-
Maschinensatz, insbesondere für Unterwasserkraftwerke Es ist bekannt,
den Aufbau von Maschinen-Sätzen, die für die elektrische Stromerz,-ugung von einer
Strömungsmaschine angetrieben werden, so zu treffen, daß die elektrische Maschine
innerhalb eines Kapselgehäuses in dem zur Führung des Treibmittels dienenden Kanal
oder Rohr liegt. Durch den Einbau der elektrischen Maschine in das Kapselgehäuse
bestimmt sich in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung. der elektrischen Maschine
der Außendurchmesser dieses Gehäuses, und er kann, insbesondere bei Strömungsmaschinen
mit geringer Antriebsdrehzahl (Niederdruckturbinen), Abmessungen erreichen, die
eine Herstellung solcher Anlagen wirtschaftlich nicht mehr zweckmäßig erscheinen
lassen. Auch ergibt sich selbst bei der Wahl einer hydraulisch günstigen Form für
das Kapselgehäuse dann, wenn dieses Gehäuse einen sehr großen Durchmesser aufweist,
eine für den Betrieb des Maschinensatzes nachteilige Führung für das Treibmittel.
Aus diesen Gründen hat man bisher den an sich günstigen Zusammenbau von Strömungsmaschine
und elektrischen Stromerzeuger nur für Maschinensätze entsprechend kleiner Leistung
verwirklicht. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, eine leistungsmäßige Aufteilung
des Generators eines Maschinensatzes der vorerwähnten Art in zwei oder mehrere Stromerzeuger
vorzunehmen, um dadurch einen Maschinensatz zu erhalten, der sich bevorzugt für
den Einbau in Unterwasserkraftwerke eignet und dessen in einem Kapselgehäuse innerhalb
eines Führungsrohres für das Treibmittel eingebauter elektrischer Stromerzeuger
von einer Strömungsmaschine mit niedriger Drehzahl angetrieben wird. Erfindungsgemäß
ist die durch die niedrige Antriebsdrehzahl bedingte Gesamtpolzahl des Stromerzeugers
auf mehrere in Kaskade geschaltete und von einer gemeinsamen Welle betriebene Stromerzeuger
für Teilleistung aufgeteilt.
-
Wenn auch die Aufteilung der Stromerzeuger eines Maschinensatzes eine
Vergrößerung der Baulänge des Kapselgehäuses sowie eine Erhöhung des Gesamtgewichtes
und damit eine Verteuerung des Maschinensatzes bedingt, so ergibt sich dabei der
besondere Vorteil, daß es möglich ist, die Betriebsweise eines Unterwasserkraftwerkes
durch Anwendung von Turbinen mit verstellbaren Laufradschaufeln zu verbessern und
einer Verringerung der
Abmessungen des Bauwerkkörpers eines Unterwasserkraft"verkes,
also Einsparungen von Baumasse, durch den finit der Verwendung der in Kapselgehäusen
angeordneten Stromerzeuger möglichen Fortfall besonderer Maschinengruben in dem
Bauwerkskörper zu erzielen. Durch die Erfindung ist die Anwendungsmöglichkeit der
Maschinensätze mit in einem Kapselgehäuse eingebauten elektrischen Stromerzeugern
für Unterwasserkraftwerke wesentlich erweitert worden, was für die Entwicklung dieser
Kraftwerke von besonderer Bedeutung ist.
-
Für die Aufteilung des elektrischen Stromerzeugers ist es vorteilhaft,
eine Kaskade vorzusehen, die aus einem Synchrongenerator und einem oder mehreren
in Reihe oder untereinander parallel geschalteten Asynchrongeneratoren besteht.
Diese Aufteilung bringt es bei der entsprechenden Wahl der mechanisch und elektrisch
hintereinander angeordneten elektrischen Maschinen mit sich, daß innerhalb des Kapselgehäuses
keine. Schleifringe vorgesehen zu werden brauchen. Diese Voraussetzung ist erfüllt,
wenn die Leistungswicklung der Kaskade umläuft und die Erregerwicklung von dem Ständer
des Generators getragen ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist noch dadurch
gegeben, daß es möglich ist, die Leistungswicklungen der Kaskade mit Ausnahme der
an die Speiseleitung angeschlossenen Wicklung als Niederspannungswicklungen auszubilden.
-
Bei der gleichmäßigen Aufteilung der Gesamtpolzahl auf die einzelnen
Maschinen ist die Möglichkeit gegeben, je zwei benachbarte Anker oder Ständer wicklungsmäßig
zusaminenzufassen, also durchzuwickeln. Handelt es sich dabei um Niederspannungswicklungen
mit einer sehr geringen Anzahl von Stäben je Nut, so kann es vorteilhaft sein, für
Ein- und Ausbauzwecke der einzelnen Maschinen die Wicklungen in dem Zwischenraum
zwischen den beiden Maschinen zu teilen und durch lösbare Klemmverbindung o. dgl.
miteinander zu verbinden. Die Verwirklichung des Unterwasserkraftwerkgedankens ist
in weiten Grenzen von dein Aufbau der für die Wasserkraftausnutzung bestimmten Maschinensätze
abhängig, :denn es müssen diese so ausgebildet sein, daß auch der elektrische Teil
dieser Maschinensätze ohne besondere, von außen durchzuführende Überwachungsmaßnahmen
betrieben werden kann. Der durch die Erfindung ermöglichten vereinfachten Betriebsweise
und der durch den Fortfall der Schleifringe bei Verwendung einer Synchron-Asynchron-Kaslirade
erzielten erhöhten Betriebssicherheit kommt eine besondere Bedeutung zu, die selbstverständlich
durch die gleichzeitig erzielte Verkleinerung der Außendurchmesser der Maschinensätze
noch vergrößert ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Abb. i zeigt ein Schaltschema für eine Synchron-Asynchron-Kaskade und Abb.
:2 die Anordnung eines zur Wasserkraftausnutzung bestimmten Maschinensatzes,
wie solche bevorzugt in Unterwasserkraftwerke eingebaut werden.
-
Von der Turbine a (Abb. i) werden die Anker b des Synchrongenerators
und c des Asynchrongenerators mit einer gemeinsamen Welle angetrieben. Die Erregerwicklung
d des Synchrongenerators wird aus dem Erregerstromkreis PAN in bekannter Weise gespeist.
An die Wicklung des Ständers e dis Asvnchrongenerat-or s ist das Netz R, S, T angeschlossen.
Die Wicklung des Ankers b als Niederspannungswicklung ist über die Verbindungsleitungen
f, g und 1a derart an die Niederspannungswicklung e des Asyrichrongenerators angeschlossen,
daß-das Drehfeld im Anker c in der Drehrichtung dieses Ankers, also entgegengesetzt
zur Umlaufrichtung des Drehfeldes im Anker b des Synchrongenerators, umläuft. Durch
diese Zusammenschaltung der beiden Anker b und c wird auf den Stän-der e
des Asynchrongenerators ein Drehfeld mit einer Umlaufgeschwindigkeit übertragen,
die sich aus der Summe der Umlaufgeschwindigkeiten des Ankers c und des Drehfeldes
dieses Ankers ergibt. Wenn in dem Schaltschema der Abb. i eine Darstellung gewählt
ist, nach der die Anker b und c als nur an den Wicklungsenden miteinander verbunden
angenommen sind, so bereitet es jedoch keinerlei Schwierigkeiten, den Aufbau der
Anordnung auch so zu wählen, daß die axial hintereinanderliegenden Anker b und c
eine gemeinsame Wicklung erhalten, d. h. daß die Nuten beider Anker durchgewickelt
sind.
-
Der Einbau einer Kaskade nach dein Schaltschema der Abb. i in ein
Kapselgehäuse i- ist in Abb. 2 dargestellt. Dieses Kapselgehäuse wird in bekannter
`'eise durch die Streben h und l gegenüber dein Wasserführungsrohr in abgestützt.
Wie bei solchen b Anordnungen. üblich, können diese Streben auch hier hohl ausgebildet
sein und zur Führung von Steuer- und Überwachungsleitungen o\vie der Leitungen für
die Stromzu- und -abfiihrung dienen. Die verstellbaren Leitschaufeln ir. der Turbinen
sind dein Laufrad a vorg a - kupeordnet. Auf der mit dem Laufrad
a e pelten-Welle o sind die Läufer b und c der für die Stromerzeugung dienenden
Synchron-Asynchron-Kaskade angeordnet. Wie in Abb. i ist auch hier mit d die Erregerwicklung
des Synchrongenerators und mit e der Ständer des Asynchrongenerators bezeichnet.
Für den
erleichterten Ein- und Ausbau der Welle o und damit der
Läufer b und c ist das Gehäuse i
selbstverständlich mehrteilig ausgebildet,
und es ist zwischen der Welle des Laufrades a und der Welle o eine lösbare Kupplung
angeordnet.
-
Dadurch, daß die für :die Erzeugung der gewünschten Frequenz erforderliche
Polzahl auf mehrere Maschinen verteilt ist, muß darauf geachtet werden, daß alle
Pole die für die Summierung der Einzelfrequenzen maßgebliche Stellung zueinander
haben.
-
Wenn es auch für die Bestimmung der Abmessungen und für die Erzielung
eines vereinfachten Aufbaues der einzelnen Maschinen besonders vorteilhaft ist,
die Gesamtleistung gleichmäßig auf zwei oder mehrere elektrische Maschinen zu verteilen,
so bleibt trotzdem die Möglichkeit gegeben, auch leistungs- und frequenzmäßig jede
andere Aufteilung vorzunehmen, bei der jeder Anteil der übrigen Stromerzeuger an
der Gesamtleistung unter dem Anteil der in das Netz speisenden Maschine liegt.
-
Es ist auch eine Frage der Zweckmäßigkeit für :den Aufbau des Gesamtmaschinensatzes,
ob man die elektrischen Maschinen hintereinanderliegend auf einer Seite des Laufrades
oder Propellers der Strömungsmaschine oder beidseiti:g von diesem anordnet.
-
Für den Betrieb der Unterwasserkraftwerke ergeben sich aus der Anwendung,der
als besonders zweckmäßig angesehenen Synchron-Asynchron-Kaskade auch Vereinfachungen
in der Ausbildung und Wirkungsweise der erförderlichen elektrischen Nebeneinrichtungen,
insbesondere der für die Synchronisierung mehrerer Maschinensätze untereinander
oder mit dem Netz erforderlichen Geräte. Auch kann bei der Verwendung solcher Kaskaden
für den Betrieb eines Unterwasserkraftwerkes die sonst bei Synchrongeneratoren für
den Parallellauf der zu einem Werk gehörenden Maschinensätze erforderliche Dämpferwicklung
in Fortfall kommen, weil die Synchron-Asynchron-Kaskade infolge der Eigenschaften
des Asynchrongenerators die für einen Parallellauf mehrerer Maschinensätze. erforderlichen,
sonst der Dämpferwicklung zukommenden Aufgaben voll übernimmt.
-
Neben der vorteilhaften Anwendung - bei Unterwasserkraftwerken bringt
die Verwirklichung der Erfindung Vorteile auch bei ihrer Anwendung für Windturbinenaggregate
mit in einem Kapselgehäuse angeordneten Stromerzeugern mit sich.