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Anordnung des Schleifringsystems an synchronen Wechselstrommaschinen,
deren umlaufende Pole von dem Außenkranz eines Wasserturbinen- oder Pumpenlaufrades
getragen werden Beim Bann von Unterwasserkraftwerken verwendet man bevorzugt. für
die Wasserkraftanxsnutzung solche Turbinenaggregate, bei denen das Turbinenlaufrad
reit einem Außenkranz versehen ist, der die umlaufenden Pole der diesem Raid unmittelbar
zugeordneten synchronen Wechselstrommaschine trägt. Ein solcher Aufbau des Aggregates
bringt es mit sich, daß bei ,zentrischer Lagerung des Laufrades die Lager desselben
in einem Kapselgehäuse, welches :innerhalb des Triebwasserführungsrohres fliegt,
ungeordnet sind. Daraus ergibt sich, daß die Schleifringe für ,die Zuführung des
Erregerstromes zu .der umlaufenden Wicklung der elektrischen Maschine entweder auf
der Laufradwel:lie ;innerhalb des Lagergehäuses angeordnet und !die Verbindungen
zu der Wicklung durch die Laufradwelle und die Laufradschaufeln geführt werden,
oder :die Schleifhinge sind, außerhalb des Wasserführungsrohres dem Turbinenlaufradkranz
zugeordnet. Die Anordnung mit auf der Turbinenwelle angeordneten Schleifringen wird
man vorteilhaft nur bei kleineren oder .mittleren Aggregaten der erwähnten Art wählen,
während !die Verwendung außerhalb des Triebwasserführungsrohres liegender Schleifringe
.auch bei Aggregaten mit sehr großem Laufraddurchmesser in Frage kommt. Bei Aggregatender
zuletzt gemanntem Art bestehen aber wegen der währenddes Betriebes auftretenden
Zentrifugalkräfte und Wärmebeanspruchungen am Laufradkranz Schwierigkeiten für die
Erzielung .absolut rundlaufender Schleifringe. Beachtet man ferner, daß der als
Träger .der umlaufenden Pole ausgebildete Laufradaußenkranz durch Anordnung vom:
Schutzeinrichtungen gegen etwa am, ,den Verbindungsstellen zwischen diesem Kranz
und dem Trieb-wasserführungsrohr
austretendes Wasser in weiten
Grenzen umbaut ist, so erkennt .man, mit welchen Schwierigkeiten bei der Anordnung
dieser Schleifringe an diesem Kranz gerechnet werden muß.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine synchrone Wechselstrommaschine,
deren umlaufende Pole von dem Außenkranz eines Wasserturbinen- oder Pumpenlaufrades
getragen werden, also solche elektrische Maschinen, wie sie z. B. in Unterwasserkraftwerken
Verwendung finden, und sie hat einen besonders zweckmäßigen Aufbau des für die Stromzuführung
zu der umlaufenden Wicklung der elektrischen Maschine :bestimmten Teiles zum Geigenstand.
Erfindungsgemäß werden die Schleifringe feststehend an ;dem Wasserführungsrohr oder
an einem von diesem Rohr .getragenen Bauteil angeordnet und die Bürsten ,an dem
umlaufende n Außenkranz befestigt. Dadurch ist. erreicht, daß bei der Anordnung
und dein Aufbau der Schleifringe keine Rücksicht auf während .des Betriebes auftretende
Beanspruchungen durch Zentrifugalkräfte, Erwärmung o. dgl. genommen zu werden braucht.
Durch die Anordnung der Bürsten an dem Laufradkranz wird dieser Kranz nur stellenweise
für die Stromzuführung beansprucht, und der größte Teil der Laufradkranzstirnseiten
ist frei von stromführenden Teilen.
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Sind für jeden der Schleifringe mehrere Bürsten am Laufradkranz vorgesehen,
sowird man zweckmäßigerweise alle Bürsten über den Umfang des Laufradkranzes verteilt
anordnen. Auch können,die Bürstendes einen Schleifringes gegenüber den Bürsten des
anderen Schleifringes in der Umfangsrichtung versetzt sein. Dadurch ist .es möglich,
bei geringem Querschnitt der Schleifringe den durch hie Schleifringe bedingten Widerstand
des über dieselben geführten Stromkreises entsprechend gering zu halten. Es können
auch zur Erzielung einer in weiten Grenzen gleichmäßigen Zentrifugalbeanspruchung
des Laufradkranzes die Bürsten und damit die Schleifringe !beiderseitig des Laufradkranzes
angeordnet sein.
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Bekanntlich sind den Verbindungsstellen zwischen Wasserführungsrohr
und Turbinen-oder Pumpenlaufradaußenkranz von Ringkörpern gebildete Spaltwasserfangschalen
zugeordnet. Diese Schalen werden in .den meisten Fällen unmittelbar von dem Wasserführungsrohr
mit gebildet bzw. von diesem getragen. Ein. .besonders zweckmäßiger Aufbau hei der
Anordnung der feststehenden Schleifringe ergibt sich, wenn die in Isolierringkörpern
eingesetzten Schleifringe von,den den Verbindungsstellen zwischen Wasserführungsrohr
und Laufradkranz zugeordneten Spaltwasserfangschalen getragen werden. Dabei ist
es gleichgültig, ob die Schleifringe in ihren Isolierringkörpern radial oder axial
nebeneinanderliegend angeordnet sind. Allerdings wird man zur Erzielung einer leichten
Zugänglichkeit zu den Bürsten und den übrigen Aufbauteilen der Turbinen- oder Pumpenaggregate
die axiale Nebeneinanderanordnung der Schleifringe bevorzugen.
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Durch die Verwendung feststehender Schleifringe ergibt sich auch noch
ein besonderer Vorteil für die vereinfachte Herstellung dieser Schleifringe, der
insbesondere bei Schleifringen sehr großen Durchmessers in Erscheinung tritt. Da
auf die Schleifringe keine Zentrifugalkräfte einwirken, kann man die Schleifringe
lediglich ihrer zu übertragenden Stromstärke entsprechend bemessen und z. B. aus
Stahlbändern herstellen, die in Ringnuten (der als Träger dienenden Isolierringkörper
einschichtig oder mehrschichtig eingelegt sind. Um auch bei größeren Stromstärken
mit solchen Stahlbändern von für .das Einlegen leicht zu beherrschendem Querschnitt
auszukommen, können an die von solchen Bändern gebildeten Schleifringe, über den
Umfang verteilt, an mehreren Stellen Leiter angeschlossen sein, die parallele Stromwege
zu den zwischen den Anschlußstellen liegenden Ringbogenstücken der Schleifringe
bilden. Diese Leiter sind zweckmäßiä ebenfalls in die die Schleifringe aufnehmenden
Isolierringkörper verlegt.
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Zur Erzielung eines .in weiten Grenzen gleichmäßigen Bürstendruckes
bei allen Drehzahlen des Laufradkranzes wird man die Halter für die Bürsten mit
Fliehkraftausgleichsgewichten versehen, die in Abhängigkeit von der Laufradkranzdrehzah
1 entgegen einer _z. B. von einer Feder gebildeten Halteraftauf die Bürstenhalter
einwirken.
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In bleicher Weise wie bei `Vechselstrommaschinen mit umlaufender Erregerwicklung
ist die erfindungsgemäße Anordnung des Schleifringsystems auch dann anwendbar, wenn
bei unilaufender Leistungswicklung die Schleifringe :anstatt zur Stromzuführung
zur Stromabnahme dienen; -denn es bereitet keine Schwierigkeiten, eine der Phasenzahl
des erzeugten Wechselstromes entsprechende Anzahl Schleifringe mit zugehörigen Bürsten
vorzusehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf ein in ein
Unterwasserkraftwerk eingebautes Turbinenaggregat ist in der Zeichnung,dargestellt.
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Mit a ist,das Tniebwasserführungsrohr angedeutet, innnerhalb welchem
das Turbinenlaufrad b liegt. c ifst der Außenkranz dieses Laufrades, wed
; er Träger der umlaufenden Pole d der ddeseim Kranz unmittelbar zu,-eordneten
,synchronen
Wechselstrommaschine ist. An der Verbindungsstelle zwischen Triebwasserführungsrohr
a und Laufradaußervkrarvz c sind den Spalt verringernde Mitteil angeordnet. "Das
an !dieser Stelle durchtretende Spaltwasser wird in,den Fang-,schalen e ,und f aufgefangen
und in bekannter Weise von dort abgeleitet. Die Fangschale e eist so ausgebildet,
daß sie gleichzeitig als Träger der Schleifringe g und h dient. Diese Schleifringe
sind unter Zwischenfügung einer vorzugsweise auf -die Fangschale aufgewickelten
Isolierschicht i aus dünnen Stahlbändern ebenfalls durch Aufwickeln hergestellt.
Die einzelnen gewickelten Lagen der Schleifringe sind ,gut leitend untereinander
verbunden. An dem Laufradaußenkranz sind, in bekannter Weise an Tragbolzen, befestigt,
die Bürstenhalter h angeordnet, die mit dem Kranz c umlaufen.
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Selbstverständlich können an Stelle der mehrschichtig gewickelten
Schleifringe g und h auch solche Verwendung finden, die aus seinem Stück bestehen
oder die --aus entsprechendem Profilmaterial in Ringnuten eines als Trägerdienenden
Isolierkörpers eingelegt sind. Die Wahl der Art edier zu verwendenden Schleifringe
sowie ihre Anordnung in einem entsprechend ausgebildeten Isolierkörper hängt von
(der zu beherrschenden Stromstärke ab. Maßgebend ist, daß die Schleifringe nicht
der Einwirkung der -Zentrifugalkräfte unterliegen und daß sie demzufolge in einfacher
Weise hergestellt und mit ihrem Träger bzw. mit dem Triebwasserführungsrohr oder
einem von :diesem gebildeten Teil verbunden werden können. Es kann auch zweckmäßig
sein, die Schleifringe auf der Fangschale f anzuordnen und die Bürsten nicht an
die Stirnseite des Laufradaußenkranzes c, sondern an ,die innere Begrenzungsfläche
l des die Pole d tragenden Ringansatzes des Kranzes c anzusetzen.