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Wellendichtung für wasserstoffgekühlte elektrische Maschinen
Bei wasserstoffgekühlten Maschinen macht die Dichtung der das Gehäuse durchdringenden
Wellen besondere Schwierigkeiten, und zwar inso- fern, als die üblichen Dichtungen beim Lauf der
Maschine wohl das Innere genügend abschliessen, beim Stillstand aber in ihrer Wirkung nachlassen, so dass man gezwungen ist, aus den stillstehenden
Maschinen das Füllgas zu entfernen, was nicht nur eine sehr zeitraubende, sondern wegen der
Gefahr der Knallgasbildung auch sehr gefährliche
Arbeit ist, so dass man neutrale Gase als Zwischenfüllung vorsehen musste. Nur während des
Laufes der Maschine funktioniert insbesondere jene für wasserstoffgekühlte Maschinen bereits vorgeschlagene Dichtung, bei der ein Flüssigkeit, z.
B. Öl, enthaltender Dichtungsraum als nach innen offene Rinne die Welle umgibt und die Flüssigkeit durch eine eintauchende, mit der Welle fest verbundene Scheibe in Rotation erhalten wird, derart, dass der durch Fliehkraft entstehende Flüssigkeitsring den gasdichten Abschluss bildet. Die üblichen Dichtungen, z. B. auch jene, bei denen die Dichtungsflüssigkeit unter hydrostatischem oder Pumpendruck steht, waren auch nur für geringe Druckunterschiede bemessen, so dass der Druck in der Maschine nur wenig über dem Aussendruck gehalten werden konnte und die viel bessere Kühlwirkung des Wasserstoffes bei höheren Drucken nicht ausnutzbar war.
Diese Schwierigkeiten können vermieden werden, wenn man gemäss der Erfindung eine vom Lauf der Maschine unabhängige Dichtung dadurch erzielt, dass die Dichtungsflüssigkeit, vorzugsweise Öl, in den Dichtungsraum unter Druck tangential eingespritzt wird und in diesem Raum mit sehr grosser Geschwindigkeit umläuft. Infolge der Wirkung der Zentrifugalkraft verhält sich das Öl dann wie eine Flüssigkeit sehr grosser Dichte und der statische Überdruck im Inneren des Gehäuses bewirkt nur geringe Unterschiede im Ölstand auf der Innen-und Aussenseite der Dichtungsfläche. Die Figur zeigt ein Beispiel einer solchen Dichtung. 1 ist die Welle der Maschine, auf der eine Scheibe 2 dicht aufgesetzt ist.
Diese Scheibe reicht in einen mit dem Gehäuse 3 der Maschine verbundenen Ringraum 4.
In diesen Ringraum wird das Öl tangential eingespritzt und läuft in ihm mit grosser Ge- schwindigkeit um. Infolge der Fliehkraft wird das Öl im äusseren Teil des Ringraumes gehalten und erfüllt die beiden durch Scheibe 2 und den
Ringraum 4 gebildeten kommunizierenden Räume.
Bei gleichem Innen-und Aussendruck steht die
Dichtungsflüssigkeit in beiden Räumen gleich hoch. Bei ungleichen Drücken wird die Dichtungs- flüssigkeit in dem Raum mit niedrigem Druck solange höher steigen, bis wieder Gleichgewicht herrscht. Die Grösse des Unterschiedes der
Flüssigkeitsspiegel hängt von der Grösse der auf die Flüssigkeit wirkenden Volumskräfte ab. Sind diese von der Grössenordnung der Schwerkraft, so ergeben sich schon bei Druckunterschieden von einer Atmosphäre Spiegelunterschiede in der Grössenordnung von mehreren Metern. Durch den Umlauf der Dichtungsflüssigkeit kann die
Volumskraft auf ein Vielfaches gesteigert und dementsprechend der Spiegelunterschied auf die
Grössenordnung von Zentimetern herabgesetzt werden. Der Ölumlauf wird dabei durch eine
Hilfspumpe aufrechterhalten.
Das überschüssige Öl tritt aus dem Ringraum heraus und wird in dem Auffangraum 5 gesammelt und aus diesem abgesaugt. Ein Weiterkriechen des Öles längs der Welle kann durch zusätzliche Scheiben 6 und 7 auf der Welle verhindert werden. Die geschilderte Art der Dichtung ist nicht nur auf elektrische Maschinen beschränkt, sondern kann in allen Fällen Verwendung finden, in denen die Aufgabe vorliegt, eine Welle gasdicht durch eine Wand zu führen.
Die Dichtung gemäss der Erfindung kann auch Druckunterschiede von mehreren Atmosphären bewältigen. Damit ausgerüstete Maschinen können mit hohen Drucken des Wasserstoffes betrieben werden, wodurch eine bedeutende Vergrösserung der Kühlwirkung eintritt.
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Shaft seal for hydrogen-cooled electrical machines
In hydrogen-cooled machines, the seal makes the penetration through the housing
Waves particular difficulties, insofar as the usual seals when running the
Machine probably close off the inside sufficiently, but when it comes to a standstill, it slackens in its effect, so that one is forced to leave the standstill
Machines remove the filling gas, which is not only very time consuming but because of the
Risk of oxyhydrogen formation also very dangerous
Work is so that one had to provide neutral gases as intermediate filling. Only during the
Running of the machine works in particular that seal already proposed for hydrogen-cooled machines, in which a liquid, e.g.
B. oil, containing sealing space surrounds the shaft as an inwardly open channel and the liquid is obtained by a plunging disk firmly connected to the shaft in rotation, such that the liquid ring created by centrifugal force forms the gas-tight seal. The usual seals, e.g. For example, those in which the sealing fluid is under hydrostatic or pump pressure were only designed for small pressure differences, so that the pressure in the machine could only be kept slightly above the external pressure and the much better cooling effect of hydrogen at higher pressures could not be used was.
These difficulties can be avoided if, according to the invention, a seal independent of the running of the machine is achieved in that the sealing liquid, preferably oil, is tangentially injected into the sealing space under pressure and circulates in this space at very high speed. As a result of the effect of the centrifugal force, the oil then behaves like a liquid of very high density and the static overpressure inside the housing causes only minor differences in the oil level on the inside and outside of the sealing surface. The figure shows an example of such a seal. 1 is the shaft of the machine on which a disc 2 is tightly fitted.
This disk extends into an annular space 4 connected to the housing 3 of the machine.
The oil is injected tangentially into this annular space and circulates in it at high speed. As a result of the centrifugal force, the oil is held in the outer part of the annular space and fulfills the two through disk 2 and the
Annular space 4 formed communicating spaces.
With the same internal and external pressure, the
Sealing liquid is the same in both rooms. In the event of unequal pressures, the sealing liquid in the space with low pressure will rise higher until equilibrium is restored. The size of the difference in
The liquid level depends on the size of the volume forces acting on the liquid. If these are of the order of magnitude of the force of gravity, then even with pressure differences of one atmosphere there will be mirror differences of the order of magnitude of several meters. Through the circulation of the sealing liquid, the
Volume power increased many times over and, accordingly, the mirror difference on the
Can be reduced by the order of centimeters. The oil circulation is thereby through a
Maintain auxiliary pump.
The excess oil emerges from the annular space and is collected in the collecting space 5 and sucked out of it. The oil can be prevented from creeping further along the shaft by using additional washers 6 and 7 on the shaft. The type of seal described is not limited to electrical machines, but can be used in all cases where the task is to lead a shaft through a wall in a gas-tight manner.
The seal according to the invention can also cope with pressure differences of several atmospheres. Machines equipped with this can be operated with high hydrogen pressures, which results in a significant increase in the cooling effect.
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