DE1628102C - Veifahren und Vorrichtung zum Kuhlen von im Leerlauf in Luft rotierenden hydrau lischen Kreiselmaschinen - Google Patents
Veifahren und Vorrichtung zum Kuhlen von im Leerlauf in Luft rotierenden hydrau lischen KreiselmaschinenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Luft unter Zwischenschaltung einer Kühlvorrichtung,
Kühlen von im Leerlauf in Luft rotierenden hydrau- beispielsweise eines Wärmeaustauschers oder einer
lischen Kreiselmaschinen, beispielsweise Francis- Wasserstrahlpumpe,' im Kreislauf geführt wird. Die
turbinen oder Pumpenturbinen für Speicherkraft- Verwendung einer Wasserstrahlpumpe ist deshalb
werke od. dgl. . ·. 5 empfehlenswert, weil eine solche Pumpe gleichzeitig
Bei Pumpspeicherwerken besteht ein Maschinen- als Pumpe, und als Kühler wirkt,
satz gewöhnlich aus Turbine, Generator und Pumpe. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug-
Da die Turbine im Hinblick auf einen einfacheren nahme~auf "die Zeichnung, in der eine Francisturbine
Aufbau der Maschine meist starr mit der Generator- ' im schematischen Längsschnitt als Beispiel dargestellt
welle gekuppelt ist; muß bei Pumpbetrieb der Rotor io ist, näher erläutert.
der Turbine ebenfalls mitlaufen. Das Turbinenleitrad " Die dargestellte Turbine besteht im wesentlichen
und sonstige Abschlußorgane müssen hierbei ge- aus dem Gehäuse 1 und dem darin drehbar geschlossen
sein. Um die auftretenden Verluste in trag- lagerten Rotor 2. Der Rotor ist mittels der Labyrinthbaren
Grenzen zu halten, wird das Wasser aus dem dichtungen 3 in bekannter Weise gegen das Gehäuse
Turbinengehäuse durch Preßluft verdrängt, so daß 15 abgedichtet,
der Rotor in Luft läuft. . Das Betriebswasser wird in der Spirale 4 und im
der Rotor in Luft läuft. . Das Betriebswasser wird in der Spirale 4 und im
Um eine übermäßige Erwärmung der Turbine und anschließenden Leitrad 5 in Rotation versetzt und
der darin enthaltenen Luft und insbesondere eine gibt beim Durchströmen der Laufradschaufeln seine
dadurch bedingte unzulässige Ausdehnung der in- Energie an den Rotor 2 ab. Das Wasser fließt soeinandergreifenden
Teile der Labyrinthdichtung zu 20 dann durch das Saugrohr 6 ins Unterwasser ab. Der
vermeiden, ist es bekannt, zur Kühlung Wasser in Rotor 2 ist über, die Welle 7, die starre Kupplung 8
die Spalte der Labyrinthdichtung einzuspritzen. Ob- und das Lager 9 mit dem nur schematisch angegleich
durch das eingespritzte Wasser erhebliche deuteten Generator 10 verbunden.
Energieverluste entstehen, die weit über die durch Wenn der Generator als Motor auf die auf der die reine Ventilationsarbeit bedingten Verluste hin- 25 anderen Seite des Generators gelegene und in der ausgehen, war eine solche Kühlung bisher unbedingt Zeichnung nicht. dargestellte Pumpe arbeitet, wird erforderlich, da die Erwärmung und die damit ver- das in der Spirale 4 und im Saugrohr 6 vorhandene bundene Ausdehnung der ineinandergreifenden Teile Wasser durch Einleiten von Preßluft so weit abgeder Labyrinthdichtung so groß ist, daß diese sich in senkt, daß es von den Schaufeln des Rotors 2 nicht kurzer Zeit.berühren und damit festfressen würden. 30 mehr berührt wird. Dieser Fall ist in der Zeichnung
Energieverluste entstehen, die weit über die durch Wenn der Generator als Motor auf die auf der die reine Ventilationsarbeit bedingten Verluste hin- 25 anderen Seite des Generators gelegene und in der ausgehen, war eine solche Kühlung bisher unbedingt Zeichnung nicht. dargestellte Pumpe arbeitet, wird erforderlich, da die Erwärmung und die damit ver- das in der Spirale 4 und im Saugrohr 6 vorhandene bundene Ausdehnung der ineinandergreifenden Teile Wasser durch Einleiten von Preßluft so weit abgeder Labyrinthdichtung so groß ist, daß diese sich in senkt, daß es von den Schaufeln des Rotors 2 nicht kurzer Zeit.berühren und damit festfressen würden. 30 mehr berührt wird. Dieser Fall ist in der Zeichnung
Im Hinblick auf den unerwünscht hohen Aufwand dargestellt.
hat es nicht an Versuchen gefehlt, diesen nach Mög- An einer vom Erfinder untersuchten Versuchslichkeit
zu reduzieren. So ist beispielsweise aus der maschine wurden folgende Beobachtungen gemacht
deutschen Patentschrift 929 360- eine hydraulische und Rechnungen durchgeführt: Wird die Maschine
Maschine bekannt, bei der- das Kühlwasser kurz vor 35 mit Nenndrehzahl betrieben und der Spalt, in der
seinem Eintritt in die zu kühlenden Labyrinthspalte Labyrinthdichtung nicht mit Wasser beaufschlagt
einen Injektor durchströmt und auf diese Weise Luft und nimmt man an, daß zwischen dem Maschinenansaugt.
Die Luft wird sodann zum Niederhalten des gehäuse und dem von der Maschine eingeschlossenen
Unterwassers verwendet, was den Vorteil hat, daß" Luftvolumen kein Wärmeaustausch stattfände, dann
einerseits besondere Luftleitungen und andererseits 40 würde sich die Luft in der untersuchten Versuchsder
Kompressor zur Erzeugung des erforderlichen maschine um 10,6° C/Min. erwärmen. Das zwischen
Überdruckes eingespart werden. Trotz dieser Vor- den Labyrinthspalten befindliche Luftvolumen würde
teile bleibt aber der Nachteil bestehen, daß durch trotz der kleinen Reibungsverluste von insgesamt nur
das eingespritzte Kühlwasser beträchtliche Leistungs- 0,034 kW um 268° C/Min. aufgeheizt werden. In
Verluste auftreten. Messungen haben' gezeigt, daß 45 Wirklichkeit findet jedoch ein durch die heftige Verdiese
Verluste bis' zu 1,2 % der Nennleistung der ■ wirbelung begünstigter Wärmeaustausch zwischen der
hydraulischen Maschine betragen können. Im Hin- Luft und den umgebenden Maschinenmassen statt.
blick hierauf stellt sich die Aufgabe, eine hin- Weiter wird die- Luft in den Labyrinthspalten durch
reichende Kühlung von im Leerlauf in Luft rotieren-' die Förderwirkung des Laufrades ständig erneuert.
' den hydraulischen Kreiselmaschinen unter möglich- 50 Die Querströmungsgeschwindigkeit im Spalt der
ster Vermeidung solcher Verluste zu erzielen. untersuchten Maschine betrug 14 m/s, obwohl in-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-* folge des Rotationsparaboloides im Laufradspalt und
löst, daß die in der hydraulischen Maschine zum . der Geschwindigkeitshöhe am Laufradaustritt der
Niederhalten des Unterwassers vorhandene Luft zum wirksame Differenzdruck ■ nur 54 mm WS betrug.
Abtransport der-entstehenden Wärme benutzt wird. 55 Wegen des raschen Luftwechsels betrug der Tem-
Dies geschieht, indem wenigstens ein Teil dieser Luft ■ peraturanstieg der Spaltluft in der untersuchten
aus der Maschine entnommen und möglichst unter Maschine beim Durchströmen nur 0,07° C.
Aufrcchterhaltung des herrschenden Druckes eine Diese Beobachtungen zeigen, daß die vorhandene
entsprechende Menge kühler Luft wieder zugeführt Luft und die sich einstellende Strömungsgeschwindig-
wird. . 60 keit durchaus in der Lage ist, die entstehende Wärme
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß infolge abzuführen. Dies bedeutet aber, daß auf zusätzliches
der Drehung des Rotors ein Druckgefälle im Innern Kühlwasser, welches in den Labyrinthspalt eingeleitet
der hydraulischen Maschine entsteht, läßt sich das werden muß, verzichtet werden kann,
erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so durch- Zum Abführen der Wärme ist bei der in der
führen, daß die in der Maschine enthaltene Luft an 65 Zeichnung beispielsweise dargestellten Maschine die
einer Stelle höchsten Druckes entnommen und die Spirale 4 über eine Kühlvorrichtung 11 mit dem
kühle Luft an einer Stelle niedrigsten Druckes zu- Saugrohr 6 verbunden. Der durch die Förderwirkung
geführt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die des Rotors auftretende Differenzdruck reicht in den
meisten Fällen aus, um die zu kühlende Luft durch die Rohrleitungen 12 und 13 sowie durch den Kühler
11 zu treiben. Im dargestellten Beispiel ist der Kühler 11 ein Wärmeaustauscher, der über die Leitungen 14
und 15 mit Kühlwasser versorgt wird.
Sollte die durch den Rotor erzeugte Druckdifferenz zwischen der Spirale 4 und dem Saugrohr 6 nicht
ausreichen, um die Luft durch die Kühlvorrichtung 11 zu treiben, so ist es möglich, in der Leitung 12
oder auch in der Kühlvorrichtung 11 eine zusätzliche Pumpvorrichtung, etwa ein Gebläse od. dgl.; anzuordnen.-
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, an Stelle des Wärmeaustauschers eine Wasserstrahlpumpe
als Kühlvorrichtung und Pumpe zu verwenden. Durch die innige Berührung der von einer
Wasserstrahlpumpe geförderten Luft mit dem Förderwasser wird ein sicherer Wärmeaustausch erzielt.
Infolge des sich in der Spirale 4 gegenüber dem Saugrohr 6 aufbauenden Überdruckes strömt die
in der Spirale vorhandene Luft zusätzlich durch die Labyrinthspalte und nimmt die dort entstehende
Wärme auf. Dieser Vorgang kann — falls erwünscht — noch dadurch verstärkt werden, daß ein
Zusatzluftstrom über in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen in den Spalt geführt wird. Dies ist
jedoch in den meisten Fällen nicht erforderlich.
Eine andere Möglichkeit ist die, die zu kühlende Luft nicht an der Stelle höchsten Druckes — im dargestellten
Beispiel also aus der Spirale 4 — zu entnehmen, sondern an der Stelle niedrigsten Druckes.
Die dort entnommene Luft kann sodann nach Kühlung und Förderung beispielsweise durch eine
Wasserstrahlpumpe an der Stelle höchsten Druckes wieder zugeführt werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Kühlen von bei Leerlauf in Luft rotierenden hydraulischen Kreiselmaschinen,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der in der hydraulischen Maschine
.enthaltenen, das Unterwasser verdrängenden Luft entnommen und möglichst unter Aufrechterhaltung
des in der Maschine herrschenden Druckes eine entsprechende Menge kühler Luft
wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Maschine enthaltene
Luft an einer Stelle höchsten Druckes entnommen und die kühle Luft an einer Stelle niedrigsten
Druckes zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft unter Zwischenschaltung
einer Kühlvorrichtung im Kreislauf geführt wird.
4. Maschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spirale (4) über eine Kühlvorrichtung (11) mit dem Saugrohr (6) verbunden ist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (11) ein
Wärmeaustauscher ist.
6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (11) eins
Wasserstrahlpumpe ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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