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Einrichtung zur Abdichtung der Wellendurchführungen an einem Turbogenerator
mit im Vakuum rotierendem Läufer Für elektrische Maschinen wurde zur Vermeidung
von Gasreibungsverlusten am rotierenden Läufer schon vorgeschlagen, den Läufer im
Vakuum laufen zu lassen. Den Läufer umgibt über die ganze Maschinenlänge ein Rohr,
das mit den Stirnwänden des Maschinengehäuses den Vakuumraum bildet. Nach einem
anderen Vorschlag soll die ganze Maschine evakuiert werden, wobei dann Schläuche,
Rohrleitung und Kanäle, die das Kühlmittel für die Ständerwicklung führen, druckfest
sein müssen.
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Es ist auch bekannt, an Stelle eines durchgehenden Rohres die Läuferbohrung
des Ständerblechpaketes druckdicht auszuführen und die Stirnseiten des Ständerblechpaketes
mit den Stirnwänden des Maschinengehäuses wiederum durch druckdicht anschließende
Rohre zu verbinden. Eine besondere Pumpe erzeugt das Vakuum im Läuferraum; die Möglichkeit
einer Verbindun¢ des Vakuumraumes mit dem Kondensator einer Turbine ist angedeutet.
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Bei elektrischen Maschinen, in deren Innenraum ein unter erhöhtem
Druck stehendes gasförmiges Kühlmittel umgewälzt wird, benutzt man zur Abdichtung
der Wellendurchführung durch das Maschinengehäuse Öldichtungen. Aus einem konzentrisch
um die Welle verlaufenden Spalt strömt Öl gegen die Welle und bildet einen abdichtenden
Flüssigkeitsring. Andere Konstruktionen sehen einen Wellenbund vor, gegen den in
axialer Richtung ein Dichtring gedrückt wird. Dieser Dichtring hat ebenfalls einen
konzentrischen Spalt, durch den ein abdichtender Ölstrom gepreßt wird.
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Das ständig aus der Öldichtung austretende Öl
nimmt auf einer
Seite der Dichtung Luft und auf der anderen Seite Kühlgas aus dem Maschineninnenraum
auf. Das Öl muß, bevor es wieder in die Dichtung eintritt, aufbereitet werden, damit
es nicht seine Eigenschaften ändert und damit nicht Luft über das Öl als Zwischepträger
in das Maschineninnere gelangt, wodurch sich beispielsweise bei Verwendung von Wasserstoff
als Kühlgas in der Maschine ein explosibles . Gemisch bilden könnte. Die Aufbereitungsanlagen
für das Öl bedeuten einen großen Aufwand, bedingen eine ständige Überwachung
und verursachen erhöhte Anlagekosten.
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Die erfindungsgemäße Kombination an sich bekannter Merkmale entwickelt
diesen Stand der Technik in fortschrittlicher Weise weiter. Für einen Turbogenerator
mit im Vakuum rotierendem Läufer, dessen Läuferraum über eine Rohrleitung mit dem
Kondensator einer Dampfturbine verbunden ist, sieht die Erfindung vor, daß an den
Wellendurchführungen durch das Gencratorgehäuse an sich bekannte, ständig berührungslose
Dichtungen, vorzugsweise Flüssigkeitsringdichtungen, vorgesehen sind und daß ein
in der Rohrleitung angeordnetes Ventil sich in Abhängigkeit von der Drehzahl des
Turbogenerators und/ oder vom Unterdruck im Kondensator selbsttätig verstellt und'oder
von Hand verstellbar ist.
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Es entfallen damit zunächst die Öldichtungen mit allen Regeleinrichtungen,
Überwachungs- und Aufbereitungsanlauen für das Öl, die eine Vielzahl von Pumpen,
Kühlern, Filtern, Druckreglern, Ventilen, Rohrleitungen und Anzeigegeräten enthalten.
Bei den bekannten Öldichtungen muß man trotz der vorhandenen Berührung zwischen
Kühlgas und Öl möglichst verhindern, daß über eine damit verbundene Vermischung
Kühlgas aus dem Maschineninneren entweicht, das ständig ersetzt werden muß. Derartig
strenge Forder ungen brauchen an die Dichtungen einer gemäß der Erfindung gestalteten
Maschine nicht mehr gestellt zu werden. Es ist kein spezielles Kühlgas vorhanden,
das über eine Dichtung entweichen könnte. Verwendet man in den, berührungslosen
Dichtungen Wasser oder, wie es bei elektrischen Maschinen mit Labyrinthdichtungen
schon vorgeschlagen wurde, Dampf als Sperrmittel. so kann dieses durch Teile des
Vakuumraumes in die Vakuumleitung zum Kondensator entweichen und sich dort mit dem
gleichen Medium vermischen. Das Sperrmittel braucht nicht mehr gesondert ?us dem
Maschineninneren abgezogen zu werden, wie das bei den bisher üblichen Öldichtungen
der Fall ist. Es ist somit kein Nachteil, wenn das Sperrmittel in das Maschineninnere
gelangt. Besondere Einrichtungen, die das Sperrmittel aus dem
Maschineninneren
fernhalten sollen, sind überflüssig. Der durch die Dichtung ins Maschineninnere
gelangende Dampf kondensiert spätestens im Kondensator, so daß das Vakuum im Maschineninneren
aufrechterhalten bleibt.
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Eine bevorzugte Lösung sieht Wellendichtungen vor, in denen eine Flüssigkeit
als Sperrmittel dient. Es kann vorteilhaft sein, als Sperrmittel eine möglichst
vorgewärmte Flüssigkeit zu verwenden, die im Vakuum leicht verdampft. Ein Vorteil
dieses Erfindungsmerkmales liegt darin, daß die aufgenommene Verdampfungswärme des
als Flüssigkeit in das Vakuum des Maschineninneren eindringenden Sperrmittels dem
Läufer und dem Stator entzogen wird und so zu deren Kühlung beiträgt. Der Verdampfungsvorgang
kann bei einem flüssigen Sperrmittel dadurch beschleunigt werden, daß das Sperrmittel
von Schleuderscheiben in den Vakuumraum abgesprüht wird, so daß es an der vergrößerten
Oberfläche der feinstverteilten Flüssigkeitspartikelchen sehr schnell verdampft.
Als Sperrflüssigkeit kann z. B. Wasser verwendet werden, das dem Kondensator entnommen
wurde.
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Eine sogenannte Flüssigkeitsdichtung benötigt zu ihrer Wirksamkeit
keinen ständigen Flüssigkeitsdurchsatz. Sie besteht in der einfachsten Bauform z.
B. aus einer Kammer im feststehenden Gehäuse, die eine mit der Welle rotierende
Ringscheibe gehäuseartig umgibt. Die Ringscheibe taucht während des Betriebes in
eine Flüssigkeit ein, mit der die Kammer teilweise gefüllt ist. Die rotierende Ringscheibe
versetzt die Flüssgkeit in kreisende Bewegung, so daß die Fliehkräfte ein Auslaufen
aus der Kammer verhindern. Diese Flüssigkeitsringdichtung wirkt somit nur hei laufender
Maschine. Im Zusammenwirken mit einem Ventil im Vakuumrohr, das eine Absperrung
zwischen dem Vakuumraum der Maschine und dem Kondensator Gestattet, erschließt sich
der vorteilhaften berührungslosen und vollständig verschleißlosen Fjüssiakeitsr_#"ngdichtuna
die Anwendung auch bei elektrischen Maschinen. Bisher war diese Dichtung dort nicht
#tnwzndbar, weil auch bei Stillstand die Abdichtung der unter erhöhtem Druck mit
Kühlgas geriiiiten Maschine aufrechterhalten werden mußte. Die Füissigkeit@rinGdichtung
erfordert sogutwiekeine Wartun #.-, und keine zusätzlichen überwachungs- und A;11'bereitung=aiilagen
und erhöht bei einfachem Aufbau und verniinde:ten Anlagekosten die Betriebssicherheider
Maschine.
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Das Ventil in der Rohrleitung zwischen Läuferraum und Kondensator
bleibt beim Anlauf eines aus elektrischer Maschine und Turbine bestehenden Generatorsatzes
so lange geschlossen, bis sich im Kondensator ein für den wirtschaftlichen Turbinenbetrieb
ausreichendes Vakuum aufgebaut hat. Das Vakuum entsteht schneller, wenn dz-r Kondensator
nicht mit dem Vakuumraum der Maschine verbunden ist. Andererseits bleibt das Ventil
aber auch so lange geschlossen, bis bei genügend hoher Drehzahl die Flüssigkeitsringdichtungen
mit Flüssigkeit gefüllt und so Außenraum und Vakuumraum voneinander getrennt sind.
Ein weiterer wirkungsmäßiger Zusammenhang, der die Anwendung der Flüssigkeitsringdichtung
ermöglicht, besteht darin, daß bei einer elektrischen Maschine, in deren Innerem
ein Vakuum herrscht, auf den Wellendichtungen höchstens ein Druckunterschied von
einer Atmosphäre lastet, während zwischen dem Innenraum einer gasgefüllten Maschine
und dem Außenraum der Druckunterschied für eine sichere Abdichtung durch eine Flüssigkeitsringdichtung
zu groß ist.
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Das Ventil im Vakuumrohr kann selbsttätig in Abhängi:gkeit vom Unterdruck
im Kondensator und/'oder der Maschinendrehzahl verstellt werden. Für willkürliche
Eingriffe wird eine Handbetätigung vorzusehen sein.
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Die elektrische Maschine kann mit dem gleichen Medium gekühlt werden.
das auch im Turbinenkreislauf vorkommt, z. B. Kondensat. In einem solchen Fall_
kann das Sperrmittel für die Wellendichtungen auch dem Kühlkreislauf der elektrischen
Maschine entnommen werden.