DE1159559B - Kuehlmittelanschlusskopf zur Zu- und Abfuhr des Kuehlmittels an fluessigkeitsgekuehlten Laeufern fuer elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren - Google Patents

Description

• Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten Läufern für elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren Die Weiterentwicklung der Turbogeneratoren zeigt die Tendenz zu einer ständigen Erhöhung der Leistung. Die praktische Verwirklichung der Tendenz verlangt aber ein sehr wirksames Kühlsystem für den Stator und den Läufer. Es ist daher unumgänglich, bei den Generatoren großer Leistung anstatt der für die bisher gebauten Einheiten ausreichenden Gaskühlung die außerordentlich wirksame Flüssigkeitskühlung für den Stator und Induktor vorzunehmen. Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, gewährleisten bei Anwendung der direkten Hohlleiterkühlung außerordentlich hohe Kühlleistungen.
• Die Verwirklichung der Flüssigkeitskühlung wirft sehr große konstruktive und fertigungstechnische Probleme auf. Die Erfindung betrifft ausschließlich das Problem der Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit an dem rotierenden Läufer.
• Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit erfolgt zweckmäßig am erregerseitigen Läuferwellenende. Von der Ankupplung eines Erregermaschinensatzes wird bei Generatoren großer Leistung abgegangen, so daß das Wellenende für einen sogenannten Kühlmittelanschluß zur Verfügung steht. Die Zu- oder Abführung des Kühlmittels in den Läufer erfolgt meist durch eine Zentralbohrung und der Rücklauf oder Zulauf des Kühlmittels durch einen um die Zentralbohrung angeordneten Ringkanal. An das freie Wellenende wird ein Kühlmittelanschlußkopf angeflanscht, der als Bindeglied zwischen den rotierenden und den feststehenden Teilen der Kühlmittelführung dient.
• Ein schwerwiegendes Problem ist die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes nach außen, dem um so mehr Bedeutung zukommt, als das Kühlmittel, beispielsweise Wasser, nicht leitend, d. h. also chemisch rein sein muß. Die Abdichtung des Kühlkreislaufes ist besonders dort schwierig, wo feststehende und rotierende Teile sich berühren, nämlich im Kühlmittelanschlußkopf. Die Abdichtung gegen die äußere Atmosphäre erfolgt dort über eine bekannte Wellendichtung, beispielsweise eine axial wirkende Wellendichtung. Da diese Axialwellendichtung geschmiert werden muß, müssen Mittel gefunden werden, die verhindern, daß das Schmiermittel mit dem Wasser des Kühlkreislaufes in Berührung kommt, wenn man verhindern will, daß das Wasser ständig durch das Schmiermittel verunreinigt wird. Denkbar ist auch eine Schleifflichtung ohne Schmierung, wenn die Ab- messung und Umfangsgeschwindigkeiten der Dichtstellen es zulassen. Ebenso ist es möglich, Wasser als Schmiermittel zu verwenden. In jedem Falle aber muß verhindert werden, daß das Schmiermittel mit dem Kühlmittel in Berührung kommt. Bei der Verwendung von Wasser muß außerdem dafür gesorgt werden, daß dieses nicht mit der Atmosphäre in Verbindung kommt. Die, Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Kühbnittelanschlußkopf, in dem eine oder mehrere Schutzgaskammem zwischen der Ein- und/ oder Austrittsstelle des Kühlmittels und einer Ab- dichtung gegen die äußere Atmosphäre vorgesehen sind, wobei die Schutzgaskammern von der Ein- und/ oder Austrittsstelle durch Spalt- oder Schleifflichtungen getrennt sind und von denen wenigstens eine Schutzgaskammer als Sammelraum für die durch die Spalt- oder Schleifflichtung durchtretende Kühlflüssigkeitsmenge zum Zweck der Rückspeisung in den Kühlkreislauf der Maschine dient.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Verlustlosigkeit des Kühlkreislaufes, die durch die Rückspeisung der Leckflüssigkeitsmengen erreicht wird. Die einmal vorgenommene Füllung des Kühlkreislaufes, beispielsweise mit aufbereitetem Wasser, bedarf keiner ständigen Ergänzung, zumal es bei der Rückspeisung mit mit der Atmosphäre in Verbindung kommt und in seinen Eigenschaften keine Verschlechterung auftritt. Es werden also erhebliche Aufbereitungskosten eingespart.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt dargestellt. Die Figur zeigt einen Kühlmittelanschlußkopf, der aus einem an die Läuferwellel angeflanschtenWellenstumme12 besteht, in dem sich eine zentrale Zulaufbohrung 3 und ein konzentrisch um die Zulaufbohrung 3 angeordneter Rücklaufringkanal 4 befindet. Der Wellenstummel 2 ist von dem Gehäuse 5 des Anschlußkopfes umschlossen, an dessen vorderem Teil ein Abfluß 6 für die Kühlmittelableitung vorgesehen ist. Der Rücklaufringkanal 4 mündet in einen Sammelringkanal 8, von dem aus die Kühlflüssigkeit durch die Ableitung 6 abgeführt wird. Der Gehäuseraum zwischen dem Gehäuse 5 und dem Wellenstummel 2 ist in zwei Teilkammern 10 und 14 aufgeteilt. Die Abdichtung der Kammer 10 gegenüber dem Sammelringkanal 8 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel durch eine berührungslose Spaltbuchsendichtung 9. Die an die Sammelringkammer 8 anschließenden Kammern. 10 und 14 werden mit einem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, beaufschlagt. Die Schutzgaskammem 10 und 14 werden durch eine Zwischenwand 12 und eine Kammringdichtung 11 voneinander getrennt. Die Abdichtung der zweiten Schutzgaskammer 14 gegen die Atmosphäre erfolgt an dem rotierenden Wellenbund 26 mit einer an sich bekannten, im Generatorenbau vielfach verwendeten öl- oder Flüssigkeitsdichtung 15. Diese Dichtungen haben den Vorteil, daß sie über den ganzen Drehzahlbereich, auch bei Tumbetrieb und bei einer Drehzahl von n = Null, betriebssicher arbeiten und außerdem die axiale Wellenverschiebung, die hauptsächlich durch die Auffieizung und Abkühlung der Turbinenwelle beim Anfahren und StiEsetzen entsteht, ohne Schwierigkeit aufnehmen.
• Das Gehäuse 5 des Kühlmittelanschlußkopfes wird direkt an das Lagergehäuse 16 des, Turbogenerators angeschlossen. Die Schutzgaskammern 10 und 14 werden über eine Zuleitung 23 und einen Differenzdruckregler 21 mit Schutzgas für die, Kühlflüssigkeit versorgt. Der Regler 21 steht über die Impulsleitung 22 mit der Sammelringkammer 8 für die Kühlflüssigkeit und über die Impulsleitung 25 mit der Schutzgaskammer 10 in Verbindung und regelt den Gasdruck in den Schutzgaskammem in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsdruck in der Sammelringkammer 8. Der Druck in der Schutzgaskammer wird durch den Differenzdruckregler etwas niedriger als der Kühlflüssigkeitsdruck im Raum 8 gehalten. Dadurch wird ein Eindringen von Schutzgas in den Kühlflüssigkeitskreislauf mit Sicherheit vermieden. über die Leitung 13 werden die Schutzgaskammern 10 und 14 mit Schutzgas versorgt. Die Schutzgasleitung 13 führt vom Regler 21 durch die zwischen beiden Schützgaskammern 10 und 14 liegende Trennwand 12 in die Mitte der Kammringdichtung 11. Von dort aus strömt das Gas axial durch die Kammringdichtung 11 in die Kammern, 14 und 10. über die Leitungen 17 und 18 und die Ventile 19 und 20 wird ständig eine kleine Menge Schutzgas aus den Kammem 10 und 14 abgelassen, so daß stets ein gewisser Gasstrom durch die Axialwellendichtung 11 strömt.
• Durch die Spaltbuchsendichtung 9 tritt infolge des geregelten kleinen Differenzdruckes nur eine geringe Menge Wasser aus dem Sammelringkanal 8 in die erste Schutzgaskammer 10. Ein weiteres Durchsickern der Leckwassermenge, durch die Kammringdichtung 11 wird infolge des ständig entgegengesetzt durch die Kammringdichtung 11 strömenden Schutzgases vermieden. Das in der Schutzgaskammer 10 anfallende Wasser wird durch die Leitung 27 wieder dem Kühlkreislauf zugeführt. Das von der Axialwellendichtung 15 in die Schutzgaskammer 14 eindringende Schmiermittel wird durch den aus der Kammringdichtung 11 austretenden Schutzgasstrom ebenfalls daran gehindert, in die erste Schutzgaskammer 10 durchzusickern. Es sammelt sich in der Schutzgaskammer 14 und wird durch die Leitung 24 ab- und dem Schmiermittelkreislauf wieder zugeführt.
• Um die Abdichtung zwischen der Sammelringkammer 8 und der Schutzgaskammer 10 zu erleichtern, wird die Sammehingkammer 8 im allgemeinen mit dem Druck der Ein- oder Austrittsstelle der Kühlflüssigkeit zu beaufschlagen sein, je nachdem, welcher der an beiden Stellen herrschenden Drücke der niedrigere ist. Von dieser Regel wird man nur dann abweichen, wenn andere Erfordernisse, beispielsweise regeltechnischer Art, den höheren Druck in der Sammelringkammer 8 wünschenswert sein lassen. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß der höhere Druck noch mit der nachfolgenden Schutzgasdichtung beherrscht werden kann. Gegebenenfalls kann es sich aber auch als notwendig erweisen, besonders bei großen Druckdifferenzen zwischen der Ein- und Austrittsstelle, diese beiden räumlich voneinander zu trennen, wobei dann allerdings eine wahlweise Beaufschlagung nicht mehr ohne weiteres möglich ist.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten Läufern elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlmittelanschlußkopf zwischen der Ein- und/oder Austrittsstelle des Kühlmittels und einer Abdichtung gegen die äußere Atmosphäre eine oder mehrere Schutzgaskammem vorgesehen sind, die von der Ein- und/oder Austrittsstelle des Kühlmittels durch Spalt- oder Schleifdichtungen getrennt sind und von denen wenigstens eine Schutzgaskammer als Sammelraum für die durch die Spalt- oder Schleifdichtung durchtretende Kühlflüssigkeitsmenge zum Zweck der Rückspeisung in den Kühlkreislauf der Maschine dient.
2. 2. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schutzgaskammein vorgesehen sind, wobei die der Kühlmittelein- oder -austrittsstelle benachbarte Schutzgaskammer als Sammelraum für die durch die Spalt-oder Schleifdichtung durchtretende Kühlflüssigkeitsmenge und die der äußeren Atmosphärenabdichtung benachbarte Schutzgaskammer als Sammelraum. für das Dichtmittel der Außendichtung dient. 3. Kühlmittelanschlußkopf nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlmittelein- oder -austritt und den Schutzgaskammern eine berührungslose Spaltbuchse angeordnet ist. 4. Kühlmittelanschlußkopf nach Ansprach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaskammem mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllt sind und unter überdruck gegen die äußere Atmosphäre gehalten werden. 5. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Schutzgases in den Schutzgaskammern in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck an der Ein- oder Austrittsstelle geregelt wird. 6. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichtung der Schutzgaskammem gegen die äußere Atmosphäre eine Flüssigkeitswellendichtung einer an sich bekannten radialen oder axialen Bauart verwendet wird. 7. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichtung der Schutzgaskammer gegen die äußere Atmosphäre eine Schleifflichtung verwendet wird. 8. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schutzgaskammern, durch eine Kammringdichtung voneinander getrennt sind und das Schutzgas für beide, Schutzgasräume in der Mitte der Kammringdichtung eingespeist wird. 9. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus beiden Schutzgaskammem ständig eine kleine Gasmenge in die äußere Atmosphäre abgeleitet wird. 10. Kühlmittelanschlußkopf nach Anspruch 1, 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in der der Sammelringkammer (8) für die Kühlflüssigkeit benachbarten Schutzgaskammer (10) geringfügig niedriger ist als der in der Sammelringkammer (8) herrschende Flüssigkeitsdruck. 11. Kühhnittelanschlußkopf nach Ansprach 1, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelringkammer (8) bei benachbarter Anordnung der Ein- und Austrittsstelle des Kühlmittels mit dem Druck der Ein- oder Austrittsstelle, des Kühlmittels beaufschlagt wird, je nachdem, welcher von beiden der niedrigere ist.