DE2303941C3 - Leckanzeigevorrichtung für den geschlossenen KühlflüssigkeHskreislauf einer elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Elektrische Maschinen größerer Leistung, wie z. B. Wasserkraftgeneratoren, werden in neuerer Zeit mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit, meist Wasser, gekühlt, die besonders aufbereitet ist und in einem geschlossenen

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Kühlflüssigkeitskreislauf umläuft Meist ist noch eine Leckanzeigevorrichtung vorgesehen, um durch Undichtigkeiten auftretende unerwünschte Verluste an Kühlflüssigkeit zu ermitteln, da diese Schäden verursachen

konnten. .

Eine derartige Leckanzeigevorrichtung ist in der DT-AS 12 62 698 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung liegen vor und hinter den zu entwärmenden Teilen Elemente, welche die Temperatur in elektrische Signale umsetzen. Außerdem ist im höchsten Punkt des Kühlflüssigkeitskreislaufs ein Ausdehnungsgefäß mit einem sich frei einstellenden Flüssigkeitsspiegel und einem Niveaumesser angeordnet. Dieser besteht aus einem in einem Steigrohr des Ausdehnungsgefäßes angeordneten Schwimmkörper, der eine Zahnstange auf- oder abwärts treibt, je nachdem wie das Fiüssigkeitsniveau sich verändert. Dieser somit durch die Niveauänderung ausgelöste mechanische Vorgang wird wiederum mechanisch mit Hilfe eines Zahnrades, welches die Mittelklemme eines Potentiometers, das zwischen der Plus- und der Minusschiene eines Gleichstromkreises angeschlossen ist, trägt, in einen elektrischen Wert umgewandelt, welcher der Niveauhöhe im Ausdehnungsgefäß entspricht.

Weiterhin sind zwischen der Plus- und der Minusschiene des Gleichstromkreises noch drei reihengeschaltete justierbare Widerstandselemente vorgesehen, von denen zwei vor und hinter den zu entwärmenden Teilen der elektrischen Maschine angeordnet sind und somit deren mittlere Temperatur erfassen und in elektrische Signale umsetzen, da diese beiden Widerstandselemente aus einem Drahtmaterial gewickelt sind, dessen Widerstandsbeiwert mit steigender Temperatur zunimmt. Das dritte Widerstandselement ist dagegen im wesentlichen unabhängig von der Temperatur.

Die auf diese Weise erziehen niveau- und temperaturabhängigen elektrischen Signale werden nun untereinander verglichen. Dazu sind bei der bekannten Anordnung die Mittelklemme des temperaturabhängigen Spannungsteilers und die Mittelklemme des niveauabhängigen Spannungsteilers über eine Relaisspule und eine mit dieser reihengeschalteten Diode miteinander verbunden, wobei die Widerstandselemente bei normaler Arbeitstemperatur der elektrischen Maschine so eingestellt sind, daß die Spannung an der Relaisspule gleich Null ist.

Bei einer Niveauänderung im Rahmen der normalen Volumen-Temperatur-Proportionalität kompensieren sich die Spannungsänderungen an der Mittelklemme des temperaturabhängigen Spannungsteilers durch die Änderungen der Widerstände vor und hinter den zu entwärmenden Teilen und an der Mittelklemme des niveauabhängigen Spannungsteilers durch die Änderung des Neveaus. Die Arbeitskontakte des Relais schließen sich also nicht. Wenn dagegen der Schwimmkörper im Ausdehnungsgefäß sinkt, weil im Kühlflüssigkeitskreislauf ein Leck entstanden ist, so daß sowohl das Volumen als auch das Niveau nicht mehr der normalen Volumen-Temperatur-Proportionalität entsprechen, so spricht die Relaisspule an und betätigt mit Hilfe der Arbeitskontakte eine Alarmeinrichtung und danach über die Arbeitskontakte einen Ausschaltmechanismus für die elektrische Maschine.

Die bekannte Leckanzeigevorrichtung spricht also auf alle nicht der normalen Volumen-Temperatur-Proportionalität entsprechenden Volumen- bzw. Niveauänderungen an. Das hat den Nachteil, daß der Kühlflüssigkeitskreislauf in konstruktiver Hinsicht vollkommen

dicht ausgeführt sein muß. d h. er darf keinerlei Dichtungen enthalten, die bei ihrem Betrieb einen gewissen, gleichbleibenden Flüssigkeitsverlust hervorrufen. Außerdem benötigt diese bekannte Anordnung eine vorhandene Gleichstromquelle und genau aufeinander abgestimmte Einzelelemente, da Gleichstrompotentiale gegeneinander wirksam werden und sich kompensieren müssen.

Es ist weiterhin aus der »Siemens-Zeitschrift« 1967, S. 838/839, eine Leckanzeigevorrichtung bekannt, die auch dit Tatsache berücksichtigt, daß durch die bei den rotierenden Maschinenteilen im Kühlflüssigkeitskreislauf, wie z. B. Förderpumpen, vorhandenen Gleitringdichtungen ein gewisser gleichbleibender Flüssigkeitsverlust auftritt, der in bestimmten Zeitabständen wieder ersetzt werden muß. An das Ausdehnungsgefäß ist daher eine Einrichtung zur automatischen Wasserergänzung angeschlossen. Man erfaßt nun bei der bekannten Anordnung die Höhe des sich im AusdehnungsgefäB frei einstellenden Flüssigkeitsspiegels durch einen Niveaumesser, und dieser löst zeit- und niveauabhängig die Zuführung von Ergänzungsflüssigkeit ins Ausdehnungsgefäß oder eine Anzeigevorrichtung, die eine Warnmeldung gibt, aus. Weiterhin wird auch die mittlere Temperatur der Kühlflüssigkeit durch Thermometer gemessen, die vor und hinter dem Rückkühler angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Leckanzeigevorrichtung in einfacher Weise so zu verbessern, daß durch den konstruktiven Aufbau des Kühlflüssigkenskreislaufes vorhandene kleine Undichtigkeiten mit natürlichen Leckverlusten in gleicher Weise wie die temperaturbedingten Volumenschwankungen von der Leckanzeigevorrichtung nicht erfaßt werden und daß die Vorrich tung durch Umsetzung der gemessenen Werte in elektrische Signale sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Leckanzeigevorrichtung für den geschlossenen Kühlflüssigkeitskreislauf einer elektrischen Maschine mit die mittlere Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassenden, vor und hinter den zu kühlenden Teilen liegenden, die Temperatur in elektrische Signale umsetzenden Meßfühlern mit einem im höchsten Punkt des Kühlflüssigkeitskreislaufes angeordneten Ausdehnungsgefä3 mit einem sich frei einstellenden Flüssigkeitsspiegel und einem entsprechend seiner Lage einen ersten einstellbaren Widerstand beeinflussenden Niveaumesser, sowie mit einer Alarmeinrichtung, welche bei Abweichung von der normalen Volumen-Temperatur-Proportionalität durch Schließung eines Kontaktes auslösbar ist, wobei für den Vergleich der iiiveauabhängigen und der temperaturabhängigen Signale eine Brückenschaltung vorgesehen ist, deren Mittelzweig ein Relais mit zwei Arbeitskontakten enthält. Diese Leckanzeigevorrichtung ist gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die beiden zur Umwandlung der Temperatur in elektrische Signale verwendeten, als Widerstandsthermometer oder Thermoelemente ausgebildeten Meßfühler und ein zweiter einstellbarer Widerstand zueinander parallel geschaltet sind und diese Parallelschaltung einen Widerstand der Brückenschaltung bildet, daß das im Mittelzweig der Brückenschaltung liegende Relais mit zwei Arbeitskontakten ein Zeitrelais ist, von dem, wenn die am ersten einstellbaren Wider- ⁶> stand des Niveaumessers anliegende Spannung (Ut) größer ist als die an der Parallelschaltung von den Meßfühlern und dem zweiten einstellbaren Widerstand anliegende Spannung (L/2), nach Ablauf der Zeitverzögerung mit dem einen Arbeitskontakt ein Stromkreis mit einem dritten einstellbaren Widerstand schließbar ist, dessen Spannung {Lh) als Maß für die Feinleckmenge abgreifbar ist, und mit dem anderen Arbeitskoniakt über zwei Ruhekontakte ein Magnetventil in einer Kühlflüssigkeitszuleitung für das Ausdehnungsgefäß in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei der eine Ruhekontakt ein Endschalter für den oberen Grenzwert am Niveaumesser und der andere Ruhekontakt ein Kontakt eines weiteren Relais ist, das im Mittelzweig einer weiteren, für den Vergleich der am ersten und dritten einstellbaren Widerstand anliegenden Spannung (Ui und LJ2) herangezogenen Brückenschaltung liegt und von dessen Arbeitskontakt eine Warnmeldung auslösbar ist, wenn die am ersten einstellbaren Widerstand anliegende Spannung (Ui) größer als die am dritten einstellbaren Widerstand anliegende Spannung (Ui) ist.

Bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Leckanzeigevorrichtung erfolgt der Vergleich der einzelnen, in elektrische Größen umgesetzten Werte untereinander in Brückenschaltungen, so daß die Anordnung von der Stroman unabhängig ist. Sie erfaßt ferner jeden gege bcnen Feinleckverlust, dessen Wert in einem bestimmten Zeitraum, nämlich dem Zeitraum der Zeitverzögerung des Relais, welches entweder die Anzeigevorrichtung auslösen oder ein Magnetventil zur Nachfüllung von Kühlflüssigkeit öffnen kann, an einem Schiebewiderstand in einfacher Weise einstellbar ist. Dieser Wert wird ebenfalls bei den Vergleichen der elektrischen Größen untereinander berücksichtigt, so daß im Kühlflüssigkeitskreislauf Wellendichtungen, die im Mischreibungsbereich arbeiten, um den Abrieb an den Dichtflächen möglichst klein zu halten, einsetzbar sind. Weiterhin ist eine leichte Anpaßbarkeit der Leckanzeigevorrichtung während der Montage an das vorhandene Volumen-Temperatur-Verhältnis dadurch gegeben, daß diese in dem Kreis der Temperaturerfassung vorgenommen wird, durch einfache Anpassung des Widerstandswertes eines einstellbaren Widerstandes, so daß eine Lageänderung des Niveaumessers nicht notwendig ist.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch den geschlossenen Kühlflüssigkeitskreislauf einer elektrischen Maschine mit den wesentlichen Teilen der Leckanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung.

Die in einer elektrischen Maschine vorhandenen Wärmequellen 1 und 2, wie z. B. Ständer- und Läuferwicklung, werden von aufbereitetem Wasser, das als Kühlflüssigkeit dient, durchströmt. Dabei nimmt die Kühlflüssigkeit eine gewisse Wärmemenge auf. Sie durchströmt dann im Zwangsumlauf eine oder mehrere Förderpumpen 3 und gibt danach im Wärmetauscher 4 die aufgenommene Wärmemenge an den Sekundärkühlstrom 5 ab. Die im Kühlflüssigkeitskreislauf vorhandenen Förderpumpen 3 sind über entsprechende Kupplungen mit Antriebsmotoren 7 verbunden. Jede Förderpumpe 3 enthalt eine Wellendichtung 8, die im Mischreibungsbereich arbeitet, um den Abrieb an den Dichtflächen möglichst klein zu halten. Die Mischreibug setzt einen Schmierspalt zwischen den Dichtflächen voraus, wodurch ein sogenannter Feinleckverlust der gesamten Füllmenge gegeben ist.

Da die Wärmequellen 1 und 2 während der unterschiedlichen Betriebszustände der elektrischen Maschine, wie z. B. Leerlauf oder Vollast, unterschiedliche

Temperaturen haben, ändert sich entsprechend die der Kühlflüssigkeit zugeführte Wärmemenge und somit auch die mittlere Temperatur der Kühlflüssigkeit. Um diese zu messen, sind vor und hinter dem Wärmetauscher 4 Meßfühler 9 und 10 angeordnet, für die elektrisehe Widerstandsthermometer verwendet sind. Außerdem liegt im Kühlfüssigkeitskreislauf 6 das Ausdehnungsgefäß 11, in welchem eine gewisse Vorratsmenge Vb vorhanden ist. Dieses Ausdehnungsgefäß 11 mit seinem sich frei einstellenden Flüssigkeitsspiegel nimmt die Volumenausdehnung der gesamten im Kühlflüssigkeitskreislauf 6 vorhandenen Füllmenge an Kühlflüssigkeit bei Temperaturänderungen auf. Im Ausdehnungsgefäß 11 befindet sich weiterhin ein Niveaumesser 12 mit angebautem elektrischen Ferngeber, der durch den ersten einstellbaren Widerstand 13 gegeben ist. Bei einer Volumensänderung im Ausdehnungsgefäß auf das Volumen Vi ändert sich wegen der entsprechenden Niveauänderung der Widerstandswert R\ am einstellbaren Widerstand 13 und entsprechend der damit an diesem ersten einstellbaren Widerstand 13 liegende Spannungsfall U\.

Diese Spannung U\ wird in einer Brückenschaltung mit einer der mittleren Temperatur der Kühlflüssigkeit entsprechenden Spannung Ui verglichen, die man dadurch gewinnt, daß der Differenzstrom der bei A und B parallel geschalteten Meßfühler 9,10 über den zweiten einstellbaren Widerstand 14 geleitet wird. Die Einstellbarkeit des zweiten, z. B. als Schiebewiderstand, ausgebildeten Widerstandes 14 hat den Vorteil, daß die Spannungen U\ und L/2 bei der Montage der Leckanzeigevorrichtung einander dem Volumen-Temperatur-Verhältnis entsprechend angepaßt werden können, ohne daß der Niveaumesser 12 in seiner Lage verändert werden muß. -'5

Solange sich das Volumen im Ausdehnungsgefäß nur infolge der Temperaturänderung der Kühlflüssigkeit verändert, ändert sich auch der im Thermometerkreis fließende Strom und als Folge davon der Spannungsfall Ui. Die entsprechende Niveauänderung und damit U\ und der Spannungsfall Ui sind linear von der Temperaturänderung abhängig. In der Brückenschaltung fließt dann kein Ausgieichsstrom und die Leckanzeigevorrichtung wird nicht in Betrieb genommen.

Wird dagegen der Spannungsfall U\ größer als Ui, d. h. tritt eine Niveauänderung ohne eine Temperatur veränderung auf, so schaltet der in der Brücke fließende Ausgleichsstrom, hervorgerufen aus AU = L/i - Lh das im Mittelzweig der Brückenschaltung liegende Zeitrelais 15 mit einer gewissen Anzugsverzögerung U z. B. von 24 Stunden ein. Das Zeitrelais 15 hat zwei elektrische Arbeitskontakte 16. 17, von denen der Arbeitskontakt 16 zum Schließen eines Stromkreises dient, in welchem ein dritter einstellbarer Widerstand 18 angeordnet ist, dessen Widerstandswert Ri so eingestellt ist daß die anliegende Spannung Ui ein Maß für die im Zeitraum der Zeitverzögerung ί zulässige Feinleckmenge ist, d. h. ein Wert für den Lee (verlust an dem rotierenden Gleitringdichtungen. Diese Spannung (A wird ebenfalls mit der Spannung Ui in einer weiteren Brückenschaltung verglichen, um die Differenzspar»· nungdl/' = Ut — Ui zu erhalten.

Wenn nun nach einer von der nornralen Volumen ■ Temperatur-Proportionalität abweichenden Volumeriänderung im Ausdehnungsgefäß U ds.s Zeitrelais 15 angesprochen hat, weil eine Differen/.spannung Δι/ auftrat, so schließen sich nach der Zeit f die Arbeitskontakle 16 und 17 des Zeitrelais 15 Dadurch wird durch öffnen eines Magnetventils 19 Ergänzungsflüssigkeit in das Ausdehnung3gefäß 11 gefördert. Gleichzeitig erfolgt aber auch ein Vergleich zwischen den Spannungen U\ und Ui. Wenn U\ kleiner oder gleich Ui ist, d.h. die festgestellte temperfturunabhängige Volumiensdifferenz liegt unterhalb der zulässigen Feinleckmenge, so erfolgt automatisch die Leckergänzung so lange, bis der gleichzeitig am Niveaumesser angebrachte Ruhekontakt 20 der ein Endschalter für den oberem Grenzwert am Niveaumesser 12 ist, die Stromzufuhr unterbricht und die Leckergär zung durch das Schließen des Magnetventils 19 abgestellt wird.

Wenn U\ größer als Ui ist, erfolgt durch den im Mittelzweig der weiteren Brückenschal lung fließenden Ausgleichsstrom entsprechend AU" = Lh — Ui die Betätigung des Relais der Anzeigevorrichtung 21, die durch Schließen des Kontaktes 22 eire Warnmeldung auslöst. Beim Schließen des Relais wird aber gleichzeitig der mit dem Arbeitskontakt 22 verbundene Ruhekontakt 23 geöffnet und somit der Stromkreis zum Magnetventil 19 unterbrochen, wodurch eine weitere Zuführung von Ergänzungsflüssigkeit in das Ausdehnungsgefäß 11 unterbunden wird.

Eine derartig gemäß der Erfindung ausgebildete Leckanzeigevorrichtung berücksichtigt also durch die doppelte Brückenschaltung sowohl die normalen Voluiinensänderungen infolge der Ternperaturänderungen als auch die durch den Aufbau des Kühlkreislaufes 6 gegebenen zulässigen Feinleckmengen, so daß eine Alannmeldung durch die Anzeigevorrichtung 21 nur in den Fällen gegeben wird, wenn wirklich zusätzliche Undichtigkeiten innerhalb des Kühlkreislaufes 6 auftreten. Da alle hierfür in Frage kommenden Meßgrößen in elektrische Werte umgesetzt werden, die dann erst miteinander in einer Brückenschaltung verglichen werden, zeichnet sich die Leckanzeigevorrichtung durch große Genauigkeit und einfachem Aufbau .aus. Da die Leckanzeigevorrichtung jedoch ein Zeitrelais 15 mit einer bestimmten Zeitverzögerung t enthält, kann sie nur zui Ermittlung verhältnismäßig kleiner Leckstellen verwendet werden. Es muß deshalb noch zusätzlich irr Kühlflüssigkeitskreislauf 6 ein Schutz gegen größere plötzliche Kühlflüssigkeitsverluste. y.B. bei Leitung* bruch, gegeben sein, der dann die Maschine sofor außer Betrieb setzt Derartige Anordnungen sind abe; bei llüssigkeitsgekühlten Maschinen bekannt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 23

1. Leckanzeigevorrichtung für den geschlossenen Kühlflüssigkeitskreislauf einer elektrischen Maschine, mit die mittlere Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassenden, vor und hinter den zu kühlenden Teilen liegenden, die Temperatur in elektrische Signale umsetzenden Meßfühlern mit einem im höchsten Punkt des Kühlflüssigkeitskreislaufes angeordneten Ausdehnungsgefäß mit einem sich frei einstellenden Flüssigkeitsspiegel und einem entsprechend seiner Lage einen ersten einstellbaren Widerstand beeinflussenden Niveaumesser sowie mit einer Alarmeinrichtung, welche bei Abweichung von der normalen Volämen-Temperatur-Proportionalität durch Schließung eines Kontaktes auslösbar ist, wobei für den Vergleich der niveauabhängigen und der temperaturabhängigen Signale eine Brückenschaltung vorgesehen ist, deren Mittelzweig ein Relais mit zwei Arbeitskontakten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zur Umwandlung der Temperatur in elektrische Signale verwendeten, als Widerstandsthermometer oder Thermoelemente ausgebildeten Meßfühler (9, 10) und ein zweiter einstellbarer Widerstand (14) .uieinander parallel geschaltet sind und diese Parallelschaltung einen Widerstand der Brückenschaltung bildet, daß das im Mittelzweig der Brückenschaltung liegende Relais mit zwei Arbeitskontakten (16,17) ein Zeitrelais (15) ist, von dem, wenn die am ersten einstellbaren Widerstand (13) des Niveaumessers (12) anliegende Spannung (U\) größer ist als die an der Parallelschaltung von den Meßfühlern (9, 101 und dem zweiten einstellbaren Widerstand (14) anliegende Spannung (U2), nach Ablauf der Zeitverzögerung mit dem einen Arbeitskontakt (16) ein Stromkreis mit einem dritten einstellbaren Widerstand (18) schließbar ist, dessen Spannung (Uz) als Maß für die Feinleckmenge abgreifbar ist, und mit dem anderen Arbeitskontakt (17) über zwei Ruhekontakte (20, 23) ein Magnetventil (19) in einer Kühlfüssigkeitszuleitung für das Ausdehnungsgefäß (11) in Öffnungsrichtung betätigbar ist, wobei der eine Ruhekontakt (20) ein Endschalter für den oberen Grenzwert am Niveaumesser (12) und der andere Ruhekontakt (23) ein Kontakt eines weiteren Relais (21) ist, das im Mitteizweig einer weiteren, für den Vergleich der am ersten und am dritten einstellbaren Widerstand (13 und 18) anliegenden Spannungen (t/i und Ui) herangezogenen Brückenschaltung liegt und von dessen Arbeitskontakt (22) eine Warnmeldung auslösbar ist, wenn die am ersten einstellbaren Widerstand (13) anliegende Spannung (Ui) größer als die am dritten einstellbaren Widerstand (18) anliegende Spannung (Lh) ist.

2. Leckanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schließen des Arbeitskontaktes (22) des Relais der Anzeigevorrichtung (21) das Magnetventil (19) geschlossen wird.