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Federnde Abstützung eines für den Einbau in ein Turbinenrohr bestimmten,
mit einer Rohrturbine gekuppelten Einphasenwechselstromgenerators Die Erfindung
betrifft einen als Rohrgenerator ausgebildeten, mit einer Rohrturbine gekuppelten
Einphasenwechselstromgenerator.
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Bei Einphasenwechselstromgeneratoren treten bekanntlich infolge der
mit der doppelten Netzfrequenz pulsierenden elektrischen Leistungsabgabe, aber dem
konstanten Drehmoment der Antriebsmaschine Pulsationen des Generatordrehmomentes
mit der doppelten Netzfrequenz auf, die sich als pulsierende Reaktionskräfte über
das Generatorgehäuse auf das Maschinenfundament auswirken. Es ist bekannt, die schädlichen
Auswirkungen der Pulsationen auf das Maschinenfundament durch eine federnde Aufstellung
des Generatorgehäuses auszugleichen. Die Dimensionierung dieser Federn erfolgt in
den meisten Fällen so, daß nur die Kräfte der Schwingungen mit der doppelten Netzfrequenz
verkleinert werden, jedoch andererseits beim Auftreten eines Netzkurzschlusses -
der bei einem für die Speisung eines Bahnnetzes bestimmten Generators viel häufiger
auftreten kann als bei einem Generator für ein normales Netz der Landesversorgung
- oder eines Klemmenkurzschlusses Kräfte mindestens in einer solchen Höhe auftreten,
als ob das Gehäuse ohne Federung auf dem Fundament gelagert wäre. Man kann jedoch
auch die Federkonstante der Gehäusefederung so wählen, daß auch beim Auftreten des
Stoßkurzschlußstromes die Fußkräfte erheblich reduziert werden.
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Für die Anordnung der Federung nach der zuerst beschriebenen Art sind
zahlreiche Ausführungsformen für horizontal gelagerte Maschinen bekanntgeworden.
Soll auch bei einem Netz- oder Klemmenkurzschluß eine Reduzierung der auf das Fundament
wirkenden Kräfte eintreten, sind große Federwege erforderlich, was bei einer elastischen
Lagerung der Maschine gewisse Schwierigkeiten bereitet. Bei einer solchen Art der
Federung wird jedoch das Maschinenfundament am meisten geschont.
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Für den Zusammenbau mit Rohrturbinen bestimmte Drehstromgeneratoren
mit Getriebe zwischen Turbine und Generator ist das Generatorgehäuse bekanntlich
in einem wasserumflossenen Turbinenrohr angeordnet. Bei einer direkten Kupplung
zwischen Turbine und Generator bildet das Generatorgehäuse selbst einen Teil des
wasserumflossenen Rohrkörpers und ist zwischen die Turbinenrohre zwischengeflanscht.
Mit Rücksicht auf eine günstige Wasserströmung wird bei einer solchen Anordnung
ein kleinstmöglicher Gehäusedurchmesser erforderlich. Die Abstützung des Generatorgehäuses
selbst und die Aufnahme der Kräfte aus dem Drehmoment und der im Kurzschlußfalle
resultierenden Kräfte erfolgt über Füße, die sich bei den bekannten Bauarten auf
einen Mittelpfeiler aus Beton abstützen.
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Verständlicherweise kann mit Rücksicht auf die Wasserströmung das
Fundament eines Rohrgenerators nicht so kräftig ausgeführt werden wie bei einem
in einem Maschinenhaus aufgestellten Generator. Bei einem als Einphasenwechselstromgenerator
ausgebildeten Rohrgenerator ist eine federnde Aufstellung mit Rücksicht auf die
beschränkten, durch das Fundament aufnehmbaren Kräfte, eine Dimensionierung der
Federn, die die auf das Fundament wirkenden Kurzschlußkräfte reduziert, eine zwingende
Notwendigkeit.
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Bei den bekannten, für die Aufstellung in einem Maschinenhaus bestimmten
Wechselstromgeneratoren werden die Federelemente in dem über den Fuß hinausgezogenen
Rücken des Generatorgehäuses angeordnet. Dies bedeutet jedoch eine erhebliche Vergrößerung
des Gehäusedurchmessers im Bereich der Gehäusefüße. Bei einem Rohrgenerator ist
die bekannte Anordnung der Federn schon deswegen unzweckmäßig, weil dann die Federelemente
nicht zugänglich sind. Von entscheidender Bedeutung ist aber, daß die Unterbringung
der Federung eine erhebliche Vergrößerung des Durchmessers des Generatorgehäuses
erforderlich machen würde.
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Es ist bereits eine federnde Lagerung von Großmaschinen mit horizontaler
Welle und pulsierendem oder wechselndem Drehmoment bekannt, bei der sich
nur
Drehschwingungen des Gehäuses um die Längsachse desselben, jedoch keine Radialschwingungen
ausbilden können, insbesondere für Einphasenwechselstromgeneratoren, bei der das
Gehäuse der Maschine auf einer großen Anzahl sich radial erstreckender Federn, z.
B. Federstäbe oder einzelner bzw. gebündelter Federbleche, gelagert ist, wobei die
Angriffspunkte der Federn nur auf einem Teil des Gehäuseumfanges liegen. Bei dieser
bekannten Anordnung sind die Federelemente zwischen einem Innengehäuse und einem
Außengehäuse zwischen dem Innenteil des Außengehäuses und dem Außenteil des Innengehäuses
angeordnet. Eine Raumersparnis in radialer Richtung ergibt sich bei dieser Anordnung
nicht. Außerdem ist eine radiale Zentrierung nicht gegeben, so daß Änderungen des
Luftspaltes bei einer Auslenkung des Innengehäuses auftreten.
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Es ist weiterhin ein Elektromotor mit auf der Motorwelle angeordnetem
Lüfter bekannt, bei dem das Motorgehäuse an am Gehäuseumfang angeordneten Federn
in Umfangsrichtung beweglich aufgehängt ist. Eine Raumersparnis ist mit einer solchen
Anordnung nicht erreichbar, da die am Außenumfang des Gehäuses angebrachten Federn
den Raumbedarf in radialer Richtung vergrößern. Bei einer solchen Anordnung ist
eine Zentrierung bei einem getrennt vom Gehäuse gelagerten Rotor nicht gegeben.
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Es ist ferner eine elektrische Maschine bekannt, bei der das Blechpaket
durch am äußeren Umfang angreifende, sich in radialer Richtung erstreckende Blattfedern
in die Nuten des Ständergehäuses eingreifend in Umfangsrichtung federnd abgestützt
sind. Solche Federn können auch an der Stirnseite des Blechpaketes angeordnet sein.
Eine solche Anordnung ist bei mittleren und größeren Maschinen jedoch nicht möglich,
da nur bei kleinen Maschinen das Blechpaket die bei solchen Anordnungen erforderliche
Steifigkeit aufweisen.
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Diese bekannten Anordnungen lassen sich jedoch bei einem Einphasenwechselstromgenerator,
der mit einer Rohrturbine gekuppelt ist und mit diesem zusammen im Turbinenrohr
angeordnet ist, nicht anwenden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Einphasenwechselstromgenerator
für den Einbau in einen an eine Rohrturbine anbaubaren Rohrkörper zu schaffen, für
den sich ein möglichst kleiner Durchmesser ergibt, bei dem sich nur eine geringe
Auswirkung des pulsierenden Drehmomentes auf die Befestigungskonstruktion ergibt
und bei dem die bei einem Kurzschluß auftretenden Kräfte nur zum Teil auf das Fundament
wirken. Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß zwischen den
an den Stirnseiten des im Rohrkörper schwenkbar angeordneten Generatorgehäuses befestigten
Federträgern und am Rohrkörper angebrachten Federwiderlagern Federn in Umfangsrichtung
des Generatorgehäuses in mehreren Gruppen angeordnet sind, daß von diesen Federn
die eine Gruppe von Federn im wesentlichen zur Aufnahme des Gewichtes des Generators
und die zweite Gruppe von Federn ausschließlich zum Ausgleich der durch das pulsierende
Drehmoment hervorgerufenen Reaktionskräfte sowie der bei einem Kurzschluß des Generators
auftretenden Kräfte dient und daß der Führung des Generatorgehäuses im Rohrkörper
eine Anzahl von an der Stirnseite des Statorgehäuses mit ihren Drehachsen auf einem
konzentrisch zur Generatorwelle liegenden Kreis angeordnete Rollen dienen, die einerseits
auf mehreren mit dem Generatorgehäuse verbundenen kreisförmig gebogenen Flächen
abrollbar sind und sich andererseits in mit dem Rohrkörper verbundenen Widerlagern
drehbar abstützen.
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Bei dem Einphasenwechselstromgenerator gemäß der Erfindung besteht
eine Trennung zwischen dem mit der Turbine zusammengebauten Rohrkörper und dem Generatorgehäuse.
Dieses weist einen etwas kleineren Außendurchmesser auf als der Rohrkörper und ist
in diesem schwenkbar gelagert. Das Gewicht des Generatorgehäuses wird im wesentlichen
durch an der Stirnseite des Generatorgehäuses angeordnete Federn aufgenommen, während
die Führung des Generatorgehäuses im Rohrkörper durch eine Anzahl von ebenfalls
an der Stirnseite des Statorgehäuses mit ihren Drehachsen auf einem konzentrisch
zur Generatorwelle liegenden Kreis angeordneten Rollen erfolgt, die einerseits auf
mehreren mit dem Generatorgehäuse verbundenen kreisförmig gebogenen Flächen abrollbar
sind und sich andererseits auf mit dem Rohrkörper verbundenen Widerlagern abstützen.
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Das Generatorgehäuse weist einen verhältnismäßig niedrigen Rücken
auf. Der kräftige Außenmantel des Generatorgehäuses ist über die Wickelköpfe hinaus
nach beiden Seiten vorgezogen und endet an zwei Flanschen großer radialer Höhe,
so daß sich eine gute Steifigkeit des Gehäuses ergibt. Der kräftige, wasserumflossene
Rohrkörper umschließt in geringem Abstand das Generatorgehäuse und ist über die
Außenflansche des Generatorgehäuses hinausgezogen und mit in radialer Richtung hohen
Flanschen versehen.
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Durch die hohen radialen Flansche des wasserumflossenen Rohrkörpers
ergibt sich für diesen eine große Steifigkeit. Der Zwischenraum zwischen den Flanschen
des Gehäuses und des Rohres kann am ganzen Umfang für den Einbau von Federn und
Führungselementen, die vom Generatorinneren gut zugänglich sind und jederzeit auswechselbar
sind, herangezogen werden.
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Zwischen dem Flansch am Generatorgehäuse und den Flanschen im Rohrkörper
sind die Federelemente für die Aufnahme des Generatorgewichtes sowie für den Ausgleich
der pulsierenden und der bei einem Kurzschluß auftretenden Kräfte untergebracht.
Erfindungsgemäß kommen zwei Gruppen von Federn zur Verwendung, von denen die eine
Gruppe im wesentlichen zur Aufnahme des Gewichtes des Generators und die zweite
Gruppe von Federn zum Ausgleich der durch das pulsierende Drehmoment hervorgerufenen
Reaktionskräfte sowie der bei einem Kurzschluß des Generators auftretenden Kräfte
dient.
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Die Umfangskräfte wirken über die Federn auf die am Rohrkörper angebrachten
Federträger und werden über den Rohrkörper und dessen Füße auf das Fundament übertragen.
Die Fußpartie des Rohrkörpers ist besonders kräftig ausgeführt und mit dem Betonsockel
verschraubt.
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Um das Generatorgehäuse in den Rohrkörper einbringen zu können, wird
dieses zweckmäßigerweise zweiteilig ausgeführt. Die Federn werden erst nach dem
Zusammenbau der beiden Rohrkörperhälften eingebaut.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Einphasenwechselstromgenerators gemäß
der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt.
F
i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Einphasenwechselstromgenerator gemäß
der Erfindung; F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der Federelemente
zwischen Rohrkörper und Generatorgehäuse; F i g. 3 zeigt die Ansicht auf ein Federpaket
des Generators nach F i g. 1 von innen gesehen.
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In der Zeichnung sind mit 1 der Mantel des über die Wickelköpfe hinausgezogenen
Generatorgehäuses, mit 2 die beiden an den beiden Enden des Gehäusemantels 1 angebrachten,
insbesondere angeschweißten Flansche und mit 3 der wasserumströmte Rohrkörper, in
dem das Generatorgehäuse schwenkbar gelagert ist, bezeichnet. In dem Rohrkörper
3 sind ebenfalls kräftige, diesen versteifende Flanschringe 4
eingeschweißt.
Zwischen den beiden am Generatorgehäuse bzw. Rohrkörper angeordneten Flanschringen
2 bzw. 4 befinden sich ringförmige Zwischenräume 5, in denen die der Führung dienenden
Elemente untergebracht sind. Im Ausführungsbeispiel sind an dem mit dem Generatorgehäuse
verbundenen Flanschring 2 mehrere Federträger 6 befestigt (s. F i g. 2 und 3). An
dem inneren, mit dem Rohrkörper 3 in Verbindung stehenden Flanschring 4 ist im Ausführungsbeispiel
ebenfalls eine Anzahl von Federträgern 7 angebracht, z. B. angeschweißt. Die Federn
8 sind jeweils zwischen einem Federträger 6 am Generatorgehäuse und an dem Federträger
7 am Rohrkörper eingespannt. Die Federträger 6 des Generatorgehäuses sind dabei
jeweils zwischen zwei Federn 8 eingespannt. Diese Federn 8 sind so dimensioniert,
daß sie im wesentlichen die durch das pulsierende Drehmoment hervorgerufenen, auf
das Generatorgehäuse wirkenden Reaktionskräfte aufnehmen können. Von diesen werden
auch im wesentlichen die bei einem Kurzschluß des Generators auftretenden Kräfte
aufgenommen.
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Weiter sind am Flanschring 2 des Generatorgehäuses Federträger 9 und
am inneren Flanschring 4 des Rohrkörpers 3 Federträger 10 angeordnet, zwischen denen
die der Aufnahme des Generatorgewichtes dienenden Federn 11 eingespannt sind.
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Der zentrischen Führung des Generatorgehäuses 1 im Rotorkörper 3 dienen
Rollen 12, deren Drehachsen auf einem konzentrisch zur Generatorachse angeordneten
Kreis liegen und die sich auf an dem Flansch 4 des Rohrkörpers angeordnete Widerlager
13 zur Führung des Generators abstützen. Das Generatorgehäuse ist um seine Achse
schwenkbar, wobei sich die Rollen 12 auf dem am Flanschring 2 angeordneten kreisförmigen
Flächen 14 abrollen.