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.
Electric machine of vertical design with concrete housing The invention relates to electrical Maschi NEN vertical design with an annular, ge closed shell made of concrete and bracing rods between the concrete shell and the stator core.
During the operation of such machines, especially water power generators, considerable tangential and radial forces can occur, which have to be absorbed by the foundation or the housing connected to it. Such forces are caused, for example, by heating, by the torque or the magnetic flux when the machine is operating.
According to a non-prior-published proposal, the struts between the stator core and the concrete housing are made of lattice-like clamping screws, the housing-side nodes of which are anchored ver with the help of adjusting screws in the concrete. With this arrangement, tensile and compressive stresses can occur as a result of tangential forces, so that forces, thrust and possibly also bending forces directed radially outwards can be exerted on the adjusting screws.
Forces acting radially outwards act as tangentially directed tensile stresses in concrete that are harmful to the concrete. The adjusting screws for anchoring the framework struts in the concrete are guided in steel tubes. For the introduction of the steel pipes before concreting or after concreting in the intended Aussparun conditions and for their fixation, a high degree of accuracy is therefore required, which can hardly be maintained with economic means.
The tangential forces transmitted from the truss-like struts to the adjusting screws act via the steel pipes mainly on the inner edge zone of the concrete housing and there lead to locally high and thus harmful stresses on the concrete.
So that during the operation of the machine the concrete housing is essentially only subjected to pressure and the stator core is essentially only subjected to tension, it is proposed according to the invention that the concrete casing be formed evenly over the circumference of the stator core. distributed strut bars under tensile stress in connec tion with the stator core without bond before tensioned and held by the strut bars at a distance from the sheet stack.
With particular advantage, the axes of the rods form tangents to the jacket surface of a fictitious cylinder which is coaxial with the stator core and whose diameter is smaller than the outer diameter of the stator core. The rods are arranged, for example, in such a way that each rod crosses at least one other rod. Since each individual strut bar is anchored under prestress in the concrete or on the outside of the concrete, the strut bars can only be subjected to tension.
This creates a state of internal stress that allows the concrete housing to act as a closed pressure vault and the stator core to act statically as a tension ring. The rods anchored on the outside of the concrete housing can be laid freely inside cladding tubes with a large clear width in relation to the diameter of the rods, so that there is scope for deviations in the direction of the rods. To increase the clearance, the cavities or cavities accommodating the bracing rods can be used.
the. Ducts, which can be set in concrete as permanent formwork in the concrete ring, be designed conically in such a way that the larger opening of the cone faces the laminated core. This extension does not significantly reduce the mechanical strength of the concrete ring. The diameter of the openings of the cavities or cladding tubes facing the laminated core can be a multiple, for example 2-3 times, the diameter of the struts.
The struts can then move without coming into contact with the concrete ring. This is essential because it is difficult to adhere to the tolerance limits customary in electrical engineering when manufacturing concrete rings. Since several struts arranged one above the other are generally required to fasten the laminated core, it is advantageous not to cut the cavities with circular, but with elliptical, widening cross-sections.
To anchor the rods on the outside of the concrete housing, for example, bell-shaped anchor bodies can be used, which are concreted in from the start. These anchor bodies then make the only non-positive connection with the concrete housing so that: Subsequent grouting with cement mortar is not necessary. The ends of the bracing rods can be anchored in the concrete in several parallel layers or plies and can also act on the stator core at corresponding heights parallel to each other.
Of course, the bracing bars can also be arranged radially so that the axes of the bars intersect in layers at one point on the machine axis. Since the rods in this case can only absorb radial forces, at least one of the pressure plates holding the laminated core together must be anchored in the foundation or in the concrete housing, which normally forms a unit with the foundation. To fasten the rods, threads are rolled onto both ends, for example.
In order to introduce tensile stresses into the bracing bars, several hydraulic devices evenly distributed over the circumference of the concrete housing are expediently connected to a corresponding number of bracing bars in a non-positive manner, if necessary one after the other. The hydraulic devices are controlled from one point and operated simultaneously and evenly, if necessary using process computers.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings. In the drawings: FIG. 1 is an axial partial section through the stator of an electrical machine of vertical type and FIG.
Concrete housing surrounding this, FIG. 2 a partial cross-section through the arrangement according to FIG. 1, FIG. 3 an axial partial section as in FIG. 1, but with a different arrangement of the bracing bars, FIG. 4 a partial cross-section through the arrangement according to FIG. 3, FIG 5 and 6 Details of the arrangements according to FIGS. 2 and 4 on a larger scale.
In Fig. 1 and 2, a stand 1 of an electrical machine of vertical type and a concrete housing surrounding this machine, which consists of an annular concrete wall 2 and a foundation 3, are shown schematically. The stator core 1 is held together by pressure plates 4, 5 and is supported on the foundation 3 with the help of a support structure 6. The stator core is layered, for example in layers.
The connection of the stator core with the concrete wall 2 is made by tension rods 7, 8 arranged like spokes, in this embodiment in such a way that the axes of the tension rods 7 and 8, which are extended over the ends on the stand side, are tangents to the outer surface of an imaginary cylinder, of which The diameter is smaller than the outer diameter of the stator core.
The tension rods 7 are, for example, at two different heights and the associated tension rods 8 are each arranged at a small distance from these, so that the outer surface of the rods just touch each other in the maximum case. According to Fig. 2 each a tie rod 7 and a tie rod 8 are attached to a point of the stator core and the attachment points are so close together that each rod 7 four rods 8 and vice versa each rod 8 crosses four bars 7. The sections of the tie rods running in the concrete wall 2 lie in the concrete without a bond, i. H.
apart from the anchoring, they run freely in the concrete and are, for example, guided in cladding tubes 9, the clear width of which is considerably greater than the diameter of the tension rods. In this way, the clamping rods have enough leeway in the ducts, and the ducts 9 can be embedded in the concrete wall without high demands on the dimensional accuracy in the manufacture of the concrete wall.
Furthermore, in the manufacture of the concrete wall for anchoring the clamping bars 7 and 8, for example, bell-shaped anchor body 10 can be set in concrete. Conveniently, two anchor bodies for a tie rod 7 and the adjacent tie rod 8 are arranged in a recess 12 seen in the concrete. The ends of the tension rods 7 and 8 can, for example, be provided with rolled threads onto which nuts 11 can be screwed.
To connect the stator core with the concrete wall, which, for example, is made of prestressed concrete, the clamping rods 7 and 8 are threaded through the ducts, attached to the stator core, tensioned with hydraulic equipment and finally set by the nuts 11. For the type of bracing shown in Fig. 2, at least four hydrau lic facilities, two on radially opposite sides of the housing, are required.
If the outside of the concrete wall is not accessible, then the tie rods including the nut and including the anchor body and cladding tube pushed onto the tie rod are concreted in during the production of the ring wall. A small cavity is to be seen above the anchor body in which the end of the tension rods provided with the nut can move freely. As a result of the ducts, the requirements for the accuracy of the alignment can be met without difficulty.
In this design, the bracing bars are attached to the stator core after they have been pre-tensioned with the aid of hydraulic devices.
3 and 4 schematically show a further embodiment of the invention. Insofar as the parts correspond to those in FIGS. 1 and 2, the same reference numerals are used. In this Ausfüh approximately example tie rods 13 are used, which are arranged at two different heights and extend radially, d. H. they intersect in layers at one point each on the machine shaft. Instead of the bell-shaped anchor body according to FIGS. 1 and 2, essentially disk-shaped anchor bodies 14 are used here. In this exemplary embodiment, the tension rods can only absorb the radial tensile forces.
Tangential forces are transferred to the foundation via the support structure 6 or via the support star 15 in this case and men aufgenom.
The excerpt shown on an enlarged scale in FIG. 5 shows the passage of the bracing rods through the concrete housing more clearly. The recesses 12 are adjoined by inclined zy-cylindrical cavities through which the rods 7, 8 are guided. One end of the rods is fastened to the back of the laminated core 1, while the other end of these rods are held by the anchor bodies 10.
The hollow spaces used to accommodate the rods 7, 8 are, for example, formed by cladding tubes 6 which are embedded in the concrete casing 2 as permanent formwork.
According to Fig. 6, the ducts 6a or the corresponding cavities in the concrete ring are conically formed and expand towards the sheet package 1. The diameter of the outlet opening is a multiple of the diameter of the struts 7, B. So that the struts their position can change at will without bending stresses, their support on the anchor bodies is expediently designed spherical, convex or blade-shaped.
Due to the tension introduced into the strut bars, for which the highest possible value is to be aimed for, the housing and laminated core act like a unit and are therefore un sensitive to all practically occurring vibrations because of the high natural frequency. The bracing bars and the stator core are only subjected to tension, the concrete ring is only subjected to pressure.