DE2410437A1 - Vertikale elektrische maschine, insbesondere wasserkraftgenerator - Google Patents
Vertikale elektrische maschine, insbesondere wasserkraftgeneratorInfo
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Description
Vertikale elektrische.Maschine, insbesondere Wasserkraftgenerator
Die vorliegende Erfindung betrifft eine vertikale elektrische Maschine, insbesondere einen Wasserkraftgenerator,
bei welcher die radialen Führungslager für den Läufer in Tragsternen liegen, die oberhalb und/oder unterhalb der Maschine
angeordnet und ihrerseits in der die Maschine umgebenden Betonwandung oder im Betonfundament über darin
eingelassene Metallelemente befestigt sind. Es ist bekannt, bei derartigen Wasserkraftgeneratoren mit vertikaler Welle,
bei denen das Führungslager in einem oberen Tragstern angeordnet ist, diesen zur Verbesserung der Laufruhe mit der
die Maschine umgebenden Betonwandung zu verbinden. Dazu werden die Arme bis zur Betonwandung verlängert und dort
mit einem in die Betonwandung eingelassenen Metallelement, z.B. einer Fundamentplatte, starr verschraubt. Diese bekannte
Anordnung hat den Vorteil, daß die Steifigkeit des Tragsternes in Bezug auf die Biegeeigenfrequenzen durch die
Steifigkeit der in Längsrichtung auf Druck beanspruchten
Arme bestimmt wird. Es ergibt sich aber der Nachteil, daß bei einer Wärmedehnung der Arme des Tragsternes sehr große,
in radialer Richtung wirkende Druckkräfte entstehen, die auf die Betonwandung übertragen werden. Diese ist aber oft
gerade bei einer Anordnung des Tragsternes oberhalb der Maschine nicht in der Lage, große radiale Kräfte aufzunehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Befestigung der Arme des Tragsternes für die radialen
Führungslager in der die vertikale elektrische Maschine umgebenden Betonwandung so auszubilden, daß die bei der Wärme-
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dehnung des Tragsternes entstehenden Kräfte ohne Schwierigkeiten aufgenommen werden können, ohne daß dadurch die Laufruhe
der Maschine beeinträchtigt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer vertikalen elektrischen Maschine, insbesondere
einem Wasserkraftgenerator, bei welcher die radialen Führungslager für den Läufer in Tragsternen liegen, die oberhalb
und/oder unterhalb der Maschine angeordnet und ihrerseits in der die Maschine umgebenden Betonwandung oder im Betonfundament
über darin eingelassene Metallelemente befestigt sind, gemäß der Erfindung die Arme des bzw. der Tragsterne
jeweils untereinander versteift, ragen in einen Hohlraum der Metallelemente hineiaa und sind dort über einstellbar vorgespannte
Wälzkörper nur in tangentialer Richtung (bezogen auf den Ständer Maschine) festgelegt. Die Befestigung der Arme in
der Betonwandung ist also so ausgebildet, daß die sich aus der Unwucht des Läufers infolge von Fertigungstoleranzen oder einseitigen
magnetischem Zug ergebenden Kräfte in rein tangentialer Richtung in die Betonwandung eingeleitet werden. Dadurch wird
der Vorteil ausgenutzt, daß diese Betonwände normalerweise in tangentialer Richtung größere Kräfte als in radialer Richtung
aufnehmen können. Da die einzelnen Arme des Tragsternes untereinander versteift sind, wird die Beanspruchung der Arme auf
Biegung, wie sie bei der erfindungsgemäßen Befestigung auftritt, genügend klein gehalten, um eine gute Laufruhe zu
garantieren. Da weiterhin zur Befestigung der Arme in den Metallelementen vorgespannte Wälzkörper verwendet sind, entsteht
bei einer Dehnung der Arme infolge von Erwärmung in radialer Richtung eine abrollende Bewegung der Wälzkörper, so
daß nur geringe radiale Kräfte, die sich aus der rollenden Reibung der Wälzkörper unter der Vorspannung ergeben, auf die
Betonwand in radialer Richtung übertragen zu werden brauchen.
Es ist zweckmäßig, die Metallelemente so auszubilden, daß sie ein die Arme umfassendes U-Profil darstellen, an dessen gegenüberliegenden
Seitenwänden die Wälzkörper anliegen. Dadurch werden die Vorspannungskräfte dieser Wälzkörper innerhalb des
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Metallelementes aufgefangen und belasten nicht den Beton. Die Metallelemente können auch als offener Kasten ausgebildet
sein.
Eine ausreichende Biegesteifigkeit des Tragsternes -wird dadurch
erreicht, daß man.die Arme jeweils untereinander, möglichst
nahe an ihrem Befestigungspunkt in der umgebenden Betonwandung
durch steife Träger verbindet. Es ist aber auch möglich, den Tragstern als eine in sich steife Scheibe auszubilden,
an deren Umfang lediglich Armstummel angeordnet sind, die dann in der Betonwand über die vorgespannten Wälzkörper in
tangentialei Richtung festgelegt sind.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, Fig. 1
zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete vertikale elektrische Maschine, Fig. 2
zeigt eine Aufsicht auf den oberen Tragstern. In Fig. 3 ist im Prinzip die Befestigung der Arme des Tragsternes in der
Betonwand in vergrößertem Maßstab dargestellt; Fig. h zeigt
einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. Fig. 5 zeigt noch eine Aufsicht auf einen etwas anders gestalteten Tragstern,
dessen Befestigung in der Betonwand in gleicher Weise
ausgeführt ist.
Der vertikale elektrische Wasserkraftgenerator 1 ist in einem Betonschacht 2 angeordnet, der im Bereich der elektrischen
Maschine im wesentlichen aus dem Betonfundament 3 und einer Betonwandung 4 besteht, die den Ständer 5 des Wasserkraftgenerators
1 mit Abstand umgibt. Der Läufer 6 des Wasserkraftgenerators 1 ist oberhalb und unterhalb der Maschine
mit radialen Führungslagern 7 gehalten, von denen eines auch, in nicht dargestellter Weise, mit einem Traglager kombiniert
sein kann. Die radialen Führungslager 7 liegen jeweils in einem Tragstern 8, von denen der obere über Metallelemente 9
in der Betonwandung 4 und der untere über eine Fundament—
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platte 10 im Betonfundament 3 befestigt ist. Der Ständer 5
der elektrischen Maschine ist ebenfalls über eine weitere Fundamentplatte 11 im Betonfundament 3 gelagert.
Da das Betonfundament 3 sehr massiv ausgebildet ist, bereitet
es keine Schwierigkeiten, wenn über die Fundamentplatten 10 und 11 auch radial gerichtete Kräfte auf den Beton übertragen
werden, wie sie z.B. bei Wärmedehnungen der elektrischen Maschine auftreten. Dagegen ist die Betonwandung 4 verhältnismäßig
dünn, so daß die Befestigung des oberen Tragsternes 8 in der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Weise vorgenommen
wird, um eine Belastung der Betonwandung 4 durch zu große, in radialer Richtung wirkende Kräfte zu vermeiden.
Die einzelnen Arme 13 des oberen Tragsternes 8 sind so weit verlängert, daß sie in einen von den Metallelementen 9, die
in der Betonwandung 4 eingelassen sind, gebildeten Hohlraum hineinragen. Die Metallelemente 9 haben also die Form eines
Kastens, der auf der Innenseite der Betonwandung 4 offen ist. Zur Festlegung der Arme 13 in den Metallelementen 9 dienen
vorgespannte Wälzkörper 15, die zwischen den quer zur Umfangsrichtung
der Betonwandung 4 einander gegenüberliegenden Seitenwänden 16 der Arme 13 und den Seitenwänden 17 der Metallelemente
9 so angeordnet sind, daß sie die Arme 13 nur in tangentialer Richtung spielfrei festlegen. Zu diesem Zweck wird den Wälzkörpern
15 mit Hilfe von Keilen 18 eine gewisse Vorspannung erteilt, die ausreicht, um eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen den Seitenwänden 17 der Meta11elemente 9 und den
Armen 13 des Tragsternes 8 in tangentialer Richtung (bezogen auf den Ständer 5 der Maschine) herzustellen. Die Keile 18
liegen im Innern der Wälzkörper Ί5 und werden in der für die
gewünschte Vorspannung notwendigen Lage in seitlich an den Wälzkörpern 15 anliegenden Platten 19 mit Schrauben 20 festgelegt.
Die Krümmung der Wälzkörper 15 kann sphärisch oder auch
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zylindrisch gewählt sein. Im letzteren Fall sind die zylindrischen Wälzkörper 15 so angeordnet, daß ihre Drehachse
vertikal und parallel zu den Seitenvänden 16 der Arme 13» an denen die Wälzkörper 15 anliegen, verläuft.
Die gemäß der Erfindung vorgenommene Befestigung der Arme 13 des Tragsternes 8 über die vorgespannten Wälzkörper 15 in den
kastenförmig ausgebildeten Metallelementen 9 wirkt wie folgt: Die während des Betriebes des elektrischen Wasserkraftgenerators
1 normalerweise auftretenden Kräfte infolge einer Unwucht des Läufers 6 werden über die vorgespannten Wälzkörper
15 nur in tangentialer Richtung in die Betonwandung 4 eingeleitet. Da eine Betonwandung gegenüber tangential gerichteten
Kräften sehr widerstandsfähig ist, ist auch bereits eine verhältnismäßig dünne Betonwandung 4 in der Lage, größere
Unwuchtkräfte des Läufers 6 aufzunehmen. Die Arme 13 werden
allerdings durch diese Befestigungsart auf Biegung beansprucht. Deshalb sind die Arme 13 des Tragsternes 8 jeweils untereinander
durch steife Träger 21 verbunden, welche die Biegesteifigkeit des Tragsternes 8 vergrößern.
Treten nun infolge einer Erwärmung Wärmedehnungen der Arme 13 des Tragsternes 8 auf, so wirkt sich dies in einer Verlagerung
der Arme 13 in radialer Richtung aus. Diese Verlagerung bewirkt eine rollende Bewegung der Wälzlager 15 an den Seitenwänden 16.
Dabei entstehen nur verhältnismäßig geringe radiale Kräfte, die sich aus der rollenden Reibung der Wälzkörper 15 unter der Vorspannung
ergeben, und die ebenfalls über die Metallelemente 9 auf die Betonwandung 4 übertragen werden. Die Größe dieser
radial gerichteten Kräfte ist aber so klein, daß sie ohne Schwierigkeiten auch von einer verhältnismäßig dünnen Betonwandung
4 aufgenommen werden können.
Man erhält also auf diese Weise eine im wesentlichen tangential gerichtete Beanspruchung der Betonwandung 4. Durch die kastenförmige
Ausbildung der Metallelemente 9 bilden diese im übrigen
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ein die Arme 13 umfassendes U-Profil, an dessen gegenüberliegenden
Seitenwänden 17 die Wälzkörper 15 anliegen. Die Metallelemente 9 sind daher in der Lage, die Vorspannungskräfte
durch die verkeilten Wälzkörper 15 selbst aufzunehmen, so daß diese die Betonwandung 4 nicht zusätzlich belasten.
Die Betonwandung 4 braucht im übrigen nicht, wie in der Fig. 2 dargestellt, ringförmig ausgebildet zu sein, sondern
kann ebenfalls entsprechend der Anzahl der vorhandenen Arme 13 des oberen Tragsternes 8 polygonal oder auch quadratisch
ausgebildet sein.
Fig. 5 zeigt schematisch noch, eine abgewandelte Form des
oberen Tragsternes 8. Damit dieser möglichst biegesteif ist, besteht er im wesentlichen aus ein,er in sich steifen Scheibe
22, die in der Mitte das Führungslager 7 trägt. Am Umfang der Scheibe 22 sind in gleichmäßigen Abständen Armstummel 23 angeordnet,
welche in die Hohlräume 14 der in der Betonwandung eingelassenen Metallelemente 9 hineinragen und dort über die
vorgespannten Wälzkörper 15 in tangentialer Richtung festgelegt sind.
6 Ansprüche
5 Figuren
5 Figuren
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Claims (6)
- . ' VPA 74/3727Patentansprüche1 .^Vertikale elektrische Maschine, insbesondere Wasserkraftgenerator, bei welcher die radialen Führungslager für den Läufer in Tragsternen liegen, die oberhalb und/oder unterhalb der Maschine angeordnet und ihrerseits in der die Maschine umgebenden Betonwandung oder im Betonfundament über darin eingelassene Metallelemente befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (13) des bzw. der Tragsterne (8) jeweils untereinander versteift sind, in einen Hohlraum (14) der Metallelemente (9) hineinragen und dort über einstellbar vorgespannte "Wälzkörper (15) nur in tangentialer Richtung (bezogen auf den Ständer (5) der Maschine (1))festgelegt sind.
- 2. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelemente (9) ein die Arme (13) umfassendes U-Profil enthalten, an dessen gegenüberliegenden Seitenwänden (17) die Wälzkörper (15) anliegen.
- 3. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15) eine sphärische Krümmung haben.
- 4. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15) zylindrisch ausgebildet sind und ihre Drehachse parallel zu den Seitenwänden (16) der Arme (13) liegt.
- 5. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15) durch Keile (18) vorgespannt sind.
- 6. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragstern (8) als steife Scheibe (22) ausgebildet ist, an deren Umfang Armstummel (23) angeordnet sind.509836/0611
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