DE2154979A1 - Verfahren zur ermittlung von leckstellen an wassergekuehlten elektrischen maschinen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

t k NOV. 1971 KRAPTWHiK ÜBflON AKTIENGESELLSCHAFT 4330 MUlhein-Ruhr

Wie senstraße 35

Unser Zeichen: PA 71/9354 Μββ/ϊΐ

"Verfahren zur Eraittlung von Leckstellen an wassergekühlten elektrischen Maschinen and Einrichtung zur Durchfährung des Verfahrens"

Bei elektrischen Maschinen großer Leistung, wie insbesondere Turbogeneratoren, wird zur Abführung der Verlustwärae aus den Ständer und auch aus dem Läufer von einer Wasserkühlung der entsprechenden Wicklungsleiter Gebrauch gedacht. Bei einer derartigen Wasserkühlung besteht jedoch die Gefahr, daß bei eine« auftretenden Leck im Kühlwasserkreislauf innerhalb des Masohinengehäuses erhebliche Schäden auftreten könne», wenn dieses Leck sieht rechtseitig erkanvt wird· Es ist bisher zwar schoB versucht worden, derartige Lecks und dabei austretende Wasser «it einer Feuchtigkeitsmesauag su eraitteln. Bei kleineren Lecks ist dabei jedoch eine Anzeige nur sehr schwer zu erhalten, da die innerhalb des Kühlgasstroaes la Maschinengehäuse auftretende Feuchtigkeitsaenge nur äußerst gering ist, da sich diese Feuchtigkeit sehr schnell an den Kühlern für das Schutzgas la Gehäuse niederschlägt, so daß auch alt eise« Anstieg der Feichtigkeit innerhalb der Kühlgasströaueg nicht gerechnet werden kann.

Der irfiadttBg liegt daher die Aufgabe zagrusd·, ei» Verfahr·« u«d ein· !!»richtung zur Ermittlung ve» Leekstellen la Kühlwasserkreislauf innerhalb des Gehäuses vom zvaindest ie Ständer wassergekühlten Maschinen zu schaffen, alt de« el»· schnelle Srfassusg und Meldung auch kleinster Lecks la Kühlwasserkreislauf Möglich ist. Dabei wird vo» einer Masohioe ausgegangen, die neb·» ei»er Wasserkühlung 1« Ständer oder auch !■ Läufer zusätzlich noch eine weitere gasföraige Kühlaittel strömung innerhalb des druckdicht ausgeführten Masohinengehäuses aufweist.

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Sie Erfindung besteht dabei darin, daß einem der beiden KiIhI-■ittel ein Indikator zugegeben wird, der bei Auftreten eines Lecks in das andere Kühlmittel übertritt and dort gernesäen wird. Als Indikator können dabei Heliua oder auch ein radioaktives Isotop in Form von Iritiua verwendet werden. Zweck-■ISig ist es dabei, wenn der Indikator des Ktihlaitt«l zugesetzt wird, das einen höheren Druck gegenüber dta anderen Kühlaittel aufweist.

Wenn jetzt also ein Leck auftritt, so ist es möglich, daß der de· einen Kühlmittel zugegebene Indikator in das andere, m bisher indikatorfreie Kühlmittel übertritt und dort an einer

entsprechenden Meßstelle leicht eraittelt werden kann. Durch die Art der verwendeten Indikatoren ist dabei an eh ein· Ermittlung dieses Indikators in kleinsten Mengen möglich, so dad auch sehr kleine Lecks frühzeitig erkannt werden können.

ErfinduBgsgemäß ist es dabei bei einer elektrischen Maschine ■it mindeste»s wassergekühlte« Ständer sowie einer Wasserstoffkühlströmung innerhalb des Gehäuses alt hSfcerea Druck als dta des Kühlwassers zweckaäßig, daß aa Maschinen gehäuse eine Zuführungsvorrichtung zur Einspeisung von Heliua ia das Wasser sto ffkühlgas und aa Aus dehnung β ge faß für das Kühlwasser ein Heliem-Lecktestgerät zur Ermittlung von in das Kühlwasser P übergetreteitm Helium vorgesehen sind. Da bei diesea Tall die

Wasseretoffkühlströaung eine» höheren Druck als das Kühlwasser aufweist, wird bei einea Leck Wasserstoffgas in das Kühlwasser übertreten, so daß dann das ia Wasser stoff gas enthaltene Helium auoh in das Kühlwasser übertritt und dort •raittelt werden kann.

Es ist aber auch bei einea höheren Druck des Wasserstoffkühlgaaee als dea des Kühlwassers möglich und bei geringere« Druck des Wasser sto ff gases sogar zweckmäßig, wenn an die Kühlwasser zuführung eine Tritiumeinspeisevorrichtung und an das Maschinengehäuse eine Auspuffleitung für einen Tel1strom der Wasserstoffkühlströaung alt einem Isotopenzähler angeschlossen

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ist» Dabei wirl naaliea bei einea Leck das la Wasser sattelten« fritiaa ait Ib das I&hlgas an a treten «ad dort tra einer sehr geringen ladleaktivltat des Xfiklgaaes fttkren, die iaan alt eiaea satepreekendea »hler leicht ermittelt werden kann.

Bei einer Ma.tcbJ.ne alt waaesrgekiiklteB Ständer sad Liefer sowie eiaea beiderseits abgedichteten evakuierten Laftepalt BSd einer Schat«gas*taoepfcare innerhalb des Gehänsee, für die beispielweise Erdgas verwendet werden kann, ist es swsokaaSlg, iaS aa die läÜLLwasssreiBspslesleitang sine lin-

for des Iadikator «ad sowoal an das Ha- «las Auspuff leitung für einen Seilst zoa ds s Sekatsgasea als sack parallel «or Takaaapnaas für dw Leftspalt eiae weitere laepaffleiteng alt je eiaea Meßgerät ier Sraittlaag voa fibergetretenea Indikator angeseklosseii ist« Dabei 1st es aSglich, daß sowokl Hellaa als saek Tritiia dsa KShlwasssr sagesttst wird.

Anhand einer sebeaatiechen Zeioknnag sind Amf tea and Ylrkaagsweiee tob aasfBkraagsoslsfislsn ntker erläutert. Dabei »eigen:

Fig. 1 eise elektrische Maaohine alt wasserfskttaltsa Ständer aod eiaer ¥a.eeersteffk&hletr3aeBg innerhalb las Oekässei «si eiaer Terweadsag vsa HeIi«a ale loiikater;

yig. 2 dia fleicke Masekise alt fritiea als Indikater, «as dsa lialwaseer la^esstit wird;

TIg. 3 slat in S ti »der «ad Läefer waeeergekaklte Masehine alt fritlaa als Indikator aod

4 sine la Ständer aal Lief er wasser frttklte Saseklas alt eines avakaisrtaa Laftepalt eowie der Tarwsaftaag τοη Eeliaa oder frltina al« Indikator la IBhlwateer.

lach fl$, 1 beetekt (Sie elektrische Maeohine 1 a«s eine«

atlater 2 aai eiaea gasfektlhltea Hafer 3,

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der Über die Welle 4 von einer nicht näher dargestellten Turbine angetrieben wird. Ständer 2 und Läufer 3 sind dabei von eines druck- und gasdicht ausgeführten Gehäuse 5 umschlossen. Sie Standerwicklung 6 ist nach den dargestellten Ausführungsbeispiel von Kühlwasser zur Abführung der Verlustwarne durchströmt. Diesee Kühlwasser wird dabei von einer Wasseraufbereitungsanlage 7 über eine Zuleitung θ einer Ringleite ng 9 augeführt, τοη der aus die einzelnen Hohlleiter der Ständerwicklung 6 »it de· Kühlwasser beaufschlagt werden. Auf der anderen Seite des Ständers wird das aus der Wicklung 6 abet röe en de Wasser über eine Ringleitung 10 und eines Abfluß in das Kühlwasseraue dehnungsgefäß 12 geleitet, das oberhalb der Maschine 1 angeordnet ist. Durch dieses Ausgleichsgefäß 12 ist dabei ie konstanten Stro« über die Leitung 13 Wasserstoff oder Stickstoff geführt, u« das Wasser stets iu Überschuß χ« etwa gelüste« Sauerstoff alt Wasserstoff oder Stickstoff EU sättigen. Ton diese· Ausdehnungsgefäß 12 wird das Kühlwasser anschließend über eine Leitung 14 su den Wasseraufbereitungsanlagen, die gleichseitig Kühler und Pu«peη usjfassen, surückgeleitet und το η dort erneut im Kreislauf der Ständerwicklung 6 zugeführt.

Innerhalb des Gehäuses 5 wird darUber hinaus über eine Zuleitung 15 Wasserstoffgas eingespeist, üb soeit die erforderliche KühlgasstrSaung für die Standerbleohpakete und den Läufer der Maschine su erhalten. Dabei ist in de« vorliegenden fall angenomen, daß das Wasserstoffgas innerhalb des Gehäuses 5 einen höheren Druck aufweist, als das Kühlwasser in der Ständerwicklung 6 und den entsprechenden Zuleitungen.

Ue nunaehr frühzeitig ein Leck im Kühlwasserkreislauf innerhalb des Gehäuses 5 feststellen su können, ist an das Gehäuse 5 eine weitere Einspeiseleitung 16 angeschlossen, über die als Indikator Heliua zugeführt werden kam. Tritt nan eis Leck ie Kühlwasserkreislauf auf, so tritt durch den höheren Druck des Wasserstoffes innerhalb des Gehäuses ein

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Teil dieses Wasserstoffes ait des) darin enthaltenen Heiina in das Kühlwasser aber. Ua nan feststellen su tonnen, ob auch Heliua in das Kühlwasser Übergetreten ist, ist beispielsweise an das Wasseraasdehnungsgefäß 12 ein Heliualeclctestgerät 17 angeschlossen, das auch geringe Sparen Ten Heliua ia Kühlwasser sieher feststellen kann. Auf diese Weise kann also sehr frühzeitig das Auftreten eines Leeks erkannt werden, so daß dann durch rechtseitigen Eingriff größere Schaden τ era ie den werden können.

In Fig. 2 ist die gleiche Haschine «it wassergekühltes Ständer wie in fig. 1 dargestellt, jedoch sei hier !«nächst angenomen, daß der Druck: des Wasser stoff gases inn erhalle des Gehäuses 5 geringer ist als der Druck des Kühlwasser in der Stftnderwicklnng 6. Ia vorliegenden Falle ist es dabei sw eckaäfiig, den Indikator des Kühlwasser selbst cususetsen. Zn diesea Zweck ist an iie Kühlwasserleitνng 14 eine Einspeisevorrichtung 18 sur Ziführang von Tritiia in das Kühlwasser angeschlossen. Dabei ist jedoch die Zuführung des Tritiuas auch an jeder anderen Stelle innerhalb des Kühlwasserkreislaufes Böglieh. Bei eine« Leck des Kühlwasserkreislaufes tritt nan Wasser and darin enthaltenes Tritiua in das Wasserstoff gas innerhalb des Gehäuses 5 aus, wodurch eine geringfügige Radioaktivität des Wasserstoffgases erseugt wird. Ua diese Radioaktivität fβstsustellen, ist an das Gehäuse 5 eine Auspuffleitung 19 für einen Teilstroa des Wassersteffgases angeschlossen. In diese Aaspiffleitung 19 ist dabei ein Isotopensähler 20 eingeschaltet, der bei eiaea auftretenden Leck und daait einer Radioaktivität des Wasserstoffgases sofort eine entsprechende Anseige auelost. Aueh daait ist also eine schnelle und sichere Anseige auch eines kleiien Lecks alt eine« Wasserverlust voa nur 1 1 pro fag schnell und sicher aSglioh.

Die Einspeisung des Indikators in Fora von Tritiia in das Kühlwasser ist bei der in Hg.2 beschriebenen Anlage aber

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auch möglich, wenn das Wasserstoffgas ie Gehäuse 5 einen höheren Druck ala das Kühlwasser ie Kühlkreislauf aufweist, da auch, dann bei eines Leck das Tr it in« in das Wasser stoff gas fiber treten wird.

Bei de« in fig. 3 dargestellten Ausf&hrungsbeispiel handelt es sich ua eine !■ Ständer und Läufer wassergekühlte Maschine. Dabei erfolgt die Kühlwassern fahr und Kühlung des Ständers in der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise. Zur Läuferkflhlung wird dabei von der KühlwaeserseftthrungsleituBg 8 fiber eine Zweigleitung 21 ein feil des Kahlwassers in die Läuferwelle eingeführt und nach DurohstrSaen der Läuferwicklung aber den nur seheaatisoh dargestellten Wasseransohluflkopf 22 aus den Läufer wieder abgeführt und über eine weitere Leitung 23 in das Wasser aus dehnungsgefäe 12 zusaaaen »it dea fiber die Leitung 11 sageführten Stand er kühlwasser eingeleitet. Auch hierbei wird in den Kahlwasserkreislauf Ober eine Bin spei sevorrichtung 18 Tritiua zugeführt, das dann gleieheraafien Bit des Kühlwasser durch die Ständer- und die Läuferwieklung der Maschine ströat. Bei eine· Leck aus der wassergekühlten Wicklung tritt das Wasser alt de« Tritiu« in das Wasser stoff gas innerhalb des Gehäuses 5 über und kann auch hier über eine Auspuffleitung 19 eine« Isotopenzähler 20 «agβführt werden, der dann eine evtl. auftretende Aktivität des Wasserstoffgases anzeigt.

Bei de« Ausffihrungsbeispiel nach fig. 4 handelt es sich ua eine in Ständer und Läufer wassergekühlte Maschine, wobei auch das Ständerblechpaket durch die Kühlwasserleitungen 24 wassergekühlt 1st. Zusätzlich 1st jedoch zur Herabsetzung der Reibungsverluste der Luftspalt 25 der Maschine evakuiert. Aus dieses Grunde ist eine Abdichtung des Luftspaltes über die nur soheaatisoh angedeuteten Dichtung 26 und 27 an beiden Endend·· Luftspaltes 25 erforderlich. Da bei dieser Maschine das Ständerblechpaket nicht alt Gas gekohlt werden and und außerde« la Luftspalt 25 keine Reibungsverluste durch das Kühlgas auftreten, ist es ausreichend, wenn innerhalb 3ββ

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Gehäuses 5 lediglich ein Schutsgas beispielsweise in for« ▼on Brdgas Vorhand en ist. Bei dea hier dargestellten Ausführung sbei spiel erfolgt nunnehr über die Sinspeisevorriohtung 18 eine Zufährung des Indikators in den Kühlwasserkreislauf. Dabei ist es jedoch möglich, sowohl Helium als auch Tritium in das Kühlwasser einzuspeisen. Zur Anzeige Ton evtl. auftretenden Leckagen ist neben de« in den fig. 2 und 3 beschriebenen Auspuff 19 alt einen Meßgerät 20 zusätzlich eine weitere Auspuffleitung 28 parallel zur nicht näher dargestellten Vakuumpumpe vorgesehen, die von des Luftspalt 25 in das Gehäuse 5 führt. Auch in dieser Auspuffleitung 28 ist ein entsprechendes Meßgerät 29-in for« eines Isotopenzählers bei Verwendung von Tritium als Indikator oder ein Heliuelecktestgerät bei Verwendung von Hellua als Indikator eingeschaltet. Damit wird also durch das Meßgerät 20 aus dem Kühlkreislauf in die Schutzgasatmosphäre innerhalb des Gehäuses übergetretener Indikator und aber das Meßgerät 29 in den Luftspalt ausgetretener Indikator sicher ermittelt, wenn ein Leck aufgetreten ist.

Mit dem erfindung«gemäßen Verfahren und den entsprechenden Einrichtungen ist also bei den verschiedensten Maschinentypen sehr schnell und sicher auch das Auftreten kleinster Lecks mit einfachen Mitteln zu erkennen, so daß eine weitergehende Schädigung der Maschine sicher verhindert wird.

4 fig.

8 Ansprüche

Claims (8)

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   - 8 Patent» nsprttche

   M. J Verfahren zur Ermittlung τοπ Leckstellen ie Kühlwasser-—kreislauf innerhalb des Gehäuses von suaindest ia Ständer wassergekühlten elektrischen Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, »it eine« «eiteren gasförmigen Kühlmittel innerhalb des druckdicht aasgeführten Maachinengehäuses, dadurch gekennseichnet, daß eine« der beiden Kühlmittel ein Indikator ««gegeben wird, der bei Auftreten eines Lecke in das andere Kühlmittel übertritt und dort gesessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator de· Kühlmittel sugeeetst wird, das einen höheren Brück gegenüber dem anderen Kühlmittel aufweist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ale Indikator Helium verwendet wird.
4. 4» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseien.net, dafi ale Indikator ein radioaktiver Isotop verwendet wird.
5. 5. Verfahren na oh Anspruch 4» dadurch gekenn xeiehnet, dafi als radioaktives Isotop Tritium verwendet wird.
6. 6. linriohtung sur Durchführung dee Verfahrens naeh einem der Ansprüche 1 bis 3«bei einer elektrischen Maschine mit mindestens wassergekühltem Ständer sowie eimer Wasserstoffkühl strömung innerhalb des Gehäuses mit höherem Druck als dem dee Kühlwassers, dadurch gekennzeichnet, ca* aa ca· Xaaehimemgehäuse 5 eise ZufttkruagsverrieatUBg (16) nr linspeisung von Helium in das Waseereteffktthlgae und m Amedeaaungegeftf (12) für «as Kühlwasser ein Helium-Leck testgerät (17) sur Irmittlmng von im ia« Kühlwasser Ifeerg·trete*·· Heliu· vorgesehen simi.

   3 Q θ S t 9 / 0 δ 5 1 ~⁹~

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7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 5, bei einer elektrischen Maschine «it aindestens wassergektthltea Ständer sowie einer Wasser stoff ktthlströaung Beliebigen Drucks innerhalb des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kühlwasserzuführung (14) eine Iritiuaeinspeisevorrichtung (18) und an das Maschinengehäuse (5) eine Auspuffleitung (19) für einen Tel1stroe der Wasseretoffkühlstr8aung alt eines Isotopenzähler (20) angeschlossen sind.
8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach eines der Ansprüche 1 bis 5» bei einer Maschine alt wassergekühlte« Ständer und Läufer, eine« beiderseits abgedichteten, evakuierten Luftspalt und einer Schutzgasatmosphäre innerhalb des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dal an die Kühlwasser ein speiseleitung (14) eine !^speisevorrichtung (18) für den Indikator und sowohl an das Gehäuse (5) ein« Auspuffleitung (19) für einen Teiletroa des Schutzgases als auch parallel zur Vakuuapuape für den Luftspalt (25) eine weitere Auspuffleitung (28) ait je einea Meßgerät (20, 29) zur Sraittlung von Übergetretenea Indikator angeschlossen sind.