DE3440635C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten des deckel­ seitigen Gehäuses von hydraulischen Großmaschinen, nämlich Francis-, Propeller-, Kaplan-, Pumpturbinen oder Kreiselpumpen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der Druckschrift Voith-Information 3/82 ist eine Still­ standsdichtung für Wasserturbinen und Pumpen bekannt. Diese Dichtung weist eine am Maschinendeckel angeordnete elastische Manschette auf, der eine Dichtfläche an einem Bund des Laufrades der Maschine zugeordnet ist. Beim Stillstand der Maschine wird die radial wirkende Manschette mit einem Druckmedium beauf­ schlagt und zur Anlage am Bunde des Laufrades gebracht. Eine der Stillstandsdichtung nachgeordnete Wellendichtung ist nun zu War­ tungszwecken zugänglich. Die bekannte Dichtung hat sich bewährt, sie erfordert jedoch besondere Maßnahmen, um das Druckmedium an die Manschette heranzuführen, die Höhe des Druckes zu überwachen und während der Dauer der Abdichtung den Druck des Mediums in der Manschette aufrechtzuerhalten.

Bei einer aus der DE-AS 10 35 992 bekannten gasgekühlten elek­ trischen Maschine ist ein Dichtungsring gegen einen Wellenbund der Maschine verschiebbar ausgebildet. Hierzu ist der Dichtungs­ ring über Rollbälge mit einem ortsfesten Gehäuse verbunden, wel­ ches einen Preßölraum einschließt. Diese Dichtung soll sowohl während des Betriebes als auch bei Stillstand der Maschinenwelle das Austreten von Gas aus dem Gehäuse der Maschine verhindern. Es ist deshalb eine umfangreiche Einrichtung zur Erzeugung, Auf­ rechterhaltung und Regelung des Druckes erforderlich, mit dem das Preßöl den Dichtungsring gegen den Wellenbund anpreßt.

Aus der DE-AS 12 39 150 ist ein Verfahren zur Stillstandsdich­ tung bei Turbomaschinen bekannt, bei dem zum Wirksammachen einer Dichtung zwischen dem Maschinengehäuse und dem Läufer eine Ver­ schiebung der beweglichen Maschinenteile vorgenommen wird. Da der Läufer mit waagerecht verlaufender Achse angeordnet ist, sind zum Verschieben nur relativ niedrige Kräfte erforderlich. Zusätzlich nutzt man dabei die Rotation der beweglichen Maschi­ nenteile aus, damit keine Haftreibung in den Lagern der Maschi­ nenwelle überwunden werden muß.

Bei diesem bekannten Entwicklungsstand wird die Stillstandsdich­ tung nur dann wirksam, wenn ein Sperrmedium einen Dichtungsring mit Druck beaufschlagt und diesen gegen den Läufer bewegt. Unter Wirkung des Dichtungsringes wird der Läufer axial verschoben, bis ein Wellenbund der Läuferwelle an einer radialen Fläche des Maschinengehäuses anschlägt. Die Dichtwirkung bleibt aber nur so lange wirksam, wie der Druck des Sperrmediums in ausreichender Höhe aufrechterhalten wird. Außerdem fehlt eine Sperre gegen Abheben des Wellenbundes von der Gehäusefläche bei Zusammenbruch des Druckes des Sperrmediums, so daß das Arbeitsmittel der Ma­ schine unter Umständen den Rotor in Drehung versetzen und die Welle axial verschieben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bei den gattungs­ gemäßen Maschinen anwendbares Verfahren zu entwickeln, bei dem für die Wirksamkeit einer im Stillstand der Maschine anzulegen­ den Dichtung der Einsatz eines das elastische Dichtungsglied beaufschlagenden Druckmediums entbehrlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Anspruchsteil angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen, in besonderer Weise für eine längerdauernde Abdichtung geeigneten Verfahrens ergibt sich für das in der Maschine arbeitende Montagepersonal eine hohe Sicherheit gegen Versagen der Dichtung.

Die hydraulische Maschine zur Durchführung des Verfahrens zeich­ net sich dadurch aus, daß eine Verschiebeeinrichtung vorgesehen ist, welche die drehbaren, ein hohes Gewicht aufweisenden Ma­ schinenteile im Maschinenstillstand axial verschiebt und die Dichtfläche zum Angriff an dem axial wirkenden Dichtring bringt. Hierdurch wird eine platz- und kostensparende Ausgestaltung der äußerst einfach gestalteten Dichtung an einer Stelle erzielt, an der zwischen den feststehenden und den drehbaren Maschinenteilen wegen der Anordnung von Wellendichtung und Wellenlager beengte räumliche Verhältnisse bestehen, während die Verschiebeeinrich­ tung an einem hiervon entfernten Bereich an den drehbaren Ma­ schinenteilen, wie Welle oder Generator- bzw. Motorläufer bei einem elektrohydraulischen Maschinensatz, angreifen kann. Dabei können als Verschiebeeinrichtung ein Schubmotor, Schraubspin­ deln, eine Druckschraube oder ein Hebezeug dienen. Um ein feh­ lerhaftes Zurückfallen der beweglichen Maschinenteile in ihre Ursprungslage auszuschließen, ist eine mechanische Verriegelung vorgesehen, z. B. durch den Generatorläufer unterstützende Unter­ stellböcke oder die bereits erwähnten Schraubspindeln. Zweck­ mäßigerweise besteht der Dichtring aus einem Elastomer (Gummi, Kunststoff) oder aus einem Metall, welches der Erosion und/oder Korrosion durch das Betriebswasser einen erhöhten Widerstand entgegensetzt.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel einen Maschinen­ satz aus einem Generator und einer Francis-Tur­ bine im Schnitt,

Fig. 2 als Einzelheit II in Fig. 1 in größerem Maßstab eine Betriebs- sowie eine Stillstandsdichtung zwi­ schen dem Turbinendeckel und der Welle bzw. dem Laufrad der Turbine,

Fig. 3 als zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls im Schnitt eine Kaplan-Turbine als Bestandteil eines im übrigen nicht dargestellten Maschinensatzes und

Fig. 4 als Einzelheit IV in Fig. 3 in vergrößertem Maß­ stab eine Stillstandsdichtung zwischen einem deckelseitigen Wasserführungsschild und dem Lauf­ rad der Turbine.

Ein das erste Ausführungsbeispiel betreffender, in Fig. 1 mit 10 bezeichneter Maschinensatz weist einen Generator 11 mit einem Läufer 12 sowie einem Stator 13 und eine Francis-Turbine 14 auf. Der Generatorläufer 12 ist durch eine Welle 15 mit einem Laufrad 16 der Turbine 14 verbunden. Zur Führung der ver­ tikalachsig angeordneten, drehbaren Maschinenteile 12, 15 und 16 sind zwei Radiallager 17 und 18 sowie ein Axiallager 19 vor­ gesehen. Das Radiallager 17 ist oberhalb des Generators 11 an­ geordnet, während das Radiallager 18 nahe am Laufrad 16 der Turbine 14 von einem Turbinendeckel 20 gehalten ist. Das Axial­ lager 19 stützt sich auf einen vom Deckel 20 getragenen Lager­ träger 21 ab und greift unmittelbar unterhalb des Generatorläu­ fers 12 an.

Die Francis-Turbine 14 hat ein Spiralgehäuse 22 mit einem einen Kranz Stützschaufeln 23 aufweisenden Traversenring 24. Am Tra­ versenring 24 ist der Turbinendeckel 20, in dem ein Kranz ver­ stellbarer Leitschaufeln 25 gelagert ist, befestigt. An das Laufrad 16 der Turbine 14 schließt sich nach unten ein Saugrohr 26 an.

Das Betriebswasser durchströmt die Francis-Turbine 14 vom Spi­ ralgehäuse 22 kommend durch die Kränze der Stützschaufeln 23 und Leitschaufeln 25 hindurch, versetzt das Laufrad 16 in Dre­ hung und fließt durch das Saugrohr 26 ab. Gegen das Eindringen des Betriebswassers in den Turbinendeckel 20 ist eine als Be­ triebsdichtung wirkende Gleitringdichtung 27 zwischen der Welle 15 und dem Deckel angeordnet (Fig. 2). Die Dichtung 27 weist einen Gegenring 28 auf, der stirnseitig an einem die Welle 15 umhüllenden Gegenringträger 29 gehalten ist. Dieser ist unter Zwischenlage eines Runddichtringes 30 axial verschiebbar in einem am Deckel 20 befestigten Haltering 31 geführt. In gleich­ mäßiger Teilung entlang dem Umfang zwischen dem Gegenringträger 29 und dem Haltering 31 angeordnete Druckfedern 32 bewirken ein Anliegen des Gegenringes 28 an einem Gleitring 33, der auf einem Flansch 34 der Welle 15 sitzt.

Um die Gleitringdichtung 27 bei längerem Stillstand des Maschi­ nensatzes 10 zu entlasten oder um einen Austausch verschlisse­ ner Ringe 28 und 33 der Dichtung durchführen zu können, ist die Francis-Turbine 14 mit einer Stillstandsdichtung 35 ausgestat­ tet (Fig. 2). Diese weist einen Dichtring 36 aus einem elasto­ meren Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff auf, dem eine Dicht­ fläche 37 am wellenflanschseitigen Boden 38 des Laufrades 16 zugeordnet ist. Anstelle eines nachgiebigen Werkstoffes kann auch ein Dichtring aus Metall Verwendung finden. Der Dichtring 36 ist stirnseitig in einen am Deckel 20 angeformten, den Wel­ lenflansch 34 umhüllenden Bund 39 eingebettet.

Um die Stillstandsdichtung 35 wirksam zu machen, ist es erfor­ derlich, die drehbaren Maschinenteile (Generatorläufer 12, Wel­ le 15, Laufrad 16) bei Stillstand des Maschinensatzes 10 axial zu verschieben. Hierzu sind stirnseitig von unten am Generator­ läufer 12 angreifende Schubmotoren (Hydraulikzylinder) 40 (Fig. 1) vorgesehen, welche die drehbaren Maschinenteile axial nach oben verschieben, so daß die Dichtfläche 37 am Laufradbo­ den 38 zur Anlage am Dichtring 36 kommt. Bei einer Maschine mit waagerecht verlaufender Achse und daher beidseitig wirkendem Axiallager muß vorher der dem Verschiebehub entgegenwirkende Lagerteil demontiert werden. Damit die Wirkung der Stillstands­ dichtung 35 sicher über einen längeren Zeitraum aufrechterhal­ ten bleibt, können zur mechanischen Verriegelung der verschobe­ nen Maschinenteile 12, 15, 16 nicht dargestellte Distanzstücke unter den Generatorläufer 12 geschoben werden. Als Verschiebe­ einrichtung für die drehbaren Maschinenteile 12, 15, 16 können auch Schraubspindeln, Druckschrauben oder ein Hebezeug dienen. Während des Einsatzes der axial wirkenden, der Gleitringdich­ tung 27 vorgeordneten Stillstandsdichtung 35 kann mit hoher Sicherheit gegen Betriebswassereinbrüche an der Gleitringdich­ tung und in der Maschine gearbeitet werden.

Beim in den Fig. 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel ist eine Kaplan-Turbine 50 Bestandteil eines im übri­ gen nicht dargestellten Maschinensatzes entsprechend der Aus­ führungsform nach Fig. 1. Die Turbine 50 weist ein in Fig. 3 nur teilweise sichtbares Spiralgehäuse 51 aus Beton auf, in das ein Traversenring 52 eingebettet ist. Dieser umfaßt einen Kranz Stützschaufeln 53 sowie einen Kranz verstellbarer Leitschaufeln 54. Am Traversenring 52 ist ein von einer vertikal verlaufenden Welle 55 durchdrungener Turbinendeckel 56 befestigt. Gegen ein mit der Welle 55 verbundenes Laufrad 57 hin ist der Deckel 56 mit einem Wasserführungsschild 58 verbunden. Dieser nimmt ein Radiallager 59 sowie eine als Betriebsdichtung wirkende Wellen­ dichtung 60 auf. Oben auf dem Deckel 56 ist ein Lagerträger 61 angeordnet, der ein einseitig nach unten wirkendes Axiallager 62 der Turbine 50 trägt. In einer Nabe 63 des Laufrades 57 der Kaplan-Turbine 50 sind vier verstellbare Flügel 64 gelagert. An das Laufrad 57 schließt sich nach unten ein in Beton geformtes Saugrohr 65 an.

Außer der Wellendichtung 60 weist die Kaplan-Turbine 50 eine Stillstandsdichtung 66 auf (Fig. 4). Diese besteht aus einem Dichtring 67, der in einen axial vorspringenden Bund 68 eines laufradseitigen Bodens 69 des Wasserführungsschildes 58 einge­ bettet ist. Das mit seinem Boden 70 an einem Flansch 71 der Turbinenwelle 55 befestigte Laufrad 57 ist dagegen an diesem Boden mit einer dem Dichtring 67 zugeordneten Dichtfläche 72 versehen.

Die axial wirkende Stillstandsdichtung 66 wird durch Verschie­ ben der drehbaren Maschinenteile (Welle 55, Laufrad 57) nach oben bei Stillstand der Maschine in Funktion gesetzt. Dabei legt sich die Dichtfläche 72 am Dichtring 67 an.

Claims (1)

1. Verfahren zum Abdichten des deckelseitigen Gehäuses von hydrau­ lischen Großmaschinen mit vertikaler Achse, nämlich Francis-, Propeller-, Kaplan-, Pumpturbinen oder Kreiselpumpen, gegen den Eintritt von Betriebswasser bei stehender Maschine, welche zwi­ schen den drehbaren und den feststehenden Maschinenteilen eine aus Dichtring und Dichtfläche bestehende Dichtung aufweist, die durch axiales Verschieben der drehbaren Maschinenteile und Anle­ gen des Dichtrings an die Dichtfläche wirksam gemacht wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die drehbaren Maschinenteile (12, 15, 16) im Stillstand der Maschine (10) axial verschoben und gegen Rückstellen mechanisch verriegelt werden (Fig. 1, 2).