DE2016169C3

DE2016169C3 - Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser

Info

Publication number: DE2016169C3
Application number: DE2016169A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 5620 Velbert Pluschke
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-04-04
Filing date: 1970-04-04
Publication date: 1974-04-11
Also published as: DE2016169B2; CH522971A; SE367290B; BE765229A; FR2089130A5; JPS576337B1; US3711731A; GB1339834A; DE2016169A1; AT306166B

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanälc von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser, insbesondere für Turbogeneratoren mit direkt wassergekühlter RotorwHdung, bestehend aus einer die Rotorwelle flüsstßkeitsdicht zum Außenraum umgebenden Eintrimkammer, von der das unter Druck stehende Kühlwasser den Kühlkanälen zuleitbar ist, einer die Rotorwelle flüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden Austrittskammer, von der das aufgewärmte Kühiao wasser wieder ableitbar ist, einem zwischen Ein- und Austrittskammer liegenden äußeren Kreislaufteil mit einer Wasseraufbereitungs- und Rückkühlanlai··-, mindestens einer das Kühlwasser im Kreislauf fordernden Kühlwasserpumpe sowie mit einer der Aus- »5 trittskammer in Richtung auf den Außenraum vor geschalteten Spaltwastorkammer und mii berührungslosen Wellendichtungen an den einzelnen Kammertrennwänden.

Eine derartige Einrichtung ist aus den »Technisehen Mitteilungen« AEG-Telefunken 59 (1969) Seiten 18 bis 19 bekannt. Bei der dort beschriebenen Maschine ist eine Stickstoff-Schutzgasfüllung unter Überdruck vorgesehen, damit das Kühlwasser zum Schutz gegen Korrosion nicht mit Atmosphärenluft in Berührung kommt. Ferner sind dort zwar zwischen Welle und Pumpe berührungslose Wcllendichtungen vorgesehen, bis auf die Abdichtung des eigentlichen Schutzgasraumes, der vlurch eine ölgeschmierte Wellendichtung abgedichtet ist.
λο Fin ähnlicher Kühlmittelanschlußkopf mit einem Schutzgas unter Überdruck und einer ölgeschmierten Enddichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 178 504 bekannt.

Bei den in den genannten Literaturstellen beschriebenen Abdichtungen der Welle ist somit versucht worden, eine absolute Dichtheit gegenüber der Außenatmosphäre zu erreichen und Lufteinbrüche weitgehend zu vermeiden. Dazu sind einerseits ölgcschmierte Wellendichtungen erforderlich, und andererscits muß ein Schutzgaspolster unter erhöhtem Druck vorgesehen werden, um trotz der ölgeschmierten Wellendichtung und weiterer baulicher Abgrenzungen gegenüber der Außenatmosphäre ein Eindringen von Luft zu verhindern. Bei ölgeschmicrlen Wellendichtungcn ist jedoch nie ganz zu vermeiden, daß Öl in den Wasserkreislauf oder — was noch gefährlicher ist — Wasser in den ölkreislauf des nachgeschalteten Lagers dringt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber βο die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser zu schaffen, bei der alle abzudichtenden Flächen zwischen feststehenden und rotierenden Teilen mit berührungslosen und einfach aufgebauten Dichtungen versehen sind und darüber hinaus einfache Vorkehrungen getroffen werden, um Korrosionen durch in das Kühlwasser eingedrungene Atmosohärenluft zu vermeiden.

umgebende Austrittskammer K 3 im KühlwassernnschluÖkopf9 abgeführt. Von der Austntts*ammer K 3 strömt das Wasser über die Leitung /₄ in den als Wasserausdehnungsgefäß dienenden Wasserspeicher 5 U und von dort über die Rückleitung /_s zurück in die Saugkammer K1.

Der Austrittskammer A: 3 ist in Richtung auf der» Auüenraum eine Spaltw;isserkammer K 5 nachgeschaltct. Die Wellendichtungen in den einzelnen Kammertrennwändenivll und u-22 sind dabei als herkömmliche berührungslose Wellendichtungen tv I und w 2 ausgeführt. .

Besondere Schwierigkeiten bereitete bisher die ab-

_D _ ._{>iiW D}_, schließende Wellendichtung M'3 zwischen der Spalt-Lind in Kauf genommen, daß "stets Luft von 15 wasserkammer K 5 und dem Außenraum. Eine ölgein den Kühlwasseranschlußkopf und insbeson- schmierte Reibungsdichtung ist an dieser Stelle wegen der auftretenden Wellenverlagerungen nur schwer durchzuführen. Außerdem muß dann auf die Trennung von Öl und Wasser ein besonderes Augenmerk

ι Kühlkreislauf ein Paliatlium-Katalysdtor ein- ao gelegt werden. Erfindungsgcmäß ist daher vorgeiltet, durch den die molekularen Bindungs- sehen, daß auch diese Wellendicntung w3 als beruhtes Wasserstoffs aufgehoben werden, so daß rungslose Wellendichtung ausgeführt is». Dabei wird im atomaren Zustand sich mit dem im Wasser in Kauf genommen, daß stets Luft von außen in den en Sauerstoff zu Wasser bei relativ ni-.dngen KiMilwasseranschlußkopf 9 und insbesondere in die Temperaturen verbindet. Um eine derartige Katalyse 35 Spallwasscrkammer K 5 eindringt. Um aber nun zu jetle-h zu ermöglichen, ist ein gewisser Wasserstoff- verhindern, daß sich der eingedrungene Luftsauer-

' - - stoff, der sich im Wasser löst, zu Korrosionen im

Kühlkreislauf führt, ist in d:n Kühlkreislauf ein Palladium-Katalysator zur Entfernung des Luitsauer-

löstc-r Wasserstoff vorhanden ist, um allen eingedrun- 30 Stoffs eingeschaltet. Um eine derartige Katalyse jedoch zu ermöglichen, ist stets ein gewisser WasserstolTüberschuß erforderlich. Aus diesem Grunde ist der Kühlwasserkreislauf an eine das Kühlwasse- mit Wasserstoffgas sättigende Gasquelle angeschlossen,

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser der eingangs genannnten Art üaeh der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen tier Spaltwasserkammer und dem Außenraum ebenfall, eine berührungslose Wellendichtung vorgesehen ist, daß der Kühlwasserkreislauf an eine das Kühlwasser mi' Wassersloffgas sättigende Gasquelle angeschlossen ist und daß der Spaltsvasserkammer im Kühlkreislauf ein SaMcrstolTentlerner mit einem Pallatlitmi-Katalysator nachgeschaltet ist.

Daoei ist also eine Abdichtung zwischen Welle und Kühlwasseranschlußkopf an allen Stellen allein durch berührungslose Wcllendichtunyen vorgenom-

in die Spaltwasserkammer eindringt. Um aber αϊ verhindern, daß der eingedrungene Luft- : toff zu Korrosionen im Kühlkreislauf führt, ist

nur.
sau.
in -'
gev.
krü!
die-gel

(jbcrschuß erforderlich. Aus diesem Grunde wird das Kühlwasser im Wasserbehälter mit Wasserstoll gesättel, so daß stets ausreichender, im Wasser ge-

30 stolTs eing

gii Sauerstoff umzusetzen. Ferner kann durch den doch zu ermögliche Katalysator und den WasscrstofTübersehuß auch im
VVa-.cr gelöster Sauerstoff, der durch elektronische
W^serzersctzung an den Kühlwasserverbindungs-

W^serzersctzung an den Kühlwasserverbindungs g g q

schlauchen aus Kunststoff der Erregerslromzuleitun- 35 und zwar wird hierzu der als Wasserausdchnungsjzen entsteht, wieder zu Wasser umgesetzt werden, gefäß dienende Wasserspeicher II verwendet, der im was mi' den bekannten Einrichtungen nicht möglich oberen Teil des Ständers über dem Niveau des Was-

Einrichtungen nicht möglich

seranschlußkopfcs 9 angeordnet ist und über dessen Wasserraum 11 α ein Wasserstolfgas enthaltender und

in den Unteransprüchen genannt. 40 ein Druckgaspolster bildender Gasraum 11 b vorge-

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Auf- sehen ist. Wasserstoffgas wird nunmehr von einer

nicht näher dargestellten Gasquelle über die Gaszuleitung/,, in den Gasraum 11 b eingeleitet und

• ._B. . S....S. ~..^..._ul.~..w „„,.,..„„.._B ^- über die Leitung/,., wieder abgeleitet. Dadurch wird

Wasserkreislaufs mit den entsprechenden Zu- und 45 eine ständige Wasserstoffströmung,im Gasraum 11 b Ableitungen des Kühlwassers am Rotor eines Turbo- erzielt, so daß das Wasser in innige Berührung mit

dem Wasserstoffgas gelangt, das stänüig in Losung geht, so daß das Wasser mit Wassersloffgas gesättigt wird.

Das in die Spaltwasserkammer K 5 übertretende Spaltwasser enthält nunmehr stets eine gewisse Menge Wasserstoff, der in der Spaltwasscrkammer

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind

bau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des Kühl-

K 5 zum Teil ausfällt. Außerdem «ritt aber über die in der Kammertrennwand iv33 angeordnete berüh-

generators und

F i g. 2 den Kühlwasscranschlußkopf im Detail mit einer zusätzlichen Gasabsaugkamme··.

In Fig. 1 ist schematisch eine crfindungsgcmäße 5" Kühlwasserversorgungseinrichtung für einen Generator 1 mit Stator 2 und Rotor 3 dargestellt. Das Wellenendc 3 b des. Rotors ist dabei von einem feststehenden Kühlwasseranschlußkopf 9 umgeben. Die- ... __.

scr Kühlwasseranschlußkopf weist zunächst eine die 55 rungslose Wellendichtung w 3 ständig Luft vom Welle ringförmig umgebende Ansaugkamme^r K 2 Außenraum ein, so daß sich auch ein Teil des Sauerauf, aus der das Wasser über eine mit der Welle fest stofls im Wasser löst. Aus diesem Grunde wird das verbundene Schaftpumpe 7 in die Eintrittskammer aus der Spaltwasserkammer KS ablaufende und zu- K 1 gesaugt wird. Von dieser Eintrittskammer K 1 nächst in einem gesonderter! Samme5bchältcr 13 gewird das Kühlwasser über einen äußeren Kreis /, mit fio sammelte Spaltwasser über die Leitung /₆ einem Kühler W und Filter /·' einem feststehenden Eintritts- SauerstoiTertferner 15 zugeführt. Dieser Sauerstoffstutzen 8 mit Zcntralbohrung Via zugeführt, von dem entferner besteht im wesentlichen aus einem PaIInaus das Kühlwajscr in den Eintrittskanal ha des dium-Katalysator. In diesem Palladium-Katalysator Wellenendes 3 b übertritt. Von hier aus strömt das werden die molekularen Bindungskräfte tics Wasscr-Kühlwasscr durch die Windungshälften 5« und 5 b 65 stolfs aufgehoben, so daß sich dieser im atomaren der Rohrwicklung .5 und wird über einen den Ein- Zusiand mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff zu trittskanal 6 a konzentrisch umgebenden Austritts- Wasser bei relativ niedrigen Temperaturen verbindet, kanal 6 b in eine die Welle ebenfalls konzentrisch Dieses Wasser wird dann über die Pumpe 16 und

die Leitung ι, in den Wasserspeicher 11 zurück· gefördert.

Zur Umsetzung von einem Gramm Sauerstoff sind dabei 0,125 Oramni Wasserstoff erforderlich. Darnil diese Reaktion hinsichtlich ihres Gleichgewichtszustandes zur sicheren Seite verschoben wird, ist jedoch stets ein gewisser Wasscrstoffüberschuß erforderlich, und zwar etwa ein Überschuß von 160 °/o. Es muß afso dem dem !Sauerstoffentferner 15 zuströmenden Wasser stets ein solcher Wasserstoffüberschub relativ zum Sauerstoffgehalt zugeführt werden, daß der Sauerstoff restlos umgesetzt wird.

Dazu gibt es nunmehr zwei Möglichkeiten; einmal kann man als berührungslose Wellendichtung »v ;3 eine hochwertige Wasserring-Stopfbuchsdichtung verwenden, so daß in der Spaltwasscrkammcr K 5 stets ein außerhalb der Knallgas-Konzentration liegender Wasscrstoffüberschuß von über 75 °/o H₄ vorhanden ist. In diesem Fall hat das dem SaucrstofTcntfcrncr 15 zugeführte Spaltwasser bereits den erforderlichen Hj-Uberschuß. Wenn aber bei Ausbildung der Dichtung tv 3 als einfache berührungslose Wellendichtung viel Luft in die Spaltwasscrkammcr eindringt und somit auch viel Sauerstoff in Lösung geht, hat jedoch das dem Wasserstoftentferner 15 zuströmende Spaltwasser nicht den erforderlichen Ilj-Uberschuß. Damit dieser gewährleistet ist, mündet in die von der Spaltwasserkammer K 5 zum Sauerstoffcntferncr 15 führende Leitung /_e eine Zusatzwasserleitung /,, mit Einstellventil VS vom Wasserspeicher 11 her. Die erforderliche Zusatzwasscrmcngc kann somit abhängig von dem H,- oder Oj-Gehalt des Spaltwassers durch das Ventil V S derart eingestellt werden, daß der erforderliche M_f-Überschuß in dem dem Sauerstoflcntfcrner t5 zuströmenden Wasser immer vorhanden ist.

Ils ist dabei völlig ausreichend, wenn dieser SaucrslolTentfcrner 15 lediglich in den Nebcnkreislauf, der das SpattwHüscr abführt, geschaltet ist, da nur dieses Wasser mit Luftsaucrstofl in Berührung kommen kann. Dadurch muß dieser Saucrstoffentfcrner nur für geringeren Durchsatz ausgelegt werden, als wenn er direkt in den Hauptkreislauf eingeschaltet worden wäre.

Hin derartiger Sauerstoffentferner hat aber darüber hinaus noch den Vorteil, daß auch der im Wasser gelöste Sauerstoff, der durch elektronische Wasserzcrsetzung on den Kühlwasscrvcrbindungsschläuchcn aus Kunststoff der Erregerstromzuleitung entsteht, wieder zu Wasser umgesetzt wird.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn hinter dem Sauerstoffcntferncr 15 noch ein Ionentauscher/! eingeschaltet ist, der das im Wasser gelöste CO₈ bindet,

ίο wodurch die Leitfähigkeit des Wassers heruntergesetzt wird.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt; dabei ist zwischen der Austrittskammer K 3 und der Spaltwasserkammer K 5 noch eine mit Wasser gefüllte Druckausgleichskammer K 4 mit einer berührungslose!! Wellendichtung tv 4 angeordnet. Diese Kammer K 4 steht über die an dem Leitungsstutzen /_e angeschlossene Leitung f_l4 mit dem Wasserspeicher 11 in Verbindung. Diese Druck-

*o ausgleichskarhmer K 4 weist dabei ein Druckniveau auf, das zwischen dem der Austrittskammer K 3 und dem der Spaltwasserkammer K 5 liegt, so daß durch diese Kammer das Druckgefällc zwischen der Austrittskammer und der Spallwasserkammer stufen-

»5 weise abgebaut wird. Dadurch läßt sich die Spaltwassermenge die von der Kammer K 4 in die Kammer K 5 übertritt, relativ klein hatten, wobei dei Druck in der Druckausgleichskammer beispielsweise bei 0,2 atü liegen kann.

Ferner ist der Spaltwasscrkammer K S in Richtung auf den Außenraum eine Gasabsaugkammer K 6 vor geschaltet, die praktisch auf dem gleichen Drucknivcau liegt wie die Spaltkammer K 5 und gcgcnübei dem Außenraum ebenfalls durch eine bcrührungs

lose Abschlußwellendichtung wa abgedichtet ist Diese Kammer K 6 ist über eine Leitung/,, an eint nicht dargestellte Gasabsaugung angeschlossen, wo bei durch die Abschlußwellendichtung wα Luft ir einer solchen Menge angesaugt wird, daß der vor

der Spaltwasserkammer K 5 über die rwischenge schaltete Wellendichtung tv 3 in die Gasabsaugkam mer K 6 gelangende Wasserstoff unterhalb der Knall gaskonzentration bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Versorgung der Külilkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser, insbesondere für Turbogeneratoren mit direkt wassergekühlter Rotorwicklung, bestehend aus einer die Rotorwelle llüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden Eintrittskammer, von der das unter Druck stehende Kühlwasser den Kühlkanälen zuleitbar ist, einer die Rotorwelle flüssigkeitsdicht zum Außenraum umgebenden Austrittskammer, von der das aufgewärmte Kühlwasser wieder ableitbar ist, einem zwischen Ein- und Austrittskammer liegenden äußeren Kreislaufteil mit einer Wasseraufbcreitungs- und Rückkühlanlage, mindestens einer das Kühlwasser im Kreislauf fördernden Kühlwasserpumpe sowie mit einer der Austrittskammer in Richtung auf den Außenraum vorgeschalteten Spaltwasserkammer und mit berührungslosen Wellendichtungen an den einzelnen Kammertrennwänden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spaltwasserkammer (K S) und dem Außenraum ebenfalls eine berührungslose Wellendichtung (w3) vorgesehen ist, daß tier Kühlwasserkreislauf an eine das Kühlwasser mit WasserstofT-gas sättigende Gasquelle angeschlossen ist und daß der Spaltwasserkammer (K 5) im Kühlkreislauf ein Sauersto/fentferner (15) mit einem Palladium-Katalysator nachgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem als Wasserausdehnungsgefäu die: enden Wasserspeicher und einem über dem Wasserspiegel ein Druckgaspolster bildenden Gasraum, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Wasser mit WasserstofTgas sättigende Gasquelle (/,,) in den Gasraum (lift) des Wasserspeichers (11) mündet und an den Gasraum (11 b) eine eine ständige Wasserstoffströmung oberhalb des Wasserspiegels aufrechterhaltende Gasabsaugung (/,.,) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die von der Spaltwasserkammer (K 5) zum Sauerstoffentferner (15) führende Leitung (/,) eine Zusatzwasserleitung (/,,) für wasserstoflgesättigtes Wasser aus dem Wasserspeicher (11) mündet und die Zusatzwassermenge mittels eines Ventils (V5) einstellbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spaltwasserkammer (KS) und der Austrittskammer (K 3) eine mit Kühlwasser gefüllte Druckausgleichskammer (K 4) mit einem Druckriiveau zwischen dem der Austriitskammer (K 3) und dem der Spaltwasserkammer (KS) angeordnet und über eine Druckausgleichsleitung (l_tA) an dem Wsisserraum des Wasserspeichers (11) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltwasserkammer (K S) in Richtung auf den Außenraum eine Gasabsaugkammer (K 6) mit praktisch dem gleichen Druckniveau wie die Spaltwasserkammer (K S) vorgeschaltet ist, die über eine Leitung (/„) an eine Gasabsaugung derart angeschlossen ist, daß über die Abschlußwellendichtung (»να) stets Luft ansaugbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ru kennzeichnet, daß die zwischen der Gasabsaugkammer (K 6) und der Spaltwasserkammer (A'5) angeordnete Wellendichtung (>v3) zumindest teilweise als eine Wasserring-Siopfbuchsdichiunp ausgebildet ist.