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DE102019103979A1 - Hydroelectric machine with a shaft standstill seal and method for leak testing - Google Patents

Hydroelectric machine with a shaft standstill seal and method for leak testing Download PDF

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Voith Patent GmbH
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Abstract

Wasserkraftmaschine umfassend ein Laufrad (1), eine Welle (2), eine Wellendichtung (3) und eine Stillstands-Dichtung (4), wobei die Stillstands-Dichtung (4) als radial wirkende elastische Manschette ausgeführt, wobei die Wasserkraftmaschine ferner ein Manometer (5) zur Überwachung des Druckes in der Stillstands-Dichtung (4), eine Quelle (6) für ein Druckmedium und eine Ventilanordnung (7) umfasst, wobei die Ventilanordnung (7) wenigstens zwei Schaltzustände einnehmen kann, wobei im ersten Schaltzustand die Quelle (6) verschlossen und die Stillstands-Dichtung (4) mit der Atmosphäre verbunden ist, und im zweiten Schaltzustand die Quelle (6) mit der Stillstands-Dichtung (4) verbunden ist, wobei die Ventilanordnung (7) einen dritten Schaltzustand einnehmen kann, wobei die Quelle (6) verschlossen und die Stillstands-Dichtung (4) von der Atmosphäre abgetrennt ist.Hydropower machine comprising an impeller (1), a shaft (2), a shaft seal (3) and a standstill seal (4), the standstill seal (4) being designed as a radially acting elastic sleeve, the hydropower machine further comprising a manometer ( 5) for monitoring the pressure in the standstill seal (4), a source (6) for a pressure medium and a valve arrangement (7), wherein the valve arrangement (7) can assume at least two switching states, the source (6) 6) is closed and the standstill seal (4) is connected to the atmosphere, and in the second switching state the source (6) is connected to the standstill seal (4), the valve arrangement (7) being able to assume a third switching state, whereby the source (6) is closed and the standstill seal (4) is separated from the atmosphere.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftmaschine mit einer Wellen-Stillstands-Dichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Dichtigkeit dieser Stillstands-Dichtung.The present invention relates to a hydropower machine with a shaft standstill seal and a method for testing the tightness of this standstill seal.

Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Wasserkraftmaschinen bekannt. Die DE 34 40 635 A1 offenbart eine Wasserkraftmaschine mit einem Laufrad, einer Welle, einer Wellendichtung und einer Stillstands-Dichtung. Die Stillstands-Dichtung ist als radial wirkende elastische Manschette ausgeführt, welche mit einem Druckmedium beaufschlagt die Welle abdichtet, so dass eine nachgeordnete Wellendichtung zu Wartungszwecken zugänglich wird.Generic hydropower machines are known from the prior art. The DE 34 40 635 A1 discloses a hydropower machine with an impeller, a shaft, a shaft seal and a standstill seal. The standstill seal is designed as a radially acting elastic sleeve, which acts upon the pressure medium with a pressure medium and seals the shaft, so that a downstream shaft seal is accessible for maintenance purposes.

Da die Wellendichtung von Wasserkraftmaschinen nur selten gewartet werden muss, kann es vorkommen, dass sich bei der Wartung herausstellt, dass die Stillstands-Dichtung versagt, weil die Dichtmanschette das Druckmedium nicht hält und dadurch die benötigte Dichtwirkung nicht mehr erzielt werden kann. Das kann zu einer gefährlichen Situation führen, bei der das gesamte Kraftwerk geflutet werden kann. Daher wäre es äußerst wünschenswert, wenn die Dichtigkeit einer solchen Stillstands-Dichtung vor einer Wartung der Wellendichtung geprüft werden könnte. Bei den bekannten Wasserkraftmaschinen mit Dichtmanschette ist dies jedoch praktisch nicht möglich, da dies nur nach dem Ausbau der Wellendichtung möglich wäre - nur so ist die Stillstands-Dichtung zugänglich.Since the shaft seal of hydropower machines rarely needs to be serviced, it may happen that the standstill seal fails during maintenance because the sealing sleeve does not hold the pressure medium and the required sealing effect can no longer be achieved. This can lead to a dangerous situation in which the entire power plant can be flooded. It would therefore be extremely desirable if the tightness of such a standstill seal could be checked before maintenance of the shaft seal. In the known hydropower machines with a sealing sleeve, however, this is practically not possible, since this would only be possible after the shaft seal had been removed - this is the only way to access the standstill seal.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Wasserkraftmaschine mit einer solchen Stillstands-Dichtung anzugeben, bei der eine Dichtigkeitsprüfung der Dichtmanschette ohne Ausbau der Wellendichtung möglich ist.The inventor has set himself the task of specifying a hydropower machine with such a standstill seal, in which a leak test of the sealing sleeve is possible without removing the shaft seal.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Wasserkraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen. Die Dichtigkeitsprüfung erfolgt gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruches.The task is solved by a hydropower machine with the features of the independent device claim. Advantageous embodiments result from the dependent claims dependent thereon. The leak test is carried out according to the independent process claim.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

  • 1 Gattungsgemäße Wasserkraftmaschine;
  • 2 Erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine;
  • 3 Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Dichtigkeitsprüfung.
The solution according to the invention is explained below with reference to figures. The following is shown in detail:
  • 1 Generic hydroelectric machine;
  • 2nd Hydroelectric machine according to the invention;
  • 3rd Flow chart of the leak test procedure.

1 zeigt in sehr schematischer Darstellung eine Wasserkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik. Die Wasserkraftmaschine umfasst ein Laufrad, welches mit 1 bezeichnet ist, eine Welle, welche mit 2 bezeichnet ist, eine Wellendichtung welche mit 3 bezeichnet ist und eine Stillstands-Dichtung, welche mit 4 bezeichnet ist. Die Stillstands-Dichtung 4 ist als radial wirkende elastische Manschette ausgeführt, welche mit einen Druckmedium beaufschlagt werden kann, um die Welle 2 abzudichten, damit die Wellendichtung 3 gewartet werden kann. Die Wasserkraftmaschine umfasst ferner ein Manometer zur Überwachung des Druckes in der Stillstands-Dichtung 4, welches mit 5 bezeichnet ist, und eine Quelle für das Druckmedium, welche mit 6 bezeichnet ist. Es ist klar, dass das Manometer 5 mit der Stillstands-Dichtung 4 verbunden ist. Als Druckmedium wird häufig Druckluft verwendet, jedoch können auch andere Medien verwendet werden. Die Wasserkraftmaschine umfasst weiter eine Ventilanordnung, welche mit 7 bezeichnet ist und zwei Schaltzustände einnehmen kann. Im ersten Schaltzustand ist die Quelle 6 verschlossen und die Stillstands-Dichtung 4 mit der Atmosphäre verbunden. Wird ein flüssiges Druckmedium verwendet, dann ist ein Auffangbehälter vorzusehen, in dem das ausströmende Druckmedium gesammelt werden kann, wenn die Stillstands-Dichtung 4 mit der Atmosphäre verbunden ist. Im zweiten Schaltzustand wird die Quelle 6 mit der Stillstands-Dichtung 4 verbunden. Die Ventilanordnung 7 umfasst selbstreden alle dazu notwendigen Verbindungen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die genannte Funktionalität mit einem 3/2-Wegeventil realisiert, welches sich in 1 im ersten Schaltzustand befindet. Die genannte Funktionalität kann dabei natürlich auch mit anderen Elementen realisiert werden, wie dem Fachmann ohne weiteres geläufig ist. Dabei ist der erste Schaltzustand, der Zustand der während dem Betrieb der Wasserkraftmaschine eingenommen wird, bei dem die Stillstands-Dichtung 4 die Welle 2 nicht abdichtet. Der zweite Schaltzustand darf nur bei stehender Welle eingenommen werden, bei dem die Stillstands-Dichtung 4 die Welle 2 abdichtet. Ein Anlegen der Stillstands-Dichtung 4 bei drehender Welle 2 würde zu einer Beschädigung der Stillstands-Dichtung 4 führen. Dies geschieht sogar bei einer ganz langsamen Drehung der Welle 2 („Wellenkriechen). 1 shows a very schematic representation of a hydropower machine according to the prior art. The hydropower machine includes an impeller, which with 1 is designated, a wave, which with 2nd is designated, a shaft seal which with 3rd is designated and a standstill seal, which with 4th is designated. The standstill seal 4th is designed as a radially acting elastic sleeve, which can be pressurized with a pressure medium around the shaft 2nd seal so the shaft seal 3rd can be serviced. The hydropower machine also includes a manometer for monitoring the pressure in the standstill seal 4th , which with 5 is designated, and a source for the print medium, which with 6 is designated. It is clear that the manometer 5 with the standstill seal 4th connected is. Compressed air is often used as the pressure medium, but other media can also be used. The hydropower machine further comprises a valve arrangement, which with 7 is designated and can assume two switching states. The source is in the first switching state 6 closed and the standstill seal 4th associated with the atmosphere. If a liquid pressure medium is used, a collection container must be provided in which the outflowing pressure medium can be collected when the standstill seal 4th associated with the atmosphere. In the second switching state, the source 6 with the standstill seal 4th connected. The valve assembly 7 includes of course all necessary connections. In the in 1 In the embodiment shown, the functionality mentioned is implemented with a 3/2-way valve, which can be found in 1 is in the first switching state. The functionality mentioned can of course also be implemented with other elements, as is readily known to the person skilled in the art. The first switching state, the state that is assumed during the operation of the hydropower machine, is the standstill seal 4th the wave 2nd does not seal. The second switching state may only be assumed when the shaft is stationary, with the standstill seal 4th the wave 2nd seals. Applying the standstill seal 4th with rotating shaft 2nd would damage the standstill seal 4th to lead. This happens even when the shaft rotates very slowly 2nd ("Wave crawling).

Im ersten Schaltzustand ist die Stillstands-Dichtung 4 entspannt und dichtet die Welle 2 nicht ab. Im zweiten Schaltzustand fließt Druckmedium in die Stillstands-Dichtung, welche sich dadurch aufbläht und sich dichtend an die Welle 4 anpresst.The standstill seal is in the first switching state 4th relaxes and seals the shaft 2nd not starting. In the second switching state, pressure medium flows into the standstill seal, which inflates and seals against the shaft 4th pressed.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine. Der Erfinder hat erkannt, dass sich durch die Hinzunahme eines Absperrventils wie in 2 dargestellt, eine Dichtigkeitsprüfung der Stillstands-Dichtung 4 durchführen lässt. Dabei ist das 3/2-Wegeventil mit der Stillstands-Dichtung 4, der Quelle 6 und dem Absperrventil verbunden, und das Absperrventil mit und der Atmosphäre verbunden. Die Ventilanordnung 7 kann nun noch einen zusätzlichen dritten Schaltzustand einnehmen, bei dem die Quelle 6 verschlossen und die Stillstands-Dichtung 4 von der Atmosphäre abgetrennt ist. In der Ausführungsform gemäß 2 muss dazu im ersten Schaltzustand das Absperrventil geöffnet und im dritten Schaltzustand geschlossen sein. Im zweiten Schaltzustand spielt der Zustand des Absperrventils keine Rolle. Dem Fachmann sind dabei ohne weiteres andere von 2 abweichende Ausführungsformen geläufig, durch die, die beschriebene Funktionalität der drei Schaltzustände realisiert werden kann, z.B. durch die Verwendung eines geeigneten 3/3-Wegeventils oder durch eine Anordnung des Absperrventils zwischen dem in 2 dargestellten 3/2-Wegeventils und der Abzweigung zum Manometer 5. Die in 2 dargestellte Ausführungsform hat dabei den Vorteil, dass auf diese Weise bestehende Anlagen ohne großen Aufwand nachgerüstet werden können. 2nd shows a water power machine according to the invention. The inventor has recognized that adding a shut-off valve as in 2nd shown, a leak test of the standstill seal 4th can be carried out. It is 3/2-way valve with the standstill seal 4th , the source 6 and the shutoff valve, and the shutoff valve connected to and the atmosphere. The valve assembly 7 can now assume an additional third switching state in which the source 6 closed and the standstill seal 4th is separated from the atmosphere. In the embodiment according to 2nd To do this, the shut-off valve must be open in the first switching state and closed in the third switching state. In the second switching state, the status of the shut-off valve is irrelevant. The person skilled in the art is readily aware of other 2nd deviating embodiments are familiar, by means of which the described functionality of the three switching states can be realized, for example by using a suitable 3/3-way valve or by arranging the shut-off valve between the in 2nd shown 3/2-way valve and the branch to the manometer 5 . In the 2nd The embodiment shown has the advantage that existing systems can be retrofitted in this way without great effort.

3 zeigt das Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung der Dichtigkeit einer solchen Stillstands-Dichtung 4. Das Verfahren umfasst drei Schritte, welche mit V1, V und V3 bezeichnet sind und welche sukzessive durchgeführt werden. Im ersten Schritt V1 wird die Welle 2 der Wasserkraftmaschine stillgesetzt. Im zweiten Schritt V2 wird die Ventilanordnung 7 in den zweiten Schaltzustand versetzt. Dabei fließt Druckmedium in die Stillstands-Dichtung 4, welche dadurch aufgebläht wird und sich dichtend an die Welle 2 anpresst. Dabei steigt der mit dem Manometer 5 gemessene Druck an. Der zweite Schaltzustand der Ventilanordnung 7 wird so lange beibehalten, bis der mit dem Manometer 5 gemessene Druck einen vordefinierten Wert überschreitet. Im dritten Schritt V3 wird die Ventilanordnung 7 in den dritten Schaltzustand versetzt. Danach wird zunächst ein erstes vordefiniertes Zeitintervall abgewartet. Dieses erste Zeitintervall dient dem thermischen Ausgleich zwischen dem Druckmedium in der Stillstands-Dichtung 4 und dem die Stillstands-Dichtung 4 umgebenden Wasser. Dadurch kommt es zu einem Druckabfall, der am Manometer 5 ablesbar ist. Danach wird der von dem Manometer 5 gemessene Druck über ein zweites vordefiniertes Zeitintervall beobachtet. Aus den abgelesenen Werten kann eine Leckage-Rate bestimmt werden. 3rd shows the flow chart for the method according to the invention for testing the tightness of such a standstill seal 4th . The process consists of three steps, which include V1 , V and V3 and which are carried out successively. In the first step V1 becomes the wave 2nd the hydropower stopped. At the second step V2 becomes the valve assembly 7 in the second switching state. Pressure medium flows into the standstill seal 4th , which is inflated and seals against the shaft 2nd pressed. This increases with the manometer 5 measured pressure. The second switching state of the valve arrangement 7 is maintained until the manometer 5 measured pressure exceeds a predefined value. In the third step V3 becomes the valve assembly 7 in the third switching state. After that, a first predefined time interval is initially waited for. This first time interval is used for thermal compensation between the pressure medium in the standstill seal 4th and the standstill seal 4th surrounding water. This leads to a pressure drop on the manometer 5 is readable. Then the manometer 5 measured pressure observed over a second predefined time interval. A leakage rate can be determined from the read values.

Wenn die so bestimmte Leckage-Rate einen vordefinierten Wert nicht überschreitet, dann besitzt die Stillstands-Dichtung 4 eine hinreichend hohe Dichtigkeit, und eine Wartung der Wellendichtung 3 kann ohne erhöhtes Risiko durchgeführt werden.If the leakage rate determined in this way does not exceed a predefined value, then the standstill seal has 4th a sufficiently high level of tightness, and maintenance of the shaft seal 3rd can be done without increased risk.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 3440635 A1 [0002]DE 3440635 A1 [0002]

Claims (3)

Wasserkraftmaschine umfassend ein Laufrad (1), eine Welle (2), eine Wellendichtung (3) und eine Stillstands-Dichtung (4), wobei die Stillstands-Dichtung (4) als radial wirkende elastische Manschette ausgeführt, wobei die Wasserkraftmaschine ferner ein Manometer (5) zur Überwachung des Druckes in der Stillstands-Dichtung (4), eine Quelle (6) für ein Druckmedium und eine Ventilanordnung (7) umfasst, wobei die Ventilanordnung (7) wenigstens zwei Schaltzustände einnehmen kann, wobei im ersten Schaltzustand die Quelle (6) verschlossen und die Stillstands-Dichtung (4) mit der Atmosphäre verbunden ist, und im zweiten Schaltzustand die Quelle (6) mit der Stillstands-Dichtung (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (7) einen dritten Schaltzustand einnehmen kann, wobei die Quelle (6) verschlossen und die Stillstands-Dichtung (4) von der Atmosphäre abgetrennt ist.Hydropower machine comprising an impeller (1), a shaft (2), a shaft seal (3) and a standstill seal (4), the standstill seal (4) being designed as a radially acting elastic sleeve, the hydropower machine further comprising a manometer ( 5) for monitoring the pressure in the standstill seal (4), a source (6) for a pressure medium and a valve arrangement (7), wherein the valve arrangement (7) can assume at least two switching states, the source (6) 6) is closed and the standstill seal (4) is connected to the atmosphere, and in the second switching state the source (6) is connected to the standstill seal (4), characterized in that the valve arrangement (7) assume a third switching state can, the source (6) is closed and the standstill seal (4) is separated from the atmosphere. Wasserkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung (7) ein 3/2-Wegeventil und ein Absperrventil umfasst, wobei das 3/2-Wegeventil mit der Stillstands-Dichtung (4), der Quelle (6) und dem Absperrventil verbunden ist, und das Absperrventil mit der Atmosphäre verbunden ist.Hydropower machine after Claim 1 , wherein the valve arrangement (7) comprises a 3/2-way valve and a shut-off valve, the 3/2-way valve being connected to the standstill seal (4), the source (6) and the shut-off valve, and the shut-off valve to the Atmosphere. Verfahren zur Prüfung der Dichtigkeit einer Stillstands-Dichtung (4) einer Wasserkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren drei Schritte (V1, V2, V3) umfasst, welche sukzessive ausgeführt werden, wobei im ersten Schritt (V1) die Welle (2) der Wasserkraftmaschine stillgesetzt wird, und im zweiten Schritt (V2) die Ventilanordnung (7) solange in den zweiten Schaltzustand versetzt wird, bis der vom Manometer (5) gemessene Druck einen vordefinierten Wert überschreitet, und im dritten Schritt (V3) die Ventilanordnung (7) in den dritten Schaltzustand versetzt wird, wobei zunächst ein erstes vordefiniertes Zeitintervall abgewartet wird, um eine Thermalisierung zu ermöglichen, und danach der vom Manometer (5) gemessene Druck über ein zweites vordefiniertes Zeitintervall beobachtet wird, wobei aus den abgelesenen Druckwerten eine Leckage-Rate bestimmt wird.Method for testing the tightness of a standstill seal (4) of a hydropower machine according to one of the preceding claims, the method comprising three steps (V1, V2, V3), which are carried out successively, the shaft (2 ) the hydropower machine is stopped, and in the second step (V2) the valve arrangement (7) is placed in the second switching state until the pressure measured by the pressure gauge (5) exceeds a predefined value, and in the third step (V3) the valve arrangement ( 7) is switched to the third switching state, first waiting for a first predefined time interval in order to enable thermalization, and then the pressure measured by the pressure gauge (5) is observed over a second predefined time interval, with a leakage from the pressure values read. Rate is determined.
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