DE2241096A1 - Kuehlmittelanschluss fuer wassergekuehlte laeufer elektrischer maschinen - Google Patents

Description

KÜhlmittelanschluÖ für wassergekühlte Läufer elektrischer Maschinen

(Die Priorität der ÜSA-StainmaniDeldung Serial No. 181 479 vom 17.9.1971 wird beansprucht)

Bei wassergekühlten läufern elektrischer Maschinen, insbesondere bei !Turbogeneratoren, bietet die Abdichtung der Kühlwasserzuführungen zum Läufer und der KühlwasserabfÜhrungen vom Läufer erhebliche Schwierigkeiten. Das Kühlwasser wird dabei im allgemeinen von einem feststehenden Kühlmittelanschlußkopf einer axialen Bohrung der Welle zugeführt, von wo das Kühlwasser über Kühlkanäle die einzelnen Läuferwicklungsleiter durchströmt und dann auf der anderen Seite der Welle über radiale Kanäle in eine Kühlwasserabführkammer übergeleitet wird.

Herkömmliche Labyrinthdichtungen sind für ein flüssiges Kühlmittel,, wie beispielsweise Wasser, wenig geeignet, da wegen des relativ großen Dichtspaltes und der geringen Viskosität des Wassers eine große Menge Kühlwasser durch diesen Dichtspalt austritt. Ferner sind reibungs- oder flächenförmige Dichtungen bekannt. Diese Dichtungen sind aber für große flüssigkeitsgekühlte Turbogeneratorläufer wegen der hohen Reibungsgeschwindigkeit, die bis zu 6000 m/min betragen kann, wenig geeignet. Durch diese Geschwindigkeiten ergeben sich ein hoher Verschleiß mit hohen Wärme- und Reibungsverlusten. Stopfbuchsdichtung mit feststehenden Dichtringen und einem Flüssigkeitsfilm sind für die genannten Zwecke besser geeignet. Aber auch diese Ringe weisen eine hohe Leckage wegen des hohen Druckverlustes über die Ringbreite auf. Da das Kühlwasser für lerartige Maschinen aufbereitet werden muß, um das zu reinigen und iiberochüjnigen Sauerstoff zur 7er-

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ringerung einer möglichen Korrosion zu entfernen, ist eine derartige Leckage und der dadurch bedingte große Verlust an aufbereitetem Wasser unerwünscht, weil sonst sehr viel Wasser jeweils ersetzt werden muß, was einen zusätzlichen Aufwand an teueren Aufbereitungsanlagen erfordert. Die Leckage des aufbereiteten Kühlmittels muß daher möglichst klein gehalten werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen KUhI-mittelanschluß sowohl für die KühlmittelzufUhrung als auch für die KUhlmittelabführung zu schaffen, der bei geringer Störungsanfälligkei⁴; auch nur eine sehr geringe Leckage an aufbereitetem Kühlwasser aufweis-.

Der Ktthlmittelanschluß nach der Erfindung beeteht dabei aus einer die Kühlmittelübertrittsstelle an der Läuferwelle umgebende, feststehende KUhlwasserkammer mit mindestens einem im geringen Spalt zur umlaufenden Welle angeordneten feststehenden Stopfbuchsdichtring und Zuführung einer Sperrflüssigkeit mit angenähert gleichem Druck wie das Kühlmittel in den Spalt sowie einer auf der anderen Seite des Stopfbuchsdichtringes angeordneten Spaltwasserkammer für aus dem Spalt austretende Flüssigkeit und einer die Spaltwasserkammer gegen die Welle abdichtende Labyrinthdichtung.

Durch diese Anordnung eines Stopfbuchsdichtringes und Zuführung einer Sperrflüssigkeit tritt durch den Dichtspalt in die Spaltwasserkamtner im allgemeinen nur diese Sperrflüssigkeit über, so daß eine Leckage an reinem Kühlmittel sicher verhindert wird.

Die Spaltwasserkammer ist dabei zweckmäBigerweise auf atmosphärischem Druck gehalten. Zur verbesserten Abdichtung kann die Labyrinthdichtung zusätzlich noch eine Zwischenkammer mit Luft unter überdruck lufweijen. Zur Zuführung der Sperrflüssigkeit ist e;i vtfeclcmiiuig, wenn der Stopfbuchsring in einer an die KUhLwi^sorkimner angrenzenden Ringkammer gehal-

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ten ist rad radial durchgehend© Botaangea zur Zuführung der Sperrflüssigkeit zu äem Diehispalt aufweist_e

Der KtthlmittelansehluS kann dabei als KUhlwassersuftlhrungskopf für äas einer asial@H Botaang ä©r Säuferwelle an einem Wellen ende zwotführe»ö@ 1IiIiI^a ss©r alt @1ώ@β Sem Wellenende gegenüberstehenden? feo©sial@a Iiföliriaagsroto isaä ©ineni das Wellenende konzentrisob. s@fa@s@nd©a iracl an äag Z'oflihnangsrob.r angeflanschten BichtungegeMas© atasgeMldat sein, das axial a.ufeiHaiaaerfolgeaö flie. Sag Well©n@ade aasaeliließenäe Kiihlvraeserkaamerf el en StopfbnetisfliuMriagsr di©- Spaltwasserkammer wnd die Li

ferner kara der KUTalfflät-feelaiagchluß. als Kiihlwa seerau ffangkopf ftlr das aus radialen Saaäl©a ö©r Isäiaf©^;©lle austretende Külilwasser mit eine® die !fell© as flar Araatrittsstelle um» ssliließenden G-eMwse ausgebiläst sein-₉ öse @©±g@rseite 2«r Aufnahme der den B©r@Icb. der raälal©a Aaetritte&anlle and die Welle umscklieSende Aiaffaagka.mEier'und 3® ©iaes! Stopfbachsdichtringesj einer Spaltwasserkammer sowie einer Labyrinthdichtung "beiderseits dieser Araffaugkamraer dient,,

Anhand einer schematiselaen ZeichBurag siud Äofbaa and Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert«, Dabei zeigens

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen Turbogenerator nach der Erfindung;

Pig. 2 einen Längsschnitt durch einen Kfihlwasseranschlußkopf an einem Wellenende und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Kühlwasserabflihrungsstelle an der Welle des Generatorläufers.

Nach Fig. 1" besteht-der"Turbogenerator in herkömmlicher Weise aus einem Lävfe©..-20 mit der flüssigkeitsgekiihlten Wick-

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lung 28 sowie einem den Läufer umgebenden Ständer 10 mit ebenfalls flüssigkeitegekühlter Ständerwicklung 16. Das Gehäuse 14 des Generators ist im allgemeinen mit Waseerstoffgas als weiteres Kühlmittel gefüllt.

Ober den feststehenden KUhlmittelanschlußkopf 2 wird das Kühlwasser einer axialen Bohrung 35 der Welle an einem Ende zugeführt. Von hier aus strömt das Kühlwasser durch die Welle über entsprechende koaxiale Kanäle 34 und radiale Kanäle 36 zu den einzelnen Kühlmittelanschlußrohren 58, durch die die einzelnen Wicklungsleiter der Erregerwicklung 28 mit Kühlwasser versorgt werden. Nach Durchtritt durch die Wicklung wird das Kühlwasser auf der anderen Seite über radial einwärts gerichtete Kanäle 41» einen axialen Kanal 31» der an beiden Enden durch Platten 44 verschlossen ist,und radiale Kanäle 42 einem Kühlwasserauffangkopf 3 zugeführt, der die Welle an der Austrittsstelle der radialen Kanäle umgibt.

In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab der Kühlwasseranschlußkopf 2 zur Zuführung des Kühlmittels in die Welle näher dargestellt. Das Kühlmittel wird dabei über die feststehende Zuleitung 45, die gegenüber dem offenen Wellenende 33 endet» zugeführt. Diese Zuleitung 45 ist mit dem feststehenden Dichtungsgehäuse 46 verbunden, das das Ende der Welle 33 umgibt. Das in einen Flansch übergehende Ende der Zuführungsleitung 45 und das Dichtungsgehäuse 46 bilden dabei eine Kühlwasserkammer 47, die das offene Ende der rotierenden Welle 33 umgibt. Das gereinigte Kühlwasser, das über die Leitung 45 unter dem erforderlichen Druck zugeführt wird, füllt zunächst die Kammer 47 und fließt von dort in die Hohlwelle 35. Die im folgenden näher beschriebenen Dichtmittel im Gehäuse 46 sollen einen Austritt des Kühlwassers aus der Kammer 47 auf der Außenseite der Welle 33 verhindern. Die Dichtung besteht aus einem feststehenden Stopfbuchsdichtring 48, der in einer ringförmigen Kammer 49 konzentrisch zur Welle 33 gehalten ist. Dieser Stopfbuchsdichtring 48 umgibt die Welle 35 mit einem geringen

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radialen Abstand in der Größenordnung von wenigen Hundertstel mm und ist in die Ringkammer 49 so dicht wie möglich eingepaßt, um eine Leckage in radialer Richtung weitgehend auszuschließen. Anschließend an die Ringkammer 49 ist eine Spaltwasserkammer 50 vorgesehen, die zweckmäßigerweise auf atmosphärischem Brück gehalten wird.

Wenn nun das Kühlwasser in der Kammer 47 einen relativ hohen Druck aufweist, so ist der Druckverlust über den Spalt 65 zwischen Stopfbuchsdichtring 48 und der Welle 33 relativ hoch, so daß auch die Leckage des Kühlwassers durch diesen Spalt in die Spaltwasserkammer 50 sehr groß sein kann. Dies ist aber unerwünscht, da das Kühlwasser hoch gereinigt ist und ein großer Verlust an Kühlwasser zusätzliche Aufwendungen für die Reinigungsanlagen erfordert.Um diese Leckage des Kühlmittels weitgehend zu verringern, weist der Stopfbuchsdichtring 48 mehrere radiale Bohrungen 51 auf, die sich über seine radiale Höhe erstrecken und über die Leitung 52 mit ungereinigtem Sperrwasser versorgt werden. Dieses Sperrwasser fließt somit durch die Bohrungen 51 in den Spalt 65 zwischen dem Ring 48 und der Welle 33. Wenn der Druck dieses Sperrwassers auf genau dem gleichen Druck wie das Kühlwasser in der Kammer 47 gehalten ist, wird keinerlei gereinigtes Primärkühlwasser durch den Spalt 65 in die Spaltwasserkammer 50 übertreten. Es ist aber auch ausreichend, wenn dieses Sperrwasser mit einem geringen Druckunterschied von beispielsweise 0,02 at gehalten wird, so daß dann zwar lediglich eine geringe Menge an Kühlwasser in die Spaltwasserkammer übertritt, jedoch kein ungereinigtes Sperrwasser in das eigentliche Kühlmittel.

Dieses Sperrwasser, das in die auf atmosphärischem Druck gehaltene Spaltwasserkammer 50 übertritt, wird über eine Abführleitung 53 (Fig. 1) abgeführt. In dieser Kammer 50 ist zusätzlich noch ein Spritzring 54 auf der Welle 33 befestigt, so daß übertretendes Sperrwasser am Weiterfließen in axialer Richtung gehindert wirl. !Schließlich ist noch eine Labyrinth-

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dichtung 55 zwischen der Außenwandung der Spaltwasserkammer 50 und der Welle 33 vorgesehen, um diese Kammer 50 abzudichten. Um jedoch zu verhindern, daß evtl. auch noch Wasser durch die Labyrinthdichtung 55 austritt, ist in diesem Dichtungsbereich eine weitere Ringkammer 56 mit einer Sichtung 57 vorgesehen. Diese Kammer 56 wird auf einem geringen Überdruck gehalten, so daß dadurch ein übertritt von Wasser durch die Labyrinthdichtung 55 verhindert wird. Schließlich ist noch eine weitere Ringkammer 58, angrenzend an die Kammer 56 vorgesehen, um die Dichtung 57 zu schützen und den Druck in der Kammer 56 zu halten.

Am anderen Ende des Läufers - wie in Fig. 3 gezeigt ist tritt das Kühlwasser über radiale Kanäle 46 in den Kühlwasserauffangkopf 3 aus. Dieser Auffangkopf besteht aus einem feststehenden Gehäuse 60, das die Welle 30 im Bereich der radialen Austrittekanäle 42 umgibt. Das Kühlwasser tritt dabei in die Auffangkammer 62 über und wird von dort über entsprechende Abführleitungen 63 (Fig. 1) abgeführt. Dabei kann die Wasserabführung so erfolgen, daß diese Auffangkammer 62 entweder stets gefüllt ist oder aber - insbesondere bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Welle - stets aus dieser Kammer abgeführt wird, so daß sich dort jeweils nur eine geringe Wasserhöhe einstellt.

Diese Auffangkammer 62 ist auf beiden Seiten mit Dichtungen entsprechend den am Kühlwaaseranschlußkopf 2 nach Fig. 2 versehen. Auf jeder Seite der Auffangkammer 62 sind also jeweils ein Stopfbuchsdichtring 48 in einer Ringkammer 49 angeordnet, wobei die Sperrflüssigkeit über Leitungen 42 und radiale Bohrungen 53 in den Spalt 65 eingeführt wird. Ebenfalls ist im Anschluß an die Ringe 48 jeweils eine Spaltwasserkammer 50 vorgesehen, die gegen die Außenatmosphäre über Labyrinthdichtungen 55 und einen Druckroum 56 abgedichtet sind. Aue diesen Spaltwasnerka-Draern 50 kann anfallendes Sperrwasser über Leitungen 64 (Fig. 1) Tbgef'ihrt werden.

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Mit den beschriebenen Dichtungen ist also eine einfache und betriebssichere Abdichtung der KiihlwasseraTischlußlcöpfe und der Kiihlwasserabfiihrungen geschaffen, wobei eine Leckage von hochreinem Kühlwasser weitgehend verhindert wird»

6 Ansprüche
3 Figuren

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Claims (6)

1. 22A1Ü96

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   - 8 Patentansprüche

   ^r1.) Klihlmittelanachluß für wassergekühlte Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, gekennzeichnet durch einen die Kühlmittelübertrittsstelle (45, 42) an der Läuferwelle (33, 20) umgebende, feststehende Kühlwasserkammer (47, 62) mit mindestens einem im geringen Spalt (65) zur umlaufenden Welle (33, 30) angeordneten feststehenden Stopfbuchsdichtring (48) und Zuführung einer Sperrflüssigkeit mit angenähert gleichem Druck wie das Kühlmittel in den Spalt (65) sowie einer auf der anderen Seite des Stopfbuchsdichtringes (48) angeordneten Spaltwasserkammer (50) für aus dem Spalt (65) austretende Flüssigkeit und einer die Spaltwasserkammer (50) gegen die Welle (33) abdichtenden Labyrinthdichtung (55).
2. 2. Ktthlmittelanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltwasserkammer (50) auf atmosphärischem Druck gehalten ist.
3. 3* Kühlmittelanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthdichtung (55) eine Zwischenkammer (56) mit Luft unter Überdruck aufweist.
4. 4. KUhlmittelanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfbuchsdichtring (48) in einer an die Kühlwasserkammer (47) angrenzenden Ringkammer (49) gehalten ist und durchgehende radiale Bohrungen (51) zur Zuführung der Sperrflüssigkeit zu dem Dichtspalt (65) aufweist.
5. 5. KUhlmittelanschluß nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Ausbildung als Kühlwasserzuführungskopf (2) für das einer axialen Bohrung (33) der Läuferwelle (20) an einem Wellenende zuzuführenden Kühlwasser mit einem dem Wellenettäe (33) gegenüberstehenden, koaxialen Zuführungsrohr (45)

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   und einem das Wellenende konzentrisch umfassenden und an das Zuführungsrohr (45) angeflanschten Dichtungsgehäuse (46), das axial aufeinanderfolgend die das Wellenende (33) umschließende KUhlwasserkaramer (47)» den Stopfbuchsdichtring (48), die Spaltwasserkammer (50) und die Labyrinthdichtung (55) enthält.
6. 6. Kiihlmittelanschluß nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Ausbildung als Klihlwa sserauf f an gkopf (3) mit einem die Welle an der Austrittsstelle (42) umschließenden Gehäuse (60) zur Aufnahme der den Bereich der radialen Austrittskanäle (42) und die Welle (30) umschließenden Auffangkaramer (63) und je eines Stopfbuchsdichtringes (48), einer Sperrwasserzufiihrung (51), einer Spaltwaaserkammer (50) sowie einer Labyrinthdichtung (55) beiderseits dieser Auffangkammer (62).

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