DE3034715C2 - Wellenabdichtung für gasgefüllte elektrische Maschinen - Google Patents

Description

— daß die Regeleinrichtung e-.ii der Verdrängerpumpe (19) mit Überbtrftmventil (31) nachgeschaltetes, vor der ersten Dit-.itflüssigkeitseinspeisung (E 1; El') in derdruckseitigen Leitung (25) angeordnetes Stromregelventil (28; umfaßt und

— daß im gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf der Verdrängerpumpe (40) ein von deren Förderdruck geregeltes zweites Überströmregelventil (47) nachgeschaltet ist und das als zweites Stromregelventil vorgesehene Ausgleichsregelventil (51; 51') den gasseitigen Dichtflüssigkeitsdruck (d, d')geringfügig niedriger regelt als den luftseitigen Dichtflüssigkeitsdruck (c, c').

2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Stromregelventil (28) die von einem Volumenstromregler (58; 58') eingestellte Dichtflüssigkeitsmenge für die dritte Dichtflüssigkeitseinspeisung (E3; E3') abgezweigt ist.

3. Wellenabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Stromregelventil (28) eine zu dem gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf führende Verbindungsleitung abgezweigt ist und daß in der Verbindungsleitung eine Rückschlagklappe (T^ angeordnet ist.

4. Wellenabdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelimpulse für das Ausgleichsregelventil (51; 51') unmittelbar an der ersten und zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisung (Ei, E2; Ei', ET) abgenommen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenabdichtung für gasgefüHte elektrische Maschinen, insbesondere wasserstoffgekühlte Generatoren, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Wellenabdichtung ist durch die DE-AS 10 It 050 bekannt und mit ihren Dichtungsgehäusen, Dichtringen und Dichtflüssigkeitseinspeisungen an den beiden Durchführungen der Läuferwelle durch das gasgefüllte Generatorgehäuse angeordnet, wodurch st ~hergestellt werden soll, daß keine nennenswerten Gasverluste entstehen und daß auch keine Luft in das Generatorgehäuse eindringt. Hierzu wird durch den luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf dem Ringspalt zwischen dem Dichtring und der Welle unter Druck Dichtflüssigkeit zufeführt, wobei die Dichtungsfunktion gewährleistet ist, solange der Druck im Ringspalt größer ist als der Gasdruck im Generatorgehäuse. Der gasseitige Dichtflüssigkeitskreislauf ist ein in sich geschlossener Nebenkreislauf und dient zur Herabsetzung der Gasverluste durch in der Dichtflüssigkeit gelösten Gas. Um die verschiedenen Drücke an den entgegengesetzten Seitenwandungen des Dichtringes auszugleichen und das Schweben oder Schwimmen des Dichtringes zu gewährleisten, ist schließlich eine weitere Dichtflüssigkeitseinspeisung vorgesehen, durch welche die äußere Seitenwand des Dichtringes axial beaufschlagt wird. Bei der bekannten Wellenabdichtung ist im luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf auch schon eine Regeleinrichtung vorgesehen, welche den luftseitigen Dichtöldruck an der Wellenabdichtung als Regelgröße etwas höher hält als den als FührungsgröiJe herangezogenen Gasdruck im Inneren der Maschine. Ferner ist im gasseitigen Flüssigkeitskreislauf auch schon eine Beziehung zwischen dem luftseitigen Dichtflüssigkeitsdruck als Führungsgröße und dem gasseitigen Dichtflüssigkeitsdruck hinter einem Ausgleichsregelventil als Regelgröße hergestellt. Durch die letzterwähnte Beziehung soll in den Einspeisezonen der Druck des gasseitigen Dichtungsöles gleich sein dem Druck des luftseitigen Dichtungsöles.

Diese bekannte Wellendichtung hat sich mit ihrem Regelsystem im Grundsatz bewährt: die Praxis hat jedoch gezeigt, daß es erwünscht ist, das Regelsystem noch unempfindlicher gegen Temperatureinflüsse, Viskositätsänderungen und Druckschwankungen in den drei Dichtflüssigkeitskreisläufen zu machen, um so eine feinere Abstimmung der Dichtflüssigkeitsdrücke und Dichtflüssigkeitsmengen beim luftseitigen und beim gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf sowie bei der axialen Dichtringentlasturig zu erzielen. Außerdem ist es erwünscht, eine ausreichende Kühlung der Dichtringmittelstege zu gewährleisten, welche zwischen der Einmündung der luftseitigen und derjenigen der gasseitigen Dichtflüssigkeit angeordnet sind.
Ausgehend von der Wellendichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Aufbauform, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so weiter auszubilden, daß sie den vorgenannten Anforderungen genügt und mit ihre eine automatische Anpassung der Dichtflüssigkeitsdrücke und Dichtflüssigkeitsmengen bei den verschiedensten Betriebszuständen, z. B. beim Anfahrbetneb, beim Leistungsbetrieb, bei hohem oder bei niedrigem Gasdruck im Maschinengehäuse, stets gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Wellenabdichtung durch d>e im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nun sowohl im luftseitigen

Dichtflüssigkeitskreislauf als auch im gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf der Parallelschaltung aus einer Verdrängerpumpe und einem Oberströmregelventil zur Großeinstellung der benötigten Dichtflüssigkeitsmengen und Dichtflüssigkeitsdrücke ein Stromregelventil 5 zur präzisen Einregelung des Dichtflüssigkeitsdruckes unmittelbar an der Wellenabdichtung in Reihe geschaltet ist, wobei diese Feineinstellung durch eine Änderung der Betriebszustände nicht oder zumindest nicht im nennenswerten Umfang beeinflußt werden kann. Dadurch, daß der gasseitige Dichtflüssigkeitsdruck geringfügig niedriger als der luftseitige Dichtflüssigkeitsdruck gehalten wird, tritt am Dichtring eine gewisse Menge der luftseitigen Dichtflüssigkeit in den gasseiligen Dichtflüssigkeitskreislauf über una sorgt für eine ausreichende Kühlung des Dichtringmittelsteges. Außerdem wird durch diese Dichtflüssigkeitsaustauschmenge mit Sicherheit ausgeschlossen, daß in der Dichtflüssigkeit gelöstes Gas in den luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf gelangt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüeher. 2 bis 4 angegeben. Durch den Gegenstand des Anspruch 2 ist gewährleistet, daß der Dichtring-Entlastungsdruck über dem luftseitigen Dichtflüssigkeitsdruck liegt, wobei die für ein einwandfreies Abheben des Dichtringes erforderliche Dichtflüssigkeitsmenge bei der Montage genau am Volumenstromregler eingestellt werden und so eine gesonderte Pumpe für die Dichtringentlastung entfallen kann. Der Gegenstand des Anspruchs 3 dient der weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit, indem die Rückschlagklappe beim ungestörten Betrieb durch den im gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf herrschenden Druck geschlossen ist, während bei einem Ausfall der Verdrängerpumpe im gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf die Rückschlagklappe öffnet und hierdurch über die Verbindungsleitung eine Noteinspeisung zur Aufrechterhaltung des gasseitigen Dichlflüssigkeitskreisiaufes ermöglicht wird. Durch den Gegenstand des Anspruchs 4 wird sichergestellt, daß für die Regelung des AusgleLhsregelventils der tatsächlich am Dichtring herrschende Differenzdruck herangezogen wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispie.l der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung die Wellendurchführung eines wasserstoffgeLühlten Generators unc das zugehörige Dichtflüssigkeitsversorgungssystem.

In dem mit 1 bezeichneten und mit Wassersioffgas gefüllten Generatorgehäuse sind die beiden Durchführungen der Läuferwelle 2 durch Wellenabdichtungen derart abgedichtet, daß weder nennenswerte WasserstoffgasveJuste entstehen noch Luft in das Generatorgehäuse 1 eindringen kann. Die beiden Wellenabdichtungen besitzen Dichtringe 3 bzw. 3', welche auf der Welle 2 schwimmend angeordnet und von Dichtungsgehäusen 4 bzw. 4' umgeben sind. In diese Dichtungsgehäuse 4 bzw. 4' münden jeweils eine erste Dichtflüssigkeitseinspeisung £1 bzw. EY, eine zweite Dichtflüssigkeitseinspeisung E 2 bzw. £2' und eine dritte Dichtflüssigkeitseinspeisung £3 bzw. £3' ein. Die ersten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £1 bzw. EY dienen zur Ausbildung eines luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislaufes, wobei die Dichtflüssigkeit über entsprechende Zuführungen in den Ringspalt zwischen den Dichtringen 3 bzw. 3' und der Welle 2 unter Druck eingeführt wird und aus dem Ringspalt zur Luftseite hin austritt, wie es durch die Pfeile 5 bzw. 5' angedeutet ist. Durch diese luftseitige Zirkulation der Dichtflüssigkeit im Ringspalt wird ein Austreten des Wasserstoffgases aus dem Generatorgehäuse 1 verhindert. Die zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £2 bzw. £2' dienen zur Ausbildung eines gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislaufes, wobei die Dichtflüssigkeit über entsprechende Zuführungen derart in den Ringspalt eingeführt wird, daß sie zur Gasseite hin aus dem Ringspalt austritt, wie es durch die Pfeile 6 bzw. 6' angedeutet ist Durch diese gasseitige Zirkulation der Dichtflüssigkeit werden die Wasserstoffgasverluste herabgesetzt Die dritten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £3 bzw. £3' dienen schließlich dazu, die Dichtringe 3 bzw. 3', die durch den Druck des Wasserstoffgases im Generatorgehäuse I nach außen gedruckt werden, in axialer Richtung zu entlasten und somit das für die Dichtungsfunktion erforderliche Schwimmen oder Schweben der Dichtringe 3 bzw. 3' zu gewährleisten. Die luftseitig aus dem Ringspalt der Wellenabdichtung austretende Dichtflüssigkeit wird zusammen mit der Dichtflüssigkeit für die axiale Druckentlastung und dem Lageröl für die Wellenlagerung über Leitungen 7 bzw. T und eine gemeinsame Leitung 8 c^;nem Dichtflüssigkeitsvorratsbehäiter 9 zugeführt, wie es durch die Pfeile 10,10' und 11 angedeutet ist. Der Dichtflüssigkeitsvorratsbehälter 9 ist über eine mit einer U-Schleife versehene Leitung 12 an einen in der Zeichnung nicht dargestellten zentralen Turbinenölbehälter angeschlossen. Die gasseitig aus dem Ringspalt der Wellenabdichtungen austretende Dichtflüssigkeit wird über Leitungen 1.3 bzw. 13' und eine gemeinsame Leitung 14 einem Dichtflüssigkeitsbehälter 15 zugeführt, wie es durch den Pfeil 16 angedeutet ist. Der Dichtflüssigkeitsbehälter 15 steht seinerseits mit dem Dichtflüssigkeitsvorratsbehälter 9 über eine Leitung 17 in Verbindung, so daß die Dichtflüssigkeit übertreten kann, wie dies durch den Pfeil 18 angedeutet ist.

Der luftseitige Dichtflüssigkeitskreislauf, der im Dichtflüssigkeitsvorratsbehälter 9 beginnt, führt in Richtung der Pfeile 19, 20, 21 und 22 bzw 22' über die ersten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £1 bzw. EY in die Ringspalte zwischen den Dichtringen 3 bzw. 3' und de· Welle 2, wobei der Rücklauf dann in der bereits beschriebenen Weise gemäß der Pfeile 5 bzw. 5', 10 bzw. 10' und 11 wieder in den Dichtflüssigkeitsvorratsbehälter 9 einmündet. Die Dichtflüssigkeit wird hierbei über eine Saugleitung 23 von einer Verdrängerpumpe 24 angesaugt und dann über eine druckseitige Leitung 25, einen Kühler 26, einen Filter 27. ein Stromregelventil 28 und Leitungszweige 29 bzw. 29' den ersten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £1 bzw. EY zugeführt. Hinter der Verdrängerpumpe 24 ist von der druckseitigen Leitung 25 eine Überströmleitung 30 abgezweigt, weiche über ein Überströmregelventil 31 in Richtung des Pfeiles 32 in den Dichtflüssigkeitsvorratsbehäller 9 zurückführt. Das Überströmregelventil 31 wird über einen Druckregler 33 und eine an die druckseitige Leitung 25 angeschlossene Impulsleitung 34 derart geregelt, daß ein vorgegebener Druck/Volumcnstrom der luftseitigen Dichtflüssigkeit erzeugt wird. Der an den Dichtringen 3 bzw. 3' erforderl.he luftseitige Dichtflüssigkeitsdruck wird dann "on dem Stromregelventil 28 präzise eingeregelt. Führungsgröße ist der Druck des Wasserstoffgases im Generatorgehäuse 1. Regelgröße de Dichtflüssigkeitsdruck hinter dem Stromregelventil 28. wobei der Dichtflüssigkeitsdruck immer höher ist als der Druck des Wasserstoflgas..' im Generatorgehäuse 1. Die Regelimpulse des Differenzdruckreglers 35 des Stromregelventils 28 werden hierbei im Innern des Generator-

gehäuses I bzw. vor der Verzwcigungsstelle der Leitungszweige 29 und 29' abgenommen, wie es in der Zeichnung jeweils durch Anfang und Ende der entsprechenden Impulsleitungen a und Bangedeutet ist.

Der gasscitige Diehtfltissigkeitskreislauf, der im Dichtfiüssigkeitsbehalter 15 beginnt, führt in Richtung der Pfeile 36,37 und 38 bzw. 38' über die zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £2 bzw. E2 in die Ringspaltc zwischen den Dichtringen 3 bzw. 3' und der Welle 2, wobei der Rücklauf dann in der bereits beschriebenen in Weise gemäß den Pfeilen 6 bzw. 6' und 16 wieder in den Dichtfiüssigkeitsbehalter 15 einmündet. Die Dichtflüssigkeit wird hierbei über eine Ansaugleitung 39 von einer Verdrängerpumpe 40 angesaugt und dann über eine druckseitige Leitung 41, einen Kühler 42, ein Filter 43 und Leitungszweige 44 bzw. 44', in welchen Ausgleichsregelventile 45 bzw. 45' angeordnet sind, den zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisungen £2 bzw. E2' zugeführt. Hinter der Verdrängerpumpe 40 ist von der ufüCkäcitiKcfi Leitung 41 ciilc UucTSU'ÖHnci'iürig 46 ab- ju gezweigt, welche über ein Überstromregelvenlil 47 in Richtung des Pfeiles 48 in den Dichtfiüssigkeitsbehalter 15 zurückführt. Das Überströmregelventil 47 wird über einen Druckregler 49 und eine an die druckseitige Leitung 41 angeschlossene Impulsleitung 50 derart geregeit, daß ein vorgegebener Druck/Volumcnstrom der gasseitigen Dichtflüssigkeit erzeugt wird. Der an den Dichtringen 3 bzw. 3' erforderliche gasseitige Dichtflüssigkeitsdruck wird dann von den Ausgleichsregelventilen 45 bzw. 45' präzise eingeregelt. Führungsgröße ist jo der luftseitige Dichtflüssigkeitsdruck, Regelgröße der gasseitige Dichtflüssigkeitsdruck, wobei der gasseitige Dichtflüssigkeitsdruck immer etwas niedriger ist als der luftseitige Dichtflüssigkeitsdruck. Aus diesem Grunde stellt sich in den Ringspalten zwischen den Dichtringen j5 3 bzw. 3' und der Welle 2 eine durch die Pfeile A bzw. A' angedeutete Austauschströmung ein. welche eine geringe Menge der !uftseitigen Dichtflüssigkeit in den gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf einbringt und eine ausreichende Kühlung der Dichtringmittelstege gewährleistet. Die Regelimpuiseder Differenzdruckregler51 bzw. 51' der Ausgleichsregelventile 45 bzw. 45' werden unmittelbar an den ersten Dichtflüssigkeitseinspeisungen Ei bzw. EV und den zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisungen E1 bzw. E 2' abgenommen, wie es in der Zeichnung jeweils durch Anfang und Ende der entsprechenden Impulsleitungen cbzw. c'und d bzw. d' angedeutet ist.

Im luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf sind in der druckseitigen Leitung 25 zwischen dem Filter 27 und dem Stromregelventil 28 insgesamt drei Abzweigungen vorgesehen. Die ersiü Abzweigung stellt hierbei über eine Rückschlagklappe R eine Verbindung zum gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf her, wobei diese Rückschlagklappe R bei einem Ausfall der Verdrängerpumpe 40 und dem damit verbundenen Druckabfall öffnet und eine Noteinspeisung zur Aufrechterhaltung des gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislaufes bewirkt. An der zweiten Abzweigung führt eine Verbindungsleitung 52 zu dem Dichtfiüssigkeitsbehalter 15, um diesem in Riehtung des Pfeiles 53 die zur Aufrechterhaltung eines gewissen Flüssigkeitsstandes erforderliche Dichtflüssigkeitsmenge zuzuführen.

Die dritte Abzweigung dient schließlich zur Bereitstellung der für die axiale Entlastung der Dichtringe 3 bzw. 3' erforderlichen Dichtflussigkeits^.engen, wobei die Strömungsrichtung durch die Pfeile 54 und 55 bzw. 55' angedeutet ist. Die Dichtflüssigkeit wird hierbei über eine Leitung 56 und Zweigleitungen 57 bzw. 57' den dritten Dichtflüssigkeitseinspeisungen Ei bzw. Ei' zugeführt, wobei die für ein einwandfreies Abheben der Dichtringe 3 bzw. 3' erforderlichen Dichtflüssigkcitsmengen über Volumcnstromregler 58 bzw. 58' eingestellt werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Weibnabdichtung für gasgefüllte elektrische Maschinen, insbesondere wasserstoffgekühlte Generatoren, mit einem auf der Welle schwimmend angeordneten und von einem Dichtungsgehäuse umgebenen Dichtring, einer ersten Dichtflüssigkeitseinspeisung zur Ausbildung eines luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislaufes, einer zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisung zur Ausbildung eines gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislaufes und einer dritten Dichtflüssigkeitseinspeisung zur axialen Druckentlastung des Dichtringes, wobei im luftseitigen und im gasseitigen Dichiflüssigkeitskreislauf jeweils Verdrängerpumpen und Regelglieder angeordnet sind, wobei im luftseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf der betreffenden Verdrängerpumpe ein von deren Förderdruck geregeltes Oberströmregelventil nachgeschaltet und eine Regdeinrichtung vorgesehen ist, welche den luftseitigen Dichtöldruck an der Wellenabdichtung als Regelgröße etwas höher hält als den als Führungsgröße herangezogenen Gasdruck im Innern der Maschine, und wobei schließlich in den gasseitigen Dichtflüssigkeitskreislauf vor der zweiten Dichtflüssigkeitseinspeisung ein Ausgleichsregelventil eingeschaltet ist, welchem der luftseitige Dichtflüssigkeitsdruck als Führungsgröße und der gasseiiige Dichtflüssigkeitsdruck hinter dem Ausgleichsregelventil als Regelgröße zuleitbar sind, dadurch gekennzeichnet,