DE2410437B2

DE2410437B2 - Befestigung des tragsternes einer vertikalen elektrischen maschine, insbesondere eines wasserkraftgenerators

Info

Publication number: DE2410437B2
Application number: DE19742410437
Authority: DE
Inventors: Franz 1000 Berlin Spirk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1976-04-08
Also published as: SE7502223L; DE2410437A1; CA1022989A; ATA908074A; BR7410438A; SE396859B; US3935490A; AT329668B; JPS5218362B2; FR2262881A1; IT1033298B; JPS50125204A; CH583469A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine vertikale elektrische Maschine, insbesondere einen Was- «erkraftgenerator, bei welcher die radialen Führungslager für den Läufer in Tragsternen liegen, die oberhalb »nd/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 ki 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 Erwärmung des Tragsternes entstehende Dehnung ohne Schwierigkeiten aufgenommen werden kann, ohne daß dadyrch die Laufruhe der Maschine und die sichere Lagerung des Tragsternes beeinträchtigt werden. ._,...

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer vertikalen elektrischen Maschine der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung die Arme der oberhalb und/oder unterhalb angeordneten Tragsterne jeweils untereinander über sceife Träger verbunden, ragen in einen Hohlraum der Metallelemente hinein und sind dort über einstellbar vorgespannte Wälzkörper nur in tangentialer Richtung - bezogen auf den Ständer der Maschine in den Metallelementen festgelegt.

Die Befestigung der Arme in der Betonwandung ist also so ausgebildet, daß die sich aus der Unwucht des Läufers infolge von Fertigungstoleranzen oder einseitigem magnetischen Zug ergebenden Kräfte in rein tangentialer Richtung in die Betonwandung eingeleitet werden. Dadurch wird der Vorteil ausgenutzt, daß die se 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 Metallelemenien 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 bilden. an dessen gegenüberliegenden Seitenwänden die Wälzkörper anliegen. Dadurch werden die Vorspannungskräfte dieser Walzkörper innerhalb des Meiallelements 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 tangentialer Richtung festgelegt sind.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete vertikale elektrische Maschine.

F i g. 2 eine Aufsicht auf den oberen Tragstern,

F i g. 3 im Prinzip die Befestigung der Arme des Tragsterns in der Betonwand in vergrößertem Maßstab,

F ig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 1V-1V in F i g. 3 und

F i g. 5 eine Aufsicht auf einen e;was 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 Beto;.fundament 3 und einer Betonwandung 4 besteht, die den Ständer 5 des Wasserkrafigenerators 1 mit Abstand umgibt. Der Läufer 6 des Wasserkraftgenerators I 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 Betonwan^ung 4 und der untere über eine Fundamentpiatle 10 im Betonfundament 3 befestigt ist. Der Ständer 5 der elektrischen Maschine ist ebenfalls über eint 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 Metallelementeii 9, die in der Betonwandung 4 eingelassen sind, gebildeten Hohlraum 14 hineinragen. Die Metallelemente 9 haben also die Form eines Kastens, der auf der Innenseite der Betonwandung 4 offen ist (F i g. 3 und 4). Zur Festlegung der Arme 13 in den Metallelementen 9 dienen vorgespannte Wälzkörper 15, die zwisehen 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 Metallelemente 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 15 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 zylindrisch gewählt sein. Bei zylindrischer Ausführung sind die Wälzkörper 15 so angeordnet, daß ihre Drehachse vertikal und parallel zu den Seitenwänden 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 elektrische;* 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. Allerdings werden die Arme 13 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 Wälzkörper 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 ein die Arme 13 umfassendes U-Profil, an dessen gegenüberliegenden Seitenwänden 17 die Wälzkörper 15 anliegen. Die Metallelernente 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 F i g. 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.

F i g. 5 zeigt schematisch noch eine abgewandelte Form des oberen Tragsternes 8. Damit dieser möglichst biegesteif ist, besteht er im wesentlichen aus einer in sich steifen Scheibe 22, die in der Mitte das Fiihrungslager 7 trägt. Am Umfang der Scheibe 22 sind in gleichmäßigen Abständen Armstummel 23 angeordnet, welche in die Hohlräume 14 der in der Betonwandung 4 eingelassenen Metallelemente 9 hineinragen und dort über die vorgespannten Wälzkörper 15 in tangentialer Richtung festgelegt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 ober darin eingelassene Metallelemente befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (13) der oberhalb und/oder unterhalb angeordneten Tragsterne (8) jeweils untereinander über steife Träger (21) verbunden sind, in einen Hohlraum (14) der Mefillelemente (9) hineinragen und dort über einstellbar vorgespannte Wälzkörper (15) nur in tangentialer Richtung — bezogen auf den Ständer (5) der Maschine (1) — in den Metallelementen (9) festgelegt sind.

2. Vertikale elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelemente (9) ein die Arme (13) umfassendes U-Profil bilden, 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 Seiteriwänden (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.

40