Anordnung für den Kühlflüssigkeitsaustritt an Rotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für den Kühlflüssigkeitsaustritt an Rotoren, insbeson dere auf eine solche an wassergekühlten Rotoren von Turbogeneratoren.
Bei wassergekühlten Rotoren von Turbogenerato ren ist es vorteilhaft dem Rotor das Kühlwasser axial durch das eine Wellenende zuzuführen. Dies ist ge- mäss dem Stand der Technik bereits hinreichend be kannt. Das Kühlwasser durchströmt dann Kanäle oder Rohrleitungen in oder am Rotor und wird durch radiale oder im wesentlichen radiale Schlitze im Rotor zu einer Rücklaufkammer geführt.
Es wurde festgestellt, dass infolge der auf das Wasser in den radialen Partien einwirkenden Schwer kraft bei drehendem Rotor in den Kanälen Nieder druckzonen entstehen, welche zum Auftreten von Ka- vitationserscheinungen führen, die die Erosion be günstigen.
Die erfindungsgemässe Anordnung indessen ist gekennzeichnet durch eine Sammelkammer in oder am Rotor zur Aufnahme der abzuleitenden Kühl flüssigkeit, von der Sammelkammer nach aussen füh rende Öffnungen zum Ableiten von Kühlflüssigkeit bei stillstehendem Rotor in eine Auffangkammer, wel che den Rotor umgibt und nicht mit diesem um läuft, sowie eine Strömungsdüse, die in einer der Öffnungen, durch welche die Flüssigkeit strömt, ange bracht ist, wobei die Eintrittsöffnung der Strömungs düse Kanäle aufweist, die mit einer Gasquelle in Verbindung stehen, so dass bei drehendem Rotor Gas in die Mündung der Strömungsdüse eintritt, wel ches zur Reduktion der durch die Düse austretenden Flüssigkeitsmenge führt, und, sofern die Geschwindig keit des Rotors hoch genug ist,
um einen Unterdruck in der Sammelkammer zu erzeugen, den Flüssigkeits austritt ganz verhindert, wobei dann die Strömungs düse als Gaseinlass zu der Sammelkammer und so zur Reduktion der Grösse des Unterdruckes in der selben dient.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbei spiels in der anliegenden Zeichnung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil des Endes einer Rotorwelle eines Turbogenerators und durch einen Teil einer Hilfswelle, die koaxial an ersterer befestigt ist; Fig. 2 einen Radialschnitt, längs der Linie H-11 nach Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht einer teilweise aufgebro chenen Strömungsdüse, wie in Fig. 1 gezeigt; Fig. 4 einen Teilschnitt in radialer Richtung längs der Linie IV-IV nach Fig. 2;
Nach Fig. 1 sitzt auf dem Ende einer Turbinen welle 1 koaxial dazu eine aus nicht rostendem Stahl bestehende Hilfswelle 3. Beide Wellen weisen koaxiale Bohrungen 5 und 7 auf, durch die die Kühlflüssigkeit z. B. Kühlwasser in einer Richtung nach Pfeil 9 fliessen kann. Das Kühlwasser fliesst durch Kanäle und Rohrleitungen in und am Rotor des Turbogene rators, um auf diese Weise den Rotor zu kühlen und die Welle 1 und der benachbarte Teil der Hilfswelle 3 weisen hiefür ringförmige Kanäle 15 und 17 auf, durch die Kühlwasser in Pfeilrichtung 19 fliessen kann.
Die Hilfswelle 3 besitzt eine ringförmige Kammer 21, in der der ringförmige Kanal 17 endet. Von dieser Kammer führen sechs radiale Öffnungen 23 bis an die Peripherie der Welle 3 und endigen dort. Ein ring- förmiges Teil 27, das an der Welle 3 befestigt ist und mit ihr umläuft, trägt mit den Öffnungen 23 korrespondierende Bohrungen 25. Das Teil 27 trägt zylindrische abstehende Ringe, die koaxial zur Welle 3 liegen und die mit Ringen zusammenwirken, die von der Innenseite einer ringförmigen Kammer 29 ab stehen, ihrerseits ebenfalls die Welle 3 umgeben und zusammen mit den erstgenannten Ringen eine Laby- rinthdichtung bilden.
Das untere Ende der Kammer 29 trägt eine Abflussleitung 31.
Zwei einander gegenüberliegende radial nach aus sen verlaufende Öffnungen 23 sind mit Strömungs düsen 33 versehen. Jede dieser zwei Öffnungen 23 trägt ein Gewinde auf seiner ganzen Länge. Die Strömungsdüse 33 wird von einem Hauptteil 33A umschlossen, wie Fig. 3 zeigt, welches aussen ein Ge winde trägt und in die Öffnungen 23 eingeschraubt ist. Die Strömungsdüse 33 trägt einen Kopf 33'B, der eine innenliegende Flanschpartie 35 trägt, die mit Ge winde versehen ist. Mittels des Gewindes ist der Kopf auf dem Hauptteil 33A befestigt. Der Kopf liegt in der Kammer 21. Das Hauptteil 33A trägt eine Bohrung von kreisrundem Querschnitt, die in Richtung der Turbinenwellenachse konvergiert.
Das Kopfstück 33B enthält eine kreisrunde Bohrung, die nach innen gegen die Turbinenwelle divergiert. Die Konizität der Bohrung im Kopfstück 33B ist grösser als diejenige der Bohrung im Hauptteil 33A. Beide Bohrungen zusammen bilden eine nach aussen gerich tete Strömungsdüse. Die äussere Umfangspartie des Hauptteiles 33A weist vier gleichmässig verteilte axial laufende Nuten 37 auf. Am innenliegenden Ende des Teiles 33A sind vier radial gerichtete Nuten 39 als Verlängerungen der Nuten 37 angeordnet. Wenn die Teile der Strömungsdüse in der in Fig. 2 gezeichneten Weise zusammengebaut sind, bilden die Nuten 37 und 39 zusammen Kanäle, durch die Luft von der Aussenseite der Welle 3 in die Eintrittsöff nung der Strömungsdüse gelangen kann.
Wenn die Wellen 1 und 3 stillstehen und Kühl wasser durch den Rotor gepumpt wird, so fliesst dieses durch die Bohrungen 7 und 5 und kehrt durch die ringförmigen Kanäle 15 und 17 zur Kammer 21 zurück. Hierauf fliesst das Wasser von der Kammer 21 nach auswärts durch die sechs Kanäle 23 in die Kammer 29, von wo aus es durch die Abflussleitung 31 abfliesst. Wenn die Rotorwellen 1 und 3 umlaufen, läuft das Kühlwasser genau so um, wie vorher be schrieben.
Durch das Einwirken von Zentrifugalkräf- ten auf das Kühlwasser in einem der Kanäle 23 ent steht eine nach aussen anwachsende Druckdifferenz entlang dieses Kanals. In dem Falle, wo die vier Kanäle nicht mit Strömungsdüsen 33 versehen sind, wächst die Druckdifferenz mit der Umlaufgeschwin digkeit der Rotorwelle an und kann in der Kammer 21 eine Druckreduzierung hervorrufen. Somit besteht die Möglichkeit, dass Kavitationseffekte in der Kam mer 21 und in den Kanälen, die zu ihr führen, ent stehen.
Werden die Öffnungen 23 mit Strömungsdüsen ausgerüstet, so tritt der reduzierte Druck an der Mündung der Strömungsdüse auf, wodurch Luft durch die Nuten 37 und 39 in die Mündung der Strömungs düse einströmt. Die Luft wird durch das ausfliessende Wasser mitgerissen. Die, durch die sich nach aussen erweiternde Strömungsdüse abfliessende Flüssigkeits menge wird deshalb geringer, als wenn die Strömungs düse nur von Wasser beaufschlagt wäre, was zur Fol ge hat, dass die Druckdifferenz, die durch die Flüssig keit in der Düse erzeugt wird, kleiner wird. Steigt nun die Geschwindigkeit des Rotors weiter an, so steigt auch die Saugwirkung in der Kammer 21.
Die somit weiter reduzierte Druckdifferenz, wenn die Flüs sigkeitsmenge abnimmt, bewirkt in der Strömungsdüse 33 ein weiteres Nachlassen des Wasserablaufes und die Düse wirkt als Einlassöffnung für die Luft in die Kammer 21, um dort das Ausmass des Vakuums zu reduzieren.
Auf diese Weise kann die Gefahr der Kavitation und der darauf folgenden Erosion der Kanäle im Rotor reduziert oder ganz vermieden werden.
Arrangement for the cooling liquid outlet on rotors The invention relates to an arrangement for the cooling liquid outlet on rotors, in particular on such an arrangement on water-cooled rotors of turbo generators.
In the case of water-cooled rotors from Turbogenerato ren, it is advantageous to feed the cooling water axially through one shaft end to the rotor. This is already sufficiently known according to the state of the art. The cooling water then flows through channels or pipes in or on the rotor and is guided to a return chamber through radial or essentially radial slots in the rotor.
It was found that, due to the force of gravity acting on the water in the radial parts, when the rotor rotates, low pressure zones arise in the channels, which lead to the occurrence of cavitation phenomena that favor erosion.
The arrangement according to the invention, however, is characterized by a collecting chamber in or on the rotor for receiving the cooling liquid to be diverted, openings leading from the collecting chamber to the outside for diverting cooling liquid when the rotor is stationary into a collecting chamber which surrounds the rotor and does not run with it , and a flow nozzle, which is placed in one of the openings through which the liquid flows, the inlet opening of the flow nozzle having channels that are connected to a gas source, so that gas enters the mouth of the flow nozzle when the rotor is rotating which leads to a reduction in the amount of liquid exiting through the nozzle, and, provided that the speed of the rotor is high enough,
in order to generate a negative pressure in the collecting chamber which prevents the liquid from escaping completely, the flow nozzle then serving as a gas inlet to the collecting chamber and thus reducing the size of the negative pressure in the same.
The invention is illustrated in the accompanying drawings using a Ausführungsbei.
1 shows a section through part of the end of a rotor shaft of a turbo generator and through part of an auxiliary shaft which is fastened coaxially to the former; Figure 2 is a radial section along the line H-11 of Figure 1; Fig. 3 is a side view of a partially broken flow nozzle as shown in Fig. 1; 4 shows a partial section in the radial direction along the line IV-IV according to FIG. 2;
According to Fig. 1 sits on the end of a turbine shaft 1 coaxially to a stainless steel auxiliary shaft 3. Both shafts have coaxial bores 5 and 7 through which the cooling liquid z. B. cooling water can flow in a direction according to arrow 9. The cooling water flows through channels and pipelines in and on the rotor of the turbo generator to cool the rotor in this way and the shaft 1 and the adjacent part of the auxiliary shaft 3 have annular channels 15 and 17 through which the cooling water flows in the direction of arrow 19 can.
The auxiliary shaft 3 has an annular chamber 21 in which the annular channel 17 ends. Six radial openings 23 lead from this chamber to the periphery of the shaft 3 and end there. An annular part 27, which is fastened to the shaft 3 and rotates with it, has bores 25 corresponding to the openings 23. The part 27 carries cylindrical protruding rings which are coaxial with the shaft 3 and which cooperate with rings which from stand on the inside of an annular chamber 29, in turn also surround the shaft 3 and together with the first-mentioned rings form a labyrinth seal.
The lower end of the chamber 29 carries a drain line 31.
Two opposing openings 23 running radially outward are provided with flow nozzles 33. Each of these two openings 23 has a thread along its entire length. The flow nozzle 33 is enclosed by a main part 33A, as shown in FIG. 3, which has a thread on the outside and is screwed into the openings 23. The flow nozzle 33 carries a head 33'B which carries an inner flange portion 35 which is provided with a thread. The head is fastened to the main part 33A by means of the thread. The head lies in the chamber 21. The main part 33A carries a bore of circular cross-section which converges in the direction of the turbine shaft axis.
The head piece 33B contains a circular bore which diverges inwardly against the turbine shaft. The conicity of the bore in the head piece 33B is greater than that of the bore in the main part 33A. Both holes together form an outwardly directed flow nozzle. The outer peripheral part of the main part 33A has four evenly distributed axially running grooves 37. At the inner end of the part 33A four radially directed grooves 39 are arranged as extensions of the grooves 37. When the parts of the flow nozzle are assembled in the manner shown in FIG. 2, the grooves 37 and 39 together form channels through which air can pass from the outside of the shaft 3 into the inlet opening of the flow nozzle.
When the shafts 1 and 3 stand still and cooling water is pumped through the rotor, it flows through the bores 7 and 5 and returns to the chamber 21 through the annular channels 15 and 17. The water then flows outward from the chamber 21 through the six channels 23 into the chamber 29, from where it flows off through the drainage line 31. When the rotor shafts 1 and 3 rotate, the cooling water circulates exactly as previously described be.
The action of centrifugal forces on the cooling water in one of the channels 23 creates an outwardly increasing pressure difference along this channel. In the case where the four channels are not provided with flow nozzles 33, the pressure difference increases with the Umlaufgeschwin speed of the rotor shaft and can cause a pressure reduction in the chamber 21. There is thus the possibility that cavitation effects will arise in the chamber 21 and in the channels that lead to it.
If the openings 23 are equipped with flow nozzles, the reduced pressure occurs at the mouth of the flow nozzle, whereby air flows through the grooves 37 and 39 into the mouth of the flow nozzle. The air is carried away by the flowing water. The amount of liquid flowing out through the outwardly widening flow nozzle is therefore smaller than if the flow nozzle were only exposed to water, which has the consequence that the pressure difference that is generated by the liquid in the nozzle becomes smaller . If the speed of the rotor now increases further, the suction effect in the chamber 21 also increases.
The pressure difference thus further reduced when the amount of liquid decreases, causes a further decrease in the flow of water in the flow nozzle 33 and the nozzle acts as an inlet opening for the air into the chamber 21 in order to reduce the extent of the vacuum there.
In this way, the risk of cavitation and the subsequent erosion of the channels in the rotor can be reduced or avoided entirely.