DD243150A1 - Wasserkraftgenerator mit einer elastischen verbindung zwischen statorblechpaket und gehaeuse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anzuwenden bei Wasserkraftgeneratoren mit lotrechtem Rotor zur Reduzierung der Druckumfangsspannungen im Statorblechpaket auch im Rahmen einer Nachruestung. Sie soll die Bleche des Statorblechpaketes am Auskippen hindern und deren seitliche Fuehrung und die Kraftuebertragung in Umfangsrichtung gewaehrleisten. Das Kennzeichen besteht darin, dass aus Flachstahl bestehende Federbuegel (4) die Fuehrungsleisten (3) des Statorblechpaketes (5) mit den tragenden Gehaeusescheiben (1) verbinden. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine konstruktive Lösung, die eine elastische Verbindung zwischen Statorblechpaket und dem Gehäuse des Ständers von Wasserkraftgeneratoren mit lotrechtem Rotor zur Reduzierung der Druckumfangsspannungen mit Statorblechpaket ermöglicht und nachträglich an bestehenden Wasserkraftgeneratoren eingebaut werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Statorblechpaket besteht aus einer Vielzahl geschichteter, dünner Bleche. Es weist an seinem Innendurchmesser Nuten mit rechteckigem Grundquerschnitt zur Aufnahme der Wicklungsstäbe auf. Am Außendurchmesser sind Schwalbenschwanznuten angeordnet, in die Führungsleisten eingreifen. Die Führungsleisten sind das Verbindungselement zwischen dem Statorblechpaket und dem Ständergehäuse.

Für die konstruktive Gestaltung der Verbindung von Bleckpaket und Gehäuse sind verschiedene Formen bekannt. Bei einer annähernd starren Verbindung, z. B. durch am Gehäuse angeschweißte Führungsleisten, kommt es im Betrieb zu großen Druckumfangsspannungen im Blechpaket. Diese sind dadurch bedingt, daß sich das Blechpaket wesentlich stärker als das Gehäuse erwärmt und von diesem in seiner radialen Ausdehnung behindert wird.

Überschreiten die Druckumfangsspannungen bestimmte Grenzwerte (Stabilitätsgrenze), so kommt es zum Auskippen der Bleche des Blechpaketes, womit die axiale Deformation der Ständerbleche aus ihren Ebenen heraus bezeichnet wird. Die Größe der Stabilitätsgrenze, beider Auskippen auftritt, hängt neben geometrischen Parametern vor allem von der axialen Flächenpressung im Blechpaket ab. Die beim Auskippen auftretenden Deformationen haben sowohl elastische als auch plastische Anteile und führen zu einer akuten Gefährdung der Wicklungsisolationen, die bei den heute gebräuchlichen Kunstharzisolierungen wesentlich größer als bei den früher verwendeten Asphaltisolierungen ist.

Dieses veränderte Verhalten der Isolation muß insbesondere dann berücksichtigt werden, wenn bei der Neuwicklung an einer älteren Maschine eine Kunstharzisolierung verwendet werden soll und es an der Maschine im bisherigen Betrieb zum Auskippen der Bleche gekommen ist.

Ausführungen, bei denen die starr an das Gehäuse angeschweißten Führungsleisten an den Enden mit Gewindezapfen versehen sind, um damit die axiale Pressung im Blechpaket zu erzeugen und zu halten, haben sich als ungünstig erwiesen. Die sehr geringe Längenänderung der kurzen Gewindezapfen führt nach kurzer Betriebszeit zum Verlust der axialen Pressung im Blechpaket und damit zum Absinken der Stabilitätsgrenze.

Es sind Ausführungen bekannt, wo zwischen den Führungsleisten und den zugehörigen Nuten im Blech zur Verringerung der Umfangsspannung ein radiales Spiel belassen wird. Nachteilig wirkt sich dabei jedoch aus, daß bsi einer Radialbewegung infolge Erwärmung zwangsläufig auch ein Spiel in Umfangsrichtung auftritt, wodurch es bei unkontrollierten Bewegungen der Bleche ebenfalls zu Beschädigungen der Wicklung kommen kann. Diese Gefährdung ist insbesondere bei Vorliegen einer nicht ausreichenden axialen Pressung und einem die Richtung wechselnden Moment gegeben, wie es an Wasserkraftgeneratoren in Pumpspeichersätzen auftritt.

Für eine elastische Verbindung zwischen den Führungsleisten und dem Gehäuse zur Reduzierung der Druckspannungen im Statorblechpaket sind mehrere Lösungen bekannt. Für sehr große Wasserkraftgeneratoren mit einem Gehäuse in Form eines Betonringes sind in der DE-OS 2249978 (H 02 K, 1 /06) sowie in der CH-PS 409099 (21 d 1,47) konstruktive Lösungen fü r elastische Verbindungselemente angegeben.

Elastische Glieder, mit deren Hilfe im Statorblechpaket Zugvorspannungen und im Betongehäuse Druckvorspannungen aufgebracht werden können, sind in der CH-PS 440435(21 d 1,47) angegeben. Verschiedene Möglichkeiten zur Aufbringung der Zugvorspannung im Statorblechpaket bei Stahlgehäusen sind in der CH-PS 553497 (H02 K, 1/18) aufgezeigt.

Eine elastische Federung zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse, die radial genügend nachgiebig, tangential zwecks Einhaltung der Form genügend steif ist, wird auch in der DE-PS 903121 (21 d 1,47) beschrieben.

Mit der elastischen Federung wird dabei jedoch das Ziel verfolgt, eine Verminderung der Lärmabstrahlung bzw. eine Schwingungsisolation von elastischen Maschinen zu erreichen.

Allen angeführten, bekannten Lösungen einer elastischen Verbindung zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse ist gemeinsam, daß ihre nachträgliche Anwendung an einem bestehenden Wasserkraftgenerator bei Weiterverwendung des Statorblechpaketes und des Gehäuses aus Platzgründen nicht möglich ist. Die Anwendung einer Ringzugvorspannung im Statorblechpaket verlangt außerdem eine formschlüssige Verbindung der einzelnen Ständerbleche untereinander in Umfangsrichtung, die im allgemeinen nicht gegeben ist.

Ziel der Erfindung

Mit der nachstehend beschriebenen Erfindung soll die Gefahr des Auskippens der Bleche des Statorblechpaketes vermieden werden, wobei die seitliche Führung der Bleche und die Kraftübertragung in Umfangsrichtung gewährleistet bleiben muß. Sie soll insbesondere an vorhandenen Wasserkraftgeneratoren nachträglich anwendbar sein, wenn z.B. bei einer Neuwicklung von einer Asphalt- zu einer Kunstharzisolierung übergegangen und dabei sowohl das Statorblechpaket als auch das Gehäuse weiterverwendet werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Entsprechend der Zielstellung der Erfindung besteht die Aufgabe darin, anstelle der bisher vorhandenen starren Verbindung zwischen den Führungsleisten und dem Gehäuse elastische Verbindungselemente anzuordnen. Diese müssen in radialer Richtung eine geringe und in Umfangsrichtung eine große Steifigkeit aufweisen und die räumliche Zuordnung der Führungsleisten zum Gehäuse bei Einhaltung der erforderlichen Toleranz wahren.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß abgewickelte, aus Flachstahl bestehende Federbügel die Führungsleisten mit den tragenden Gehäusescheiben verbinden. Die Federbügel werden sowohl an den Führungsleisten als auch an den Gehäusescheiben angeschweißt. Die abgewinkelte Form der Federbügel löst das Platzproblem beim nachträglichen Einbau in bestehenden Maschinen und bietet mit seiner radialen Erstreckung einen zusätzlichen, variablen Parameter bei der beanspruchsgerechten Konstruktion.

Die Führungsleisten werden an den Enden ohne Gewindezapfen ausgeführt und nicht zur axialen Pressung des Bleckpaketes herangezogen. Diese Aufgabe wird separaten, durchgehenden Zugankern mit ausreichender Längenänderung zugeordnet. Die axiale Pressung des Statorblechpaketes wird gegenüber der Erstfertigung mindestens verdoppelt, um vorhandene Verformungen von Statorblechen auszugleichen.

Diese Lösung hat zur Folge, daß sich der Blechkörper bei Erwärmung radial verschieben kann, wobei in den Federbügeln nur geringe Reaktionskräfte geweckt werden. Damit bleiben auch die Druckumfangsspannungen im Statorblechpaket klein. Dadurch und durch die Erhöhung der Stabilitätsgrenze aufgrund der vergrößerten axialen Pressung wird ein erneutes Auskippender Statorbleche vermieden.

Bei der Relativbewegung zwischen Blechpaket und Gehäuse in radialer Richtung bleibt die seitliche Führung durch die Federbügel gewährleistet. Durch die wesentlich größere Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung gegenüber der radialen Richtung wird die Drehmomentenübertragung einschließlich aller Sonderlastfälle gesichert, wobei zur Übertragung des Nennmomentes aufgrund der vergrößerten axialen Pressung bereits die Reibkräfte zwischen dem Statorblechpaket und der unteren Gehäusescheibe ausreichen.

Für die Federbügel wird Flachstahl mit Rechteckquerschnitt verwendet, wodurch die unterschiedlichen Biegesteifigkeiten leicht zu realisieren sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: den Wasserkraftgenerator im Vertikalschnitt, rechtsseitige Hälfte,

Fig. 2: den Wasserkraftgenerator im Schnitt A-A nach Fig. 1 in Teildarstellung, Fig.3: einen Federbügel in vergrößerter Darstellung nach Fig. 1,

Fig.4: den Federbügel im Schnitt A-A nach Fig. 3,

Fig.5: den Wasserkraftgenerator im vergrößerten Schnitt A-A nach Fig. 1 in Teildarstellung nach dem 1. Montageschritt, Fig.6: das gleiche nach Fig.5 nach dem 2. Montageschritt.

Nach Fig. 1 und Fig. 2 weist das das Statorblechpaket 5 mit Wicklungsstäben 6 tragende Gehäuse 4 ringförmige Gehäusescheiben 1 auf und wird komplettiert durch den Gehäusemantel 2, die Stegbleche 8 sowie den Gehäusekopf 9 und den Gehäusefuß 10. Das Statorblechpaket 5 ist auf der unteren Gehäusescheibe 1 aufgesetzt und wird durch eine Anzahl Führungsleisten 3 über den Umfang in seiner Lage geführt und durch jeweils zwischen den Führungsleisten 3 angeordnete Spannbolzen 7 und die Preßplatten 11 axial zusammengedrückt. Das Statorblechpaket 5 nimmt in Nuten an ihrem Innendurchmesser die Wicklungsstäbe 6 auf. Jede Führungsleiste 3 ist durch sechs Federbügel 4 mit den Gehäusescheiben 1 verbunden. Nach Fig. 3 und Fig.4istein Federbügel 4 vergrößert dargestellt. Er weist einen Rechteckquerschnitt auf, dessen Hauptträgheitsachse radial orientiert ist, so daß in radialer Richtung eine geringe und Umfangsrichtung dagegen eine große Biegesteifigkeit vorliegt. Die Federbügel 4 sind sowohl an den Gehäusescheiben 1 als auch an der Führungsleiste 3 mit ihrem vollen Querschnitt angeschlossen. Die Federbügel 4 werden aus Flachstahl hergestellt. Sie werden warm gebogen. Die Federbügel 4 werden gemäß Fig.5 und Fig. 6 zunächst an der Führungsleiste 3 angeschweißt.

Zur Montage der Führungsleisten 3 werden zwei gleichartige Haltevorrichtungen 12 verwendet, die in Umfangsrichtung den Bereich von drei Führungsleisten 3 überdecken. In der Höhe werden die beiden Haltevorrichtungen 12 in einem ausreichend großen Abstand voneinander eingesetzt. Die Haltevorrichtungen 12 weisen jeweils drei schwalbenschwanzförmige Nuten auf.

deren Abstände und Abmessungen den Statorblechen 5 angepaßt sind und für die auch die gleichen Toleranzen gelten.

Im ersten Montageschritt wird zunächst jede zweite Führungsleiste 3 herausgetrennt, z. B. durch Ausschleifen der Schweißnähte.

An diesen Stellen werden neue Führungsleisten 3 montiert, wobei jeweils eine neue Führungsleiste 3 mit bereits angeschweißten Federbügeln 4 mit Hilfe der Haltevorrichtungen 12 zwischen zwei noch vorhandenen, alten Führungsleisten 3 ausgerichtet und gehalten wird.

Im zweiten Montageschritt werden dann die noch verbliebenen alten Führungsleisten 3 herausgetrennt und an deren Stelle ebenfalls neue Führungsleisten 3 mit Federbügeln 4 montiert, wobei jeweils im ersten Montageschritt angebrachten Führungsleisten 3 zur Ausrichtung der dazwischen liegenden verwendet werden. Die Haltevorrichtungen 12 können auch verwendet werden, wenn zwei benachbarte Führungsleisten 3 vorhanden sind und eine dritte, daneben liegende Führungsleiste 3 zu montieren ist, wie es bei einem geteilten Statorgehäuse im Teilfugenbereich notwendig wird.

Die Erhöhung der axialen Pressung im Statorblechpaket 5 wird in der Hauptsache dadurch erreicht, daß die Preßplatten 11 verlängert werden und ihr Auflagerpunkt am Gehäuse nahe an den Gehäusemantel 2 verlegt werden. Damit erhöht sich der in das Blechpaket eingeleitete Anteil der von den Vorspannankern 7 aufgebrachten Kraft entscheidend, ohne das Gehäuse stärker zu belasten.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:

1. Wasserkraftgenerator mit einer elastischen Verbindung zwischen Statorblechpaket (5) und Gehäuse, wobei das Statorblechpaket (5) über Führungsleisten (3) zu Gehäusescheiben (1) und zum Gehäusemantel (2) hin gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß abgewinkelte, aus Flachstahl bestehende Federbügel (4) die Führungsleisten (3) des Statorblechpaketes (5) mit den tragenden Gehäusescheiben (1) verbinden.

2. Wasserkraftgenerator nach Pkt. !,gekennzeichnet dadurch, daß die Federbügel (4) sowohl an den Führungsleisten (3) als auch an den Gehäusescheiben (1) angeschweißt sind.

3. Wasserkraftgenerator nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Federbügel (4) aus Flachstahl mit Rechteckquerschnitt bestehen und so angeordnet sind, daß deren kleine Biegesteifigkeit gegen radiale Kräfte und deren große Biegesteifigkeit gegen tangentiale Kräfte gerichtet ist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen