DE4202271A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der temperatur von dichtungsoel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Turbinengeneratoren und speziell Öldruckdichtungen, mit denen ein Entweichen von Wasserstoffgas aus einem Generator als auch der Eintritt von Feuchtigkeit und Luft in den Generator verhindert werden. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein System, um die Temperatur von Dichtungsöl zu steuern, welches zu Öldruckdichtungen von Generatoren geführt wird und bei dem Temperaturdifferenzen zwischen den Ölen minimiert werden, die unter­ schiedliche thermische Ausdehnung in der Generatorwelle verursachen könnten.

Ein typischer Generator hat eine Welle, mit der ein Drehmoment von einer Turbine auf einen Generatorrotor zur Erzeugung von Elektrizität übertragen wird. Die Rotorwelle erstreckt sich zu der gegenüberliegenden Seite von dem Generator (üblicherweise Anregerseite genannt), wo sie gelagert ist. Im allgemeinen herrscht zur besseren Wärmeleitung und Reduzierung von Windungsverlusten innerhalb des Generators eine beispielsweise aus Wasserstoff oder Helium bestehende Gasatmosphäre. Sowohl auf der das Drehmoment übertragenden Seite (Turbinenseite) der Welle, als auch auf der gelagerten Seite der Welle (Anregerseite) sind Dichtungen gegen das Entweichen von Gas und den Eintritt von Flüssigkeit und Luft in das Generatorinnere vorgesehen. Die Dichtungen können dabei Öldruckdichtungen sein, bei der ein Ölfluß zum und in entgegengesetzter Richtung längs des Schalters geführt ist. Ein Ölfluß (wasser­ stoffseitige Öldichtung) wird dabei entlang der Welle gegen den Generator ge­ führt, um ein Entweichen von Wasserstoff in die äußere Atmosphäre zu verhindern. Ein anderer Ölfluß (luftseitige Öldichtung) fließt nach außen zum Lager, um ein Eindringen von Luft oder Feuchtigkeit in den Generator zu verhindern. Da die Öle sowohl Wasserstoff, Luft als auch Feuchtigkeit absorbieren können, werden die Ölkreisläufe getrennt. Dadurch wird ein Austreten von Wasserstoff zu der äußeren Atmosphäre verhindert und innerhalb des Generators ist eine hohe Wasserstoffreinheit gewährleistet. Gute Betriebs­ bedingungen werden erreicht, wenn die Temperatur des luftseitigen Dichtungsöls und des wasserstoffseitigen Dichtungsöls auf oder nahezu auf der gleichen Temperatur gehalten werden. Sie sollten innerhalb eines Temperaturbereichs von zwei Grad gehalten werden. Wenn die beiden Ölströme verschiedene Temperaturen haben, kann der Dichtungsring zerstört oder thermisch ungleich­ mäßig verändert werden, wodurch Vibrationen bei der Drehung der Welle entstehen können. Zerstörungen des Rings können Reibung zwischen Ring und Dichtung verursachen, die wiederum ein lokales Aufheizen der Welle zur Folge haben, wodurch sich die Welle verbiegt und Vibrationen erzeugt. Daher ist es wesentlich das Dichtungsöl luftseitig und wasserstoffseitig ungefähr auf gleicher Temperatur zu halten.

Gegenwärtig gibt es zwei Verfahren für die Temperatursteuerung auf der Wasserstoff- und Luftseite. Bei dem ersten Verfahren werden verschiedene manuelle Kontrollen für das Kühlwasser zum Kühler für das wasserstoffseitig und zum Kühler für das luftseitige Dichtungsöl benutzt, um die betreffenden Öltemperaturen zu steuern. Manuelle Kontrollen benötigen aber ein konstantes Nachstellen, um dieselbe oder ungefähr dieselbe Temperatur der beiden Ölströme aufrecht zu halten. Das ständige Nachstellen ist wegen fortlaufender Änderungen der Flußraten und Temperaturen des Dichtungsöls und den Flußraten und Tem­ peraturen des Kühlwassers für die Temperatursteuerung nötig. Daher wird die ständige Aufmerksamkeit einer Bedienperson benötigt.

Bei einem zweiten Verfahren werden individuelle automatische Temperatur­ kontrolleinheiten für jeden Kühler benutzt, die auf dieselbe Temperatur eingestellt sind. Die Verwendung zweier Kontrolleinheiten bedarf aber ebenfalls eines Abgleichs, um sicherzustellen, daß die Temperaturen gleich sind, denn wenn sich die Kühlwassertemperatur ändert, wird sich der gewünschte Fluß in Abhängigkeit von einer bestimmten Temperaturänderung ebenfalls ändern. Zusätzlich erschweren innere Systemabweichungen die Aufrechterhaltung einer kleinen Temperaturdifferenz. Ein Hauptproblem bezüglich der Kosten bei der Benutzung separater Kontrolleinheiten entsteht durch die Forderung, daß die Temperatursteuereinheiten fein abgestimmt sein müssen, damit jedes System genau auf die eingestellte Temperatur reagiert, denn auch die kombinierte Toleranz der Kontrolleinheiten muß sicherstellen, daß die erforderliche Minimal­ temperaturdifferenz eingehalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein dazugehöriges Verfahren zu schaffen, bei dem Dichtungsöle zu einem Dichtungsring geführt werden, welches sowohl genau als auch ökonomisch vorteilhaft Temperaturen steuert, um Temperaturdifferenzen zwischen den Ölen zu minimieren. Vorzugsweise sollte das System die Notwendigkeit des fortwährenden Nachregelns eliminieren, wie es bei manueller Kontrolle oder getrennten individuellen Kontrolleinheiten erforderlich ist. Weiter sollen die Kosten reduziert werden, die beim genauen und präzisen unabhängigen Steuern von zwei Ölflüssen entstehen.

Die Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 und 12 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß benutzt das System eine der Temperaturen der Dichtungsöle als Referenz und steuert die Temperatur des anderen Dichtungsöls in Abhängigkeit von dieser. Da eines der Dichtungsöle als Referenz benutzt wird, wird eine separate genaue Steuerung des Referenzöls unnötig, da die Änderung in der Differenzöltemperatur über eine entsprechende Einstellung durch die Temperaturkontrolleinheit des anderen Dichtungsöls ausgeglichen wird. Daher ist das konstante Nachregeln nicht mehr nötig und der Bedarf für besonders genaue und präzise Kontrolleinheiten für zwei getrennte Systeme entfällt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Zuführungssystem für das Dichtungsöl von Öldruck­ dichtungen zu schaffen, in dem die Öle mit gleicher oder nahezu gleicher Temperatur eingeführt werden, und bei der ein ständiges Nachstellen der Temperatursteuereinheiten nicht notwendig ist.

Weiterhin soll durch die Erfindung eine Temperaturkontrolle für Dichtungsöle ermöglicht werden, bei der Dichtungsöle mit nur einer kleinen Temperatur­ differenz zur Verfügung stehen, wobei eine genaue und präzise Temperatur­ steuerung für jedes Dichtungsöl nicht mehr nötig ist, indem die Temperatur eines der Dichtungsöle als Referenz zur Temperatursteuerung des zweiten Dichtungs­ öls benutzt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lagerstruktur mit Öldruckdichtung;

Fig. 2 ein Schema eines konventionellen wasserstoffseitigen und luftseitigen Ölflußsystems;

Fig. 3A ein Schema eines erfindungsgemäßen luft- und wasserstoffseitigen Temperaturkontrollsystems;

Fig. 3B eine Modifikation des Temperaturkontrollsystems gemäß Fig. 3A;

Fig. 4 ein Schaltbild eines wasserstoff- und luftseitigen Ölflußsystems unter Verwendung des Temperaturkontrollsystems der Fig. 3A.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtungs- und Lagerstruktur eines großen Generators (z. B. einen Generator, in dem der innere Gasdruck von Wasserstoff oder einem anderen Gas im Bereich von 2 bis 5,5 bar bzw. 30 und 75 psi liegt). Die Generatorwelle 1 überträgt ein Drehmoment von einer Turbine auf einen Generatorrotor auf der Turbinenseite oder trägt selbst den Rotor auf der Anregerseite, d. h. gegenüber der Turbine. Ein Lager 2 stützt die Welle, wobei der Bereich 10 außerhalb des Lagers der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Der Dichtungsaufbau der Öldruckdichtung ist im wesentlichen bei 12 zu sehen. Er hat die Form eines kreisförmigen Ringes, der Fluid gegen und entlang der Welle führt, wodurch sich eine Abdichtung zwischen Luft und Feuchtigkeit der Außen­ atmosphäre 10 und der inneren Wasserstoffgasatmosphäre 14 ergibt. Ein Lager und eine entsprechende Dichtung sind auf der Antriebs- und der Turbinenseite des Wasserstoffgenerators vorgesehen, um die Welle abzustützen und die Wasser­ stoffatmosphäre innerhalb des Generators aufrecht zu erhalten. Die Dichtung trägt nicht das Gewicht der Welle, vielmehr wird ihr eigenes Gewicht von der Welle getragen.

Grundsätzlich wird das Dichtungsöl in zwei Strömen bei den entsprechenden Einlässen 16 und 18 der Dichtung zugeführt. Der Fluß durch den Einlaß 16 neben dem Generator oder neben der Wasserstoffseite wird im folgenden Dich­ tungsöl der Wasserstoffseite genannt, während der Fluß durch den Einlaß 18 mit Dichtungsöl der Luftseite bezeichnet wird. Der Dichtungsaufbau hat weiter Kanäle 16a und 18a, mit denen die entsprechenden Dichtungsöle zu einem Dichtungsring 20 geführt werden, der wiederum das Öl über die in dem kreisförmigen Dichtungsring ausgebildeten Kanäle 15 und 17 gegen die Welle richtet. Die Kanäle 15 und 17 führen das Öl zu ringförmigen Nuten, die sich über die Welle erstrecken, um Öl über die Welle zu verteilen.

Die Dichtungsöle werden gegen die Welle gerichtet, so daß die Öle in der durch die Pfeile auf der Welle 1 angedeuteten Richtung der Welle fließen. Das Öl der Wasserstoffseite wird durch einen Labyrinthdichtungsring 34 gegenüber dem Generator abgedichtet, der typisch die Form eines Messingrings mit einem radialen Abstand von ungefähr 0,25 bis 0,5 mm (0,01 bis 0,02 Inch) hat. Nach dem Entlanglaufen an der Welle wird das Öl der Wasserstoffseite zu einem Abfluß geführt, wie es durch einen Pfeil 30 in Fig. 1 angedeutet ist. Das Öl der Luftseite wird gegen das Lager 2 geführt und fließt, wie durch den Pfeil 32 gezeigt, ab. U-förmige Lagerschalen 36 sind vorgesehen, die aus Blei, Zinn oder einem anderen weichen Material hergestellt sind, so daß der Abtrag der Welle bei Kontakt zwischen der Welle und der Dichtung nicht sehr groß ist. Die Lager­ schale hat eine weichere Oberfläche als der Dichtungsring 20 (der typischerweise aus Bronze besteht), der eine größere Härte und einen höheren Schmelzpunkt als das Material der Lagerschale hat. Das Öl der Wasserstoffseite fließt über die Kanäle 16a, 17 und Nuten 26 entgegengesetzt entlang der Welle und wird gemäß Pfeil 30 abgeleitet. Das Öl der Wasserstoffseite verhindert, daß Wasserstoff aus dem Inneren des Generators entweicht. Die Öle der Wasserstoff- und Luftseite werden mit im wesentlichen gleichem Druck zugeführt, um Vermischen der Öle zu verhindern. Von dem Öl der Luftseite absorbierte Luft und Feuchtigkeit wer­ den von dem Generatorinneren und der von dem Öl der Wasserstoffseite absorbierte Wasserstoff wird von der Außenatmosphäre ferngehalten.

Das luftseitige Dichtungsöl wird gegen sowie entlang der Welle geführt und bei 32 abgelassen. Das verhütet das Eindringen von Luftfeuchtigkeit und Luft in das Innere des Generators. Weiter wird ein einen Druck auf den Dichtungsring 20 ausübender Ölfluß über einen Kanal 19 zugeführt, welcher zur Reduzierung resultierender seitlicher Kräfte auf den Dichtungsring 20 beiträgt. Der Ölfluß durch Kanal 19 kann einen größeren Druck haben als der Ölfluß im Einlaß 16 und 18. Im allgemeinen reicht es aber aus, einen Öldruck vorzusehen, der gleich dem des Ölflusses im Einlaß 16 und 18 ist. Typischerweise wird das über den Kanal 19 zugeführte Öl aus derselben Quelle stammen, wie das der Dichtung über den Einlaß 18 zugeführte luftseitige Öl. Der Ölfluß dient der Kompensation des Gasdrucks aus dem Generatorinneren, durch den eine axiale auswärts gerichtete Kraft auf den Dichtungsring 20 entsteht.

Wie vorher schon ausgeführt wurde, ist es sehr wichtig, die Temperaturdifferenz zwischen dem wasserstoffseitigen Dichtungsöl und dem luftseitigen Dichtungsöl zu minimieren. Die Temperaturdifferenz sollte maximal 2°C betragen. Falls die Temperaturdifferenzen nicht minimiert sind, kann die ungleichförmige thermische Ausdehnung des Dichtungsrings zu Vibrationen und Zerstörung der Generatorwelle führen. Wenn z. B. das Öl der Wasserstoffseite heißer ist als das der Luftseite, werden sich Teile des Dichtungsrings in der Nähe der Wasserstoff­ seite relativ zu denen der Luftseite vergrößern, was zu Vibrationen aufgrund von Reibungen des Dichtungsrings (oder spezieller der Lagerschale im Zusammen­ hang mit dem Ring) führt. Dies verursacht wiederum ein lokales Erhitzen und Verbiegung der Welle.

Fig. 2 zeigt ein Ölzuführungssystem für die Wasserstoff- und Luftseite für Dichtungen nach dem Stand der Technik. Gemäß Fig. 2 dient zur Abdichtung der Generatorwelle ein bei 40 gezeigter gegen die Generatorwelle gerichteter luftseitiger Ölstrom und ein bei 42 gezeigter wasserstoffseitiger Ölstrom. Zwei Drucksensoren 44 und 46 steuern ein Regelventil 48 derart, daß die Drücke der Dichtungsöle auf der Luftseite und Wasserstoffseite gleich sind. Nach dem Entlangfließen auf der Generatorwelle läuft das Öl der Wasserstoffseite von der Dichtung 30 (Fig. 1) in einen Entschäumungstank 50. Der Entschäumungstank verlangsamt die Ölgeschwindigkeit und stellt eine große Öloberfläche zur Verfügung, über die Wasserstoffblasen aus dem Öl entweichen können.

Auf der Luftseite der Dichtung fließt Öl von der Dichtung gemeinsam mit dem Schmieröl des Lagers, was bei 51 angedeutet ist, zu einem Abfluß 52. Das Lager­ öl und das Dichtungsöl der Luftseite werden zu einem Umwälztank 54 zurück­ geführt, wo Ölgase und mögliche Spuren von Wasserstoff durch einen Gasabscheider entzogen werden. Der Umwälztank weist eine Abzweigung für das Hauptschmiersystem des Generators auf, welches Öl von der Luftseite der Dichtung und von den Lagern (über den Abfluß 52) erhält und das Öl zu dem Schmiersystem zurückführt, wie es durch 53 angedeutet ist. Der Umwälztank hat eine Abzweigung zum Hauptschmiersystem des Generators, welche mit Öl von der Luftseite der Dichtung und von den Lagern (über Abfluß 52) versorgt wird, wobei das Öl, wie durch 53 angedeutet, zu dem Schmiersystem zurückgeführt wird. Der Umwälztank 54 liefert außerdem über die Leitung 56 das luftseitige Dichtungsöl über eine Pumpe 58. In konventionellen Systemen nimmt so der Umwälztank das heiße luftseitige Öl und das Lageröl auf. Er leitet überschüssiges Öl über 53 zurück zum Hauptschmierölsystem und führt Öl über eine Pumpe 58 einem Kühler 60 zu.

Das Öl der Luftseite wird also vom Umwälztank 54 über einen Kühler 60 gepumpt, über welchen Kühlwasser über Anschlüsse 62 zur Einstellung der Öltemperatur fließt. Nach Durchlaufen eines Filters 64 wird das Öl weiter zur Generatorwelle geführt, wie es bei 40 gezeigt ist. Zusätzliche Leitungen 66, 68 sind zur nötigen Ölversorgung des Systems auf der Wasserstoffseite vorgesehen. Im speziellen ist ein Ventil 70 in einem Regeltank 72 vorgesehen, das öffnet, wenn der Ölstand abfällt, um Öl von der Leitung 66 zuzuführen. Ein zusätzliches Ventil 74 ist vorgesehen, welches öffnet, wenn der Ölstand hoch genug ist, damit Öl über die Leitung 68 zur Ansaugseite der luftseitigen Pumpe abgelassen wird. Eine Bypassleitung 76 dient mit einer Bypassregeleinheit 78 dafür, einen genügend über dem Wasserstoffgasdruck im Generator während des normalem Betriebs liegenden Druck des Dichtungsöls der Luftseite aufrecht zu erhalten. Typischerweise wird der Öldruck bei etwa 0,83 bar (12 psi) über dem Wasserstoff­ gasdruck gehalten. Zur Erzielung der gewünschten Druckdifferenz, wird der Gasdruck von einem Sensor 75 im oberen Teil des Entschäumungstanks und der luftseitige Druck des Öls durch einen Sensor 77 aufgenommen, wobei das Ventil 78 einen Öldruck von etwa 0,83 bar (12 psi) über dem Gasdruck einhält. Im Was­ serstoffsystem wird Öl vom Tank 72 zu einer Pumpe 80 geführt, welche Öl unter Druck über die Kühleinheit 82 und den Filter 84 sowie anschließend durch Regel­ ventil 48 zu der Einspeisung 42 an der Generatorwelle führt. Ein Pumpenbypass­ regler (nicht gezeigt) kann auch vorgesehen werden, um den Anteil der nicht von dem Regelventil benutzten Pumpleistung zurück zur Saugseite der Pumpe zu führen. Die Kühleinheit auf der Wasserstoffseite hat Anschlüsse 86, über welche Wasser zugeführt werden kann, um den Wasserdurchfluß zur Kühlung des Öls zu steuern. Im System nach dem Stand der Technik kann eine manuelle Steuerung für das Kühlwasser für die wasserstoff- und luftseitigen Kühler benutzt werden, um die Temperaturen in den luftseitigen und wasserstoffseitigen Öldichtungs­ systemen einzustellen. Es ist jedoch häufig schwer mit manuellen Kontrollen, die Temperaturen so zu steuern, daß die Temperaturdifferenz minimiert wird. Daher ist ständige Überwachung durch eine Bedienperson nötig.

Alternativ dazu wurden Steuerungen mit individuellen Temperatur­ kontrolleinheiten vorgesehen, die auf dieselbe Temperatur eingestellt sind. Es können jedoch bei individuellen Kontrolleinheiten Abweichungen in der Genauig­ keit der einzelnen Systeme dazu führen, daß die Temperaturen von der eingestellten Temperatur abweichen. Gerade wenn die Temperaturkontrollen sehr genau sind, wird das System aufgrund von verschiedenen Flußraten und Wasserkühltemperaturen schwanken, wobei die Temperaturen der Dichtungsöle der Luft- und Wasserstoffseite solange von der eingestellten Temperatur abweichen, bis die Kontrolleinheit in der Lage ist, die Flußrate der Kühlung so einzustellen, daß die Öltemperaturen auf der eingestellten Temperatur gehalten werden. Weiter benötigen Systeme nach dem Stand der Technik verschiedene Kühler zur Kontrolle der Temperaturen, damit beide gleich sind und unterhalb einer maximalen Temperatur (typisch 50°C) liegen.

Erfindungsgemäß sind unterschiedliche fein abgestimmte Steuereinheiten und/oder Kühler für die beiden Ölsysteme der Wasserstoff- und Luftseite nicht nötig. Konstantes manuelles Nachregeln des Systems ist ebenfalls unnötig. Der größte Vorteil besteht aber darin, daß die Temperaturdifferenzen gleichmäßiger verringert werden können als bei Systemen nach dem Stand der Technik, obwohl die Steuerung vom Aufbau und der Bedienung her vereinfacht ist.

Fig. 3A und 3B veranschaulichen die Erfindung, bei der keine unterschiedlichen Ölsteuerungen für die Luftseite und die Wasserstoffseite benutzt werden.

Dagegen wird ein einziges Differenzsteuersystem zur Steuerung der Öltempera­ tur auf der Wasserstoffseite benutzt, wobei die Öltemperatur auf der Luftseite als Referenz dient. Im speziellen ist ein Sensor 100 vorgesehen, der die Temperatur des Öls der Luftseite an der Zuführung zur Dichtung aufnimmt und ein der Temperatur entsprechendes Signal als Eingangssignal zu einem differenzbilden­ den Schaltkreis 102 erzeugt. Außerdem ist ein Temperatursensor 104 vorgese­ hen, der den differenzbildenden Schaltkreis 102 mit einem Signal entsprechend der Temperatur des zu den Dichtungen fließenden Dichtungsöls auf der Wasser­ stoffseite versorgt. Der differenzbildende Schaltkreis 102 erzeugt dann ein Aus­ gangssignal 103 für eine Ventilsteuereinheit 105, die dann die Kühlung des Öls der Wasserstoffseite steuert.

Das Öl der Wasserstoffseite fließt von einer Pumpe durch eine Leitung 106 und 108 in einen Kühler 110, wo es gekühlt wird. Über die Leitung 112 wird es dem Kühler 110 entnommen und über ein Dreiwegeventil 114 der Öldruckdichtung zugeführt. Eine Bypassleitung 116 ist zur Mischung gekühlten und ungekühlten Öls und zur Steuerung der Temperaturen des der Dichtung zugeführten Öls vorgesehen. Dabei steuert das Dreiwegeventil 114 den Anteil der Mischung. Die Ventilsteuereinheit 105 erzeugt also ein Signal für eine Steuer- oder Betätigungs­ einheit 120 des Ventils 114, um die Öltemperatur auf der Wasserstoffseite relativ zur Referenztemperatur des Öls auf der Luftseite zu variieren. Wenn die Temperatur des Öls auf der Wasserstoffseite höher als die auf der Luftseite ist, reduziert das Dreiwegeventil 114 den Fluß durch die Bypassleitung 116 oder es verhindert sogar diesen Fluß, so daß ein erhöhter Anteil des Flusses durch das Ventil 114 von dem Auslaß 112 des Kühlers 110 stammt. Wenn die Temperatur niedriger als die der Referenztemperatur ist, wird das Ventil 114 so gesteuert, daß der Fluß über die Bypassleitung 116 zunimmt. Da das Temperatursteuer­ system das Öl der Luftseite als Referenz benutzt, ist eine unterschiedliche und genaue Steuerung des Öls auf der Luftseite nicht nötig.

Da eine separate Temperatursteuerung des Öls auf der Luftseite nicht nötig ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung daraus, daß eine zusätzliche Kühleinheit für das Öl der Luftseite eingespart wird und man für das System der Luftseite einfach durch das Hauptsystem gekühltes Öl aus dem Schmiermittel­ system verwenden kann. Es ist wichtig, daß die Temperaturdifferenz aber besser minimiert wird, da das System keinen so starken Fluktuationen ausgesetzt ist, wie es bei zwei unabhängig kontrollierte Einheiten zwangsläufig der Fall ist.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen besteht bei dem System gemäß Fig. 3A eine direktere und vorhersehbarere Regelung durch die Mischung von gekühltem und ungekühltem Öl. Es wird hier nämlich das Mischen von Öl zur Steuerung der Temperatur im Gegensatz zu Systemen nach dem Stand der Technik benutzt, bei dem die Flußrate des Kühlwassers im Kühler gesteuert wird. Sehr oft ändert sich die Temperatur des Kühlwassers stark und es ist daher schwierig, die Auswirkung der Änderung der Wasserflußrate auf die Kühlung von Öl vorherzusehen. Mit dem System gemäß Fig. 3A kann die Flußrate durch den Kühler im wesentlichen konstant gehalten werden. Ein anderer Vorteil des Systems nach Fig. 3A besteht in der Möglichkeit, eine hohe Wasserflußrate durch den Kühler aufrechtzuerhalten, so daß die Entstehung von Ablagerungen inner­ halb des Kühlers reduziert wird. Dadurch wird die Lebensdauer und Effizienz des Kühlers erhöht.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Steuerung ist in Fig. 3B gezeigt. In dem Beispiel gemäß Fig. 3B sind die Bypassleitung 116 und das Dreiwegeventil 114 eliminiert und die Temperatur wird durch die Flußrate von Wasser durch den Kühler gesteuert. Obwohl das System nach Fig. 3B nicht die Vorteile aufweist, die mit der oben dargestellten Ölmischung erreicht werden, ist das System trotzdem vorteilhaft gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik, da Temperatursteuerungen und Kühler für das Öl der Luftseite vermieden werden, und da eine besser übereinstimmende minimierte Temperaturdifferenz zwischen den Ölen der Wasserstoffseite und der Luftseite erzeugt wird. In der Vorrichtung gemäß Fig. 3B erhält ein Steuer- oder Betätigungsorgan 220 ein Signal von einer der bei 105 (gemäß der Fig. 3A) gezeigten Ventilkontrolleinheit, welche in Abhängigkeit von einem Temperaturdifferenzsignal eines differenzbildenden Schaltkreises das Auslaßventil 220 des Kühlers 202 steuert. Dadurch wird die Flußrate von Wasser durch den Kühler gesteuert und die Temperatur des Öls auf der Wasserstoffseite eingestellt, welches den Kühler bei 226 verläßt.

Fig. 4 zeigt das System mit Bypass gemäß Fig. 3A mit größeren Einzelheiten. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat die Pumpeinheit der Luftseite ein Paar von wechsel­ strombetriebenen Dichtungsölpumpen (SOP 1, SOP 2) und eine gleichstrom­ betriebene Notölpumpe (ESOP). Das Fluid wird auf der Wasserstoffseite durch eine wechselstrombetriebene Ölpumpe (HSOP) verdichtet. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Temperatur des Öls hinter den Filtern 250, 252 mit Temperatursensoren 100, 104 erfaßt, deren Ausgangssignale der Kontrolleinheit 102, 105 zugeführt werden. Die Kontrolleinheit hat Schaltkreise zur Differenzbildung und erzeugt ein Steuersignal für das Ventil, welches aus der Differenz zwischen den Temperatursignalen abgeleitet wird. Die Kontrolleinheit 102, 105 erzeugt ein Signal für eine Ventilsteuerung 120, welche die Mischung von gekühlten und ungekühlten Öl über das Dreiwegeventil 114 beeinflußt. Eine geeignete Ventil­ steuerung ist vorgesehen, um die Dichtungsöle auf der Luft- und Wasserstoffseite auf dem gleichen Druck zu halten und zwar auf einem Druck von ungefähr 0,83 bar (12 psi) über dem Druck des Wasserstoffgases im Generator.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besteht ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, das Schmiermittelsystem als Hauptquelle für das System der Luftseite zu benutzen, wie es bei Punkt 261 ersichtlich ist. Da eine eigene genaue Steuerung des Öls auf der Luftseite nicht nötig ist, kann gekühltes Öl von dem Hauptschmiersystem benutzt werden, ohne daß ein eigener Kühler benötigt wird. Der Umwälztank 54 ist an den Öltank der Luftseite über die Leitung 262 zur Notversorgung angeschlossen. Im besonderen wird das Öl vom Umwälztank mit einem niedrigeren Druck als das Schmieröl geliefert, so daß das Öl vom Umwälz­ tank im allgemeinen solange nicht in das System eindringen kann, solange der Druck des Schmiermittelöls nicht abfällt. Rückschlagventile 260, 266 verhindern einen Rückfluß von Öl. Erfindungsgemäß wird das Schmieröl direkt in das Ölsystem der Luftseite eingeführt, wogegen das heiße Öl im Umwälztank als Vorrat und als Notversorgung benutzt wird. Im Gegensatz dazu wird bei Systemen nach dem Stand der Technik Öl zur Versorgung des Ölsystems der Luftseite vom Umwälztank hereingespeist, wobei das Öl durch einen unabhängig gesteuerten Kühler in dem System der Luftseite gekühlt wird. Bei Systemen nach dem Stand der Technik benutzt das Vorratssystem Schmieröl, welches direkt zu der Öldruckdichtung (42, 40 gemäß Fig. 2) geführt wird. Es wird also beim Stand der Technik zusätzliche Hardware benötigt, damit ein unter genügendhohem Druck stehender Notvorrat für die Druckdichtung zur Verfügung steht. Gemäß Fig. 4 sind weitere geeignete Absperrventile 349, 351, 353, 356, 355, 358, 359 und 361 vorgesehen, um verschiedene Teile des Pumpsystems für Wartungs- und Reparaturzwecke absperren zu können. Es sind ferner Rückschlagventile 354, 357, 360 und 363 vorgesehen, um einen Ölrückfluß zu verhindern. Bypass-Über­ drucksventile 342, 380, 381 und 382 sind zum Rückführen überschüssig gepumpten Fluids zu den Ansaugseiten der Pumpen vorgesehen. Ein Druckregler 364 steuert den Druck des zu der Generatordichtung geführten Öls der Luftseite. Druckausgleichventile 310, 317 stellen sicher, daß die Öle, die zu der Dichtung geführt werden, gleichen Druck haben. Ein Ventil 370 ist zum Anschluß des Systems der Luftseite an ein Turbinenkontrollsystem vorgesehen, welches den Öldruck überwacht und den Turbinengenerator ausschaltet, wenn nicht genügend Öldruck vorhanden ist. Das Öl der Wasserstoffseite wird der Öldruck­ dichtung über Leitungen 330, 332 und das Öl der Luftseite über eine Leitung 334 zugeführt. Man beachte, daß die Leitung 334 der Luftseite, obwohl nicht gezeigt, aufgeteilt sein kann, um Dichtungspaare auf jeder Seite des Generators zu speisen.

Öl, das von der Wasserstoffseite der Dichtung abfließt, wird über die Leitung 390 einem Tank 391 zugeführt. Öl von den Generatorlagern wird im Umwälztank über die Leitungen 234, 235 gesammelt, und zwar zusammen mit Öl vom Tank 391 über das Ventil 231 und ferner zusammen mit dem Öl der Luftseite, das über die Zuführung 236 eingeleitet wird. Alternativ könnte der Tankabfluß zu dem luftseitigen System anstatt zu dem Umwälztank geführt werden. Ein Ölstandsanzeiger LI gibt eine Anzeige für das Betriebspersonal und ein Ölstandssensor LS sorgt für einen Alarm oder betätigt das Ablaßventil 231, wenn der Ölstand im Tank zu hoch ist. Ein Magnetventil kann vorgesehen sein, um Öl von dem luftseitigen System einzulassen, wenn der Ölstandssensor anzeigt, daß der Ölstand im Regeltank zu niedrig ist. Eine Belüftung 232 ist auch vorgesehen, um einen Aufbau von überschüssigem Gasdruck im Regeltank zu verhindern. Öl vom Regeltank wird dann über das Absperrventil 337 zur Pumpe auf der Wasser­ stoffseite zurückgeführt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine verbesserte Temperaturkontrolle zur gleichmäßigen Minimierung der Temperaturdifferenz zwischen Dichtungsöl auf der Luft- und Wasserstoffseite von Generator-Öldruckdichtungen. Außerdem wird die Notwendigkeit zur konstanten manuellen Steuerung oder von unter­ schiedlichen genauen und präzisen Temperatursteuerungen beseitigt. Auf diese Weise können Dichtungsöle mit der gleichen oder nahezu der gleichen Temperatur für eine Dichtung vorgesehen werden, was Beschädigungen von Generatorwellen und der dazugehörigen Dichtung in vorteilhafter Weise verhütet, welche durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Welle auftreten können. Gleichermaßen werden die Kosten, die mit einer Überwachung durch das Bedienpersonal verbunden sind, reduziert und der Kapitalaufwand für unabhängige Kontrollsysteme verringert.

Claims (19)

1. Ölversorgungssystem für eine Öldruckdichtung, die mindestens zwei Ölversorgungen hat und Drucköl einer Welle in entgegengesetzten Richtungen zuführt, wobei eine erste Ölversorgung (330, 332) für die Öldruckdichtung (12) und eine zweite Ölversorgung (334) für die Öldruckdichtung (12) vorhanden ist, gekennzeichnet durch

• - Referenztemperatureinrichtungen (100) zur Erzeugung eines die Temperatur des zur Öldruckdichtung geführten Öls der zweiten Versorgung anzeigenden Referenztemperatursignals und
• - Temperatursteuereinrichtungen (102, 104, 105, 120, 220) zur Einstellung der Temperatur des bei der Öldruckdichtung eingespeisten Öls aus der ersten Versorgung (330, 332) in Abhängigkeit vom Referenztemperatursignal.

2. Ölversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Referenztemperatureinrichtungen einen Temperatursensor (100) aufweisen, der bei der zweiten Ölversorgung stromaufwärts vor der Öldruck­ dichtung (12) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (100) ein Referenztem­ peratursignal erzeugt, welches ein Maß für die Temperatur des zur Öldruck­ dichtung (12) geführten Öls der zweiten Versorgung ist.

3. Ölversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Temperaturkontrolleinrichtungen (102, 104, 105, 120, 220) einen zweiten Temperatursensor (104) aufweisen, der in der ersten Ölversorgung (330, 332) angeordnet ist und ein zweites Temperatursignal erzeugt, welches ein Maß der Temperatur des der Öldruckdichtung geführten Öls der ersten Ölversorgung (330, 332) ist.

4. Ölversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Temperaturkontrolleinrichtungen einen differenzbildenen Schaltkreis (102) aufweisen, mit dem das Referenztemperatursignal und das zweite Tempera­ tursignal verglichen werden, um ein Differenzsignal (103) zu erzeugen, welches die Temperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Ölversorgung zur Speisung der Öldruckdichtung angibt.

5. Ölversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Temperaturkontrolleinrichtungen Kühlvorrichtungen (110, 210) zur Kühlung des Ölstroms der ersten Ölversorgung stromaufwärts vor dem zweiten Temperatursensor (104) enthalten,
• - und daß die Temperaturkontrolleinrichtungen weiter Einstelleinheiten zum Einstellen der Kühlmenge der Kühlvorrichtung in Abhängigkeit zum Differenz­ signal für die erste Ölversorgung aufweist.

6. Ölversorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kühlvorrichtung einen Kühler (210) mit Wassereinlaß- und Auslaßleitungen zum Zuführen und Ableiten von Wasser zur Kühlung des Öls der ersten Ölversorgung aufweist,
• - und daß die Einstelleinheiten Mittel (220) zur Steuerung eines Ventils (222) haben, durch das die Wasserflußrate durch den Kühler in Abhängigkeit vom Differenzsignal steuerbar ist.

7. Ölversorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kühlvorrichtung einen Kühler (110) aufweist, durch den zur Kühlung mindestens ein Teil des Öls der ersten Ölversorgung fließt,
• - daß die erste Ölzuführung eine Leitung (108) zum Kühler (11) und eine Bypass­ leitung (116) an dem Kühler vorbei zur Zuleitung ungekühlten Öls zu der Öldruckdichtung aufweist,
• - und daß die Einstelleinheiten Vorrichtungen (105, 114, 120) enthalten, mit welchen gekühltes Öl vom Kühler und ungekühltes Öl von der Bypassleitung mischbar sind, wobei die Mengen des gekühlten und ungekühlten Öls in Abhängigkeit des Differenzsignals variiert werden.

8. Ölversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß von der ersten Ölversorgung Leitungen (330, 332) zu der Wasserstoffseite der Öldruckdichtung führen, um das Austreten von Wasserstoff aus dem Inneren des Generators zu verhindern,
• - und daß von der zweiten Ölversorgung eine Leitung (334) Öl zu einer Luftseite der Öldruckdichtung führt, um Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in das Generatorinnere zu verhindern.

9. Ölversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Tank (391) zur Regelung der Ölmenge der ersten Ölversorgung vorgesehen ist,
• - und daß der Tank (391) einen Einlaß zur Aufnahme von Öl von der zweiten Ölversorgung zur Vergrößerung der Ölmenge in dem Tank und einen Auslaß zum Ablassen des Öls aus dem Tank hat.

10. Ölversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zweite Ölversorgung über eine Leitung (261) mit dem Hauptschmier­ system eines Turbinengenerators so verbunden ist, daß das Schmiersystem die Hauptquelle für die zweite Ölversorgung ist.

11. Ölversorgungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zweite Ölzuführung über eine Leitung (262) mit einem Umwälztank (54) verbunden ist, um Öl von dem Umwälztank als Vorrat für die Hauptölquelle des Schmiersystems zu erhalten.

12. Ölversorgungssystem mit einer ersten und zweiten Ölversorgung für eine Öldruckdichtung eines Generators, wobei das Öl der ersten Ölversorgung durch die Öldruckdichtung entlang einer Generatorwelle nach vorn läuft, damit ein Entweichen von Gas von dem Inneren des Generators verhindert wird, und wobei das Öl der zweiten Versorgung durch die Öldruckdichtung zur und entlang der Generatorwelle läuft, um zu verhindern, daß Luft und Feuchtigkeit in das Innere des Generators eindringt, mit einer

• - Kühlvorrichtung (110, 210) zum Kühlen des Öls der ersten Ölversorgung,

gekennzeichnet durch

• - Einspeisungsvorrichtungen (260) zum Anschließen der zweiten Ölversorgung an das Hauptschmiersystem eines Turbinengenerators derart, daß das Hauptschmiersystem die Hauptölquelle für die zweite Ölversorgung ist.

13. Ölversorgungssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch,

• - Temperatursteuereinrichtungen zur Steuerung des in die Öldruckdichtung eingespeisten Öls aus der ersten Ölversorgung, wobei die Temperatursteuerein­ richtungen einen Kühler (110,210) enthalten, einen Temperatursensor (100) zur Erzeugung eines Referenztemperatursignals, welches die Temperatur des aus der zweiten Versorgung in die Öldruckdichtung eingespeisten Öls anzeigt, einen zweiten Temperatursensor (104) zur Erzeugung eines zweiten Temperatursignals als Maß für die Temperatur des in die Öldruckdichtung aus der ersten Ölversorgung eingespeisten Öls, Hilfs-Temperatursteuereinrichtungen, die einen differenzbildenden Schaltkreis (102) aufweisen, der aus dem Referenzsignal und dem zweiten Signal ein Differenzsignal (103) bildet, das der Temperaturdifferenz zwischen erster und zweiter Ölversorgung entspricht, wobei die Steuerein­ richtungen weiter Einstellvorrichtungen (120, 220) zur Einstellung der Kühlung enthalten, die das durch die Kühlvorrichtungen in Abhängigkeit des Differenz­ signals in die Öldruckdichtung eingespeiste Öl aus der ersten Versorgung festlegen.

14. Ölversorgungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die erste Ölversorgung eine Leitung (105), mit der Öl dem Kühler (110) zugeführt, und eine Bypassleitung (116) umfaßt, mit der ungekühltes Öl an dem Kühler zur Mischung mit dem im Kühler gekühlten Öl vorbeigeführt wird,
• - daß die Einstelleinheiten (120, 114) die Menge von gekühltem und ungekühltem Öl zur Speisung der Öldruckdichtung variieren.

15. Verfahren zur Versorgung einer Öldruckdichtung eines Generators mit Öl, um den Verlust von Gas vom Inneren des Generators und den Eintritt von Luft- und Feuchtigkeit in das Innere des Generators zu verhindern, wobei eine erste und zweite Ölversorgung für die Öldruckdichtung vorgesehen sind und die zweite Ölversorgung an dem Hauptschmiersystem eines Turbinengenerators angeschlossen ist, so daß das Hauptschmiersystem die Hauptölquelle der zweiten Versorgung ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Temperatur des Öls der zweiten Ölversorgung ermittelt wird,
• - und daß Öl in der ersten Ölversorgung so gekühlt wird, daß die Temperatur des in die Öldruckdichtung von der ersten Versorgung aus eingespeisten Öls im wesentlichen der Temperatur der zweiten Ölversorgung entspricht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zweite Ölversorgung mit einem Umwälztank verbunden wird, so daß der Umwälztank eine zweite Ölversorgungsquelle für die zweite Versorgung als Vorrat für die Hauptölquelle, dem Hauptschmiersystem, darstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kühlung der ersten Versorgung durch Mischung von gekühltem und ungekühltem Öl so durchgeführt wird, daß die Temperatur des in die Öldruck­ richtung eingespeisten Öls aus der ersten Versorgung wesentlich mit der Temperatur des in die Öldruckdichtung eingespeisten Öls aus der zweiten Versorgung übereinstimmt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kühlung des Öls durch Änderung der Flußrate eines durch einen Kühler geleiteten Kühlmediums erfolgt, wobei das Öl der ersten Ölversorgung derart gekühlt wird, daß die Temperatur der ersten Ölversorgung im wesentlichen mit der Temperatur der zweiten Ölversorgung übereinstimmt.