DE2721415C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Einrichtung ist insbesondere, wenn auch nicht aus­ schließlich, anwendbar auf Maschinen bei Turbogenerator-An­ lagen als Stromversorgung für telemetrische Systeme.

Während des Betriebs und der Überprüfung von Wechselstrom- Turbogeneratoren ist es erforderlich, eine Anzahl von Rotor­ daten zu überwachen, die sich durch den Betrieb der Maschine ergeben, um festzustellen, ob die Anlage innerhalb ihrer vorgegebenen Parameter arbeitet. Solche Daten schließen Temperatur-, Kräfte- und Dimensionsänderungen ein. Es ist allgemein bekannt, zu diesem Zweck in Verbindung mit auf dem Rotor angebrachten Fühleinrichtungen telemetrische Einrichtungen einzusetzen, um Signale für einen stationären Empfänger zu erzeugen.

Es wird daher eine Stromversorgung in Verbindung mit dem Rotor benötigt, um den telemetrischen Sender zu versorgen. Bekannte Verfahren einer solchen Versorgung schließen Batterien ein, die jedoch so ausgeführt werden müssen, daß sie den hohen Fliehkräften widerstehen, welchen sie unterworfen sind, wobei sie auch nur eine beschränkte Le­ bensdauer haben, oder auch Schleifringe, die oft schwierig anzuordnen sind und der Abnutzung unterliegen sowie induk­ tive Kopplungen, die aufgrund ihrer Eigenart eng gekoppelt werden müssen, um eine ausreichende Energieübertragung zu ermöglichen, und zu durch Vibrationen hervorgerufenen Stö­ rungsproblemen führen.

Aus der US-PS 32 31 749 ist bereits eine elektrische Versorgungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 bekannt. Diese Versorgungseinrichtung ist in eine Boje eingebaut und wandelt die Energie der Wellen­ bewegung des Wassers in elektrische Energie um. Hierzu wird eines der beiden gegeneinander drehbaren mechanischen Systeme eines Generators durch die Taumelbewegung des Bojengehäuses über ein mit einem Gewicht versehenes Pendel in Rotation versetzt, wobei ein Ratschenmechanismus eine gleichgerichtete Drehung sicherstellt. Eine derartige elektrische Versorgungseinrichtung ist nicht auf Maschinen bei Turbogenerator-Anlagen als Stromversorgung für tele­ metrische Systeme anwendbar, da hier das Problem besteht, eines der beiden gegeneinander drehbaren Systeme des Generators stillstehen zu lassen, ohne daß hierfür eine mechanische Verbindung zu irgendeinem stationären Teil des Turbogenerators vorgesehen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiter zu entwickeln, daß sie in die Rotorwelle einer Rotationsmaschine wie eines Turbo­ generators einbaubar ist, wobei sie gleichzeitig einfach, zuverlässig und rentabel im Betrieb und in der Herstellung sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator um eine horizontale Achse drehbar ist, die mit der Achse der Rotorwelle zusammenfällt.

Während der Stator gedreht wird, verbleibt der Rotor in­ folge des an der Rotorwelle gehaltenen exzentrischen Ge­ wichtes in Ruhe, so daß der Generator bei Bewegung des Stators angetrieben wird.

Vorzugsweise ist der Permanentmagnet auf der Rotorwelle befestigt, während die Ankerwicklung mit einem Ankerkern verbunden ist, der Teil des Stators ist.

Alternativ hierzu kann die Ankerwicklung mit einem Anker­ kern verbunden sein, der auf der Rotorwelle befestigt ist, während der Permanentmagnet Teil des Stators ist.

Die Ankerwicklung ist vorzugsweise eine Dreiphasenwicklung.

Zur Wellenlagerung werden vorzugsweise langlebige Lager, die keiner Schmierung bedürfen, verwendet.

Bei der Anordnung, bei der der Permanentmagnet Teil des Stators ist, muß die auf der Rotorwelle angebrachte Anker­ wicklung mit Schleifringen oder einer Kommutatoranordnung auf der Welle versehen sein, um die Spannung vom Generator abzuleiten. Durch Verwendung einer Kommutatoranordnung kann Gleichstrom für die Versorgung der telemetrischen Einrich­ tungen erhalten werden, ohne daß ein Brückengleichrichter- Stromkreis erforderlich ist.

Ein so konstruierter Spannungsgenerator erfordert keine elektrischen Verbindungen, außer denen, die zu dem Teil des telemetrischen Systems führen, das auf dem Rotor der zu überwachenden Maschine angeordnet ist. Der Spannungs­ erzeuger kann in einem Maschinenrotor koaxial mit der Ro­ torachse, an einer dem telemetrischen Sender benachbarten Stelle, angeordnet werden. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung eines Hochleistungs-Telemetrie-Systems mit ge­ genüber herkömmlichen Batteriesystemen verbessertem Signal- Rausch-Verhältnis.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es stellt dar

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Wechselstromgenerators gemäß der Erfindung, der in einem zylindrischen Hohl­ raum des zu überwachenden Maschinenrotors untergebracht ist,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Permanent­ magnet-Systems und des exzentrischen Gegen­ gewichtes des in Fig. 1 dargestellten Span­ nungsgenerators,

Fig. 4 das Kräftegleichgewicht am Gegengewicht des Spannungsgenerators der Fig. 1, während der Generator in Betrieb ist, und

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Strom­ versorgung für ein telemetrisches System.

Bezugnehmend zunächst auf die Fig. 1 und 2 besteht der dargestellte Spannungsgenerator aus einer Welle 1, auf der ein Permanent-Magnet 2 und ein exzentrisches Ge­ gengewicht 3 starr befestigt sind, wobei die Welle 1, der Magnet 2 und das Gewicht 3 ein erstes mechanisches System bilden.

Die Welle 1 ist mittels langlebiger Lager 4 in den Endplatten 5 eines Ankersystems gelagert, zu dem ein Ankerkern 6 und eine dreiphasige Ankerwicklung 7 gehö­ ren. Das zylindrische Gehäuse 8 des Generators ist fest mit der zylindrischen Wand 9 einer Zylinderbohrung in der Rotorwelle einer Maschine verbunden, deren Parameter durch (nicht dargestellte) telemetrische Einrichtungen überwacht werden. Das Gehäuse 8, die Endplatten 5, der Ankerkern 6 und seine Wicklung 7 bilden zusammen ein zweites mechanisches System. Die Achse der Welle 1 ver­ läuft koaxial zu der Bohrung im Maschinenrotor.

Der Betrieb der zu überwachenden Maschine bewirkt, daß der Ankerkern 6 und die zugehörige Wicklung 7 um den Feldmagneten 2, der durch die Wirkung der Gravita­ tion auf das Gewicht 3 an einer Rotation gehindert wird, umläuft.

Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 versucht das auf den Permanentmagneten einwirkende Ankerrückwirkungs­ drehmoment τ eine Rotation des Magneten mit dem Ankersy­ stem zu bewirken. Sobald jedoch eine Verschiebung aus der Ruheposition des Feldsystems stattfindet, wird durch das Gewicht 3 ein Gegendrehmoment M g r sin R erzeugt, wobei

• M = Masse des Gewichts 3,
  g = Gravitationsbeschleunigung (Erdbeschleunigung),
  r = Verschiebung des Massenmittelpunkts des Gewich­ tes 3 bezüglich der Wellenachse,
  R = Winkelverschiebung des Gewichtes 3 von der Ruhe­ lage (Massemittelpunkt des Gewichtes 3, vertikal unterhalb der Wellenachse) ist.

Beim Gleichgewicht während des Betriebs des Span­ nungsgenerators wirkt das Gegendrehmoment der Summe der Windungs- und Reibungsverluste zusätzlich zu den elek­ trischen Leistungs- (Ankerrückwirkungsdrehmoment) und Widerstandsverlusten des Generators entgegen.

Bezugnehmend auf Fig. 5 weist eine Stromversorgung für telemetrische Geräte den Stromgenerator, einen Brüc­ kengleichrichter-Stromkreis 10 und einen spannungsregeln­ den Stromkreis 11 auf. Der dreiphasige Ausgang der Anker­ wicklung 7 des Generators wird in dem Brückengleichrich­ ter-Stromkreis 10 gleichgerichtet, und die gleichgerich­ tete Gleichspannung des Stromkreises 10 fließt zu dem spannungsregelnden Stromkreis 11. Der Ausgang des Strom­ kreises 11 ist mit den telemetrischen Sendeeinrichtungen auf der Maschinenwelle verbunden, um den erforderlichen Gleichstrom für die Übertragung von Informationen auf te­ lemetrische Empfangseinrichtungen (nicht dargestellt) zu liefern, die außerhalb des zu überwachenden Maschinenro­ tors stationär angeordnet sind.

Spannungsgeneratoren als elektrische Versorgungs­ einrichtung nach der Erfindung sind nicht auf Dreipha­ sentypen beschränkt, so daß auch Mehrphasen- oder Ein­ phasengeneratoren in gleicher Weise unter die Erfindung fallen. Die Anwendung der elektrischen Versorgungsein­ richtungen ist auch nicht auf die Überwachung von Wech­ selstrom-Turbogeneratoren beschränkt und kann eine gro­ ße Variationsbreite von Rotationsmaschinen umfassen.

Während bei der beschriebenen speziellen Ausfüh­ rung der Erfindung das Permanentfeldmagnetsystem auf der Welle angeordnet ist, während die Ankerwicklung um sie herum läuft, fällt die umgekehrte Anordnung der An­ kerwicklung und des Permanentmagnetes ebenfalls in den Schutzbereich der Erfindung. Im letzteren Falle ist es erforderlich, Einrichtungen, wie Schleifringe oder eine Kommutatoranordnung vorzusehen, um den Strom von der An­ kerwicklung abzuleiten. Die Verwendung einer Kommutator­ anordnung als Gleichrichter bei solchen Anordnungen er­ möglicht die Erzeugung von Gleichstrom, ohne einen Brüc­ kengleichrichter-Stromkreis zu benötigen.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Bereitstellung von Gleichstrom mit einem Wechselstromgenerator (1, 2, 4-8), der einen beweglich gehaltenen Stator (5-8) und einen gegenüber dem Stator drehbeweglich gelagerten Rotor (1, 2, 4) aufweist, mit einem exzentrisch an der Rotorwelle (1) gehaltenen Gewicht (3), dessen Größe ausreicht, um den Generator bei Bewegung des Stators (5-8) anzutreiben, und mit einer Gleichrichter­ einrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (5-8) um eine horizontale Achse drehbar ist, die mit der Achse der Rotorwelle (1) zusammenfällt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (1, 2, 4) ein Permanent­ magnet (2) und dem Stator (5-8) eine Ankerwicklung (7) zu­ geordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor eine Ankerwicklung mit Schleifringen oder einer Kommutatoranordnung und dem Stator ein Permanentmagnet zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (7) eine Dreiphasenwicklung ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (3) vom Gehäuse (8) des Generators umschlossen ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler vorge­ sehen ist.

7. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 im Rotor eines Turbogenerators.