Elektrische Maschine vertikaler Bauart mit Betongehäuse Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschi nen vertikaler Bauart mit einem ringförmigen, ge schlossenen Mantel aus Beton und Verstrebungsstäben zwischen dem Betonmantel und dem Ständerblechpaket.
Beim Betrieb derartiger Maschinen, insbesondere Wasserkraftgeneratoren, können erhebliche, tangential und radial gerichtete Kräfte .auftreten, die vom Funda ment oder dem mit diesem verbundenen Gehäuse auf genommen werden müssen. Derartige Kräfte werden beispielsweise durch Erwärmung, durch das Drehmo ment oder den magnetischen Fluss beim Betrieb der Maschine verursacht.
Nach einem nichtvorveröffentlichten Vorschlag sol len die Verstrebungen zwischen dem Ständerblechpaket und dem Betongehäuse aus fachwerkartig angeordneten Spannschrauben bestehen, deren gehäuseseitige Knoten punkte mit Hilfe von Stellschrauben im Beton ver ankert sind. Bei dieser Anordnung können ein den fach werkartigen Verstrebungen infolge von tangentialen Kräften Zug- und Druckspannungen auftreten, so dass auf die Stellschrauben radial nach aussen gerichtete Kräfte, Schub- und eventuell auch Biegekräfte, aus geübt werden können.
Radial nach aussen wirkende Kräfte wirken sich im Beton als für @diesen schädliche, tangential gerichtete Zugspannungen aus. Die Stell schrauben für die Verankerung der Fachwerkverstre- bungen im Beton sind in Stahlrohren geführt. Für die Einbringung der Stahlrohre vor dem Betonieren oder nach dem Betonieren in dafür vorgesehene Aussparun gen und für ihre Fixierung ist daher eine hohe Mass genauigkeit erforderlich, die mit wirtschaftlichen Mitteln kaum einzuhalten ist.
Die von den fachwerkartigen Verstrebungen auf die Stellschrauben übertragenen tan- gentialen Kräfte wirken über die Stahlrohre vorwiegend auf die innere Randzone des Betongehäuses und führen dort zu örtlich hohen und damit .schädlichen Bean spruchungen des Betons.
Damit während des Betriebes der Maschine das Betongehäuse im wesentlichen nur auf Druck und das Ständerblechpaket im wesentlichen nur auf Zug be ansprucht sind, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass der Betonmantel durch die gleichmässig über den Umfang des Ständerblechpaketes. verteilten und unter Zugspannung stehenden Verstrebungsstäbe in Verbin dung mit dem Ständerblechpaket ohne Verbund vor gespannt und durch die Verstrebungsstäbe auf Abstand zum Blechpaket gehalten ist.
Mit besonderem Vorteil bilden die Achsen der Stäbe Tangenten an die Mantel fläche eines fiktiven, zum Ständerblechpaket koaxialen Zylinders, dessen Durchmesser kleiner als der Aussen durchmesser des Ständerblechpaketes äst. Dabei sind die Stäbe beispielsweise so angeordnet, dass jeder Stab mindestens einen anderen Stab kreuzt. Da jeder ein zelne Verstrebungsstab im Beton oder auf der Aussen seite des Betons unter Vorspannung verankert ist, kön nen die Verstrebungsstäbe nur auf Zug beansprucht werden.
Auf diese Weise entsteht ein Eigenspannungs- zustand, der das Betongehäuse als geschlossenes Druck gewölbe und das Ständerblechpaket statisch als Zug ring wirken lässt. Die auf der Aussenseite des Beton gehäuses verankerten Stäbe können im Inneren von Hüllrohren mit im Verhältnis zum Durchmesser der Stäbe grosser lichter Weite frei verlegt werden, so dass der Spielraum Richtungsabweichungen der Stäbe zu lässt. Zur Vergrösserung des Spielraumes können die die Verstrebungsstäbe aufnehmenden Hohlräume bzw.
die. Hüllrohre, die als verlorene Schalung in den Beton ring einbetoniert sein können, derart konisch ausgebil det sein, dass die grössere Öffnung des Konus dem Blechpaket zugewandt ist. Durch diese Erweiterung wird die mechanische Festigkeit des Betonringes nicht nennenswert herabgesetzt. Der Durchmesser der dem Blechpaket zugewandten Öffnungen der Hohlräume bzw. Hüllrohre kann ein mehrfaches, beispielsweise das 2-3fache des Durchmessers der Verstrebungen betra gen.
Die Verstrebungen können sich dann verschieben, ohne dass sie mit dem Betonring in Berührung kommen. Das ist wesentlich, weil die Einhaltung der im Elektro- maschinenbau üblichen Toleranzgrenzen bei der Her stellung von Betonringen .schwierig ist. Da zur Befesti gung des Blechpaketes im allgemeinen mehrere über einander angeordnete Verstrebungen .erforderlich sind, ist es vorteilhaft, die Hohlräume nicht mit kreisförmi gem, sondern mit eliptischem, sich erweiterndem Quer schnitt auszuführen.
Zur Verankerung der Stäbe an der Aussenseite des Betongehäues können beispielsweise glockenförmige Ankerkörper verwendet werden, die von vornherein einbetoniert werden. Diese Ankerkörper stellen dann die einzige kraftschlüssige Verbindung mit dem Beton gehäuse her, so dass :ein nachträgliches Verpressen mit Zementmörtel nicht notwendig ist. Die Enden der Ver- strebungsstäbe können in mehreren zueinander paralle len Schichten oder Lagen im Beton verankert sein und ebenso .in entsprechenden, zueinander parallelen Höhen lagen am Ständerblechpaket angreifen.
Natürlich kön nen die Verstrebungsstäbe auch radial angeordnet sein, so dass die Achsen der Stäbe sich lagenweise in einem Punkt der Maschinenachse schneiden. Da die Stäbe in diesem Falle jedoch nur radiale Kräfte aufnehmen kön nen, muss wenigstens eine der das Blechpaket zusam menhaltenden Druckplatten im Fundament oder im Betongehäuse, das normalerweise mit dem Fundament eine Einheit bildet, verankert sein. Zur Befestigung .der Stäbe sind beispielsweise an beiden Enden Gewinde aufgewalzt.
Zur Einleitung von Zugspannungen in die Ver- strebungsstäbe werden zweckmässigerweise mehrere über den Umfang des Betongehäuses gleichmässig verteilte hydraulische Einrichtungen, gegebenenfalls schrittweise nacheinander, mit einer entsprechenden Anzahl von Ver- strebungsstäben kraftschlüssig verbunden. Dabei werden die hydraulischen Einrichtungen von einer Stelle aus gesteuert und gleichzeitig und gleichmässig, gegebenen falls unter Verwendung von Prozessrechnern, betätigt.
Anhand von in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen sind: Fig. 1 ein axialer Teilschnitt durch den Ständer einer elektrischen Maschine vertikaler Bauart und das.
diesen umgebende Betongehäuse, Fig. 2 ein Teilquerschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 ein axialer Teilschnitt wie in Fig. 1, jedoch mit anderer Anordnung der Verstrebungsstäbe, Fig. 4 ein Teilquerschnitt durch die Anordnung nach Fig. 3, Fig. 5 und 6 Einzelheiten der Anordnungen nach Fig. 2 und 4 in grösserem Massstab.
In Fig. 1 und 2 sind ein Ständer 1 einer elektrischen Maschine vertikaler Bauart und ein diese Maschine umgebendes Betongehäuse, das aus einer ringförmigen Betonwand 2 und einem Fundament 3 besteht, schema tisch dargestellt. Das Ständerblechpaket 1 wird durch Druckplatten 4, 5 zusammengehalten und ist mit Hilfe einer Tragkonstruktion 6 auf dem Fundament 3 ab gestützt. Das Ständerblechpaket ist, beispielsweise lagen weise, durchgehend geschichtet.
Die Verbindung des Ständerblechpaketes mit der Betonwand 2 ist durch speichenartig angeordnete Spannstäbe 7, 8 hergestellt, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel derart, dass die über die ständerseitigen Enden verlängerten Achsen der Spannstäbe 7 und 8 jeweils Tangenten an die Mantel fläche eines gedachten Zylinders sind, dessen Durch- messer kleiner als der Aussendurchmesser des Ständer blechpaketes ist.
Die Spannstäbe 7 sind beispielsweise in zwei verschiedenen Höhenlagen und die zugeordne ten Spannstäbe 8 jeweils in geringem Abstand zu diesen angeordnet, so dass sich die Mantelfläche der Stäbe im Höchstfalle gerade berühren. Nach Fig. 2 sind je ein Spannstab 7 und je ein Spannstab 8 an einem Punkt des Ständerblechpaketes befestigt und die Befestigungs punkte liegen so dicht beieinander, dass jeder Stab 7 vier Stäbe 8 und umgekehrt jeder Stab 8 vier Stäbe 7 kreuzt. Die in der Betonwand 2 verlaufenden Abschnitte der Spannstäbe liegen ohne Verbund im Beton, d. h.
sie laufen, abgesehen von der Verankerung, frei im Beton und sind beispielsweise .in Hüllrohren 9 geführt, deren lichte Weite erheblich grösser als der Durchmesser der Spannstäbe ist. Auf diese Weise haben die Spann stäbe in den Hüllrohren genügend Spielraum, und die Hüllrohre 9 können ohne hohe Anforderung an die Massgenauigkeit bei der Herstellung der Betonwand in diese eingebettet werden.
Ferner können bei der Her stellung der Betonwand zur Verankerung der Spann stäbe 7 und 8 beispielsweise glockenförmige Anker körper 10 einbetoniert werden. Zweckmässigerweise sind je zwei Ankerkörper für einen Spannstab 7 und den benachbarten Spannstab 8 in einer im Beton vor gesehenen Aussparung 12 angeordnet. Die Enden der Spannstäbe 7 und 8 können beispielsweise mit auf gewalzten Gewinden versehen sein, auf die Muttern 11 aufgeschraubt werden können.
Zur Verbindung des Ständerblechpaketes mit der Betonwand, die beispiels weise aus Spannbeton hergestellt ist, werden die Spann stäbe 7 und 8 durch die Hüllrohre eingefädelt, am Ständerblechpaket befestigt, mit hydraulischen Einrich tungen unter Spannung gesetzt und schliesslich durch die Muttern 11 festgelegt. Für die in Fig. 2 dargestellte Art der Verstrebung werden mindestens vier hydrau lische Einrichtungen, und zwar je zwei auf radial gegen überliegenden Seiten des Gehäuses, benötigt.
Wenn die Aussenseite der Betonwand nicht zugäng lich ist, dann werden die Spannstäbe einschliesslich auf gesetzter Mutter und einschliesslich des auf den Spann stab aufgeschobenen Ankerkörpers und Hüllrohres bei der Herstellung der Ringwand :einbetoniert. Dabei ist oberhalb des Ankerkörpers ein kleiner Hohlraum vor zusehen, in dem sich das mit der Mutter versehene Ende der Spannstäbe frei bewegen kann. Infolge der Hüllrohre können die Anforderungen an die Genauig keit der Ausrichtung ohne Schwierigkeiten eingehalten werden.
Bei dieser Ausführung werden die Verstre- bungsstäbe, nachdem sie mit Hilfe von hydraulischen Einrichtungen unter Vorspannung gesetzt sind, am Stän- derblechpaket befestigt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Soweit die Teile mit denen in den Fig. 1 und 2 übereinstimmen, sind gleiche Bezugszeichen verwendet. In diesem Ausfüh rungsbeispiel sind Spannstäbe 13 verwendet, die in zwei verschiedenen Höhenlagen angeordnet sind und radial verlaufen, d. h. sie schneiden sich lagenweise in je einem Punkt der Maschinenwelle. Anstelle der glocken förmigen Ankerkörper nach den Fig. 1 und 2 sind hier im wesentlichen scheibenförmige Ankerkörper 14 verwendet. Bei diesem Ausführunsbeispiel können die Spannstäbe nur die radialen Zugkräfte aufnehmen.
Tangentiale Kräfte werden in diesem Falle über die Tragkonstruktion 6 oder über den Tragstern 15 auf das Fundament übertragen und von diesem aufgenom men.
Der in Fig. 5 in vergrössertem Massstab dargestellte Ausschnitt lässt die Durchführung der Verstrebungs- stäbe durch das Betongehäuse deutlicher erkennen. An die Aussparungen 12 schliessen sich schräggestellte zy lindrische Hohlräume an, durch welche die Stäbe 7, 8 geführt sind. Das eine Ende der Stäbe ist am Rücken des Blechpaketes 1 befestigt, während das andere Ende dieser Stäbe von den Ankerkörpern 10 gehalten werden.
Die zur Aufnahme der Stäbe 7, 8 dienenden Hohl räume sind beispielsweise .durch Hüllrohre 6 gebildet, die als verlorene Schalung in das Betongehäue 2 ein gebettet sind.
Nach Fig. 6 sind die Hüllrohre 6a bzw. die ent sprechenden Hohlräume im Betonring konisch aus gebildet und erweitern sich in Richtung auf das Blech paket 1. Der Durchmesser der Austrittsöffnung beträgt ein vielfaches vom Durchmesser der Verstrebungen 7, B. Damit die Verstrebungen ihre Lage ohne Biege beanspruchungen beliebig ändern können, wird ihre Auflage auf den Ankerkörpern zweckmässigerweise kugelig, ballig oder schneidenförmig gestaltet.
Durch die in die Verstrebungsstäbe eingeleitete Vor spannung, für die ein möglichst hoher Wert anzustreben ist, wirken Gehäuse und Blechpaket wie eine Einheit und sind daher wegen der hohen Eigenfrequenz un empfindlich gegenüber allen praktisch auftretenden Schwingungen. Die Verstrebungsstäbe und das Ständer blechpaket werden nur auf Zug, der Betonring nur auf Druck beansprucht.