DE69010833T2 - Vorrichtung um Wellenabdichtungen zu kühlen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Wellenabdichtungen, die für mit Wasserstoff innengekühlte Turbinenaggregate eingesetzt werden, und im einzelnen ein Gerät zum Kühlen von Wellenabdichtungen in solchen Turbinenaggregaten.
• Leiterkühlung ist ein herkömmlicher Vorgang, der in sehr großen Turbinenaggregat-Systemen zum Abführen der Anker- und Eeldwicklungsverluste des Turbinenaggregats auf Kühlmittel innerhalb der Wicklungsisolierwand angewandt wird. Turbinenaggregate, die eine solche Leiterkühlung einsetzen, werden auch verschiedentlich "innengekühlt", "vorverdichtet" oder "direktgekühlt" bezeichnet, und das Kühlmittel, das meistens in derartigen Turbinenaggregaten benutzt wird, ist Wasserstoff.
• Mit Wasserstoff innengekühlte Turbinenaggregate arbeiten normalerweise in Wasserstoffatmosphäre unter Überdruck, die eine Kühlung für das gesamten Turbinenaggregat liefert, abgesehen von den Ankerwicklungen in einigen Fällen. Derartige mit Wasserstoff innengekühlte Turbinenaggregate werden oft bei 4,137 * 10&sup5; Pa (60 Ibf/in²) oder mehr betrieben, um den Massenfluß des Wasserstoffs zu erhöhen und seinen Temperaturanstieg zu verringern.
• Um das Auslecken des unter Überdruck stehenden Wasserstoffkühlmittels aus einem in Betrieb befindlichen Turbinenaggregat zu minimieren, werden in mit Wasserstoff innengekühlten Turbinenaggregaten gewöhnlich Wellenabdichtungen benutzt, um in einem kleinen Zwischenraum zwischen der rotierenden Welle des Turbinengenerators und einem stationären Glied, das die Welle an beiden Enden des Turbinengenerators umgibt, einen Ölfilm unter Druck zu halten. Die Konstruktion solcher Wellenabdichtungen ähnelt einem Achslager mit einem zylindrischen Ölfilm oder einem gefederten Kugeldrucklager, in dem der Ölfilm in einer Ebene liegt, die rechtwinklig auf der Wellenachse steht. In beiden Fällen wird der Ölfilm durch einen Ölförderdruck erhalten, der höher als der Wasserstoffdruck ist.
• In solchen Wellendichtungen benutztes Öl kann etwa 10% seines Volumens an Wasserstoff oder Luft absorbieren. Es ist wichtig, daß der Ölfluß in diesen Wellenabdichtungen zu ihrer Wasserstoffseite minimiert wird, um sowohl die Luftmenge, die in das mit Wasserstoff innengekühlte Turbinenaggregat hineinbefördert wird, als auch die Wasserstoffmenge, die herausbefördert wird, zu verringern. Kerner ist es wichtig, die Temperaturunterschiede zwischen der "Wasserstoffseite" der Wellenabdichtung und ihrer "Luftseite" zu minimieren, so daß die differentielle Wärmeausdehnung des Dichtungsrings, der vom festen Glied umfaßt wird, minimiert werden kann.
• In Wellenabdichtungen des bisherigen Stands der Technik werden in der Regel wasserstoffseitig und luftseitig gesonderte Ölzufuhren eingesetzt, wobei jede solche Ölzufuhr einen Wärmeaustauscher aufweist, der auf eine von zwei allgemeinen Arten betrieben wird. Ein Verfahren wählt ein Kühlmittel (z.B. Wasser) und bemißt sorgfältig den Wärmeaustauscher jeder Ölzufuhr, um an den Ausgängen auf beiden Seiten der Wellenabdichtungen für eine rückführlose Steuerung der Öltemperaturen zu sorgen. Probleme wie Verschmutzung des Wärmeaustauschers, verminderter Ölfluß oder verminderter Wasserfluß müssen, wenn sie in diesem Verfahren auftreten, erkannt und anschließend von einem Bediener korrigiert werden.
• Ein weiteres Verfahren bei Wellenabdichtungen des bisherigen Stands der Technik, die wasserstoffseitig und luftseitig gesonderte Wärmeaustauscher einsetzt, sieht automatische Steuerventile zur Fühlung des Temperaturunterschieds zwischen der wasserstoffseitigen und luftseitigen Ölzufuhr vor und wirkt auf die Ölzufuhr des besonderen Wärmeaustauschers mit der höheren Temperatur ein. Dieses andere Verfahren ist nicht nur in seiner Konstruktion aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Komponenten komplizierter (z.B. zwei Wärmeaustauscher und viele automatische Steuerventile), sondern es ist wegen der Notwendigkeit präziser, verläßlicher Komponenten, die eine solche Kontrolle über einen sehr engen Temperaturbereich ermöglichen, auch nur schwer realisierbar.
• Mit Bezug auf US-A-3 131 939 sind auch luftseitig und wasserstoffseitig flüssige Dichtungen um die Welle eines mit Wasserstoff innengekühlten Generators bekannt. Die luftseitige und die wasserstoffseitige Ölzufuhrschlaufe sind mit einzelnen Ölzufuhrmitteln mit drei Kammern verbunden, von denen zwei durch ein Rohr miteinander verbunden sind. Da auf beiden Seiten des Rohrs Schwimmerventile vorhanden sind, hängt der Ölfluß durch das Rohr vom Ölstand innerhalb der entsprechenden Kammern ab. Das Verbindungsrohr öffnet sich über eine Abzweigung zur dritten Kammer, und innerhalb der drei Kammern ist ein vermischender Ölfluß möglich und beabsichtigt, um einen geeigneten Druckunterschied zu erzeugen.
• Dementsprechend ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, solche Probleme bei mit Wasserstoff innengekühlten Turbinenaggregat-Systemen zu vermeiden und ein vereinfachtes, relativ kostenkünstiges Verfahren und Gerät zur Kühlung der Wellenabdichtungen bei mit Wasserstoff innengekühlten Turbinenaggregat-Systemen zu bieten, die den Einsatz automatischer Steuerventile und präziser Temperaturmeßvorrichtungen minimieren.
• Unter Berücksichtigung dieser Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung ein Turbinenaggregat-System mit einem Wasserstoff-innengekühlten Generator mit einem Ständer mit zylindrischem Kern und einem Läufer mit einer Welle, die zur Rotation innerhalb dieses zylindrischen Kerns montiert ist, einer an diese Welle an einem Ende des Generators gekuppelten Turbine, einem am anderen Ende des Generators gekuppelten Erreger, Dichtungen, die diese Welle an gegenüberliegenden Enden dieses Generators umgeben und ein Wasserstoffauslecken daraus erheblich minimieren, wobei jedes dieser Dichtungspaare eine Wasserstoffseite und eine Luftseite aufweist, erste Ölzufuhrmittel zur wasserstoffseitigen Zufuhr von Öl zu jedem dieser Dichtungspaare, und zweite Ölzufuhrmittel zur luftseitigen Zufuhr von Öl zu jedem dieser Dichtungspaare vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher vorgesehen ist, der die ersten und zweiten Ölzufuhrmittel jeder Dichtung zwecks Wärmeaustausch zwischen ihnen miteinander verbindet, um eine unterschiedliche Wärmeausdehnung dieses Dichtungspaares zu minimieren.
• Mögliche Temperaturunterschiede zwischen den ersten Ölzufuhrmitteln und den zweiten Ölzufuhrmitteln werden so minimiert. Darüber hinaus wird einer unterschiedlichen Wärmeausdehung des Dichtungsrings vorgebeugt, um letztendlich einen Wasserstoffverlust um die Rotationswelle zu vermindern.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform und der begleitenden Zeichnungen verständlicher; in diesen ist
• Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Turbinenaggregat-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 ist eine detaillierte schematische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten, mit Wasserstoff innengekühlten Generators und der Wellenabdichtungen.
• Fig. 3 ist eine detaillierte schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten ersten Ölzufuhrmittel und des Kühlers; und
• Fig. 4 ist eine detaillierte schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten zweiten Ölzufuhrmittel.
• Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen jeweils gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist Fig. 1 die Darstellung eines vereinfachten Blockdiagramms eines erfindungsgemäßen Turbinenaggregat-Systems 10. Das System 10 enthält ein mit Wasserstoff innengekühlten Generator 12 mit einem Stator 14 mit einem zylindrischen Kern 16 und einem Rotor 18, der auf einer Welle 20 innerhalb des Kerns 16 rotierend montiert ist. Eine Turbine 22 ist an einem Ende des Generators 12 an die Welle 20 gekuppelt, und ein Erreger 24 ist am anderen Ende des Generators an die Welle gekuppelt. Die Turbine 22 kann geeigneterweise eine Verbrennungsturbine enthalten, z.B. ein vom derzeitigen Inhaber der vorliegenden Erfindung gebautes Modell 501F, oder jede andere herkömmliche Turbine, die zur Kupplung einen mit Wasserstoff innengekühlten Generator zur Stromerzeugung geeignet ist.
• Ein Paar Dichtungen 26, wobei jede die Welle 20 an beiden Enden des Generators 12 umgibt, dient zur wesentlichen Minimierung des Wasserstoffverlusts aus dem Generator 12. Der Generator 12 wird üblicherweise bei 4,1373 * 10&sup5; Pa (60 Ibf/in²) oder mehr betrieben, um den Massenfluß des Wasserstoffs darin zu erhöhen und seinen Temperaturanstieg zu reduzieren. Jede der Dichtungen 26 enthält gewöhnlich einen Dichtungsring mit einer Wasserstoffseite 28 und einer Luftseite 30.
• Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine geschlossene Ölzufuhrschleife sowohl für die Wasserstoffseiten 28 als auch für die Luftseiten 30 vorgesehen. Ein erstes Ölzufuhrmittel 32 leitet Öl durch eine geschlossene Schleife zur Wasserstoffseite 28 jeder der Dichtungen 26, während ein zweites Ölzufuhrmittel 34 Öl durch eine andere geschlossene Schleife zur Luftseite 30 jeder der Dichtungen 26 führt. Die ersten und zweiten Ölzufuhrmittel 32 und 34 sind in einem Wärmeaustauschermittel 36 gekuppelt, der an der Wasserstoffseite der Dichtung einen Öl kühler zum Wärmeaustausch dazwischen enthält. Dementsprechend werden Temperaturunterschiede zwischen dem ersten Ölzufuhrmittel 32 und dem zweiten Ölzufuhrmittel 34 minimiert.
• Jetzt werden Einzelheiten des Systems 10 anhand einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren 2-4 behandelt. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, enthält jede der Dichtungen 26 ein Paar ringförmiger Kammern, wobei eine Kammer 38 auf der Wasserstoffseite 28 und die andere Kammer 40 auf der Luftseite 30 liegt. Mittels verzweigter Ölzufuhrleitungen 42 wird Dichtungsöl wasserstoffseitig 28 zu den Kammern 38 jeder Dichtung 26 geleitet, und das so zugeleitete Dichtungsöl wird in beiden Dichtungen 26 in herkömmlicher Weise dazu verwendet, ein Wasserstoffauslecken aus dem Generator 12 um seine rotierende Welle 20 zu minimieren. Auch ist für jede der Kammern 38 eine Meßleitung 44 mit einem Meßleitungsabsperrventil 46 zum Zwecke des Druckausgleichs vorgesehen, wie später noch in größeren Einzelheiten ausgeführt wird.
• Das aus den Zufuhrleitungen 42 in die einzelnen Kammern 38 eintretende Dichtungsöl fließt ab zu einem gesonderten Entschäumungstank 48 mit einem Ölstandalarm 50, der mit einem Schwimmer 52, einer Entschäumungstank-Abflußleitung 54, einer wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Abflußleitung 56 und einer Entlüftungsleitung 58 verbunden ist. Jede Entschäumungstank- Abflußleitung 54 enthält auch eine Gasdruck-Fühlerleitung 60 zum Erfassen des Gasdrucks im Entschäumungstank 48. Die Dichtungsöl-Abflußleitungen 56 sind, wie gezeigt, miteinander gekoppelt und beinhalten einen Siphon 62, wobei auf beiden Seiten desselben die Entlüftungsleitungen 58 angeschlossen sind.
• Über verzweigte luftseitige Ölzufuhrleitungen 64 wird Dichtungsöl jeder der Kammern 40 auch auf der Luftseite 30 jedes Ventils 26 zugeführt. Eine Meßleitung 66 mit einem Paar Meßleitungs-Absperrventilen 68 und einem Manometer 70 mit einem Meßbereich von etwa 0 bis 7031 Gramm pro cm² (0 bis 100 psig) zur Überwachung des luftseitigen Dichtungsöldrucks ist ebenfalls vorgesehen. Aus den Zufuhrleitungen 64 in die Kammern 40 eintretendes Dichtungsöl sammelt sich in einem Ölsumpf 72, der sich durch eine Lageröl-Abflußleitung 74 entleert.
• Mit Bezug auf Fig. 3 wird nun ersichtlich, daß sich die wasserstoffseitige Dichtungsöl-Abflußleitung 56 zu Reglermitteln 76, beinhaltend einen Tank 78, einen Ölstandanzeiger 80 mit einem Schwimmer 82, ein Paar Ventile 84 und 86, die durch Schwimmer 88 zur Steuerung des Dichtungsölstands im Tank 78 betätigt werden, ein weiteres Ventil 90 zum Absperren des Tanks 78, um einen Dichtungsölfluß durch das erste Ölzufuhrmittel 32 (Fig. 1) zu stoppen, und einen wasserstoffseitigen Niedrig-Ölstand-Alarmmelder 92 mit einem Schwimmer 94 entleert. Beide Ventile 84 und 86 sind im Ruhezustand geschlossen. Ventil 84 wird geöffnet, wenn sein Schwimmer 88 im Tank 78 einen vorgewählten oberen Dichtungsölstand erreicht, während Ventil 86 geöffnet wird, wenn sein Schwimmer 88 im Tank 78 einen vorgewählten unteren Dichtungsölstand erreicht. Für beide Ventile 84 und 86 sind herkömmliche (nicht dargestellte) Stellzylinder vorgesehen, die die Ventile im Notfall öffnen bzw. schließen.
• Ventil 90 ist im Ruhezustand offen und entleert sich in eine verzweigte wasserstoffseitige Dichtungsöl-Kühlleitung 96, die mit einem ihrer Zweige 98 mit einer wasserstoffseitigen Ölpumpe 100 verbunden ist, die von einem Motor 102 angetrieben wird. Eine Druckfühlerleitung 104 ist zwischen dem Eingangszweig 98 der Pumpe 100 und einer Ausgangsleitung 106 derselben gekoppelt, um festzustellen, wenn die Pumpe 100 ausgeschaltet ist. Entsprechend enthält die Druckfühlerleitung 104 einen Druckschalter 108 mit einem Paar Abschlußventilen 110. Der Druckschalter 108 ist so ausgelegt, daß er schließt, wenn der Druckunterschied zwischen dem Eingangszweig 98 und der Ausgangsleitung 106 um etwa 352 g/cm² (fünf psi) abfällt. Der Druckschalter 108 ist ferner so eingerichtet, daß er einen Alarm "WASSERSTOFFSEITIGE DICHTUNGSÖLPUMPE AUS" gibt, wenn er schließt.
• Ein zweiter Zweig 112 der Kühlleitung 96 enthält ein Drosselventil 114, das zum Drosseln des Dichtungsölflusses durch die wasserstoffseitige Dichtungsölpumpe 100 benutzt wird, während ein dritter Zweig 116 der Kühlleitung 96 ein Druckminderventil 118 zum Vermindern überschüssigen Drucks innerhalb der Zufuhr des wasserstoffseitigen Dichtungsöls über einem vorgegebenen Grenzwert benutzt wird. Zum Beispiel wurde eine Druckgrenze von etwa VV34 Gramm pro cm² zum Einsatz mit dem Westinghouse Verbrennungsturbinenaggregat-System Modell 501F, das vom derzeitigen Inhaber der vorliegenden Erfindung gebaut wird, für geeignet befunden.
• Die Kühlerleitung 96 enthält auch einen ersten Eingang 120 zu einem wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 mit einem Kühler-Absperrventil 124, und eine wasserstoffseitige Dichtungsölkühler-Ausweichleitung mit einem Ausweich-Absperrventil 128. Dichtungsöl von den Wasserstoffseiten beider Wellenabdichtungen 26 (Figuren 1 und 2) zirkuliert via den ersten Eingang 120 durch den wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 und verläßt ihn durch einen ersten Ausgang 130. Der erste Ausgang 130 vom wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 beinhaltet ein Thermoelement 132 zur Temperaturüberwachung und ein Thermometer 136 zur Erfassung der Temperatur des wasserstoffseitigen Dichtungsöl, das den wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 verläßt, einen Filter 138 zum Filtern dieses Dichtungsöls, wenn es den wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 verläßt, ein Rückschlagventil 140, um ein Rückfließen des Dichtungsöls zu verhindern, und ein wasserstoffseitiges Dichtungsöl-Manometer 142, das über eine Meßleitung 144 und ein Meßabsperrventil 146 an den ersten Ausgang 130 gekoppelt ist. Das Dichtungsölthermometer umfaßt geeigneterweise einen Bereich von -1ºC bis etwa 82ºC (30ºF bis etwa 180ºF), da die normale Öltemperatur etwa 58ºC (135ºF) mit einem Betriebsspielraum von etwa 26,5ºC (80ºF) oder bis etwa 63ºC (145ºF) beträgt, während das wasserstoffseitige Dichtungsölmanometer 142 geeigneterweise einen Bereich von 0 bis 11250 Gramm pro cm² (0 bis etwa 160 psig) umfaßt.
• Ein Druckausgleichventilmittel 148 zum Ausgleich des wasserstoffseitigen und luftseitigen Öldrucks ist vorgesehen und über ein Aosperrventil 150 mit der Meßleitung 44, über ein weiteres Absperrventil 150 mit der Meßleitung 66, und mit einem Steuerventil 152 (Fig. 2) gekoppelt, das dazu ausgelegt ist, den Fluß wasserstoffseitigen Dichtungsöls durch seine Zufuhrleitungen 42 zu steuern. Zu diesem Zweck enthalten die wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Zufuhrleitungen 42 auch ein Stoppventil 154, das in Strömungsrichtung den Steuerventilen 152 nachgeschaltet ist. Um einen Unterschied zwischen dem Dichtungsöldruck auf der Luftseite und auf der Wasserstoffseite zu bestimmen, ist ein luftseitig-wasserstoffseitiges Differentialmanometermittel 156 zwischen die Meßleitungen 44 und 66 gelegt, das ein geeignetes Meßabsperrventil 158 enthält. Ein Bereich von etwa -6,227 * 10³ Pa (25 Zoll H&sub2;O) bis etwa +6,227 * 10³ Pa (25 Zoll H&sub2;O) wurde als geeignet für das luftseitig-wasserstoffseitige Differentialmanometer 156 befunden, da der normale Betriebsbereich zwischen plus/minus 4,98 * 10² Pa (25 Zoll H&sub2;O) variiert. Ähnliche Druckausgleichmittel 148, luftseitig-wasserstoffseitige Manometermittel 156, usw. können an der wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Zufuhrleitung 42 gefunden werden, die die Wellenabdichtung 26 am Turbinenende des Generators 12 (Fig. 4) versorgt.
• Mit besonderem Bezug auf Fig. 4 wird dort ein detailliertes Schema des in Fig. 1 dargestellten zweiten Ölzufuhrmittels 34 gezeigt. Dieses zweite Ölzufuhrmittel 34 enthält eine geschlossene Schleife von einem Turbinenölbehälter 160 über einen zweiten Eingang 162 durch den wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 (Fig. 3), aus einem zweiten Ausgang 164 vom wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler (Fig. 3) und zurück zum Turbinenölbehälter 160. Wie wieder mit Bezug auf Fig. 3 ersichtlich wird, beinhalten der zweite Eingang 162 und der zweite Ausgang 164 jeweils ein Stoppventil 166.
• Wieder unter Bezug auf Fig. 4 wird auch ersichtlich, daß der Turbinenölbehälter 160 durch eine Abflußleitung 168 mit einem Tank 78 des Reglermittels 76 (Fig. 3) und an die luftseitige Dichtungsöl-Abflußleitung 74 gekoppelt ist. Wenn entsprechend ein hohe wasserstoffseitiger Dichtungsölstand das Steuerventil 84 durch seinen Schwimmer 88 (Fig. 3) öffnet, wird das überschüssige wasserstoffseitige Dichtungsöl vom Tank 78 über die Abflußleitung 168 zurück zum Turbinenölbehälter 160 geführt. Auch luftseitiges Dichtungsöl aus den Sümpfen 72 (Fig. 2) wird über die Abflußleitung 74 zum Turbinenölbehälter rückgeführt.
• In dem Turbinenölbehälter 160 ist ein luftseitiges Dichtungsölzufuhrmittel 170 positioniert, das im allgemeinen ein Paar Wechselstrom-Schmierölpumpen 172, eine Gleichstrom-Ölpumpe 174 und eine Gleichstrom-Schmierölpumpe 176 enthält, von denen jede ein Rückschlagventil 178 aufweist. Die Gleichstrom-Schmierölpumpe 174 setzt ferner ein Druckminderventil 180 ein. Aus dem Turbinenölbehälter 160 wird durch Hauptlager-Zufuhrleitungen 186 Schmieröl zu den Hauptlagern 184 an der Welle 20 geleitet. Ein Paar Dampfabzieher 188 sind mit dem Turbinenölbehälter zum Zwecke des Aozugs des darin aufgestauten Dampfes gekoppelt.
• Mittels der Wechselstrompumpen 172 in dem Turbinenölbehälter 160 wird luftseitiges Dichtungsöl durch ein Lageröl-Kühlmittel 190 geleitet, das ein Temperatursteuerventil 192 und einen Filter 138 enthält. Außerhalb des Kühlers 190 wird das Dichtungsöl zu zwei Orten geleitet: (1) über ein Rückschlagventil zu einem luftseitigen Druckreglermittel 198; und (2) durch den zweiten Eingang 162 über das Rückschlagventil 197 zum wasserstoffseitigen Ölkühler 122.
• Als Alternative versorgt die Gleichstrom-Schmierölpumpe 176 die Hauptlager 184 (Fig. 2) über die Hauptlager-Zufuhrleitungen 186 und auch die luftseitigen Dichtungsdruck- Reglermittel 198 über das Rückschlagventil 195 mit Öl, um bei einer Störung der Wechselstrom-Schmierölpumpen 172 diese zwei Vorrichtungen mit Öl zu versorgen. Die Gleichstrom-Schmierölpumpe 176 kann auch den zweiten Eingang 162 über ein Rückschlagventil 199 mit Öl versorgen. Andererseits versorgt die Gleichstrom-Schmierölpumpe 174 das luftseitige Druckreglermittel 198 über das Rückschlagventil 178 im bei einer Störung der Wechselstrom-Schmierölpumpe 172, die diese Vorrichtung versorgt, mit Öl. Die Gleichstrom-Dichtungsölpumpe 174 wird gewählt, um einen höheren Druck als den der Gleichstrom- Schmierölpumpe 176 zu erzeugen. Daher ist die Gleichstrom- Dichtungsölpumpe 174 die primäre Schmieröl-Ersatzquelle für das luftseitige Dichtungssystem, und die Gleichstrom-Schmierölpumpe 176 ist die primäre Schmieröl-Ersatzquelle für das Hauptlager 184 (Fig. 2)
• Erfindungsgemäß ist auch ein luftseitiges Dichtungsöl-Druckreglermittel 198 zur Sicherstellung des richtigen Dichtungsverhältnisses zwischen dem Druck des Dichtungsöls und dem Wasserstoffdruck im Generator 12 vorgesehen. Ein Druckschalter 200, in Strömungsrichtung der Gleichstrom-Dichtungsölpumpe 176 nachgeschaltet, ist so ausgelegt, daß er öffnet, wenn der Druck des luftseitigen Dichtungsöls unter ein vorbestimmtes Minimum abfällt. Wenn dieser Druckschalter 200 öffnet, läßt er die Gleichstrom-Dichtungsölpumpe 176 anlaufen, um den luftseitigen Dichtungsöldruck nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit von ein paar Sekunden hochzufahren.
• Ein Dichtungsöl-Druckreglermittel 202 hält, soweit nötig, den luftseitigen Dichtungsöldruck auf etwa 422 Gramm pro cm² (etwa 6 psi) über dem Wasserstoffdruck, durch Fühlen des Gasdrucks in den Sümpfen 48 (Fig. 2) über die Gasdruck-Fühlerleitungen 60, von denen jede ein Meßabsperrventil 204 enthält, und durch Betätigen eines Steuerventils 206 zur Erhöhung oder Verminderung des Dichtungsölflusses durch die luftseitigen Ölzufuhrleitungen 64. Ein Umgehungsmittel 208 mit einem Umgehungsventil 210 und Absperrventilen 212 gestattet erforderlichenfalls eine Umgehung des Reglerventils 206.
• Das luftseitige Dichtungsöl-Druckreglermittel 198 enthält ein Differentialdruck-Schaltermittel 214, das öffnet, wenn der Druck des luftseitigen Dichtungsöls unter etwa 281 Gramm pro cm2 (etwa 4 psi) über dem Wasserstoffdruck fällt. Beim Öffnen löst das Differentialdruck-Schaltermittel 214 einen Alarm "DICHTUNGSÖL-DIFFERENTIALDRUCK NIEDRIG" aus, während es auch die Einheit ausschaltet, entlüftet und leert. Als redundante Merkmale sind noch zwei Druckgeber 230 als Reserve für den Druckschalter 214 zum Messen des Dichtungsöl-Differentialdrucks vorgesehen. Ebenso ist ein Prüfmesser 216 mit einem Meßabsperrventil 218 zur Prüfung des Differentialdruck-- Schaltermittels 214 vorgesehen.
• Ein Luftthermometer 220 und ein Thermoelement 228 ähnlich dem in Fig. 3 dargestellten Thermometer 136 und Thermoelement 231 sind ebenfalls zum Fühlen der Temperatur des luftseitigen Dichtungsöls, das aus dem luftseitigen Dichtungsöl-Druckreglermittel 198 austritt, vorgesehen. Genauso ist ein luftseitiges Dichtungsölmanometer 222 mit einem Meßabsperrventil 224 für das luftseitige Dichtungsöl-Druckreglermittel 198 vorgesehen. Dementsprechend deckt das Dichtungsölthermometer 220 geeigneterweise einen Bereich von etwa -1ºC bis etwa 82ºC (30º bis etwa 180ºF) ab, da die normale Öltemperatur mit einem Spielraum von etwa 26,5ºC (80ºF) bis etwa 63ºC (145ºF) im Betrieb bei etwa 58ºC (135ºF) beträgt, während das luftseitige Dichtungsölmanometer 222 geeigneterweise einen Bereich von 0 bis 11250 Gramm pro cm² (0 bis 160 psig) abdeckt. Ebenso ist ein Paar Absperrventile 226 zur Isolierung des Differentialdruck-Schaltermittels 214 vorgesehen.
• Nachdem die Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung implementiert, bereits detailliert beschrieben wurde, wird nun mit nochmaligem Bezug auf die Figuren 1 bis 4 deren Betrieb beschrieben. Wie aus Fig. 4 gut ersichtlich ist, kommt das zur Luftseite 30 jedes Dichtungsringes zugeführte Öl aus einer gemeinsamen Quelle mit dem den Lagern 184 zugeführten Öl (Fig. 2), denn sie können den selben Behälter 160, die Pumpen 172, 174, 176 und den Kühler 190 gemeinsam benutzen. Dementsprechend muß dieses zweite Ölzuführmittel 34 (Fig. 1) einschließlich der Mittel zur Zufuhr gekühlten Öls zur Luftseite 30 der Dichtungsringe und der Hauptlager 184 so groß ausgelegt sein, daß es mit der vom wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 (Fig. 3) abgeleiteten und zum wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 (Fig. 3) fließenden Wärme fertig wird. Da die Menge der abgeleiteten Wärme und der Ölfluß auf der Wasserstoffseite im Vergleich zur gemeinsamen Fluß- und Wärmebelastung auf die Lager und die Luftseiten klein sind, gibt es eine minimale Auswirkung auf die Größenbestimmung des zweiten Ölzufuhrmittels 34.
• Der wasserstoffseitige Dichtungsölkühler 122 (Fig. 3) ist so groß bemessen, daß er Dichtungsöl zur Wasserstoffseite 28 jedes Dichtungsrings mit einer Temperatur innerhalb 2ºC (4ºF) oder weniger als die Temperatur des Dichtungsöls zur Luftseite 30 jedes Dichtungsrings zuführen kann. D.h., das erste erfindungsgemäße Ölzufuhrmittel 32 ist so ausgelegt, daß es Dichtungsöl fördern kann, das nicht mehr als 2ºC (4ºF) wärmer oder kälter ist, als das vom zweiten Ölzufuhrmittel 34 geförderte Dichtungsöl. Genau gesagt, ist das "luftseitige Dichtungsöl", das dem zweiten Eingang 162 des wasserstoffseitigen Dichtungsölkühlers 122 zugeführt wird, nicht das gleiche Öl, das der Luftseite 30 jeder Dichtung 26 zugeführt wird. Trotzdem wird aus den Figuren 3 und 4 verständlich, daß das Öl, welches dem wasserstoffseitigen Dichtungsölkühler 122 durch seinen zweiten Eingang 162 zugeführt wird und welches sowohl den Hauptlagern 184 als auch der Luftseite 30 jeder Dichtung 26 zugeführt wird, aus der gleichen gekühlten Zuliefermenge stammt, die, wie man annehmen kann, gleiche Temperaturen aufweist.
• Die Größe des wasserstoffseitigen Dichtungsölkühlers 122 ist für Temperaturunterschiede von etwa 2ºC (4ºF) zwischen dem ersten und dem zweiten Ölzufuhrmittel 32 und 34 unter Bedingungen des schlechtesten Falles ausgelegt. Es kann daher erwartet werden, daß sich die Leistung des Wärmeaustauschers 36 bei geringeren Temperaturunterschieden noch verbessert. Wenn das wasserstoffseitige Dichtungsöl unter bestimmten Umständen kühler als das luftseitige Dichtungsöl ist, kann man erwarten, daß das Wärmeaustauschermittel 36 dieses wasserstoffseitige Dichtungsöl auch "erwärmt", um es innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs von 2ºC (4ºF) des luftseitigen Öls zu halten. Die vorliegende Erfindung "erzwingt" also einen Temperaturunterschied zwischen dem wasserstoffseitigen Dichtungsöl und dem luftseitigen Dichtungsöl, der unter allen vorhersehbaren Umständen klein ist.
• Andere Kontrollen (z.B. das in Fig. 3 dargestellte Druckausgleichmittel 148 und das in Fig. 4 dargestellte luftseitige Dichtungsöl-Druckausgleichmittel 198) steuern jeweils die ersten und zweiten Ölzufuhrmittel 32 und 34 auf die vorstehend detailliert beschriebene Weise. Ferner kann durch Steuerung durch das Niedrig-Ölstand-Steuerventil 86 Nachfüllöl zum Einsatz auf der Wasserstoffseite (d.h. im ersten Ölzufuhrmittel 32) schnell aus dem Turbinenölbehälter 160 dem Tank 78 zugeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Wärmeaustauschermittel 36 bietet gegenüber bekannten Verfahren und Geräten einen großen Vorteil, der darin liegt, daß die Dichtungsöltemperaturen auf einfache Weise genau gesteuert werden können. Durch eine derart sorgfältige Kontrolle der Temperaturunterschiede zwischen den wasserstoffseitigen und den luftseitigen Wellenabdichtungen können die Konstrukteure dieser Wellenabdichtungen die Dichtungszwischenräume verringern. Eine Verschmutzung des Wärmeaustauschers wird im wesentlichen verhindert, da saubere, nicht-korrosive Flüssigkeiten (d.h. das Wasserstoffseitige Dichtungsöl und das luftseitige Dichtungsöl) darin benutzt werden. Daher hat der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher 36 eine längere Lebensdauer und erfordert geringere Wartung und keinen Eingriff seitens des Bedieners.

Claims (12)

1. Turbinenaggregat-System (10) mit einem Wasserstoffinnengekühlten Generator (12) mit einem Ständer (14) mit zylindrischem Kern (16) und einem Läufer (18) mit einer Welle (20), die zur Rotation innerhalb dieses zylindrischen Kerns (16) montiert ist, einer an diese Welle (20) an einem Ende des Generators (12) gekuppelten Turbine (20), einem am anderen Ende des Generators (12) gekuppelten Erreger (24), Dichtungen (26), die diese Welle (20) an gegenüberliegenden Enden dieses Generators (12) umgeben und ein Wasserstoffauslecken daraus erheblich minimieren, wobei jedes dieser Dichtungspaare (26) eine Wasserstoffseite (28) und eine Luftseite (30) aufweist, erste Ölzufuhrmittel (32) zur wasserstoffseitigen (28) Zufuhr von Öl zu jedem dieser Dichtungspaare (26), und zweite Ölzufuhrmittel (34) zur luftseitigen (30) Zufuhr von Öl zu jedem dieser Dichtungspaare (26) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher (36) vorgesehen ist, der die ersten und zweiten Ölzufuhrmittel jeder Dichtung (26) zwecks Wärmeaustausch zwischen ihnen miteinander verbindet, um eine unterschiedliche Wärmeausdehnung dieses Dichtungspaares zu minimieren.

2. Ein Turbinenaggregat-System (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Ölzufuhrmittel (32, 34) eine geschlossene Schleife ist.

3. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 2, worin die Welle (20) von Lagern (184) getragen wird, die an den entsprechenden Enden des Generators (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (184) an dieses zweite Ölzufuhrmittel (34) in geschlossener Schleife gekoppelt ist, um von dem darin enthaltenen Öl geschmiert zu werden.

4. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschermittel (36) einen ersten Eingang (120) und einen ersten Ausgang (130), die mit dem ersten Ölzufuhrmittel (32) in geschlossener Schleife gekoppelt sind, sowie einen zweiten Eingang (162) und einen zweiten Ausgang (164), die mit diesem zweiten Ölzufuhrmittel (34) in geschlossener Schleife gekoppelt sind, aufweist.

5. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ölzufuhrmittel (32) in geschlossener Schleife aufweist: Eine Eingangsleitung (42), deren eines Ende an eine erste Kammer (38) an der Wasserstoffseite (28) jeder Dichtung (26) zwecks Ölzufuhr zu dieser; eine Ausgangsleitung (56, 96), deren eines Ende durch einen Entschäumungstank (48) an diese Kammer (38) jeder Dichtung (26) zwecks Abzug des Öls aus dieser gekoppelt ist; und Pumpenmittel (100, 102), die an das andere Ende dieser Ausgangsleitung (56, 96) gekoppelt sind, um das aus dieser ersten Kammer (38) abgezogene Öl aufzunehmen, und die an das andere Ende dieser Eingangsleitung (42) gekoppelt sind, um das Öl in diese erste Kammer (38) jeder Dichtung (26) zurückzupumpen.

6. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangleitung (42) mit dem Ausgang (130) gekoppelt ist, und die Ausgangsleitung (96) mit dem Eingang (120) des Wärmeaustauschermittels (36) gekoppelt ist.

7. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reglermittel (76) in der Ausgangsleitung (56, 96) zum Regeln des Ölabflusses aus der Wasserstoffseite (28) jeder Dichtung (26) angeordnet ist.

8. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußreglermittel (76) einen Haltetank (78) beinhaltet, der einen ersten Eingang (56) und einen ersten Ausgang (96), von denen jeder mit der Ausgangsleitung (56, 96) gekoppelt ist, einen zweiten Eingang (64) zur Zufuhr von Ersatzöl in diesen Haltetank (78), und einen zweiten Ausgang (168) zum Abführen überschüssigen Öls aus diesem Haltetank (78); Füllstandsteuermittel (84, 86, 88) zur Steuerung des Ölstands in diesem Haltetank (78); und Stoppventilmittel (90) in dem ersten Ausgang (96) zum Verhindern des Ölflusses zu den Pumpenmitteln (100, 102) aufweist.

9. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ölstandsteuermittel (84, 86, 88) aufweist: Einen ersten Schwimmer (80) zum Erfassen eines niedrigen Ölstands in diesem Haltetank (78); ein erstes, im Ruhezustand geschlossenes Ventil (86), das so ausgelegt ist, daß es durch den Schwimmer (88) geöffnet wird, um den zweiten Eingang zu öffnen, damit nach dem Feststellen des niedrigen Ölstands durch diesen ersten Schwimmer (88) dem Haltetank (78) Ersatzöl zugeführt wird; einen zweiten Schwimmer (88) zum Erfassen eines hohen Ölstands im Haltetank (78); und ein zweites, im Ruhezustand geschlossenes Ventil (84), das so ausgelegt ist, daß es durch diesen zweiten Schwimmer (88) geöffnet wird, um den zweiten Ausgang zu öffnen, damit bei Erfassen des hohen Ölstands durch den zweiten Schwimmer (88) Öl aus dem Haltetank (78) abgezogen wird.

10. Ein Turbinenaggregat-System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Alarmmittel (92) mit dem ersten und dem zweiten Schwimmer (88) verbunden sind, um diesen hohen und niedrigen Öl stand nach Feststellen durch die ersten und zweiten Schwimmermittel (88> anzuzeigen.

11. Ein Turbinenaggregat-System gemäß den Ansprüchen 1-9, gekennzeichnet durch Thermoelementmittel (132) zur Bestimmung einer Temperaturdifferenz zwischen dem Öl in dem ersten Ölzufuhrmittel (32) in geschlossener Schleife und in dem zweiten Ölzufuhrmittel (34) in geschlossener Schleife.

12. Ein Turbinenaggregat-System gemäß den Ansprüchen 1-10, gekennzeichnet durch Differentialdruckmittel (148) zur Beibehaltung eines vorbestimmten Öldruckdifferenz zwischen dem Öl auf der Wasserstoffseite (28) jeder Dichtung (26) und dem Öl auf der Luftseite (30) jeder Dichtung (26)