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PATENTANSPRÜCHE
1. Rotor eines vertikalen Wasserkraftgenerators, der eine Welle und einen Rotorkörper mit befestigten Keilleisten enthält, die in ihrem Unterteil mit einer horizontalen Quernut, mit der eine in dieser untergebrachten Stützeinrichtung gehalten ist, auf die sich ein Rotorkranz mit Polen abstützt, versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinrichtung in Form von gegeneinander gerichteten Keilen (16, 17) ausgeführt ist, die in der an der Aussenseite des Unterteils jeder Keilleiste (8) ausgeführten horizontalen Quernut ( 18) untergebracht sind und teilweise aus dieser Nut in Richtung zum Rotorkranz 1) vorspringen.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinander gerichteten Keile ( 16, 17) der Stützeinrichtung in der horizontalen Quernut 18) übereinander so angeordnet sind, dass ihre Abschrägungen zur Rotorachse hin abfallen, und dass dabei mindestens einer von diesen Keilen (16, 17) an der Keilleiste (8) mit Hilfe von Schrauben (20) befestigt ist.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Boden der horizontalen Quernut ( 18) zugekehrten Seite jedes von den gegeneinander gerichteten Keilen (16, 17) senkrechte Aussparungen (23) ausgeführt sind, die bei der endgültigen Einsetzung der angegebenen Keile (16, 17) in diese Nut (18) eine durchlaufende senkrechte Nut bilden (Fig. 3).
4. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinander gerichteten Keile (16, 17) in Form von zwei Gruppen (26, 27) ausgeführt sind, die in die horizontale Quernut (18) so eingesetzt sind, dass zwischen diesen Gruppen (26, 27) ein freier Raum (28) verbleibt (Fig. 4).
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines vertikalen Wasserkraftgenerators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung für derartige Rotoren verwendet werden, die einen vom Rotorkörper lösbaren Schichtkranz mit Polen aufweisen.
Es sind Rotoren vertikaler Wasserkraftgeneratoren bekannt, bei denen der Rotorkranz mit den Polen zur Montage oder Demontage im Schacht des Wasserkraftaggregates vom Rotorkörper gelöst werden kann. Dadurch können die Anforderungen an die Tragfähigkeit der Montageausrüstung herabgesetzt werden. Bei den bekannten Konstruktionen ist eine ausbaubare Stützeinrichtung vorhanden, auf die sich der Rotorkranz mit den Polen bei vollständig zusammengebautem Rotor abstützt.
Ein aus der SU-PS 429 490 (Urheberschein) bekannter Rotor eines vertikalen Wasserkraftgenerators weist eine Welle und den Rotorkörper mit befestigten Keilleisten auf, welche in ihrem
Unterteil mit einer horizontalen Quernut mit der in dieser angeordneten Stützeinrichtung, auf die sich der Rotorkranz mit den Polen abstützt, versehen ist. Die Stützeinrichtung ist in Form eines Teils mit zwei Längsvorsprüngen ausgeführt, dessen Querschnitt im Grunde genommen dem Querschnitt eines U-Trägers entspricht, bei dem der eine Gurt abgekürzt ist, wobei dieser Teil mit dem Unterteil der Keilleiste durch eine Art Falzstoss dank dem verbunden ist, dass der obere abgekürzte Vorsprung des Teils in die erwähnte, an der Innenseite der Keilleiste ausgeführte Nut eingesetzt wird.
Der untere verlängerte Vorsprung des Teils umfasst dabei von unten die Stirnfläche der Keilleiste, springt etwas über die Aussenfläche der letzteren hervor und dient als Stütze für den Rotorkranz.
Einer von den Nachteilen eines solchen Aufbaus ist der Umstand, dass eine im verlängerten Stützvorsprung unter Einwirkung der Masse des Rotorkranzes mit den Polen entstehende Biegespannung sehr bedeutend sein kann, da der Abstand von dem Angriffspunkt der durch die Masse des Rotorkranzes mit den Polen bedingten Kräfte bis zur Befestigungsstelle der Stützeinrichtung an der Keilleiste relativ gross ist. Das kann in Einzelfällen zu einer Verformung des Stützvorsprungs und als Folge dessen zu einer axialen Verschiebung des Rotorkranzes führen.
Ein anderer Nachteil dieses Aufbaus besteht in der komplizierten Ausführung der Stützvorrichtung, was sich darin ausdrückt, dass zur Ermöglichung einer normalen Montage der Einrichtung identische Profile der zu verbindenden Elemente, insbesondere eine exakte Identität der Profile mindestens der in der Keilleiste ausgeführten horizontalen Nut und des in diese Nut einzusetzenden oberen Vorsprungs der Einrichtung, gewährleistet sein müssen. Ausserdem muss zur Ausführung der horizontalen Nut an der Innenseite sämtlicher Keilleisten der Rotorkörper in der Vertikalebene um 1800 in bezug auf dessen Betriebslage verdreht werden, um einen Zutritt des Schneidwerkzeugs an den zu bearbeitenden Teil des Rotorkörpers zu gewährleisten.
Als Nachteil soll auch der vermehrte Aufwand des Werkstoffs, der zur Vergrösserung der Abmessungen des Unterteils der Keilleiste an deren Innenseite benötigt wird, was zur Unterbringung und Befestigung der Stützeinrichtung an dieser Stelle erforderlich ist, angesehen werden.
Es muss auch hervorgehoben werden, dass bei der Demontage des Rotors die Stützeinrichtung für den Rotorkranz mit den Polen in einzelnen Fällen von der Keilleiste des Rotorkörpers von der Seite der Bremsscheibe des Wasserkraftgenerators abgetrennt werden muss, wodurch gewisse Schwierigkeiten entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Entwicklung eines Rotors für einen vertikalen Wasserkraftgenerator mit einer einfachen und sicheren zerlegbaren Stützeinrichtung zur Abstützung des Rotorkranzes mit den Polen, die am Unterteil jeder Keilleiste des Rotorkörpers montiert wird, zugrunde, indem der Aufbau der Stützeinrichtung eine Herabsetzung der in ihr unter Einwirkung der Masse des Rotorkranzes mit den Polen entstehenden Spannungen gewährleistet.
Zur Lösung der gestellten technischen Aufgabe wird ein Rotor eines vertikalen Wasserkraftgenerators nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Rotors besteht darin, dass in der Stützeinrichtung für den Rotorkranz mit den Polen die Form und die Abmessungen der zu ihrem Bestand gehörenden gegeneinander gerichteten Keile nicht zwangsläufig der Form und den Abmessungen der horizontalen Quernut, in die sie eingesetzt werden, exakt zu entsprechen brauchen. Ausserdem vermindert dieser Aufbau der Stützeinrichtung das Risiko des Auftretens einer Verformung des die Belastung unmittelbar aufnehmenden Elements, die zu einer Verschiebung des Rotorkranzes gegenüber dem Rotorkörper führt.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematisch einen Teil des erfindungsgemässen, in der Rotorzone der Wasserkraftgeneratorkammer untergebrachten Rotors eines vertikalen Wasserkraftgenerators in einem radialen Querschnitt;
Figur 2 den Unterteil der Keilleiste des Rotorkörpers mit der
Stützeinrichtung für den Rotorkranz in Übereinstimmung mit der Figur 1 in einem radialen Querschnitt, in vergrössertem
Massstab;
Figur 3 die Keilleiste des Rotorkörpers mit der auf ihr angeordneten Stützeinrichtung und einer Segmentplatte des
Rotorkerns in der Axonometrie;
Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der auf der Keillei ste des Rotorkörpers angeordneten Stützeinrichtung in der Axo nometrie.
Es soll hervorgehoben werden, dass sämtliche Zeichnungen schematisch dargestellt sind und nur zum Zweck einer Illustra tion der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ohne
irgendeine Begrenzung der Abmessungen und dergleichen dienen.
Bei der Betrachtung der Fig. list ersichtlich, dass der in einer Rotorzone 1 der Wasserkraftgeneratorkammer untergebrachte Rotor eines vertikalen Wasserkraftgenerators gemäss der vorliegenden Erfindung eine Welle 2 und einen Rotorkörper 3, enthält, der einen Zentralteil in Form einer auf die Welle 2 aufgesetzten Nabe 4 einbezieht, sowie eine Mehrzahl von radialen Speichen, von denen in der Zeichnung nur eine Speiche 5, die an der Nabe 4 mit Hilfe von Stossplatten 6 mit Zugstiftschrauben 7 befestigt ist, dargestellt ist. Am Aussenteil der Speiche 5 ist mittels Schweissung eine Keilleiste 8 befestigt, die in ihrem Oberteil eine horizontale Querrille 9 und eine über die ganze Länge dieser Leiste ausgeführte senkrechte Längsrille 10 aufweist.
In einem geschichteten Rotorkranz 11 mit Polen 12 ist gegenüberliegend der senkrechten Rille 10 eine gleiche senkrechte Rille 13 ausgeführt, die gemeinsam mit der Rille 10 einen senkrechten Kanal bildet, in den Spreizkeile 14 mit Verspannung eingesetzt sind. Die letzteren gewährleisten gemeinsam mit einer in die horizontale Rille eingesetzten Befestigungsleiste 15 die Befestigung des Rotorkranzes 11 mit den Polen 12 an der Keilleiste 8 und damit am Rotorkörper 3, wobei sie gleichzeitig eine Verschiebung des Rotorkranzes 11 in bezug auf den Rotorkörper 3 in radialer und tangentialer Richtung verhindert.
Zur Vermeidung einer Verschiebung des Rotorkranzes 11 mit den Polen 12 nach unten ist im Unterteil der Keilleiste 8 eine Stützeinrichtung angebracht, die ein über dem anderen angeordnete gegeneinander gerichtete Keile, und zwar den Oberkeil 16 und den Unterkeil 17, einbezieht. Die gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 sind in einer im Unterteil der Keilleiste 8 an der Aussenseite und quergerichtet zur Länge dieser Leiste ausgeführten horizotalen geradlinigen Nut 18 untergebracht, wobei diese Keile, wie das in der Fig. 2 gezeigt ist, in der Nut 18 so angeordnet sind, dass ihre Abschrägungen vom Umfang des Rotorkörpers 3 zur Rotorwelle 2 gerichtet sind.
Dabei liegt das eine Ende des Oberkeils 16 mit seiner senkrechten Fläche am Boden der Nut 18 an, während das andere Ende des Keils 16 aus dieser Nut in Richtung zum Rotorkranz 11 vorspringt und als Stütze für den Schichtkranz 11 mit den Polen 12 dient. Der Unterkeil 17 ist in der Nut 18 so angeordnet, dass zwischen seiner dem Boden der Nut 18 zugekehrten Seite und dem Boden dieser Nut ein freier Raum 19 vorhanden ist. Der Unterkeil 17 ist an der Keilleiste 8 mittels Montageschrauben befestigt, von denen in der Zeichnung nur die eine Schraube 20, die in die Bohrung 21 in dieser Leiste eingesetzt und in die in diesem Keil ausgeführte durchlaufende Gewindebohrung 22 eingeschraubt ist, ersichtlich ist.
In dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind an den dem Boden der Nut 18 in der Keilleiste 8 zugekehrten Seiten der gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 senkrechte Aussparungen 23 ausgeführt, die bei vollständig in die Nut 18 eingesetzten Keile 16 und 17 eine durchlaufende senkrechte Nut bilden, deren Querschnitt der Form des im gestanzten Segment 25 des Rotorkranzes 11 ausgeführten und einen Teil der gegenüber der senkrechten Rille 10 der Keilleiste 8 liegenden senkrechten Rille 13 bildenden Ausschnitt 24 entspricht. Die auf diese Weise ausgebildete senkrechte Nut bildet ihrerseits gemeinsam mit der senkrechten Rille 10 einen Kanal zum Unterbringen der Spreizkeile 14 im Unterteil der Keilleiste 8.
In dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 in Form von zwei Gruppen 26 und 27 solcher Keile ausgeführt, die in der Nut 18 so angeordnet sind, dass zwischen den Gruppen ein freier Raum 28 vorhanden ist, der gemeinsam mit der senkrechten Rille 10 desgleichen einen Kanal zum Unterbringen der Spreizkeile 14 im Unterteil der Keilleiste 8 bildet.
Die Montage des erfindungsgemässen Rotors eines vertikalen Wasserkraftgenerators wird folgenderweise durchgeführt:
Nach der Aufsetzung des Rotorkranzes 11 mit den Polen 12 (Fig. 1) auf die Bremseinrichtung 29 des Wasserkraftaggregats wird der Rotorkörper 3 mit der Welle 2 in den Innenraum des Rotorkranzes 11 eingeführt und auf das Spurlager 30 abgestützt.
Dabei werden die senkrechten Rillen 10 der Keilleiste 8 jeder Speiche des Rotorkörpers mit den entsprechenden senkrechten Rillen 13 des Rotorkranzes 11 zusammengebracht, und die untere Kante des Rotorkranzes 11 wird mit Hilfe der (in der Zeichnung nicht dargestellten) Hebeböcke der Bremseinrichtung 29 etwas höher als die Ebene, in der die obere (der Zeichnung nach) Seitenkante der horizontalen Nut 18 der Keilleiste 8 liegt, eingestellt. Danach wird in die Nut 18 (Fig. 2) der Unterkeil 17 der Stützeinrichtung eingesetzt (jedoch nicht auf die ganze Tiefe der Nut), und auf den Unterkeil 17 wird der Oberkeil 16 aufgesetzt, und es wird der Vorgang der Verkeilung dieser Keile durchgeführt.
Die Verkeilung der gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 geschieht bis zur Berührung der Stirnfläche und der oberen horizontalen Fläche des Oberkeils 16 mit dem Boden bzw. mit der obern (der Zeichnung nach) Seitenkante der Nut 18 und bis zum Erreichen der erforderlichen Passungsdichte dieser Keile in dieser Nut, wonach die Lage des Unterkeils 17 mit Hilfe der Schrauben 20 gesichert wird. Dabei springen, wie oben gesagt, beide Keile 16 und 17 aus der Nut 18 etwas vor.
Nach Abschluss des Einsatzes der gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17(Fig. I)in die Nut 18 der Keilleiste 8 wird der Rotorkranz 11 mit den Polen 12 mit Hilfe der oben erwähnten Hebeböcke nach unten abgesenkt und auf die Stützeinrichtung, und zwar auf den vorspringenden Teil des Oberkeils 16 aufgesetzt. Danach werden in den durch die in entsprechender Weise zusammengebrachten Rillen 10 und 13 entsprechend der Keilleiste 8 und des Rotorkranzes 11 gebildeten Kanal von oben nach unten die Spreizkeile 14 eingesetzt, und es wird der Vorgang der Verkeilung dieser Spreizkeile mit gleichzeitiger Ausführung der Zentrierung des Rotorkranzes 11 in bezug auf den Rotorkörper 3 durchgeführt.
Die im Ergebnis erhaltene Lage des Rotorkranzes 11 wird durch den Einsatz der Befestigungsleiste 15 in die im Oberteil der Keilleiste 8 ausgeführte horizontale Rille 9 gesichert.
Falls es erforderlich ist, den Rotorkörper 3 mit der Welle 2 von dem Rotorkranz 11 zu trennen, z.B. zum Zweck der Demontage der üblicherweise unter dem Wasserkraftgenerator angeordneten Wasserturbine oder zum Zweck der Durchführung einer Reparatur oder Bedienung irgendwelcher Bestandteile dieses Wasserkraftgenerators, inbesondere des Rotorkörpers 3 oder des Rotorkranzes 11, so wird die Zerlegung des Rotors folgenderweise durchgeführt:
Nach der Stillsetzung des Wasserkraftgenerators wird der Rotorkranz 11 auf die Bremseinrichtung 29 abgesetzt, die in diesem Fall die Masse des ganzen Rotors aufnimmt.
Danach wird der Rotorkranz 11 nach einem üblichen Verfahren bis auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 40 bis 50 " C zum Zweck einer Erleichterung der Zerlegung der den Rotorkörper 3 mit dem Rotorkranz 11 verbindenden Keilverbindungen vorgewärmt. Nach der Vorwärmung des Rotorkranzes 11 wird aus der horizontalen Rille 9 der Keilleiste 8jeder Speiche des Rotorkörpers 3 die Befestigungsleiste 15 herausgenommen, und aus den durch die senkrechten Rillen 13 des Rotorkranzes 11 und die senkrechten Rillen 10 der Keilleiste 8 gebildeten Kanälen werden die Spreizkeile entfernt.
Dann wird der in dieser Weise von dem Rotorkörper 3 abgetrennnte Rotorkranz 11 mit Hilfe der oben erwähnten Hebeböcke der Bremseinrichtung 29 nach oben angehoben, wodurch die Stützeinrichtung der Keilleiste 8 von der Masse des Rotorkranzes 11 mit den Polen 12 entlastet wird, und jetzt kann die Zerlegung dieser Einrichtung durchgeführt werden. Dazu werden zunächst die den Unterkeil 17 an der Keil leiste 8 befestigenden Schrauben, einschliesslich der Schraube 20, ausgeschraubt, und dann wird der Unterkeil 17 mit Hilfe eines Sonderwerkzeugs durch die Einführung des letzteren in den Raum 19 (Fig. 2) etwas aus der Nut 18 zum Zweck einer Abschwächung der Passungsdichte herausgeschoben, wonach die beiden gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 aus dieser Nut entfernt werden.
Nach der Zerlegung der Stützeinrichtung erfolgt das Herausbringen des Rotorkörpers 3 (Fig. 1) mit der Welle 2 aus dem Innenraum des Rotorkranzes 1 der in der Kammer 1 des Wasserkraftgenerators auf der Bremseinrichtung 29 liegenbleibt.
Der Zusammenbau und die Zerlegung des erfindungsgemässen Rotors mit gegeneinander gerichteten Keilen 16 und 17 der Stützeinrichtung, deren Ausführungsbeispiele in der Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt sind, wird grundsätzlich in gleicher Weise, wie oben beschrieben, durchgeführt. Für den Fall des in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der gegeneinander gerichteten Keile 16 und 17 besteht die einzige geringe Abweichung darin, dass zunächst in die Nut 18 die eine Gruppe dieser Keile, z.B. die Gruppe 26, und dann die andere Gruppe 27 eingesetzt bzw. aus dieser Nut entfernt wird, was für einige bestimmte Typen vertikaler Wasserkraftgeneratoren bequem ist.
Die gegeneinander gerichteten Keile der Stützeinrichtung des erfindungsgemässen Rotors werden aus üblichem Baustahl oder in besonderen Fällen aus Sonderstahl hergestellt. In der Stützeinrichtung des oben beschriebenen Rotors, der in einem vertikalen Wasserkraftgenerator mit einer Leistung in der Grössenordnung von 200 000 Kilowatt verwendet wird, haben die gegeneinander gerichteten Keile bei einer Tiefe der Nut, in die sie eingesetzt sind, von 40 mm, folgende Abmessungen: Länge 172 mm, Breite 60 mm, Höhe 38 mm, während die Abschrägungsgrösse der zusammenwirkenden Flächen dieser Keile im Bereich von 1:5 bis 1:10 gewählt wird, wodurch die Möglichkeit einer Selbstentkeilung und das Heraustreten der Keile aus der Nut während des Betriebs des Wasserkraftgenerators praktisch ausgeschlossen ist.
Die Stützeinrichtung kann dabei Belastungen mit einem Wert bis 1000 kp/cm2 aufnehmen.
Der Aufbau der Stützeinrichtung im erfindungsgemässen Rotor ist einfach in der Herstellung, bequem für den Zusammenbau und die Zerlegung und sicher im Betrieb. Er gestattet, die Montage und Demontage der vertikalen Wasserkraftgeneratoren, insbesondere der grossen, zu vereinfachen und die zur Durchführung der reglementierten Arbeiten sowie für die Reparatur des Generators oder der Turbine von vertikalen Wasserkraftaggregaten erforderliche Zeit zu reduzieren.