Adaptive kontaktlose Gasdichtung an Maschinenwellen

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Gasdichtung zwischen Welle und Gehäuse einer Maschine, insbesondere Wasserstoff ^¬ gekühlten Generator. Wasserstoffgekühlte Generatoren werden an der Durchdringung des Generatorläufers durch die stirnseitigen Gehäusewände mit Hilfe einer kontaktlosen Wellendichtung vor austretendem Wasserstoffgas geschützt. Diese dichtet den Spalt zwischen Läu ^¬ fer und Dichtung, im Folgenden Dichtspalt genannt, nach dem Prinzip der Sperröldichtung mit Hilfe eines

druckbeaufschlagten Ölfilms ab, der durch einen kontinuierlichen Ölvolumenstrom durch den Dichtspalt gebildet wird. Ände ^¬ rungen im Dichtspalt durch unterschiedliche Temperaturzustände, aber auch Betriebszustände führen zu einer Änderung des Öldrucks, was ein potentielles Risiko durch austretendes Was ^¬ serstoffgas darstellt.

Um einen gleichbleibenden Druck im Ölfilm zu gewährleistet, wird durch das Ölversorgungsaggregat der Volumenstrom vergrö- ßert beziehungsweise reduziert, so dass letztendlich die Dichtigkeit der Wellendichtung gewährleistet wird. Da die Größe des Spaltes den erforderlichen Volumenstrom exponenti- ell beeinflusst, sind hierfür sehr große Volumenströme und Änderungen nötig, was sich bei der Dimensionierung der Ölver- sorgung nachteilig bemerkbar macht.

Alternativ schließen segmentierte Wellendichtungen bei komplett ausfallender Ölversorgung selbständig über geänderte Druckverhältnisse und/oder Rückstellelemente den Dichtspalt komplett, so dass eine berührende Wellendichtung in diesem Extremfall vorliegt.

Bisher werden Dichtungen nur in zylinderförmigen Bereichen des Rotors eingesetzt. Die Dichtung ist dabei starr in axia- ler Richtung mit dem Gehäuse verbunden. Eine Dichtspaltände- rung über abrasive Schichten im Dichtbereich kann nicht aus ^¬ geglichen werden. in dem Patentdokument DE200109219 ist bereits ein Messsystem zur Überwachung der Dichtigkeit einer kontaktlosen Gasdichtung beschrieben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kontaktlose Gasdichtung anzugeben, bei der Dichtspaltänderungen zum einen auf Grund von unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Dichtring und Welle und zum Anderen auf Grund von abrasiven Schichten im Dichtbereich ausgeglichen werden.

Das Problem wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung realisiert eine adaptive kontaktlose Gasdich ^¬ tung an drehenden Wellen über einen konischen Wellenbereich.

Gemäß der Erfindung wirkt eine mit dem Gehäuse verbundene Dichtung mit konischer Dichtfläche über einen Dichtspalt mit dem konischen Bereich der Welle zusammen, wobei eine aktive Beeinflussung des Dichtspalts gegeben ist.

Eine Dichtspaltänderung über abrasive Schichten im Dichtbereich aber auch über unterschiedliche thermische Ausdehnung von Dichtring und Welle kann bei der konusförmigen Geometrie über eine axiale Verschiebung ausgeglichen werden. Vorteile in der Erfindung liegen auch in den geringeren Produktkosten für das Ölversorgungsaggregat. Da die Schwankungen im erfor ^¬ derlichen Volumenstrom auf ein Minimum reduziert werden, sind die Anforderungen an Pumpen, Ventilen, Kühlern, Filter, Rohrleitungen et cetera ebenfalls auf ein nötiges Minimum redu ^¬ ziert. Es können kleinere Systemkomponenten verwendet werden, die geringere Produktkosten der Ölversorgung verursachen. All dies trägt zu einem wettbewerbsfähigen Produkt, insbesondere Turbogenerator, bei. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig 1 eine erfindungsgemäße kontaktlose Gasdichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse einer Maschine

Der Läufer 1 ist im Dichtungsbereich mit einer konischen Form 2 versehen. Die Dichtung 4 in diesem Bereich hat ebenfalls eine konische Form. Die Dichtung ist allerdings nicht fest mit dem Gehäuse verbunden, sondern ist in einer Dichtringauf- nähme 5 geführt, die wiederum über einen Aktuator 8 in axialer Richtung bewegt werden kann. Der Aktuator kann durch einen Stellmotor, einen Schrittmotor, ein Hydraulikelement oder ein piezoelektrisches Stellelement gegeben sein. Der Dichtspalt wird durch aktive Beeinflussung mittels Aktua ^¬ tor auf die vorgegebene Breite des Nennspalts eingestellt. Dies erfolgt durch axiale Verschiebung des Dichtungsrings. Die Breite des Nennspalts kann durch axiale Verschiebung des Dichtungsrings mittels Aktuator nach Maßgabe einer Regelung des Ölstroms auf konstanten Öldruck eingestellt werden.

Wird die Dichtungswirkung mit Hilfe von Öl 7 erreicht (siehe Fig 1), kann hier der Öldruck im Dichtungsbereich als Regelgröße genommen werden. Im Nennbetriebszustand der Maschine besitzt diese dann im Dichtungsbereich einen definierten Öldruck. Ändert der Läufer seine Lage und führt dies zu einer Änderung der Spalte 6, durch die das Öl abfließt, kann ein Regler dieses erkennen und durch die Axialverschiebung des Dichtrings wieder den Nennspalt einstellen. Wird der Öldruck zum Beispiel größer, das heisst, die Spalte werden kleiner, kann der Regler die Dichtung vom Konus wegbewegen, bis sich wieder Nenndruck einstellt; wird der Druck kleiner, wird die Dichtung in Richtung Konus bewegt, die Spalte werden kleiner, der Druck steigt wieder.

Durch eine schwimmende Lagerung des Dichtrings in der Dicht- ringaufnahme 5, wie sie bereits herkömmlich bei der H ₂ -

Dichtung in Generatoren angewendet wird, kann sich der Dichtring auch bei der erfindungsgemäßen Konusform immer optimal den radialen Bewegungen der Welle/des Rotors anpassen. Der konische Bereich der Welle weist vorzugsweise einen Win ^¬ kel von circa 15 Grad gegenüber der Wellenachse 9 auf.

Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .

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Bezugs zeichenliste

1 - Welle, Läufer

2 - Konus

3 - Gehäuse

4 - Dichtring

5 - Dichtringaufnahme, Dichtringführung

6 - Dichtspalt, Nennspalt

7 - Ölstrom, Ölfluss

8 - Aktuator

9 - Wellenachse