DE7441677U

DE7441677U - Lagerstern fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DE7441677U
Application number: DE7441677U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-11-19
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1976-12-02
Also published as: DE2459236B2; SE424388B; CA1047091A; JPS598135B2; NO141293B; DE2459236C3; AT342144B; NO753827L; ATA873275A; GB1484983A; ES442700A1; CH578708A5; FR2292364B1; BR7500191A; JPS5159306A; NO141293C; IT1048707B; SE7512854L; FR2292364A1; DE2459236A1

Description

esa <9j: J J

Ke/Ca

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Bauteile der Lagerung elektrischer Maschinen

Die Erfindung betrifft Bauteile der Lagerung elektrischer Maschine^ welche mindestens annähernd eine rotationssymmetrische Form aufweisen und aus mindestens zwei Ringen bestehen, die über mehrere speichenartige Verbindungselemente konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Derartige Bauteile sind vorwiegend bei langsam laufenden elektrischen Maschinen vertikaler Bauart bekannt (CH-PS ^J4 4O Ι35) und dienen der direkten Übertragung von Kräften jeglicher Art auf das Fundament. Der äussere konzentrische Ring ist in der Regel die als Betonring gebaute Generator-

7441677 02.12.76

f ·

I Ϊ t

1 t

t > ♦ β ,.*

* ν % ι

4 β

grube, der innere Ring wird von dem das Maschinenlager umgebenden Lagergehäuse gebildet, welches gleichzeitig Zentralkörper für den Lagerstern ist. Dieser weist mehrere speichenartige Verbindungselemente auf, welche sich bei einer bekannten Ausführung radial erstrecken. Besonders bei Maschinen grosser Abmessungen führt dies, wie am nachfolgenden Beispiel beschrieben, zu schwierig lösbaren Problemen.

Betrachtet sei eine Anordnung des Führungslagers gemäss der später zu beschreibenden Pig. I der beiliegenden Zeichnung mit folgenden Daten und Abmessungen:

Aussendurchmesser des Lagergehäuses: 4 m

Durchmesser der Betongrube: 16 m

Anzahl radialer Arme des Lagersternes: 12 Art der Arme: Profilträger IPB 1000 Eine auf die Arme wirkende Temperaturänderung von nur 10° C bewirkt die Druckbelastung von etwa 100 t pro Arm, was bedeutet, dass auf den Betonring über den Umfang 12 χ 100 t radial nach aussen gerichtete Kräfte wirken, welche sich im Beton als für diesen sohädliche, tangential gerichtete Zugspannungen auswirken. Naturgemäße wirken dieselben Kräfte

7441677 02.12.76

zusammendrückend auf das Lagergehäuse, wodurch das an und für sich schon geringe Lagerspiel von etwa 0,3 mm stark gefährdet wird.

Bei den bekannten Lösungen werden die relativen Dehnungen der Bauteilelemente entweder durch radiale Elastizität oder durch radiale Bewegungsfreiheit der Verbindungselemente erzielt. Bei Erhöhung der Elastizität ist die zentrische Wellenführung unbefriedigend, während bei radialer Bewegungsfreiheit gerade jenes Verbindungselement nicht verankert ist, beispielsweise bei Anwendung von radialen Keilführungen, welches senkrecht zur angreifenden Kraftrichtung angeordnet ist und damit der grössten Belastung ausgesetzt ist. Die bekannten Lösungen sind im übrigen sehr kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgängig angeführten Nachteile zu vermeiden und eine starre Konstruktion zu schaffen, die axiale, radiale und tangentiale Kräfte übertragen kann, sowohl bei symmetrischer als auch bei asymmetrischer Belastung eine konzentrische Ringausdehnung ermöglicht und bei der nur geringe Dehnungskräfte auftreten.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verbindungselemente Tangenten an der Mantelfläche eines ge-

V441677 oz. 12.76

dachten koaxialen Zylinders sind, wobei dessen Durchmesser kleiner als jener des inneren Ringes ist, dass

die gedachten, über die beiden Ringe hinaus geradlinig verlängerten Achsen von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Verbindungselementen sich nur innerhalb des inneren Ringes kreuzen, und dass die Verbindungselemente in der Längsrichtung entsprechend der auf sie einwirkenden Belastung über die ganze wirksame Länge unelastisch sind.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass eine völlig freie zentrische Ausdehnung aller Elemente ohne Verwendung von radialen elastischen Elementen, wie beispielsweise Federn, ermöglicht wird. Dies bedingt konstruktiv einfachere und kostenmässig billigere Konstruktionen.

Sind die Verbindungselemente an mindestens einem der Ringe gelenkig verankert, so 3ind die von den Verbindungselementen auf die Ringe wirkenden Wärmedehnungskräfte nahezu völlig eliminiert, wodurch sich eine leichtere Konstruktion der letzteren anbietet. Zudem bringt eine gelenkige Befestigung hinsichtlich Montage und Demontage der Baubeile gegenüber einer starren Befestigung beträchtliche Vorteile.

Es ist vorteilhaft, wenn die Verankerungspunkte von mindestens

7441677 0Z.12.7S

138/71

einem dor Ringe zwecks Versteifung mit Querstöben verbunden sind. Sind diese in der Länge einstellbar, so kann ohne weiteres eine beliebige Vorspannung auf die Ringe ausgeübt werden. Die sich somit als Fachwerk verhaltende Konstruktion ist ausserordentlich steif und leicht.

Bei Maschinen mit grossen Abmessungen empfiehlt es' sich, die Verbindungselemente in mehrere Teilstücke zu unterteilen, jeweils zwei von diesen in Knotenpunkten zusammenzufassen und letztere mittels Querstreben miteinander zu verbinden. Da hiermit die freie Knicklänge der Verbindungselemente reduziert wird, könneYi dieselben beträchtlich leichter ausgeführt werden. Zumindest kann der tragende Querschnitt der verschiede-' nen Teilstücke der jeweiligen Belastung angepasst werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung, bei welcher die Verbindungselemente vom inneren Ring spiralförmig nach aussen verlaufen. Hiermit lassen sich hauptsächlich montagetechnische Erleichterungen erzielen.

Im Folgenden ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand beiliegender Zeichnungen erläutert.

7441677 02.12.76

■ψ- 6

• « Il

,·' · ■' ί.:. 158/71 ·

Darin zeigen?

Fig, 1 einem axialen Teilschnitt dupch eine elektrische Maschine vertikaler Bauart und das sie umgebende Betongehüuse,

Fig. 2 einen Teilschnitt der Anordnung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A,

Fig. 3 einen axialen Teilschnitt durch die Lagerung einer freistehenden Maschine,

Fig. *» schematisch einen Teilquerschnitt der Anordnung nach Fig, 3 entlang der Schnittlinie B-B,

Fig. 5 schematisch eine Abwandlung der Anordnung gemäss Fig. H,

Fig. 6 einen Teilquerschnitt der Anordnung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie C-C,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Bauteile zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.

Gleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäss Fig. 1 ist der äussere Ring 1 der betrachteten Bauteile ein am Betonfundamnet 20 angeordneter Betonring, welcher der

7441677 02.12.76

Abstützung der vornehmlich aus dem Rotor 2 und Stator 2 bestehenden elektrischen Maschine sowie deren nicht näher bezeichneten Führunglager und Traglager dient, Die Abstützung des Führungslagers, welches im gezeigten Beispiel ausschliesslich der radialen Führung der Maschinenwelle H dient, wird über einen aus Zentralkörper und Profiltrügerarmen bestehenden Führungsstern vorgenommen, wobei der Zentralkörper den

I inneren Ring 5 und die Arme die Verbindungselemente 6 dar- *

stellen. Querstäbe 7 verbinden die Verankerungspunkte der Arme mit dem Betonring 1* Der Tragstern besteht aus dem Zentralkörper, in welchem das nicht gezeigte Spurlager eingesetzt ist und aus einer Mehrzahl der den Zentralkörper tragenden und zentrierenden radialen Arme, welche als Profilträger oder als Kastenträger konstruiert sind. Im Sinne der Erfindung gilt der polygonale Tragstern als innerer Ring 5'. An den Enden der Arme werden im nur angedeuteten Auflager die vertikalen Kräfte vom Traglager her unmittelbar auf das Fundament übertragen. Querstäbe 7' verbinden die radialen Arme an den Enden, welche die Verankerungspunkte bilden für die als Profilträger ausgebildeten Verbindungselemente 6'. Letztere übertragen die Kräfte, seien es Wärmedehnungskräfte, solche von Rotorunbalancen oder solche vom magnetischen Zug herrührend, auf das Betonfundament 20. Sowohl die Verbindungselemente 6 vom Führungslager als auch die Verbindungselemente 6'

7441677 02.12.76

3.38/7Ί . „

vom Traglager sind entsprechend der auf sie einwirkenden

ϊ Kräfte als in Längsrichtung starre, unelastische Bauteile

ausgebildet.

In Fig, 2 ist die Anordnung gemäss Schnitt A-A in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Die Verbindungselemente 6 sind Tangenten zur Mantelfläche eines koaxialen sich innerhalb des Ringes 5 befindlichen strichliert angedeuteten Zylinders 8. Schematisch angedeutet ist die gelenkige Verankerung der Arme am Zentralkörper. Am Betonring 1 sind die Arme in einer ringförmigen Aussparung 19 (Fig. 1) angeordnet und können beliebig befestigt sein. Mittels den einstellbaren Querstäben 7, welche an den äusseren Verankerungspunkten der Verbindungselemente 6 befestigt sind, kann eine eindeutige tangentiale Druckbelastung auf den Betonring ausgeübt werden. Diese Querstäbe 7 können beispielsweise Rundstäbe mit links- und rechtsgängigen Gewindeenden sein, womit am äusseren Ring 1 eine bei allen Betriebsbedingungen bleibende Vorspannung erzeugt werden kann.

In Fig. 3 wird eine Anordnung gezeigt, wie sie bei sehr grossen Maschinenabmessungen vorteilhaft ist. Es handelt sich hier um eine freistehende Maschine, bei dei kein Betonring und keine Betongrube vorhanden ist. Dr Lagerstern und der

7441677 oz.12.76

.;₉ s .;, · : 138/74

Stator 3 stützen sich an einer Pachwerkkonstruktion ab, welche den äusseren Ring 1' bildet. Bei derartigen Konstruktionen erübrigt sich das sonst übliche Leichtstahlbau-Maschinengehäuse, welches ersetzt wird durch eine direkt am Fachwerk angebrachte Stahlverschalung, welche die nötige Steifigkeit verleiht und im vorliegenden Beispiel die Querstäbe 7^tf darstellt. Der innere Ring 5'' wird vom aus einer Stahl-Beton-Konstruktion bestehenden Zentralkörper gebildet, die Verbindungselemente 6¹¹ sind Fachwerkträger.

In Fig. ¹I ist in einem Teilquerschnitt die Anordnung nach dem Schnitt B-B gemäss Fig. 3 dargestellt. Zwecks Reduktion der freien Knicklänge sind die Verbindungselemente 6^M in mehrere Teilstücke 9 unterteilt und in Knotenpunkten 10 zusammengefasst. Letztere sind mittels Querstreben 11 untereinander verbunden. Der Zentralkörper des Führungssternes kann zwecks Erhöhung der dynamischen Steifigckeit aus Beton hergestellt sein oder wie gezeigt können die Räume zwischen den geschlossene Kästen bildenden Radialelementen 12 und Querelementen 13 mit Beton ausgegossen werden, wobei die derartige Einheit den Ring 5'' bildet. Damit kann selbst bei sehr grossen Maschinenabmessungen der Lagerkörper als völlig starr angenommen werden.

7441677 oz, 12.76

In Pig. 5 ist eine Variante der Anordnung nach Fig. 4 gezeigt. Die wiederum in Teilstücke 9 unterteilten Verbindungselemente 6'¹ verlaufen spiralförmig, der Zentralkörper wird in diesem Falle nicht mehr als starr angenommen. Es bietet sich die Möglichkeit, die Verbindungselemente 6'¹ zwar noch gemäss den Merkmalen der Erfindung exzentrisch vom inneren Ring 5'' weg verlaufen zu lassen, dies jedoch annähernd radial, wodurch sich montagetechnische Erleichterungen erzielen lassen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar im Querschnitt die Anordnung gemäss dem Schnitt C-C in Fig. 1, Der Zentralkörper des Tragsternes, ist mit acht Armen versehen, der Tragstern als Ganzes bildet den Ring 5^?. Ring 1 entspricht dem Betonfundament. Die Verbindungselemente 6¹ sind erfindungsgemäss angeordniete Speichen,aus Profilträger oder Kastenträger bestehend, welche einerseits an im Betonring eingegossenen Profilsäulen V\ verankert sind, andererseits an den Enden der Arme durch Verschraubung, Verschweissung oder gelenkig befestigt sind. Im gezeigten Beispiel ist eine gelenkige Verbindung 15 der Speichen an den Enden der Arme angedeutet. Die Querarme 7' sind in der Länge einstellbare Rundstäbe, welche zum Versteifen und zum Vorspannen der Konstruktion dienen»

7441677 02.12.76

Die Wirkungsweise der Erfindung lässt sich anhand des Schemas noch in Pig. 7 erläutern. Die zwei konzentrischen Ringe und die Verbindungselemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die entsprechenden Teile in den Fig. 1 bis 5. Die Verbindungselemente 6 sind Tangenten zum gestrichelten Zylinder 8. Vom Systemzentrum 15 ausgehend, ist R_ der Radius vom Ring 5, R. derjenige vom Ring 1, beide Radialen schliessen den Winkel β ein. o(. bezeichnet den eingeschlossenen Winkel zwischen R. und dem betrachteten Verbindungselement 6, welches die Länge L aufweist, Zur Vereinfachung sei der Winkel y eingeführt, welcher die arithmetische Summe von ^ und Ä darstellt.

Betrachtet sei zunächst eine beispielsweise wärmebedingte, symmetrische Ausdehnung A L der Verbindungselemente 6. Diese Längung wird in eine relative Drehung der beiden Ringe 1, 5 umgesetzt, was sich am vorteilhaftesten in einer Änderung des Winkels Λ ausdrücken lässt.

A L

R- · sin ft

Gemüss der Aufgabenstellung wird eine bei allen Belastungen mögliche freie und konzentrische Ringausdehnung verlangt, Bei einzelnen oder auoh kombinierten Aenderungen von L, R_T

7441677 02,12.76

y\b

und R lässt sich folgende allgemein gültige Beziehung aufstellen:

Δ L ₊ A R₁ . Λ

^ra · ^cos

R₁ . sin ft R₁ . t_gT R₁ - sin

Diese Beziehung gilt für eine beidseitig gelenkige Verankerung der Verbindungselemente 6.

Die quer zur Maschinenachse wirkenden Kräfte werden in Komponenten zerlegt, die in Richtung der Achsen der Verbindungselemente wirken. Wie bei einem Fachwerk sind die Verbindungselemente nur auf Zug oder Druck beansprucht, wodurch das Gebilde eine grosse Starrheit aufweist.

Bei symmetrischer Belastung des Gebildes bleiben sowohl bei Ausdehnung als auch bei Schrumpfung die ringförmigen Teile konzentrisch. Bei asymmetrischer Belastung, beispielsweise einseitiger Erwärmung der Verbindungselemente- 6, könnte sich das Zentrum 15 des Gebildes exzentrisch verschieben. Dem kann durch diverse Anpassungsmöglichkeiten abgeholfen werden, beispielsweise durch eine den auftretenden Kräften entsprechende Querschnittsdimensionierung, durch eine entsprechende Materialwahl, oder bei einzelnen Verbindungselement en 6 durch

• lit

* ι ι

• I ι • · I

138/7¹I

eine Aenderung der Winkel Cn und A) mit entsprechender» Abstimmung der Länge L.

Wird die bei der Aufführung des Standes der Technik genannte Anordnung entsprechend Fig. 2 erfindungsgemäss ausgeführt, jedoch mit beidseitig fest eingespannt'en Verbindungselementen 6, wobei dem Zylinder 8 ein Durchmesser von 3 m zugeordnet ist, so lässt sich die in den ursprünglich radialen Verbindungselementen vorhandene Druckbelastung von 100 t/Stab auf 1 t/Stab verringern. Werden an einem der beiden Ringe, in Fig. 2 beispielsweise am Lagerkörper, die Verankerungspunkte mit Gelenken versehen, welche naturgemäss keine Biegekräfte übertragen, so gehen keine von den Verbindungselemencen verursachten Kräfte auf die Ringe über.

Sind die Verbindungselemente fest an den Verankerungspunkten eingespannt, so erfahren sie eine leichte Biegung infolge der relativen Drehung der Ringe. Die Winkeländerung APa wird etwas geringer als bei gelenkiger Anordnung. Da die Verbindungselemente wegen Knickgefahr vorzugsweise aus Profilen mit relativ grossem Trägheitsmoment bestehen, können die Enden voll ausgeführt werden, müssen jedoch ein möglichst kleines Trägmoment um die Biegeachse aufweisen. Somit kann die Biegung

7441677 02.12.76

r'"

r * i !·;· .3,38/71

lltUll ft

auf die Enden, der Verbindungselemente lokalisiert werden. Eine besonders einfache Lösung, diese Enden biegeweich zu gestalten, besteht in der Verwendung von Hohlprofilen für die Verbindungselemente 6. Ueber die wirksame, tragende Länge weisen dieselben einen Querschnitt mit relativ hohem Trägheitsmoment auf; an den Verankerungspunkten wird der Querschnitt auf eine fläche Form zusämmöngedrückt, wodurch der tragende Querschnitt der gleiche bleibt, das Trägheitsmoment um die Biegeachse jedoch stark verringert wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in .der Zeichnung Dargestellte beschränkt. Die erfindungsgemässen Ringe können von polygonaler- oder Kreisform sein, sofern die zum jeweiligen Ring gehörenden Verankerungspunkte auf einem Kreis liegen.

7441677 02.12.76

Claims

• r ι · >

« · > · toil

15'" * ·

Q 7¹I Il 677.6 138/7*1

25.8,76 PL/ho

Schutzansprüche

ζ Lagerstern für elektrische Masohinen^welche mindestens annähernd eine rotationssymmetrische Form aufweisen, wobei Ij

der Lagerstern mehrere speichenartige Verbindungselemente
enthält, die mit einem inneren Ring verbunden sind, dadurch j

i! gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6,6',6") Tan- if genten an der Mantelfläche eines gedachten koaxialen Zylin-

ders (8) sind, wobei dessen Durchmesser kleiner als jener I¹ des inneren Ringes (5₅5'5") ist, dass die gedachten, gerad- ; linig verlängerten Achsen von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Verbindungselementen (6,6',6") sich nur innerhalb
des inneren Ringes (5,5'5") kreuzen, und dass die Verbindungselemente (6,6',6") in der Längsrichtung über die ganze
wirksame Länge unelastisch sind. i

2. Lagerstern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungselemente (6,6',6") an inneren und/oder äusseren Enden gelenkige Verankerungspunkte aufweisen.

3. Lagerstern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verankerungspunkte der Verbindungselemente (6,6',6")
an inneren und/oder äusseren Enden mit Querstäben (7,7')
verbunden sind.

7441677 02.12.76

S N # fet (I U t
« * J <· * · ,

- 16 -

α 7*1 'Il 677.6 138/7¹I ΙΛ ;j

25.8,76 PL/ho ' \

7441677 02.12.76

ί). Lagerstern nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet,
die Querstäbe (7,7') in der Länge einstellbar sind.

5· Lagerstern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungselemente (6") in mehrere Teilstücke (9) un- ,,

_ i;

terteilt sind, wovon jeweils zwei aufeinanderfolgende in ; Knotenpunkten (10) zusammengefasst sind, und dass jeweils ! zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Teilstücke (9)

in den Knotenpunkten (10) mittels Querstreben (11) verbunden

sind.

6. Lagerstern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass < die mehrteiligen Verbindungselemente (6") vom inneren Ring \

(5") weg spiralförmig verlaufen. (