Einrichtung zum Schutze gegen Undichtheiten bei Luftkühlern von elektrischen Maschinen. Bei modernen Turboalternatoren bildet oft der Turboalternator mit dem Luftumlauf- kühler ein Ganzes. Diese Anordnungsart der Kühler hat eine Reihe von Vorteilen, doch muss die elektrische Maschine gegen even tuelles Eindringen von Wasser infolge Un- dichtheiten der Kühler gründlich geschützt werden.
Eine vollkommene Sicherung gegen das Eindringen von Wasser aus den Küh lern in die elektrische Maschine bietet die den Gegenstand vorliegender Erfindung bil dende Einrichtung zum Schutze gegen Un- dichtheiten bei mit elektrischen Maschinen zusammengebauten Luftkühlern.
In der Zeichnung ist eine Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes beispiels weise dargestellt.
Es bezeichnet T den Turboalternator mit dem am Statorgehäuse anmontierten Luft umlaufkühler R. Das Wasser wird diesem Kühler durch die Rohrleitung A zugeleitet, in welche eine Speisepumpe C und ein. Regu lierschieber V, eingebaut sind. Das Warm wasser fliesst durch die Rohrleitung B ab, in welche der Schieber VZ eingeschaltet ist.
Die elektrische Maschine T ist gegen das Ein dringen von Wasser aus dem Kühler R ge schützt, dadurch, dass die Rohrleitungen A und B mit dem Kühler R einen Heber bil den und der Druck im Wasserraum des Küh lers R unter dem atmosphärischen Druck liegt. Es wird dabei das Wasser bei Undicht- heit des Kühlers aus,den Rohren nicht in .den Luftstrom und damit .in den Generator ein dringen, sondern die atmosphärische Luft aus der Umgebung wird in den Wasserraum des Kühlers gesaugt.
Auf diese Weise wird der Generator vor Undichtheiten des Kühlers vollkommen geschützt. Das Rohr D verbin det .den Wasserraum des Kühlers mit der Vakuumpumpe der Kondensation der Tur bine, es könnte den Wasserraum auch mit einer eigenen Hilfsvakuumpumpe verbinden.
In das Rohr D ist ein Rückschlag- oder ein Mehrwegventil eingebaut, welches ein Ab schliessen des Wasserraumes des Kühlers gegen die Vakuumpumpe ermöglicht, resp. in den Waeserraum des Kühlers Luft aus der Atmosphäre in dem Falle einlässt, wenn das Wasser aus dem Kühler abgelassen werden soll,. Das Rohr D, welches den Wasserraum des Kühlers mit der Vakuumpumpe verbin det, dient nur dazu, bei der Inbetriebsetzung des Kühlers das Vakuum in dem Wasser raum zu erzeugen. Bei weiterem Betrieb wird das Rohr D geschlossen.
Bei der In betriebsetzung werden die Schieber V1 und VZ gesperrt und das Rohr D, welches zu der Vakuumpumpe führt, geöffnet. Ferner wird die Pumpe C angelassen. In dem Waeser- raum des Kühlers wird durch die Vakuum pumpe ein Unterdruck erzeugt. Wenn ein be- stimmter Unterdruck erreicht ist, wird der Schieber V1 geöffnet, so dass das Wasser den ganzen Wasserraum des Kühlers unter Wir kung der Pumpe c allmählich ausfüllt. Nach her wird auch der Schieber V._ geöffnet, und das Wasser beginnt, von der Pumpe c ge fördert, durch den Kühler zu strömen.
Wenn die normale Betriebsströmung des Wassers erreicht ist, wird,das Rohr D abgesperrt. Der Kühler arbeitet nun normal, wobei die Pumpe c das Wasser durch den Wasserraum des Kühlers fördert.
Um mit der ,dargestellten Einrichtung den erforderlichen Unterdruck im Wasserraum .des- Kühlers zu erzielen und aufrecht zu er halten, müssen die nachstehenden Bedin gungen erfüllt sein. Zur Feststellung dieser Bedingungen wird der Wasserkühler einer seits bei Inbetriebsetzung, anderseits beim eigentlichen Betrieb in Betracht gezogen.
Man bezeichnet den atmosphärischen Druck, ausgedrückt in Metern Wassersäule, mit dem Buchstaben ho, -die hydrostatische Höhe in der Zuleitung mit h, und in .der Ableitung mit h2, den absoluten Druck im Kühler mit ja,. Weiters sei die Druckhöhe der Pumpe C bei geschlossenem Schieber V1 gleich laeo und bei ganz geöffnetem Schieber V1 gleich h,
. Die hydraulischen Verluste im Wasserumlauf sind wobei<B>9</B> die diesbezizglicben, .den
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einzelnen Teilen des Wasserumlaufes entsprechenden Verlustkoeffizienten bedeu ten und u die diesbezüglichen Wasser- geschwindigkeiten sind.
Zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Unterdruckes im Wasserraum ödes mit der Vakuumpumpe verbundenen dargestellten Kühlers während der Inbetriebsetzung muss für die Druckhöhe, der Pumpe die Beziehung gelten h.. < h1 (7-) das heisst die Druckhöhe der Pumpe C bei Leerlauf, also bei geschlossenem Schieber V:, muss beim Anlassen kleiner sein als die hydrostatische Höhe h1 in der Wasserzulei tung.
Der Unterdruck hä lar in der Wasser kammer muss, wenn,der Schieber V, geöffnet wird, der Bedingung entsprechen: ho <I>-</I> h, #:
- jti <I>-</I> hco Der Unterdruck in der Wasserkammer des Kühlers muss also den Unterschied zwischen der hydrostatischen Höhe der Zuleitung h1 und,der Druckhöhe der Pumpe h", beim An lassen der Pumpe überwinden, damit das Wasser überhaupt in den Wasserraum des Kühlers fliesst.
Während der Inbetrieb- setzung des Kühlers füllt man mittels der Pumpe C den Kühler und die Zu- und Ab leitung bis zum Schieber V@ mit Wasser. Wird dann dieser Schieber V. geöffnet, ent steht durch die Wirkung der Pumpe ein Strömen des Wassers durch den Kühler.
In diesem Falle wird
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das heisst,die Förderbö he der Pumpe C muss den um die hydraulischen Abfälle im Wasserumlauf vergrösserten Unterschied zder hydrostatischen Höhen bei Zu- und Abfluss des Wassers überwinden. Damit im Kühler dauernder Unterdruck herrscht, gilt noch ausserdem für die Förderhöhe der Pumpe C bei ganz offenem .Schieber V, die folgende Bedingung:
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wobei cp, der Verlustkoeffizient in der Zu leitung ist.
Die statische Höhe in der Ab leitung muss endlich so gewählt werden, dass kein Zerreissen der Wassersäule entsteht, das heisst:
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oder die hydrostatische Höhe in der Ablei tung h_ muss kleiner sein als der um die hydraulischen Abfälle in der Ableitung ver grösserte atmosphärische Druck in<B>in</B> Wasser säule.
Die Bedingungen (1) bis (5) müssen er füllt werden, wenn der Kühler in Betrieb gesetzt und eine richtige Zirkulation des Wassers ohne irgendeine Unterbrechung der Wassersäule in an die Vakuumpumpe an geschlossenen Kühler mit einem Unterdruck im Wasserraum erreicht werden soll. Ent steht in diesem Fall eine .Störung in der Dichtung des Kühlers, tritt Luft in den Wasserraum des Kühlers ein, das Vakuum wird gestört, und das Wasser sinkt unter den Kühler, wodurch dessen Tätigkeit eingestellt wird.
Eine nicht .dargestellte Signaleinrich tung zeigt an, da,ss in der Wasserströmung eine Störung eingetreten ist, so da.ss das Be dienungspersonal die Maschine sofort ausser Betrieb stellen kann. Durch das Sinken .des Wasserspiegels unter den Kühler wird jedes Eindringen des Wassers in die elektrische :Maschine verhindert.
Die oben beschriebene Einrichtung be nötigt bei der Inbetriebsetzung ein Hilfs vakuum, weil die Förderhöhe lt"" kleiner als die Höhe h, ist. Man kann aber den erfor derlichen Unterdruck im Wasserraum des Kühlers auch ohne Vakuumpumpe, und zwar durch geeignete Wahl der statischen Höhen in der Zu- und Abflusswasserleitung des Kühlers und der Förderhöhe der Pumpe C erreichen.
In diesem Falle erzielt man wäh- rend des Betriebes des Kühlers den erforder lichen Unterdruck im Wasserraum ;des Küh lers durch geeignete Drosselung,des Wasser laufes mittels der Schieber V, und VZ. Die Förderhöhe h, der Pumpe C wird in diesem Falle etwas grösser gewählt als die hydro statische Höhe h, in der Wasserzuleitung.
Bei Inbetriebsetzung :des Kühlers wird nach Ingangsetzung der Pumpe C der Schieber V, geöffnet, ebenso etwas auch der Schieber V2 und die Entlüftungsventile auf den Kühler kammern, damit beim Füllen des Kühlers mit Wasser die eingeschlossene Luft aus ,dem Kühler entweichen kann. Sobald sich in den Entlüftungshähnen auf den Kühlerkammern Wasser zeigt, ist der Kühler mit Wasser ge füllt, und die Entlüftungsventile werden ge schlossen.
Beim weiteren Betrieb des Küh lers drosselt man mit dem Schieber V, ,den Wasserzufluss in den Kühler, so dass,die Be dingung erfüllt wird:
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wobei der Verlustkoeffizient ;gerade durch die Drosselung mit dem Schieber V, ver grössert wird. Diese Drosselung .darf aber nicht zu gross werden"da auch ,die Bedingung
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erfüllt werden muss.
In der Abflussleitung öffnet man dann .den Schieber V2 so weit, dass kein Zerreissen der -9rassersäule entsteht (nach Gleichung 5). Im Betrieb lassen sich die oben erwähnten Bedingungen mit einem Vakuummeter, welcher an die Wasserkam mern des Kühlers angeschlossen ist, und mii einer Einrichtung zur Messung der Durch flussmenge des Wassers kontrollieren (zum Beispiel mit einem Differentialmanometer), damit -die der Leitung der elektrischen Ma schine entsprechende Wassermenge bei rich tigen Druckverhältnissen eingehalten wird.
Werden die oben angeführten Druck bedingungen für den Wasserraum des Küh lers erfüllt, tritt bei eventueller Störung der Dichtung des Kühlers ein Ansaugen der Luft aus der Atmosphäre in den Wasser- rauen des Kühlers ein, wodurch -die durch die Pumpe G' in :den Kühler geförderte Wassermenge sinkt. Sobald das Bedienungs personal die Störung im zirkulierenden Wasser bemerkt, Stellt es den Generator sofort ab.
Der mit dem Generator ein Ganzes bil dende Kühler der mit der beschriebenen Ein richtung ausgestattet ist, ist im Betrieb weit aus sicherer als ein Kühler, der unter dem Generator angeordnet ist. In letzterem Falle hat nämlich das Wasser im Kühler immer einen gewissen Überdruck gegen .die Atmo sphäre, so :dass bei eventueller Undichtheit des Kühlers -das Wasser in die zirkulierende Luft und damit auch in :den Generator ge- langt.
Die oben beschriebene Einrichtung kann nicht nur für Turboalternatoren, sondern auch für andere, mit einem Luftumlauf kühler ausgestattete elektrische Maschinen verwendet werden.
Device for protection against leaks in air coolers of electrical machines. In modern turbo alternators, the turbo alternator often forms a whole with the air circulation cooler. This type of arrangement of the cooler has a number of advantages, but the electrical machine must be thoroughly protected against possible ingress of water as a result of leaks in the cooler.
A complete safeguard against the ingress of water from the coolers into the electrical machine is offered by the device forming the subject of the present invention for protection against leaks in air coolers assembled with electrical machines.
In the drawing, an execution form of the subject invention is shown as an example.
It denotes T the turbo alternator with the air circulation cooler R mounted on the stator housing. The water is fed to this cooler through the pipe A, into which a feed pump C and a. Regulating valve V are installed. The hot water flows through the pipe B, in which the valve VZ is switched on.
The electrical machine T is protected against the ingress of water from the cooler R, in that the pipes A and B form a lifter with the cooler R and the pressure in the water space of the cooler R is below atmospheric pressure. In the event of a leak in the cooler, the water will not penetrate into the air flow and thus into the generator, but the atmospheric air from the environment will be sucked into the water space of the cooler.
In this way, the generator is completely protected against leaks in the cooler. The pipe D connects the water space of the cooler with the vacuum pump of the condensation of the turbine, it could also connect the water space with its own auxiliary vacuum pump.
In the pipe D a non-return valve or a multi-way valve is built, which allows a closing from the water space of the cooler against the vacuum pump, respectively. admitting air from the atmosphere into the water room of the cooler in the event that the water is to be drained from the cooler. The pipe D, which connects the water space of the cooler with the vacuum pump, is only used to generate the vacuum in the water space when the cooler is started up. With further operation the pipe D is closed.
When starting up, the slides V1 and VZ are blocked and the pipe D, which leads to the vacuum pump, is opened. Furthermore, the pump C is started. The vacuum pump creates a negative pressure in the water space of the cooler. When a certain negative pressure is reached, the slide V1 is opened so that the water gradually fills the entire water space of the cooler under the action of the pump c. After that, the slide V._ is also opened and the water begins to flow through the cooler, being promoted by the pump c.
When the normal operating flow of the water is reached, the pipe D is shut off. The cooler now works normally, with pump c conveying the water through the water space of the cooler.
In order to achieve and maintain the required negative pressure in the water area of the cooler with the device shown, the following conditions must be met. To determine these conditions, the water cooler is taken into account on the one hand during commissioning and on the other hand during actual operation.
The atmospheric pressure, expressed in meters of water column, is designated with the letter ho, the hydrostatic height in the supply line with h, and in the discharge with h2, the absolute pressure in the cooler with yes. Furthermore, let the pressure head of pump C be equal to laeo with valve V1 closed and h with valve V1 fully open,
. The hydraulic losses in the water circulation are where <B> 9 </B> are those related to this, .den
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individual parts of the water circulation mean corresponding loss coefficients and u are the relevant water speeds.
To maintain the required negative pressure in the water space of the cooler shown connected to the vacuum pump during commissioning, the relationship h .. <h1 (7-) must apply to the pressure level of the pump, i.e. the pressure level of pump C when idling, i.e. with the valve closed V :, must be smaller than the hydrostatic height h1 in the water supply line when starting.
The negative pressure in the water chamber must, when the slide V, is opened, meet the condition: ho <I> - </I> h, #:
- jti <I> - </I> hco The negative pressure in the water chamber of the cooler must therefore overcome the difference between the hydrostatic height of the supply line h1 and the pressure height of the pump h "when the pump is started, so that the water in the water space of the cooler flows.
While the cooler is being put into operation, pump C is used to fill the cooler and the supply and discharge lines up to the valve V @ with water. If this slide V. is then opened, the action of the pump causes the water to flow through the cooler.
In this case it will
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This means that the delivery head of pump C must overcome the difference in the hydrostatic heights at the inflow and outflow of the water, which is increased by the hydraulic waste in the water circulation. To ensure that there is constant negative pressure in the cooler, the following condition also applies to the delivery head of pump C when valve V is fully open:
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where cp is the loss coefficient in the supply line.
The static height in the discharge must finally be chosen so that no tearing of the water column occurs, that is:
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or the hydrostatic height in the outlet h_ must be smaller than the atmospheric pressure in the <B> in </B> water column increased by the hydraulic waste in the outlet.
The conditions (1) to (5) must be fulfilled if the cooler is put into operation and a correct circulation of the water without any interruption of the water column in the vacuum pump to the closed cooler with a negative pressure in the water space is to be achieved. In this case, if there is a fault in the seal of the cooler, air enters the water space of the cooler, the vacuum is disturbed and the water sinks under the cooler, which stops its activity.
A signal device, not shown, indicates that a disturbance has occurred in the water flow, so that the operating personnel can put the machine out of operation immediately. The sinking of the water level below the cooler prevents any penetration of water into the electrical machine.
The device described above requires an auxiliary vacuum when commissioning, because the delivery head lt "" is less than the height h. But you can achieve the necessary negative pressure in the water space of the cooler without a vacuum pump, through a suitable choice of static heights in the inlet and outlet water line of the cooler and the head of the pump C.
In this case, the required negative pressure is achieved in the water space while the cooler is in operation, the cooler by suitable throttling, the water flow by means of the sliders V and VZ. In this case, the delivery head h of the pump C is selected to be somewhat greater than the hydrostatic head h in the water supply line.
When starting up the cooler, after starting pump C, slide valve V, is opened, as well as slide valve V2 and the ventilation valves on the cooler chambers, so that when the cooler is filled with water, the trapped air can escape from the cooler. As soon as there is water in the vent cocks on the cooler chambers, the radiator is filled with water and the vent valves are closed.
When the cooler continues to operate, slide valve V,, throttles the water flow into the cooler so that the condition is met:
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where the loss coefficient is increased precisely by the throttling with the slide V. This throttling .but must not be too great, "as the condition
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must be met.
Then, in the drainage line, open the valve V2 so far that the column of races does not tear (according to equation 5). In operation, the above-mentioned conditions can be controlled with a vacuum meter, which is connected to the water chamber of the cooler, and with a device for measuring the flow rate of the water (for example with a differential manometer), so that the line of electrical measurements The appropriate amount of water is maintained under the correct pressure conditions.
If the above-mentioned pressure conditions for the water space of the cooler are met, air from the atmosphere will be sucked in from the atmosphere into the water surface of the cooler if the cooler seal is faulty, causing the pump G 'to: the cooler the amount of water pumped decreases. As soon as the operator notices the disturbance in the circulating water, they switch off the generator immediately.
The cooler, which is equipped with the described device and which forms a whole with the generator, is far safer in operation than a cooler that is arranged under the generator. In the latter case, the water in the cooler always has a certain overpressure against the atmosphere, so that in the event of a leak in the cooler, the water gets into the circulating air and thus also into the generator.
The device described above can be used not only for turbo alternators, but also for other electrical machines equipped with an air circulation cooler.