DE2207342B2 - Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit wassergekühlter Ständer- und Läuferwicklung, bestehend aus einem auf das Läuferwellenende aufgesetzten Kühlwasseranschlußkopf mit einer Schaftpumpe sowie Kühlwassereintritts- und -austrittskammern und einem externen, im Kreislauf zwischen die Kühlwasserkammern eingeschalteten und von einem Gaspolster erhöhten Druckes beaufschlagten Wasserbehälter, wobei zwischen der Kühlwasseraustrittskammer und einer dieser zur Außenatmosphäre vorgeschalteten Spaltwasserkammer eine weitere, druckreduzierende Wasserkammer eingeschaltet ist und wobei zwischen Spaltwasserkammer und Außenatmosphäre vorzugsweise berührungslose Wellendichtungen eingeschaltet sind.

Eine derartige Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen ist durch die DE-OS 2016 169 bereits vorgeschlagen worden. Wenn bei dieser bereits vorgeschlagenen Anordnung zur Vermeidung von Kavitationen in der auf die Läuferwelle aufgesetzten Kühlwasserpumpe der Vordruck des der Pumpe zuzuführenden Kühlwassers und damit der Druck des GasDolsters im Kühlwasserbehälter erhöht werden müßten, so steht an den Wellendichtungen und insbesondere an der Spaltwasserkammer ein höherer Druck an, der zu relativ aufwendigen Dichtungen einerseits und zu einer hohen Leckwassermenge andererseits führen kann. Wie erwähnt, sind zur Abdichtung des Wellenschaftes vorzugsweise wartungs- und verschleißfreie berührungsfreie Spaltbuchsdichtungen vorgesehen, die die im Turbogeneratorbau geforderten hohen Laufzeiten von mindestens 20 000 Betriebsstunden ohne Stillstand erfüllen.

Bei diesen berührungsfreien Spaltbuchsdichtungen ist indessen ein dauernder Leckwasseranfall auf der Luftseite unvermeidbar. Dieser Leckwasseranfall soll so gering wie möglich gehalten werden. Da es sich bei dem Leckwasser um chemisch reines Wasser mit geringem elektrischem Leitwert handelt, kann auf dessen Rückgewinnung im Dauerbetrieb nicht verzichtet werden. Dieses Leckwasser reichert sich bei Berührung mit der Luft mit Sauerstoff an, der zu Hohlleiterkorrosion in der Läufer- und Ständerwicklung führen könnte. Aus diesem Grunde wird das Leckwasser bei der bereits vorgeschlagenen Einrichtung über ein Sammelgefäß und über einen Palladiumkatalysator geleitet, in welchem sich der Sauerstoff mit dem Wasserstoff zu Wasser verbindet, und anschließend in den Wasserbehälter zurückgeführt. Die Forderung nach einer möglichst geringen Leckwassermenge ist auch dadurch bedingt, weil die Größe des sehr teuren Palladiumkatalysators mit der Wasserdurchflußmenge proportional ansteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher einerseits durch Erhöhung des Vordrucks die Kavitation an der Schaftpumpe praktisch vermieden werden kann, bei der jedoch andererseits ein höherer Vordruck nicht zur Vergrößerung der Leckwassermenge bzw. zur Verwendung aufwendiger Dichtungen führt. Die gestellte Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der druckreduzierenden Wasserkammer und dem unter erhöhten Druck stehenden Wasserbehälter ein Zwischenbehälter eingeschaltet ist, dessen Gaspolster auf einem geringfügig höheren Druck als dem Atmosphärendruck gehalten ist und daß die im Zwischenbehälter anfallende Wassermenge durch eine Druckerhöhungspumpe in den Hauptwasserbehälter zurückspeisbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch die Anordnung eines Zwischenbehälters und seine druckreduzierende Wirkung an der letzten Dichtungsstelle des Kühlwasseranschlußkopfes die auf der Luftseite anfallende Leckwassermenge der letzten Dichtung auf einen minimalen Wert reduziert wird. Damit ist auch an dieser Stelle die Verwendung einer einfachen Spaltbuchsdichtung möglich, unabhängig von der Maschinenleistung und der Betriebsdrehzahl. Durch diese Druckabsenkung in der letzten Wasserkammer reduzieren sich somit die sonst nur schwer zu lösenden Dichtungsprobleme, die insbesondere durch die bereits erwähnten hohen Laufzeiten und durch die bei großen Maschinen auftretenden axialen Dehnungen der Welle von 60 mm und mehr auftreten. Zur Einhaltung eines bestimmten Druckes des Gaspolsters im Zwischenbehälter sind bevorzugt die Gaspolster von Hauptwasserbehälter und Zwischenbehälter über ein Druckreduzierventil miteinander verbunden. Zusätzlich kann an den Zwischenbe-

hälter noch ein Sicherheitsventil angeschlossen sein.

Der Kühlmittelanschlußkopf nach der CH-PS 4 02 147, vgl. insb. dort Fig.l, kann mit der Erfindung nicht verglichen werden, da dort eine druckreduzierende Wasserkammer zwischen der Wasserau^rittskammer und einer Spaltwasserkammer nicht vorgesehen ist, abgesehen davon, daß ein Zwischenbehälter zwischen der druckreduzierenden Wasserkammer und einem unter erhöhtem Druck stehenden Wasserbehälter nicht vorhanden ist.

Anhand ein^r schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert.

Dabei ist in der Zeichnung im wesentlichen nur der Kühlwasserkreislauf und der Kühlwasseranschlußkopf schematisch dargestellt. Von einem zentralen Kühlwasserbehälter 1, in dem der erforderliche Vordruck von etwa 3 atü durch ein Gaspolster 2 aufrechterhalten wird, strömt das Kühlwasser über die Saugleitung 3 in die Ansaugkammer 4 des Kühlwasseranschlußkopfes 5. Von der Ansaugkammer 4 wird das Kühlwasser durch die auf der Welle 6 des nicht näher dargestellten Turbogenerators sitzenden Schaftpumpe 7 über die Leitung 8 und einen Kühler 9 der schematisch dargestellten Ständerwicklung 10 der Maschine und einer axialen Bohrung 11 in der Welle 6 des Läufers zur Kühlung der Läuferwicklung 12 zugeführt. Das aufgewärmte Kühlwasser strömt dann von der Ständerwicklung 10 über die Leitung 13 direkt und aus der Läuferwicklung 12 kommend über die Kühlwasseraustrittskammer 14 des Kühlwasseranschlußkopfes 5 und über die Leitung 15 in den Wasserbehälter 1 zurück (siehe Strömungspfeile). Dabei beträgt der Druck in der Kühlwasseraustrittskammer 14 etwa 3,5 atü, so daß dieser Druck ebenfalls an der Spaltbuchsdichtung 16 zwischen der Austrittskammer 14 und der nachgeschalteten Kammer 17 ansteht. Diese zusätzliche Kammer 17 steht nunmehr erfindungsgemäß über die Leitung 18 mit einem Zwischenbehälter 19 in Verbindung, in dem durch das Gaspolster 20 ein nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegender Druck aufrechterhalten wird, der von 350 mm WS bis etwa 0,2 atü betragen kann. Somit herrscht auch in der zusätzlichen Wasserkammer 17 nur ein Druck von 0,25 bis etwa 0,4 atü, der gleichzeitig auch an der Spaltbuchsdichtung 21 zwischen der Wasserkammer 17 und der nachgeschalteten Leckwasserkammer 22 ansteht. Durch diese Druckab-Senkung gelangt der größte Teil der aus der Kühlwasseraustrittskammer 14 übertretenden Leckwassermenge in den Zwischenbehälter 19, ohne daß eine Verbindung mit der Atmosphäre erfolgt und nur eine relativ kleine Leckwassermenge strömt in die teils

ίο mit Luft und teils mit vom Wasser ausgeschiedenen Wasserstoff gefüllten Leckwasserkammer 22. Der Druck des Gaspolsters 20 kann erfindungsgemäß nun ohne Rücksicht auf andere Belange so eingestellt werden, daß einerseits eine minimale Leckwassermenge erzielt, andererseits aber ein Durchbrechen von Luft aus der Leckwasserkammer 22 durch die Spaltbuchse 21 in die Wasserkammer 17 bei allen Betriebszuständen vermieden wird. Das Leckwasser fließt dann in herkömmlicher Weise in ein tiefer liegendes Sammelgefaß 23 und wird mit Hilfe eines Niveaureglers 24 und einer Rückförderpumpe 25 geregelt über einen Palladiumkatalysator 26 in den Wasserbehälter 1 zurückgepumpt. Die in den Zwischenbehälter 19 einströmende Spaltwassermenge wird ebenfalls von einem Niveauregler 27 geregelt und mit Hilfe einer Druckerhöhungspumpe 28 in den Wasserbehälter 1 zurückgepumpt.

Das im Wasserbehälter 1 über eine Wasserstoffversorgungsleitung 29 und ein Druckminderventil 30 aufgebrachte Gaspolster 2 steht über ein weiteres Druckminderventil 31 mit dem Gaspolster 20 im Zwischenbehälter 19 in Verbindung. Zusätzlich kann ein auf 0,1 bis 0,2 atü eingestelltes Sicherheitsventil 32 dafür sorgen, daß im Zwischenbehälter 19 der Gaspolsterdruck nicht überschritten wird.

Mit der beschriebenen Einrichtung ist also auf einfache Weise, betriebssicher und kostengünstig, sichergestellt, daß aus dem Kühlwasseranschlußkopf nur eine sehr geringe Leckwassermenge austritt und sich mit eintretender Luft vermischt. Darüber hinaus können durch die erfolgte Druckabsenkung auch an allen Stellen relativ einfache Spaltbuchsdichtungen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit wassergekühlter Ständer- und Läuferwicklung, bestehend aus einem auf das Läuferwellenende aufgesetzten Kühlwasseranschlußkopf mit einer Schaftpumpe sowie Kühlwassereintritts- und -austrittskammern und einem externen, im Kreislauf zwischen die Kühlwasserkammern eingeschalteten und von einem Gaspolster erhöhten Druckes beaufschlagten Wasserbehälter, wobei zwischen der Kühlwasseraustrittskammer und einer dieser zur Außenatmosphäre vorgeschalteten Spaltwasserkammer eine weitere, druckreduzierende Wasserkammer eingeschaltet ist, und wobei zwischen Spaltwasserkammer und Außenatmosphäre vorzugsweise berührungslos Wellendichtungen eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der druckreduzierenden Wasserkammer (17) und dem unter erhöhten Druck stehenden Wasserbehälter (1) ein Zwischenbehälter (19) eingeschaltet ist, dessen Gaspolster (20) auf einem geringfügig höheren Druck als dem Atmosphärendruck gehalten ist und daß die im Zwischenbehälter (19) anfallende Wassermenge durch eine Druckerhöhungspumpe (28) in den Hauptwasserbehälter (1) zurückspeisbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaspolster (2, 20) von dem Wasserbehälter (1) und dem Zwischenbehälter (19) über ein Druckreduzierventil (31) miteinander in Verbindung stehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zwischenbehälter (19) ein Sicherheitsventil (32) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabfluß aus dem Zwischenbehälter (19) mit einem Niveauregler (27) geregelt ist.