DE1218049B

DE1218049B - Elektrische Maschine mit vertikal angeordneter Welle und einem Staendergehaeuse aus Beton

Info

Publication number: DE1218049B
Application number: DES87465A
Authority: DE
Inventors: Franz Spirk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-09-24
Filing date: 1963-09-24
Publication date: 1966-06-02
Also published as: US3293464A; AT245096B; CH409099A; SE302489B

Description

Elektrische Maschine mit vertikal angeordneter Welle und einem StändergeWäuse aus Beton Der Ständer einer elektrischen Maschine mit vertikal angeordneter Welle ist im allgemeinen so ausgebildet, daß in ihm auftretende axial gerichtete Kräfte direkt durch die Abstätzung des Ständers von dem Fundament aufgenommen werden, so daß das den Ständer ringförmig umgebende Gehäuse nur taugential und radial gerichtete Kräfte aufzunehmen hat. Dabei handelt es sich vor allem um Kräfte, die durch Erwärmung, durch den magnetischen Fluß oder durch das Drehmoment beim Betrieb der Maschine entstehen. Das Ständergehäuse, das diese Kräfte aufnehmen muß, besteht daher im allgemeinen aus einer Guß- oder Schweißkonstruktion aus Stahl, dessen Steifigkeit durch Profilteile erhöht werden kann (deutsche Patentschriften 969 069 und 877 347). Um das Ständergehäuse zu entlasten und nichtaktives Konstruktionsgewicht einzusparen bzw. um die Kreisform der Ständerbohrung einstellen zu können, ist es bekannt, bei Generatoren, die ganz oder teilweise in Betonschächten versenkt aufgestellt werden, zwischen der Ständergehäuseaußenfläche und der Schachtwand stabförmige Halteorgane vorzusehen, die sowohl mit dem Gehäuse als auch mit der Schachtwand verbunden und über den Umfang des Gehäuses gleichmäßig verteilt sind. Die Halteorgane besitzen außerdem Spannschlösser zur Einstellung des Druckes bzw. Zuges auf das Gehäuse (österreichische Patentschrift 174109).
Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, das Ständergehäuse einer elektrischen Maschine als einen Betonring auszuführen. Derartige Anordnungen wurden durch die »ETZ-A«, 1955, S. 869, sowie durch die Zeitschrift »Elektrotechn. Obzor«, 1960, S. 180 bis 186, bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen 0 ng man aber mehr von dem Ersatz des einen Werkstoffes durch einen anderen Werkstoff aus, so daß die bisher bekannten Formen des Ständergehäuses, welche die zur Führung des Kühlmittels erforderlichen Öffnungen und Kanäle aufweisen, beibehalten wurden. Das Ständerblechpaket wurde entweder über direkt im Beton verankerte Teile unmittelbar am Betongehäuse befestigt oder es wurden vor den verhältnismäßig großen Öffnungen der Kühlkanäle Hilfskonstruktionen aus Stahl angeordnet. die praktisch Teilen des bisherigen Ständergehäuses entsprachen und an denen das Ständerblechpaket befestigt war, so daß die im Ständerblechpaket auftretenden Kräfte erst über die Hilfskonstruktion auf das Betongehäuse übertragen wurden.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit vertikal angeordneter Welle und einem Ständergehäuse aus Beton, an dem das aus einem in sich geschlossenen Ring ohne Teilfugen bestehende Ständerblechpaket befestigt ist. Der Erflndung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ständergehäuse aus Beton in einer dem Werkstoff angepaßten Art auszubilden. Gemäß der Erfindung besteht das Betongehäuse aus einem geschlossenen Ring ohne, öffnungen oder Teilfugen, und zur Befestigung des Blechpaketes im Betonring sind eine Vielzahl von für diesen Zweck an sich bekannten, in ihrer Länge einstellbaren Streben verwendet, die tangential und radial gerichtete Kräfte übertragen und das Blechpaket in einem für die Führung der Kühlluft am Blechpaketrücken ausreichenden Abstand zu dem Betonring halten.
Eine derartige Maschine hat den Vorteil, daß das Betongehäuse, welches aus einem einfachen Ring gebildet wird, ohne komplizierte Verschalung hergestellt werden kann. Da die Streben - einfache, serienmäßig herzustellende Elemente - das Blechpaket in Abstand zu dem Betonring halten, kann der Raum zwischen dem Blechpaketrücken und dem Betonring zur Führung des Kühlmittels ausgenutzt werden, so daß der Betonring keinerlei öffnungen, wie z. B. Kühlkanäle aufzuweisen braucht. In ihm sind lediglich die Befestigungsteile für die Streben zu verankern. Auch das Blechpaket besteht in an sich bekannter Weise aus einem geschlossenen Ring, der aus Blechsegmenten aufgebaut ist und in einfacher Weise an Ort und Stelle geschichtet werden kann. Da die Streben in ihrer Länge einstellbar sind, erlauben sie nach dem Schichten des Blechpaketes eine genaue Ausrichtung und Zentrierung des Blechpaketes. Außerdem kann man mit Hilfe der Streben eine Vorspannung auf das Blechpaket aufbringen, so daß dieses z. B. auf Zug vorgespannt wird, wodurch bei den während des Betriebes der Maschine auftretenden Belastungen sowohl eine Verminderung der Spannung innerhalb des Blechpaketes als auch im Betonring erreicht wird, da nämlich der letztere dann auf Druck vorgespannt ist und mithin schädliche Zugspannun,-len entsorecÜend nicht in ihrer vollen flöhe. 449rtrageil werden, Zu einer einf chen übertra t' .Q » . gung der rAdial und tangential gerichteten Kräfte empfiehlt oe sich, die Streben fachwerkartig zusammenzusetzen,. so daß also jeweils die Endpunkte benachbarter Streben miteinander verbunden sind.
Da sich das Blechpaket einer elektrischen Maschine während des Betriebes verhältnismäßig hoch erwärmt und entsprechend stark ausdehnt, treten also während des Betriebes der Maschine durch die WärmedglMungen des Bleohpaketes radial nach außen gerichtete Kräfte auf, die von den Streben auf den Beitonring übertragen werden. Der Betonring wird dagegen kaum durch den Betrieb der Maschine erwärmt, so daß er sich nicht im gleichen Maße ausdehnt. Die auf ihn übertragenen, radial nach außen gerichteten Kräfte können daher in dem Beton taugential gerichtete Zugträfte bewirkp4i, die vom Beton nur in verhältnismäßig geringer Höhe aufgenommen werden können. Es ist daher zweckmäßig, die Streben über in radialer Richtung elastische Glieder mit dem Betonring zu verbinden. Die Fede-run #g dieser , elastischen Glieder wird gegenüber radial nach außen gerichteten Kräften so nachgiebig gewählt, daß das Blechpaket nicht an einer radialm Ausdehnung gehindert wird und daß die radialen Kräfte nicht in voller Höhe auf den Betonring übertragen werden. In dem Betonring können darum keine schädlichen Zugspannungen auftreten.
Das Blechpaket unterliegt weiterhin radial nach umen gerichteten Kräften, die durr,4 den magneti-. g hervQrgp _I, Da d schen Zu ?rufen werdgi , iese, Kräfte oft nicht genau sygametrisch sind, besteht die Gefahr, dge dg# )31ephp4#ei ilnglgicilmäpig verformt wird und mithin seine krpi5rimde, zfantrisch ausgßrirhte.te Form verliert. Es empfiehlt sich daher, die VerbindungderStrebenmi demBetonrin gegp:aübprradial nach innen gericht tqjq Kräften möglichst starr auszuführen, damit das B.Ieghp.gk#t seine einmal zentrisch ausgerichtptp, Forpi nicht verändern kann, im fol2enden sei die Erfind n a Hand der in - - #..-p-.g n - .
den F i g. 1 bis 4 dargestellten Augführupg#beispiele. näher erläutert.
F i g. 1 zei . 9 t einen Axialschnitt durch den tänder einer elektrischen. Maschine vertikaler Bau?Ln; F i g. 2 zeigt den Teil eines RadiaIsQbpiitps durch den in F i g. 1 dargestätenS, Der Ständer 1 der elektrischen M sgbiiie J)esteht im wesentlichen aus dem Blechpaket 2 welches die StänderwickluAg j t ä t, un d- rin -qg ein Betom g 4, der in das Fundament 5 der Maschine übergeht. Zur Vprbindu4g fflischen dem BlechDaket 2 i41id dem Betonring 4 dienen als Streben SDz!nilbolzgn fi. Diese sind auf der einen Seite mit im Beton ein gegossenen Verankerungsteilen7 vgrbnnden, gpf der anderen Seite sind sie an Laschen$ befestigt. Die Laschen8 ßind igngqfähr- dreißpllörmi gusgegIpt, wobei die größte Seite es !Dreiecks dem g-4 . 9ke4 9 des Blechpaketes 2 zugewendet ist. Die Lasrhpg,8 . 5 jnd mit #eM Blechpaket 2 mit Hilfe vgg DoppelsphWalbenschwanzleisten 1 befestigt, die in entsprechenden schwalbenschwanzförmigen Nuteg 11 . im Biechpaket g und Nlilep 14 in den Laschen N liegen. Damit die infolge des Drehmomentes auftrptei4d#h tangential gerichteten Kräfte besser von dem Blechpaket2 auf die Laschen 8 übertragen werden können, wird die Lasphr- # gp"eilübe:r denl Rügken 9 des :plegj#pakQtes 4preh sgitl j# & -e Kpilg 13 (17 i g. 5) vprkUt# 5.9 diß die . e Wände der- Nut 12 ohne Spiel an den entsprechenden Seite4iWändeli der Doppelschwalbenschwanzleisten 10 Die Doppelschwalbenschwanzleisten 10 dienen nicht nur zur Verbindung der Laschen 8 mit dem Blechpaket 2, sondern auch zur Verspannung des Blechpaketes 2 in axialer Richtung. Sie sind daher mit den Preßflanschen 14 des Blechpaketes verbunden und verspannt. Damit die Preßflansche 14 einen möglichst gleichmäßigen Druck auf das Blechpaket ausüben, gind außerdem a41 Plücken 9 des Blechpaketes zwischen den Doppelschalbenschwanzleisten 10 Rohre 15 4ggeordnet, w#,Iche zwar mit den Preßflanschen 14 verspannt sind mit dem Blechpaket 2 jedoch nicht in Verbindung stehen. Das Blechpaket 2 ist mit seiner unteren Seite bzw. mit dem unteren Preßflansch 14 am Fundamentrin g 16 befestigt, der im Fundament 5 der Maschine mit Beton eingegossen ist.
Durch die als Streben wirkenden Spannbolzen 6 liegt das Blechpakpt Z in einem großen Abstand zu dem Betonring 4, Die zur Kühlung der Maschine verwendete Luft, welche in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird, kann also nach Durchtritt durch das BIrphpaket 2 in dem Raum V zwischen dem Rüchen 9 dg5 Blgchpaketes 2 und dem Betonring 4 in axialer Richtun g abgele " . i tet und - durch oberhalb des. Pquines 17 angeordnete Kühler 18 gekühlt und wieder in die Maschine geleitet werden. Außerdem ist auf diese Weise der Rücken 9 des Blechpak et es über die ge# gmtp Länge leicht zugänglich, so daß die Kontrolle und Wartung der Maschine erleichtert: ist, Nach oben hin ist die Maschine durph den oberen Tra gtern 19 abgeschlossen, der sich auf Ansätze 20 9 des Betonringgs 4 abstützt.
Die Streben der Verankerung des Blechpaketes, welche durch die Spannbolzen 6 gebildet werden, sind fachwerkartig zusammengesetzt. Bei dem in der F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführung5beispiel der Erüpduiqg stehen die ßi)annbolzep 6 jeweils unter einem Winkel vpn 459 zu dem durch ihre Befestigung5-puifi#e vprlaufend-e'n - ' Radius. Diese Anordnung ist steif und gut zur Übertragung von tangential oder radial gerichteten Kräften geeignet. Es ist jedoch für die Montage der Maschine erforderlich, die Länge der Spannbolzen 6 eventuell zur zontrischpn Augichtung des Blechpaketes 2 zu ver44 dern. Pgfür eignet sich besonders gut die in der F i g. 3 gezeigte Anordnung der Streben3 bei weicher jeweils die Verankerun f ,gsteile 7 im Betonring 4 und die Be estigungslaschen 8 am gilcken 9 des Blechpaketes 2 durch einen radial gerichteten Spannbolzen 21 und einen im Wihkel'Y,-on -4511 zu diesem stehenden Spannbolzen 22 verbunden sind. Zur zentrischen Ausrichtung des Blechpaketes 2 genügt also eine genaue Einstellung der Län e dpr raffial gerichteten Spann-9.
bolzen 21, dene- nach der zentrischen Ausri # P '. - - -chtung des j31echpaketes 2 die Länge der Spannbolzen 22 angepaßt wird.
Bei den bisher gegreigten Ausführungsbeispielen §ind die .. Ve#ank-pru4gsteile 7 direkt in den Betonring 4 eingegossen und übertragen daher sämtliche tangentialen und axial gerichteten Kräfte unmittelbar auf den Betonring, Man kann jedoch zur Verbindung der Streben mit dem Betonring auch elastische Glieder vorsehen. Eine derartige Befestigung über elastische Glieder ist in der F i g. 4 dargestellt. Im Betonring 4 ist das Rohr 23 mit den Endflanschen 24 eingegossen. In dem Rohr 23 ist der Bolzen 25 angeordnet, dessen Kopf 26 in für die Befestigung der Spannbolzen 6 geeigneter Weise ausgebildet ist. Da der Bolzen 25 tangential gerichtete Kräfte auf das Rohr 23 bzw. den Betonring 4 übertragen muß, ist der Durchmesser des Bolzens 25 hinter dem Kopf 26 so gewählt, daß er mit einem sehr geringen Spiel in der Bohrung des Rohres 23 liegt. Dieser Durchmesser braucht jedoch nicht über die ganze Länge des Bolzens beibehalten zu werden, so daß dieser in der Mitte abgesetzt sein kann.
Zwischen dem Kopf 26 und dem innenliegenden Flansch 24 des Rohres 23 sind mehrere Tellerfedem 27 angeordnet, welche die radiale Ausdehnung des Blechpäketes infolge Erwärmung teilweise aufnehmen und dadurch die auf den Betonring 4 zu übertragenden Kräfte reduzieren. Auch auf dem außenliegenden Ende des Bolzens 25 ist unter der Mutter 28 eine Tellerfeder 29 angeordnet. Diese ist jedoch bei der Montage des Bolzens 25 plan gepreßt, so daß sich der Bolzen 25 gegenüber radial nach innen wirkenden Kräften praktisch starr verhält. Die Tellerfeder 29 dient allein dazu, für den Fall, daß sehr große Wärmeausdehnungen auftreten, eine Lockerung des Bolzens 25 zu vermeiden.
Der Betonring 4, der das äußere Gehäuse der elektrischen Maschine bildet, kann je nach den erforderlichen Festigkeitseigenschaften auch mit einer Armierung oder vorgespannt ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrische Maschine mit vertikal angeordneter Welle und einem Ständergehäuse aus Beton, an dem das aus einem in sich geschlossenen Ring ohne Teilfugen bestehende Ständerblechpaket befestigt ist, dadurch gekennzeichn e t, daß das Betongehäuse aus einem geschlossenen Ring (4) ohne öffnungen oder Teilfugen besteht und daß zur Befestigung des Blechpaketes (2) im Betonring (4) eine Vielzahl von für diesen Zweck an sich bekannten, in ihrer Länge einstellbaren Streben (6) verwendet sind, die tangential und radial gerichtete Kräfte übertragen und das Blechpaket (2) in einem für die Führung der Kühlluft am Blechpaketrücken ausreichenden Abstand zu dem Betonring (4) halten.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (6) fachwerkartig zusammengesetzt sind. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (6) über in ihrer radialen Richtung elastische Glieder (27) mit dem Betonring verbunden sind. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Glieder (27) gegenüber radial nach außen gerichteten Kräften eine andere Federcharakteristik besitzen als gegenüber radial nach innen gerichteten Kräften. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 877 347, 969 069; österreichische Patentschrift Nr. 174 109; schweizerische Patentschrift Nr. 318 298; »ETZ-A«, 1955, S. 869; »Elektrotechn. Obzor«, 1960, S. 180 bis 186.