DE3118469A1 - "fluiddichtung" - Google Patents

Description

Fluiddichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungen und betrifft insbesondere Dichtungen gegen Wasserstoff, die in großen dynamoelektrischen Generatoren benutzt werden.

In der jüngsten Vergangenheit hat der gestiegene Bedarf an elektrischer Energie zu einem entsprechenden Anstieg der Nennleistungen von Generatoren geführt, die von Stromversorgungsunternehmen zur Deckung des Energiebedarfes benutzt werden. Infolge dieses Anstieges der Generatornennleistung ist es notwendig geworden, nicht nur den Generatorständer zu kühlen, sondern auch den Generatorläufer. Das Kühlfluid, das für diesen Zweck benutzt wird, ist Wasserstoff, weil dieser in der Lage ist, große Mengen an Wärmeenergie zu absorbieren und abzuführen. Das Kühlen des Läufers mit Wasserstoff oder anderem Kühlfluid erfordert jedoch die Verwendung von Dichtungen, um das Kühlmittel innerhalb des Generatorgehäuses

zu halten, so daß es um, über und durch den Läufer zirkulieren kann, um seine Kühlfunktion zu erfüllen. Insbesondere ist es notwendig, eine Dichtung vorzusehen, um das Hindurchströmen von Kühlmittel durch die für die rotierende Generatorwelle vorgesehene Öffnung zu verhindern. Öl wird typischerweise als Dichtfluid benutzt. Wasserstoff hat jedoch die besondere Tendenz, sich in Öl zu lösen, so daß es über eine Zeitspanne zu einem unzulässig großen Ausmaß an Kühlmittelverlust kommen kann. Es ist daher wichtig, daß die Dichtvorrichtung den Dichtfluiddurchfluß minimiert.

Bei einigen Dichtungen gegen Wasserstoff ist in der Vergangenheit ein Aufbau benutzt worden, der aus vier 90°-Bogensegmenten aus massiver Bleibronze besteht, die auch als BTH (British Thomas Huston)-Metall bezeichnet wird. Diese vier Quadranten wurden nicht aneinander befestigt, sondern wurden vielmehr mit einer Schraubenfeder um die rotierende Welle festgehalten. Ein solcher Dichtungsaufbau ist zwar zulässig, es hat sich jedoch gezeigt, daß mehr Öl als notwendig an einer solchen Dichtung vorbeifließt und gelösten Wasserstoff mit sich führt. Zu diesem Durchfluß kommt es wegen Ausdehnungen, die infolge von ungleichmäßigen radial gerichteten Temperaturgradienten und infolge des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bleibronze auftreten. Die ungleichmäßige Ausdehnung erzeugt ein ungleichmäßiges Spiel zwischen der Welle und der Bleibronze oberfläche, wodurch Dichtfluid gestattet wird, durch diese Bogenteile größeren Spiels hindurchzufließen . Darüber hinaus ist die Verwendung von Bleibronze in bezug auf den Schutz der Lauffläche der Läuferwelle vor einer Beschädigung durch Reibung nicht ideal.

Dichtungen gegen Wasserstoff für große dynamoelektrische Generatoren müssen deshalb mehrere wichtige Eigenschaften aufweisen. Insbesondere darf die Dichtvorrichtung weder durch die übliche Wellenvibration beschädigbar sein noch darf diese

Vibration ein unzulässiges Wellenspiel erzeugen. Der Durchfluß von Dichtfluid sollte minimiert werden, damit er nicht beträchtliche Mengen an gelöstem Wasserstoff mitniniml. Außerdem muß die Dichtung in der Lage sein, Luft im wesentlichen auf der einen Seite der Dichtung und Wasserstoff im wesentlichen auf der anderen Seite der Dichtung zu halten. Ferner sollte die Dichtung weder sich werfen noch für Temepraturgradienten übermäßig empfindlich sein. Schließlich, weil die in einem dynamoelektrischen Generator benutzten Dichtungen relativ groß sind, haben die Dichtungen notwendigerweise ein relativ großes Gewicht, und der Dichtungsaufbau muß so sein, daß eine nennenswerte Formänderung der Dichtung aufgrund des Eigengewichts derselben nicht auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat eine Fluiddichtung zum Trennen von zwei Gasen,längs einer rotierenden Welle,zwei ringförmige Scheiben, die jeweils in zwei halbkreisförmige Teile unterteilt sind, welche um die Welle aneinander befestigt sind, wobei jeder der vier halbkreisförmigen Teile längs des radial inneren Umfanges mit einer Schicht aus Babbittmetall oder Lagermetall verbunden ist. Die beiden ringförmigen Scheiben sind koaxial mit Abstand voneinander angeordnet und begrenzen zwischen sich einen Fluidkanal zur Zufuhr von Dichtfluid zu dem Zwischenraum zwischen dem Babbittmetall und der Lauffläche der Welle. Die Dichtung enthält weiter ein ringförmiges, zweiteiliges Dichtungsgehäuse, das in bezug auf die rotierende Welle starr befestigt ist und die ringförmigen Scheiben an deren nach außen weisenden Ringflächen berührt. Das Dichtungsgehäuse ist mit Abstand von der Welle angeordnet und enthält wenigstens einen Fluiddurchlaß, der mit dem durch die ringförmigen Scheiben gebildeten Fluidkanal in Verbindung :;(ehl . Schließlich hat die Dichtung eine Vorspannvorrichtung, die eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die beiden ringförmigen Scheiben und außerdem eine axiale Kraft ausübt, die

BAD ORIGINAL

besLrebt sind, die ringförmigen Scheiben gegen entsprechende Ringteile des Dichtungsgehäuses zu drücken.

Die Erfindung schafft also Dichtungen gegen Wasserstoff für große dynamoelektrische Generatoren, wobei diese Dichtungen weniger dazu neigen, die Lauffläche der Generatorläuferwelle zu beschädigen, einen geringeren öldurchflußbedarf haben und außerdem weniger zur Formänderung aufgrund von Wärmegradienten neigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht, die das

Auftreten von üngleichmäßigkeiten in Dichtungen aus vier massiven Bleibronzequadranten zeigt,

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht der Dichtung nach der Erfindung an der Verbindungsstelle zwischen der rotierenden Welle und der Dichtung, und

Fig. 3 im Querschnitt und in axialer Ansicht die Wellendichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht einige der Probleme, die bei Dichtungen auftreten können, welche aus vier Quadranten bestehen. Jeder Quadrant 30 der Dichtung ist um die rotierende Welle 22 angeordnet. Die vier Quadranten werden typischerweise durch eine metallische Schraubenfeder um die Welle gehalten, und solche Dichtungen bestehen im allgemeinen aus Bleibronze. Fig. 1 zeigt absichtlich übertrieben die Spaltabmessungen, damit das Problem der Spaltungleichförmigkeit besser zu erkennen ist. Diese Ungleichförmigkeit rührt zum Teil von radial gerichteten Temperaturgradienten her. Diese Gradienten

■ ή * β β - -

können in einer solchen Dichtung Formänderungen verursachen.

Dagegen zeigt Fig. 3 in gleicher Ansicht wie in Fig. 1 die Dichtung nach der Erfindung. Die Dichtung von Fig. 3 ist einfacher, weil im allgemeinen zwei halbkreisförmige Ringscheiben 10a oder 10b benutzt werden. Diese ringförmigen Scheiben bestehen typischerweise aus Stahl. Die Dichtungen nach der Erfindung sind jedoch an ihren inneren Umfangsflächen mit einer Schicht 12 aus Babbitt- oder Lagermetall verbunden, um eine dichtere Dichtung zu bilden. Außerdem sei angemerkt, daß die halbkreisförmigen Teile aneinander befestigt sind, beispielsweise mit Schrauben 24.

Ein besseres Verständnis des Aufbaus und der Wirkungsweise der Dichtung nach der Erfindung ergibt sich anhand von Fig.2. Fig. 2 zeigt ebenso wie Fig. 3 die Welle 22 und die Dichtungsteile 10a und 10b, welch letztere gemeinsam mit der Bezugszahl 10 bezeichnet werden. Außerdem ist ein Dichtungsgehäuse 11 gezeigt, das Dichtungen 11a und 11b aufweist.

Die beiden ringförmigen Scheiben oder Ringe 10a und 10b werden zuerst beschrieben. Jeder Ring 10a und 10b ist in zwei halbkreisförmige Ringteile unterteilt, die in Fig. 3 zu erkennen sind, so daß insgesamt vier Teile beim Herstellen der ringförmigen Scheiben 10a und 10b zusammengefügt werden. Außerdem sind gemäß Fig. 3 und gemäß der obigen Beschreibung Schrauben oder andere Befestigungselemente vorgesehen, um die halbkreisförmigen Teile zur Bildung von Kreisringen zusammenzuhalten. Von zusätzlicher Bedeutung ist die Schicht 12 aus Babbitt- oder Lagermetall, die mit den radial inneren ümfangsflachen der Halbringe verbunden ist. Wegen der Notwendigkeit, die Vibration der Welle 22 zu berücksichtigen, ist die Dichtungsvorrichtung so aufgebaut, daß die Teile 10a und 10b wenigstens etwas innerhalb des Dichtungsgehäuses 11 verschiebbar sind. Wegen dieser Verschiebebewegung sind Ringnuten 19 in den axial äußeren Stirnflächen der Scheiben

10a und 10b vorgesehen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dichtfluid wird dieser Ringnut entweder über einen Kanal 20 oder über einen Kanal 21 zugeführt, die beide gestrichelt dargestellt sind. Der Kanal 20 kann, beispielsweise, durch Abfasen der Ränder, wo die beiden Halbringe aneinander befestigt sind, gebildet werden. Der Kanal 21 wird einfach durch Bohren eines Loches durch die Halbringe hergestellt, wie dargestellt.

Die Scheibenteile 10a und 10b sind koaxial in gegenseitigem Abstand angeordnet. Eine Vorspannvorrichtung, wie beispielsweise eine Feder 13, drückt die ringförmigen Stirnflächen der Scheiben gegen entsprechende Ringteile der Dichtung. Die Vorspannvorrichtung 13 dient außerdem zum Trennen der Ringteile 10a und 10b, so daß ein Dichtfluidkanal zwischen ihnen gebildet wird. Mit diesem Kanal steht der Kanal 21 (wenn vorhanden) in Verbindung.

Die Vorspannvorrichtung übt auf die Ringe 10a und 10b sowohl eine radial nach innen gerichtete Kraft als auch eine axial nach außen gerichtete Kraft aus. Diese Vorspannvorrichtung besteht vorzugsweise aus einer zu einem Ring gewickelten Schraubenfeder und ist in einer Ringnut angeordnet, die durch Abfasen der axial inneren, radial äußeren Umfangsränder der Ringe 10a und 10b gebildet ist, wie dargestellt. Die Verwendung einer solchen Schraubenfeder als Vorspannvorrichtung dient nicht nur zur Abstützung der ringförmigen Scheiben 10a und 10b, sondern bildet auch einen unversperrten Weg für den Durchfluß von Dichtfluid, wie beispielsweise Öl, zu dem Zwischenraum zwischen der Lagermetallschicht 12 und der rotierenden Welle 22.

In Verbindung mit dem Dichtgehäuse 11 sind die Ringe 10 vorzugsweise mit Lippen an ihrem Umfangsrand versehen, die sich axial nach außen erstrecken. Entsprechende Lippen an dem üichtungsgehäuso 11 erstrecken sich axial nach innen, so daß

- 9 ■- '-„■ ' "··;■

zwei Anhakpaßflächen gebildet sind. Das Dichtungsgehäuse M nach der Erfindung ist, ebenso wie die Ringe 10 in Halbringteile unterteilt, so daß die Dichtungsvorrichtung an dem Generatorrahmen leicht befestigt werden kann. Außerdem hat das Dichtungsgehäuse 11 wenigstens einen Dichtfluidkanal 14, der mit dem zwischen den gegenseitigen Abstand aufweisenden Ringteilen 10a und 10b gebildeten Kanal in Verbindung steht. Das Stahlgehäuse 11 besitzt, wie oben beschrieben, vorzugsweise ebenfalls Lippen längs seines radialen Innenumfangs, die sich axial nach innen erstrecken, um sich gegen entsprechende ringförmige Teile an den Ringen 10a und 10b zu legen. Diese Lippen erleichtern außerdem den Zusammenbau der Dichtung, weil sie die Bewegung der Ringe 10a und 10b innerhalb des Dichtungsgehäuses selbst begrenzen.

Die Ringe nach der Erfindung sind starr aneinander befestigt, beispielsweise durch die Schrauben 24 in Fig. 3. Diese Schrauben sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie als Paßstifte wirken, so daß die Halbringteile beim Zusammenbau und im Betrieb genauer aufeinander ausgerichtet werden können.

Ein ringförmiger Ölabstreifer 15 ist ebenfalls vorzugsweise auf der Wasserstoffseite der Dichtung befestigt. Dieser Abstreifer wird vorzugsweise durch Zylinderschrauben 18 mit gt-.schlitztem Kopf und durch eine innengezahnte Zahnscheibe 17 festgehalten, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der ölabstreifring 15 hat außerdem vorzugsweise eine radial innere Fläche mit einer konkaven Nut 16, die dabei hilft, Ölnebel am Eindringen in den Kühlmittelstrom auf der Wasserstoffseite der Dichtung zu hindern.

Einer der Vorteile der Erfindung besteht darin, daß die Kombination aus den Stahlringen 10a und 10b mit der Lagermetallschicht 12 eine Vorrichtung bildet, die der Wärmeausdehnung viel weniger unterliegt als Bleibronzedichtungen. Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Dichtungsvorrichtung be-

BAD ORIGINAL

- 10 - ^: '-'■'■■

steht darin, daß die Lagermetallauskleidung eine viel weniger nachteilige Auswirkung auf die Lauffläche der Welle bei Vibration und ölverunreinigung hat.

Der Klarheit und Vollständigkeit halber sei hier angemerkt, daß sich der hier und in den Ansprüchen verwendete Begriff "axial nach außen" auf eine besondere Richtung bezieht, die von den Ringscheiben direkt wegführt, und daß sich der Begriff "axial nach innen" auf eine Richtung bezieht, die zu dem Dichtfluidkanal führt, der durch den Zwischenraum zwischen den Ringen 10a und 10b gebildet ist.

Obige Darlegungen zeigen, daß die Dichtung nach der Erfindung eine Vorrichtung darstellt, die die oben aufgeführten Forderungen, die an Dichtungen gegen Wasserstoff in großen dynamoelektrischen Generatoren gestellt werden, erfüllt. Die Dichtung nach der Erfindung ist gegen Wellenvibration geschützt und ergibt einen Aufbau, der nicht nur einen einfachen Zusammenbau und ein einfaches Nachrüsten vorhandener Maschinen gestattet, sondern auch gewährleistet, daß durch Schaffung einer dichten Abdichtung kein Kühlgas austreten kann. Weiter verringert die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung die Möglichkeit einer Beschädigung der Lauffläche der rotierenden Welle beträchtlich. Es sei jedoch angemerkt, daß die Dichtung nach der Erfindung nicht als ein gewichtaufnehmendes Lager für die Läuferwelle dient. Diese Funktion wird in großen Generatoren im allgemeinen von gesonderten Vorrichtungen wahrgenommen.

BAD ORIGiNAL

Claims (8)

1. Dr. rer. not. Horst Schüler '"'··' -^o Frimk^f/Maini, s.Mai i9si

   PATENTANWALT Kaiserstraße 41 Me./Vo./he.

   Telefon (0611) 235555 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankf.-H-M.

   Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

   8606-17GE-2852

   GENERAL ELECTRIC COMPANY

   1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

   Ansprüche :

   ( 1. yFluiddichtung, die zum Getrennthalten von zwei Gasen und zur Verwendung an einer Lauffläche einer rotierenden Welle (22) bestimmt ist, gekennzeichnet durch:

   zwei Ringe (10), von denen jeder in halbkreisförmige Teile unterteilt ist, welche um die Welle aneinander befestigt sind, wobei die vier halbkreisförmigen Teile jeweils eine Schicht (12) aus Lagermetall haben, die mit ihnen längs der radial inneren ümfangsflache verbunden ist, wobei die beiden Ringe (10a, 10b) koaxial in gegenseitigem Abstand angeordnet sind und dadurch zwischen sich einen Dichtfluidkanal für die Zufuhr von Dichtfluid zu dem Zwischenraum zwischen der Lagermetallschicht und der Lauffläche der Welle bilden;

   ein ringförmiges, zweiteiliges Dichtungsjehäuse (11), das in bezug auf die rotierende Welle starr befestigt ist und an den Ringen auf deren axial äußeren Ringflächen anliegt, wobei die Gehäuseteile (11a, 11b) mit Abstand von der Welle angeordnet sind und wenigstens einen Fluidkanal (14) enthalten, der mit dem Zwischenraum zwischen den Ringen (10) in Verbindung steht; und

   eine Vorspannvorrichtung (13), die eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die beiden Ringe (10) und außerdem eine axiale Kraft ausübt, um die Ringe (10) gegen entsprechende ringförmige Teile des Dichtungsgehäuses (11) zu drücken.
2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung eine Schraubenfeder aufweist, die in einer V-Nut angeordnet ist, welche durch eine Abfasung der radial äußeren, axial inneren ümfangsränder der Ringe (10) gebildet ist.
3. 3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10) ringförmige Dichtfluidnuten (19) haben, welche längs der axial äußeren Flächen der Ringe (10) angeordnet sind ο
4. 4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen ölabstreifring (15), der an dem Dichtungsgehäuse (11) befestigt und mit Abstand von der Welle (22) angeordnet ist.
5. 5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringe (10) Lippen an ihren radial äußeren Flächen besitzen, die sich axial nach außen erstrecken und mit entsprechenden, sich axial nach innen erstreckenden Lippen an dem Dichtungsgehäuse (11) zusammenpassen.
6. 6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder halbkreisförmige Teil durch Schrauben (24) an seinem entsprechenden halbkreisförmigen Teil befestigt ist.
7. 7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (24) außerdem als Paßstifte ausgebildet sind.
8. 8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (10) aus Stahl bestehen.