DE3037147C2 - Turbinensatz mit einem ein Netz konstanter Frequenz speisenden Generator - Google Patents

Turbinensatz mit einem ein Netz konstanter Frequenz speisenden Generator

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DE3037147C2
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Description

Das Hauptpatent 30 05 375 betrifft einen Turbinensatz mit einer von Wasser durchflossenen Turbine mit nicht verstellbaren Laufschaufeln (Propellerturbine), die mit einem Generator gekuppelt ist, der über einen frequenzregelbaren Stromrichter ein Netz konstanter Frequenz von 50 bis 60 Hz speist, wobei die Drehzahl des Turbinensatzes stufenlos entsprechend dem optimalen Wirkungsgrad bei der abzugebenden elektrischen Leistung und den hydraulischen Verhältnissen einstellbar ist, bei dem der Generator für eine Nennfrequenz kleiner als 20 Hz ausgelegt ist und der Turbinensatz mit einer Ausgangsfrequenz kleiner als 20 Hz betrieben wird, wobei der frequenzregelbare Stromrichter ein Direktumrichter ist und der Läufer des in asynchroner Bauart ausgeführten Generators von dem Außenkranz des Laufrades getragen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch die Verwendung einer Propellerturbine mit nichtverstellbaren Laufschaufeln ein guter Wirkungsgrad und durch die Verwendung eines Direktumrichters und der Auslegung des Generators auf dessen niedrige Frequenz von kleiner als 20 Hz eine Verdoppelung der Ausnutzung der Maschine erreicht wird. Durch die Ausbildung des Generators als Außenkranzgenerator in asynchroner Bauart ergibt sich weiterhin ein einfacher konstruktiver Aufbau des Turbinensatzes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufbau eines derartigen Turbinensatzes noch weiterhin zu vereinfachen. Zur Lösung dieser Aufgabe weist bei einem Turbinensatz der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung der Läufer des Generators eine Käfigwicklung auf und der Ständer ist auf der Innenseite mit einem wasserdichten Mantel aus
ίο unmagnetischem und elektrisch nicht leitfähigem Material versehen und wasserdicht in das Turbinenrohr eingeflanscht Der gesamte Außenkranz der Propellerturbine und der darauf befindliche Läufer des Generators liegen also innerhalb des Triebwasserraumes der Turbine. Auf diese Weise werden die während des Betriebes des Generators in der Käfigwicklung des Läufers auftretenden Wärmeverluste durch das Wasser in einfachster Weise abgeführt. Da außerdem der Ständer des Generators am Innendurchmesser wasserdicht ausgebildet und direkt in das Turbinenrohr eingeflanscht ist, entfallen die bisher erforderlichen rotierenden Dichtungen zwischen dem rotierenden Außenkranz der Turbine und dem feststehenden Turbinenrohr, bei denen Leckwasserverluste nicht zu vermeiden waren. Außerdem hat die Anordnung die normalen bekannten Vorteile des Einsatzes einer Asynchronmaschine als Generator, d. h. der Wegfall der Erregereinrichtung und der Stromzuführung zum Läufer über Schleifringe.
Wegen der geringen Frequenz der Asynchronmaschine kann der Läufer des Generators massiv ausgebildet sein. Es empfiehl! sich weiterhin, zwischen dem Außenkranz der Propellerturbine und den Flanschen des Turbinenrohres berührungslose Dichtungen, z. B. Labyrinthdichtungen, anzuordnen, um das Eindringen grober Fremdkörper in den Luftspaltbereich des Generators zu verhindern. Wegen des Druckunterschiedes zwischen dem Wasserein- und -austritt bei der Turbine umströmt das Wasser der Turbine dennoch den gesamten Außenkranz nebst Käfigwicklung.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt, schematisch dargestellt, einen Längsschnitt durch den gemäß der Erfindung ausgebildeten Turbinensatz.
Der Turbinensatz besteht aus der Propellerturbine 1 mit den feststehenden Laufschaufeln 2 und dem Generator 3 asynchroner Bauart, dessen Läufer 4 mit der Käfigwicklung 5 unmittelbar von dem Außenkranz 6 der Propellerturbine 1 getragen wird. Sowohl der Läufer 4 als auch der Außenkranz 6 sind massiv ausgebildet.
Der Ständer 7 des Generators 3 besteht aus dem
Gehäuse 8, dessen Ringwände 9 das Ständerblechpaket 10 tragen mit der Ständerwicklung 11. Um die axiale Länge des Ständers 7 kleinzuhalten, ist der Wickelkopf 12 der Ständerwicklung 11 um 90° abgekröpft und verläuft somit parallel zu den Stirnflächen des Ständerblechpaketes 10 und den Ringwänden 9. Außen vor dem Wickelkopf 12 liegt jeweils eine Ringscheibe 13. die sich bis zu einem seitlich am Ständerblechpaket 10 anschließenden Ring 14 aus unmagnetischem Stahl erstreckt. Der Durchmesser der Innenbohrung 15 des Ständerblechpaketes 10 entspricht dem Innendurchmesser des Ringes 14, beide bilden somit die Innenseite des Slanders 7. Die Ringwände 9 des Gehäuses 8, der Ring 14 und die Ringscheibe 13 sind miteinander verbunden, um einen steifen Rahmen zu bilden. Der Wickelkopf 12 ist diesem gegenüber noch durch Stützelemente 16 aus Kunststoff versteift.
Weiterhin ist die Innenseite des Ständers 7 mit einem wasserdichten Mantel 17 aus unmagnetischem und elektrisch nicht leitendem Material beschichtet, dessen Ränder 24 noch über die äußeren Ringscheiben ) 3 gezogen sind. Dieser wasserdichte Mantel 17 besteht aus glasfaserverstärktem Kunstharz.
Der gesamte Ständer 7 des Generators 3 ist mit Hilfe von nicht dargestellten Befestigungsmitteln an den Flanschen 18 des Turbinenrohres 19 befestigt Der Ständer 3 ist somit wasserdicht in das Turbinenrohr 19 eingeflanscht und begrenzt den Triebwasserraum. Der Wasserdruck wird an dieser Stelle durch das Ständerblechpaket 10 und die Ringe 14 aufgenommen, nicht durch den Mantel 17, der im wesentlichen nur die wasserdichte Abdichtung bewirkt Der Läufer 4 des Generators 3 mit seiner Käfigwicklung 5 liegt mithin im Triebwasserraum und wird vom Wasser umströmt. Es sind iediglich zwischen den Flanschen 18 und den Stirnflächen 20 des Außenkranzes 6 Labyrinthdichtungen 21 vorgesehen, die das Eindringen grober Fremdkörper in den Luftspalt 22 des Generators 3 verhindern und die nicht durch die Laufschaufeln 2 fließende Wassermenge einschränken. Die während des Betriebes des Generators 3 in der Käfigwicklung 5 auftretenden Wärmeverluste werden in einfachster Weise vom Triebwasser abgeführt.
Die Ständerwicklung 11 des Generators 3 speist über den frequenzregelbaren Direktumrichter 23 und Transformatoren das Netz mit der konstanten Frequenz. Infolge der Frequenzregelbarkeit des Direktumrichters 23 kann der Generator 3 und die mit ihm verbundene Propellerturbine 1 in der Drehzahl stufenlos frei verändert werden, so daß an der Propellerturbine 1 für jede Belastung und für jede Gefällshöhe die optimale Drehzahl eingestellt werden kann. Man hat somit auch bei Teillasten trotz Verwendung der mechanisch sehr robusten Propellerturbine 1 mit nichtregelbaren Laufschaufeln 2 einen sehr guten Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Turbinensatz mit einer von Wasser durchflossenen Turbine mit nicht verstellbaren Laufschaufeln (Propellerturbine), die mit einem Generator gekuppelt ist, der über einen frequenzregelbaren Stromrichter ein Netz konstanter Frequenz von 50 oder 60 Hz speist, wobei die Drehzahl des Turbinensatzes stufenlos entsprechend dem optimalen Wirkungsgrad bei der abzugebenden elektrischen Leistung und den hydraulischen Verhältnissen einstellbar ist, bei dem der Generator für eine Nennfrequenz kleiner als 20 Hz ausgelegt ist und der Turbinensatz mit einer Ausgangsfrequenz kleiner als 20 Hz betrieben wird, wobei der frequenzregelbare Stromrichter ein Direktumrichter ist und der Läufer des in asynchroner Bauart ausgeführten Generators von dem Außenkranz des Laufrades getragen ist, nach Patent 3005375, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4) des Generators (3) eine Käfigwicklung (5) aufweist und daß der Ständer (7) auf der Innenseite mit einem wasserdichten Mantel (17) aus unmagnetischem und elektrisch nicht leitfähigem Material versehen und wasserdicht in das Turbinenrohr (19) eingeflanscht ist.
2. Turbinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserdichte Mantel (17) des Ständers (7) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
3. Turbinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkopf (12) der Wicklung (11) des Ständers (7) um 90° abgekröpft ist.
4. Turbinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4) des Generators (3) massiv ausgebildet ist.
5. Turbinensatz nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außenkranz (6) der Propellerturbine (1) und den Flanschen (18) des Turbinenrohres (19) berührungslose Dichtungen (21) angeordnet sind.
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