förder Spaltwasserkammer (K S) und dem Außen- dernden Kühlwasserpumpe sowie mit einer der Ausraum ebenfalls eine berührungslose Wellendich- 25 trittskamm^r in Richtung auf den Außenraum vortung (w 3) vorgesehen ist, daß der Kühlwasser- geschalteten Spaltwasserkammer und mit berührungskreislauf an eine das Kühlwasser mit Wasserstoff- losen Wellendichtungen an den einzelnen Kammergas sättigende Gasquelle angeschlossen ist und trennwänden.

daß der Spaltwasserkammer (K 5) im Kühlkreis- Eine derartige Einrichtung ist aus den »Technilauf ein Sauerstoffentferner (15) mit einem Palla- 30 sehen Mitteilungen« AEG-Telefunken 59 (1969) Seidium-Katalysator nachgeschaltet ist. ten 18 bis 19 bekannt Bei der dort beschriebenen

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Maschine ist eine Stickstoff-Schutzgasfüllung unter als Wasserausdehnungsgefäß dienenden Wasser- Überdruck vorgesehen, damit das Kühlwasser zum speicher und einem über dem Wasserspiegel ein Schutz gegen Korrosion nicht mit Atmosphärenluft Druckgaspolster bildenden Gasraum, dadurch ge- 35 in Berührung kommt. Ferner sind dort zwar zwikennzeichnet, daß eine das Wasser mit Wasser- sehen Welle und Pumpe berührungslose Wellendichstoffgas sättigende Gasquelle (Z₁.) in den Gasraum tungen vorgesehen, bis auf die Abdichtung des (11 b) des Wasserspeichers (11) mündet und an eigentlichen Schutzgasraumes, der durch eine ölgeden Gasravm (11 b) eine eine ständige Wasser- schmierte Wellendichtung abgedichtet ist.
Stoffströmung oberhalb des Wasserspiegels auf- 40 Ein ähnlicher Kühlmittelanschlußkopf mit einem rechterhaltende Gasabsaugung (Z₁₂) angeschlossen Schutzgas unter Überdruck und einer ölgeschmierten ist. Enddichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- I 178 504 bekannt.

kennzeichnet, daß in die von der Spaltwasser- Bei den in den genannten Literaturstellen be-

kammer (K S) zum Sauerstoffentferner (15) füh- 45 schriebenen Abdichtungen der Welle ist somit ver-

rende Leitung (Z,) eine Zusatzwasserleitung (Z₁,) sucht worden, eine absolute Dichtheit gegenüber der

für wasserstoffgesättigtes Wasser aus dem Was- Außenatmosphäre zu erreichen und Lufteinbrüche

serspeicher (11) mündet und die Zusatzwasser- veitgehend zu vermeiden. Dazu sind einerseits ölge-

menge mittels eines Ventils (f5) einstellbar ist. schmierte Wellendichtungen erforderlich, und ande-

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da- 50 rerseits muß ein Schutzgaspolster unter erhöhtem durch gekennzeichnet, daß zwischen der Spalt- Druck vorgesehen werden, um trotz der ölgeschmierwasserkammer (KS) und der Austrittskammer ten Wellendichtung und weiterer baulicher Abgren- (K 3) eine mit Kühlwasser gefüllte Druckaus- zungen gegenüber der Außenatmosphäre ein Eingleichskammer (K 4) mit einem Druckniveau dringen von Luft zu verhindern. Bei ölgeschmierten zwischen dem der Austrittskammer (K 3) und 55 Wellendichtungen ist jedoch nie ganz zu vermeiden, dem der Spaltwasserkammer (K S) angeordnet daß öl in den Wasserkreislauf oder — was noch und über eine Druckausgleichsleitung (Z₁₄) an gefährlicher ist — Wasser in den ölkreislauf des dem Wasserraum des Wasserspeichers (11) ange- nachgsschalteten Lagers dringt.

schlossen ist. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- 60 die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Versorkennzeichnet, daß der Spaltwasserkammer (KS) gung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Main Richtung auf den Außenraum eine Gasabsaug- schinen mit Kühlwasser zu schaffen, bei der alle abkammer (K 6) mit praktisch dem gleichen Druck- zudichtenden Flächen zwischen feststehenden und niveau wie die Spaltwasserkammer (K S) vorge- rotierenden Teilen mit berührungslosen und einfach schaltet ist, die über eine Leitung (Z₁₅) an eine 65 aufgebauten Dichtungen versehen sind und darüber Gasabsaugung derart angeschlossen ist, daß über hinaus einfache Vorkehrungen getroffen werden, um die Abschlußwellendichtung (wa) stets Luft an- Korrosionen durch in das Kühlwasser eingedrungene saugbar ist. Atmosphärenluft zu vermeiden.