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Gasdichte Wellendurchführung mit abdichtendem Flüssigkeitsstrom für
geschlossene, gasgekühlte elektrische Maschinen Bei Verwendung von Wasserstoff als
Kühlmittel für elektrische Maschinen sind diese völlig in einem gasdichten Gehäuse
eingeschlossen. An den Stellen, an denen die Welle der Maschine durch das Gehäuse
hindurchgeführt wird, muß eine gasdichte Abdichtung vorgesehen sein, um das Heraussickern
von Gas aus der Maschine bzw. das Eindringen von Luft in das Gehäuse zu verhindern
und die Bildung einer gefährlichen explosiven Mischung von Wasserstoff und Luft
zu vermeiden.
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Es sind bereits Flüssigkeitsdichtungen für diesen Zweck bekannt, bei
denen eine über die Welle fließende Flüssigkeit, z. B. Öl, dem Gasabfluß entgegenwirkt.
Solche Dichtungen besitzen jedoch verschiedene Nachteile. Da das Öl kleine Luftmengen
mit sich führt, gelangt auf diese Weise Luft durch die Dichtung hindurch in die
Maschine. Ferner werden große Ölmengen benötigt. Da sich dieses 01 in direkter
Berührung mit dem Wasserstoff befindet, löst sich eine bedeutende Wasserstoffmenge
im C51 auf und wird so aus der Maschine entfernt, so daß die in dem Gehäuse befindliche
Wasserstoffmenge verringert und Luft in das Gehäuse eingeführt wird. Dies ist aber
unerwünscht,
da hierdurch in dem Gehäuse eine explosive Mischung
zustande kommt. Außerdem wird auch eine ziemlich komplizierte Einrichtung benötigt,
um den Wasserstoff aus dem Öl zu entfernen: Weiterhin ist eine Wellendurchführung
mit abdichtendem -Flüssigkeitsstrom für geschlossene, gasgekühlte elektrische Maschinen
bekannt, bei welcher diese Nachteile verringert werden, indem der Dichtungskörper
die Welle mit einem solchen Zwischenraum umgibt, daß der Flüssigkeitsstrom entlang
der Welle auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Auf diese Weise wird die in das Gehäuse
hineingebrachte Luftmenge ebenfalls auf ein Mindestmaß beschränkt. Außerdem wird
die mit dem Wasserstoff in Berührung kommende Ölmenge geringer, so daß nur eine
geringe Menge Wasserstoff durch Auflösung im Öl aus dem Gehäuse entweichen kann.
Das kann durch Verwendung von in Umfangsrichtung unterteilten Ringen bewirkt werden,
die durch Federn auf der Welle gehalten werden; Öl wird zwischen die Ringe eingeführt,
so daß es durch den kleinen Zwischenraum zwischen den Ringen und der Welle hindurch
in einer Richtung an der Welle entlangfließt, in der es dem Entweichen des Gases
aus dem Gehäuse entgegenwirkt.
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Beim Gebrauch von flüssigen Durchführungsdichtungen dieser Art zeigte
es sich jedoch, daß eine ziemlich große Luftmenge dauernd in die Dichtung, und zwar
in den Zwischenraum zwischen den Ringen, gepumpt wird. Der Grund hierfür besteht
anscheinend darin, daß der Zwischenraum zwischen den Ringen und der rotierenden
Welle nicht gleichmäßig ist. Dieser Zwischenraum wird von einer Ölschicht ausgefüllt,
die mit etwa der Hälfte der Umfangsgeschwindigkeit der Welle umläuft. In den Teilen
des Umfangs, in denen sich der Zwischenraum verringert und der Ölfluß verjüngt,
wird ein hoher Druck aufrechterhalten, während dagegen dort, wo sich der Zwischenraum
vergrößert und der Ölfluß erweitert, der Druck ziemlich gering wird. Diese Stellen
geringen Druckes bewirken das Hineinziehen oder Ansaugen einer bedeutenden Luftmenge
bzw. Wasserstoffmenge in die Dichtung, was einen unerwünschten, die richtige Arbeitsweise
der Dichtung verhindernden Zustand bewirkt.
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Ferner sind Wellendurchführungen bekannt, bei welchen ein starrer
Dichtungskörper die Welle umgibt. Die abdichtende Flüssigkeit wird hierbei über
längs des Umfangs verteilte, radial gerichtete kurze Durchbohrungen des starren
Dichtungskörpers in der Mitte desselben einer Ringnut zugeführt, welche einen halbkreisförmigen,
zur Welle hin offenen Querschnitt aufweist. Die abdichtende Flüssigkeit strömt zwischen
der Welle und dem Dichtungskörper von der Mitte nach beiden Seiten hin ab. Es ist
auch bekannt, den starren Dichtungskörper zweiteilig auszuführen, die beiden Teile
durch eine Feder auseinanderzupressen und die abdichtende Flüssigkeit zwischen diesen
beiden Teilen der Welle zuzuführen. Bei den erwähnten, bekannten Anordnungen wirken
sich die durch die Art der Zuführung in der Flüssigkeit auftretenden Störungen noch
bis in den Zwischenraum zwischen Welle und Dichtungskörper hinein aus. Durch große
axiale Ausdehnung der Dichtungsteile kann man zwar dieser zur Luft- bzw. Wasserstoffansaugung
Anlaß gebenden Erscheinung in gewissem Umfange entgegenwirken, erhält aber auf diese
Weise erhebliche axiale Längen für die Dichtung.
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Gemäß der Erfindung werden alle genannten Schwierigkeiten dadurch
behoben, daß der abdichtende Flüssigkeitsstrom durch einen schmalen ringförmigen
Raum großer radialer Höhe zugeführt wird, welcher zur Welle hin offen ist, und daß
die abdichtende Flüssigkeit von einem im Gehäuse der Wellendurchführung vorgesehenen
Ringraum aus über eine Vielzahl von am äußeren Umfang des schmalen ringförmigen
Raumes gleichmäßig verteilten Durchgangsöffnungen in den schmalen ringförmigen Raum
eintritt. Bei der Anordnung nach der Erfindung findet eine Beruhigung des von außen
nach innen fließenden Flüssigkeitsstromes in dem schmalen ringförmigen Raum großer
radialer Höhe statt, und zwar bevor die abdichtende Flüssigkeit zwischen Welle und
Dichtungskörper eintritt, so daß der bereits beruhigte Flüssigkeitsstrom eine gleichmäßige
Dichtung längs des Umfangs der Welle bewirkt und die obenerwähnte nachteilige Saugwirkung
vermieden wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Wellendurchführung nach der Erfindung
wird der schmale ringförmige Raum großer radialer Höhe durch zwei starre, im Verhältnis
zum Durchmesser der Welle schmale Dichtungsringe gebildet, welche mit ihren einander
zugekehrten Stirnflächen aneinanderliegen.
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In den Fig. I bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer gasdichten Wellendurchführung
nach der Erfindung dargestellt, dem weitere Einzelheiten der Erfindung entnommen
werden können.
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Fig. I zeigt schematisch eine elektrische Maschine mit Wasserstoffkühlung.
Sie besitzt ein zylindrisches, gasdichtes Gehäuse I, auf dessen Innenseite ein unterteilter
Ständerkern 2 in geeigneter Art befestigt ist. Stäriderwicklungen 3 befinden sich
in Schlitzen des Ständerkerns. Ein Läufer 4 ist an einer Welle 5 befestigt, die
durch das Ende des Gehäuses hindurchgeführt und .in einem Lager 6 gelagert ist.
Das Gehäuse i der Maschine ist zur Kühlung mit Wasserstoff angefüllt, und geeignete
Mittel sind im Gehäuse zur Kühlung des Wasserstoffes vorgesehen. Zur Vermeidung
des Entweichens von Wasserstoff entlang der Welle an der Stelle,- an der diese durch
das Gehäuse hindurchfuhrt, ist eine Flüssigkeitsdichtung 7 vorgesehen.
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Wie aus Fig. 2 deutlicher ersichtlich, besitzt die Dichtung 7 einen
Gehäuseteil 8, der in geeigneter Weise, z. B. durch Bolzen g, am Gehäuse i befestigt
ist. Die Verbindung zwischen dem Dichtungsgehäuse 8 und dem Gehäuse i der Maschine
ist durch eine Dichtungsscheibe od. dgl. gasdicht abgedichtet. Der Gehäuseteil 8
ist im allgemeinen kreisförmig und besitzt eine mittlere Öffnung, durch die die
Welle 5 hindurchgeführt ist. Das Gehäuse
8 besitzt eine ringförmige
Vertiefung Io, die einen die Welle 5 umgebenden Ringraum bildet. Zwei Dichtungsringe
II sind in diesem Ringraum Io dicht eingepaßt und umgeben die Welle mit einem Zwischenraum
von etwa 7,5 bis IoHundertstelmillimeter.
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Wie besonders aus Fig. 3 zu ersehen, besteht jeder Ring aus zwei halbkreisförmigen
Teilen, die durch Keile 12, die auf jeder Seite durch Nieten 13 an den Ringen befestigt
sind, zusammengehalten werden. Der Ring besitzt auf der einen Seite einen ringförmigen
Flansch 14, so daß die axiale Dicke des Ringes an seinem äußeren Umfang größer ist
als an den übrigen Teilen. Der Ring besitzt weiterhin an seinem äußeren Umfang eine
ringförmige Nut 15, die sich radial einwärts bis weit unter den Flansch 14 erstreckt.
Eine Anzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen 16 gehen durch eine Wand dieser Nut
auf derselben Seite des Ringes hindurch, auf der sich der Flansch 14 befindet, und
reichen bis unter denselben. Das Umlaufen der Ringe mit der Welle wird durch eine
vorstehende Nase 17 an einem der Keile 12 oder durch andere geeignete Mittel verhindert,
wobei die Nase in eine entsprechende Vertiefung im Gehäuse 8 eingreift.
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Wie bereits gesagt, sind die Dichtungsringe II in den Ringraum Io
des Gehäuses 8 dicht eingepaßt und berühren sich mit ihren Flanschen 14. Sie lassen
zwischen sich den schmalen ringförmigen Raum 33 großer radialer Höhe um die Welle
herum frei. Auf diese Weise stellen die Öffnungen 16 einen Durchgang zwischen dem
Ringraum Io und dem schmalen ringförmigen Raum 33 dar. Im oberen Teil des Gehäuses
8 befindet sich der Kanal 18 in Verbindung mit dem Ringraum Io. Mit dem Kanal 18
ist das Zuführungsrohr I9 verbunden, welches mit einem Behälter mit Öl oder einer
anderen geeigneten Flüssigkeit in Verbindung steht. Das Zuführungsrohr I9 kann auch
an die Ölleitung des Lagers 6 angeschlossen sein, so daß ein Teil des Lagerschmieröls
in der Dichtung Verwendung findet. Während des Betriebes wird durch das Zuführungsrohr
I9 Öl zugeführt und der Ringraum Io damit angefüllt. Von diesem Ringraum fließt
das Öl durch die Durchgangsöffnungen 16 in den schmalen ringförmigen Raum 33 zwischen
den Dichtungsringen i i. Eine kleine Ölmenge fließt von diesem schmalen ringförmigen
Raum 33 in beiden Richtungen axial an der Welle 5 entlang und durch den kleinen
Zwischenraum zwischen den Dichtungsringen i i und der Welle 5 hindurch, um so dem
Abfließen von Wasserstoff aus dem Innern des Gehäuses i entgegenzuwirken und auch
jeglichen Zufluß von Luft von außen an der Welle entlang in das Gehäuse hinein zu
unterbinden. Da die Dichtungsringe ii starr sind und da in dem schmalen ringförmigen
Raum 33 großer radialer Höhe eine Beruhigung des diesem Raum über die Durchgangsöffnungen
gleichmäßig zugeführten Öles erfolgt, ist der Druck in der dünnen Ölschicht zwischen
den Dichtungsringen i i und der Welle 5 ebenfalls gleichmäßig, so daß keinerlei
Luft bzw. Wasserstoff in die Dichtung hineingesogen werden kann. Es wird also eine
gleichmäßige Dichtung längs des Umfangs der Welle 5 bewirkt.
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Zum Auffangen und Ableiten des aus der Wellendurchführung ausströmenden
Öles werden zweckmäßig irgendwelche Mittel vorgesehen, so daß das Öl nicht ins Gehäuse
hineingetragen wird. Wie die Fig. 2 besonders deutlich erkennen läßt, ist die Welle
5 von der Kammer 2o umgeben. Die Kam-', mer 2o ist mit dem Zwischenraum zwischen
der Welle 5 und dem Dichtungsring i i durch den gegen die Kammer 2o zu räumlich
radial sich erweiternden Raum verbunden, welcher durch die geneigte Fläche 21 begrenzt
ist. Der am Gehäuse 8 befestigte Ring 22 ist mit dem kegelförmigen Flansch 23 versehen,
welcher die Welle 5 umgibt und mit seinem den größeren Durchmesser aufweisenden
Ende in die Kammer 2o hineinragt. Am Boden des Ringes 22 befindet sich der Kanal
24 zum Abfließen des Öles in die Kammer 25. Die im Gehäuse 8 vorgesehene Öffnung
26 verbindet die Kammer 25 mit dem Ausflußrohr 27.
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Wenn die Welle umläuft und Öl durch die Dichtung hindurchfließt, läuft
das in dem kleinen Raum zwischen der Welle und dem Gehäuse an der Welle entlangfließende
Öl zusammen mit der Welle mit etwa der halben Umfangsgeschwindigkeit derselben um.
Das in der Kammer 2o befindliche Gas wird ebenfalls durch die Welle mit etwa der
gleichen Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt, und die kombinierte Wirkung der
auf das öl wirkenden Zentrifugalkraft und des rotierenden Gases in der Kammer 2o
bewirkt, daß das Öl an der geneigten Fläche 21 entlang radial nach außen in die
Kammer 20 fließt, wo es gegen die äußere Wand geworfen wird. Das Öl fließt an der
Außenwand der Kammer 2o entlang und wird von dem kegelförmigen Flansch 23 aufgefangen,
der das Zurücktropfen auf die Welle verhindert und es ermöglicht, daß das Öl zu
dem unteren Teil des Gehäuses herum- und durch den Kanal 24. und Zuführung 26 in
das Abflußrohr 27 abfließt. Ein Ölsack 28 in diesem Rohr verhindert, daß der Wasserstoff
mit dem Öl entweicht. Das Rohr leitet das öl in einen geeigneten Sumpf, aus dem
das Öl wieder entnommen und in geeigneter Weise behandelt und wieder durch die Anlage
in Umlauf gesetzt wird. Wenn erwünscht, kann auch ein genuteter Ring 29 bekannter
Art zum Auffangen von Öl vorgesehen werden, das an der Kammer 20 vorbeigeführt wurde.
Das von diesem Ring aufgefangene Öl läuft durch einen Kanal 30 in die Kammer
25 ab.
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Ein gegebenenfalls auf der anderen Seite der Dichtung vorgesehener
Ölfänger arbeitet in derselben Weise. Das Öl läuft in eine Kammer 31 ab, von der
es in ein Abflußrohr 32 fließt, das in denselben Sumpf wie das Rohr 27 mündet.
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Die Irrfindung schafft somit eine gasdichte Wellendurchführung für
geschlossene, gasgekühlte elektrische Maschinen, bei der der Druck der umlaufenden
dünnen Ölschicht in der Dichtung durchweg einheitlich ist, so daß das Hineinpumpen
von Luft bzw. Wasserstoff in die Dichtung mit Sicherheit vermieden wird. Durch eine
Ölfangvorrichtung,
die leicht mit der nach der Erfindung ausgebildeten
Wellendurchführung vereinigt werden kann, wird das an der Welle entlangfließende
Öl gesammelt und abgeführt und somit verhindert, daß es in die Maschine gelangt.