DEP0008238DA - Durch Fliehkräfte beanspruchter Ring - Google Patents

Description

Bei elektrischen Wasserkraftgeneratoren bereitet die Beförderung des Läufers mit der Bahn Schwierigkeiten. Man hat deshalb den Läufer in zwei Hälften unterteilt, die auf der Baustelle durch Schrumpfringe miteinander verbunden werden. Aber auch diese Unterteilung genügt bei grossen Generatoren nicht. Man ist deshalb schon dazu übergegangen, den Läufer auf der Baustelle aus mehreren Einzelteilen, die in der Werkstatt hergestellt sind, aufzubauen. Vorzugsweise eignet sich hierzu der sogenannte Blechkettenläufer, der im Prinzip nach Fig. 1 der Zeichnung aufgebaut ist. In dieser Figur ist mit 1 die Nabe bezeichnet, 2 sind die Arme, 3 ist der Blechkettenläufer, der aus einzelnen Segmenten besteht, die überlappt geschichtet, durch nicht dargestellte Bolzen zusammengepresst, den Ring bilden. Am Umfang des Ringes werden in bekannter Weise die Pole befestigt. Diese Ausführung hat den grossen Vorteil, dass der Läufer nicht abgedreht zu werden braucht. Würde man den Ring mit den Armen starr verbinden, so würden bei den im Betrieb auftretenden Fliehkräften nicht nur Tangentialbeanspruchungen im Ring auftreten, sondern auch Biegungsspannungen zwischen den Armen. Dies hätte zur Folge, dass der Ring, der bei der Drehzahl Null einen vollkommenen Kreisring bildet, im Betrieb entsprechend den n-Armen jedoch n-Ausbuchtungen erhalten würde. Dieser Umstand zwingt dazu, den Ring mit einer der Nenndrehzahl entsprechenden Schrumpfspannung bei der Montage aufzubringen, sodass er bei der Drehzahl Null unrund, bei der Nenndrehzahl aber gerade biegungsspannungsfrei läuft und infolgedessen bei dieser Drehzahl einen vollständig runden Ring bildet.

Das erforderliche Schrumpfmass lässt sich rechnerisch ermitteln. In der Praxis erzeugt man das dazu nötige Übermass des Läufersterns gegenüber dem Ring durch nachstellbare sogenannte Schrumpfkeile, die in der Figur mit 4 bezeichnet sind. Durch entsprechende Einstellung dieser Keile, die rechnerisch oder empirisch bestimmt wird, kann erreicht werden, dass bei einer vorbestimmten Drehzahl, z.B. der Nenndrehzahl, der Läufer einen vollkommenen Ring bildet. Schwierigkeiten bereitet diese Konstruktion bei den betrieblich bedingten unvermeidlichen Abweichungen von der Nenndrehzahl, vor allem bei Abweichungen nach oben bis zur Durchgangsdrehzahl der Turbine. Hierbei tritt ein Lösen des Ringes von den Armen auf, d.h. die Keile tragen den Ring nicht mehr, sondern dieser gleitet lediglich durch die Seitenflächen der Keile zentriert als freier, nur noch durch Tangentialspannungen beanspruchter Ring radial nach aussen. Der bei öfterem Auftreten dieses Vorganges mögliche Verschleiss der Gleitflächen der Keile ist unerwünscht. Will man diesen vermeiden, so muss die Vorspannung durch die Schrumpfkeile so weit getrieben werden, dass im Bereich der im Betrieb vorkommenden Abweichungen der Drehzahl von der Nenndrehzahl kein Abheben des Ringes auftreten kann. Das bedingt aber wiederum, dass man auf den biegungsfreien Lauf des ringes bei Nenndrehzahl verzichten und wegen der Höhe der Schrumpfspannung sehr starke Arme anordnen muss.

Diese Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die Verbindung zwischen Ring und Armen durch federnde Konstruktionsteile hergestellt wird, die in Richtung des Umfanges gegen Verformung sehr viel starrer sind als in radialer Richtung und an welche einerseits der bei der Montage spannungslose Ring, andererseits die Arme starr befestigt sind. Man erreicht dadurch einen einwandfreien zentrierten Lauf des Ringes vom Stillstand bis zur Durchgangsdrehzahl der Turbine, ohne dass ein Verschleiss an irgendwelchen Teilen durch Gleiten auftreten kann und ohne dass der Ring von der Kreisform abweicht. Ferner wird eine erhebliche Vereinfachung der Montage erreicht, da der Ring ohne jede Schrumpfspannung mit den elastischen Gliedern verbunden wird, während bei den bekannten Konstruktionen, bei denen eine Schrumpfung vorgesehen ist, der Aufbau dadurch umständlicher wird.

In der Fig. 2 der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 3 ist wiederum der Ring bezeichnet, welcher, wie in Fig. 1, aus einzelnen Segmenten bestehen kann. Die Arme tragen das Bezugszeichen 2, die Nabe das Bezugszeichen 1.

Die Verbindung zwischen dem Läuferstern, der durch die Arme 2 gebildet wird, und dem Ring 3 ist durch elastische Zwischenglieder 5 gebildet, die in ihrer Längserstreckung knicksteif, aber in der dazu senkrechten Richtung mit kleinen Kräften zu verformen sind. Bei der Montage wird der spannungsfreie Ring starr mit den elastischen Konstruktionsteilen verbunden, die ihrerseits starr mit den Armen verbunden werden, sodass beim Zusammenbau weder der Ring noch die Arme durch Schrumpfspannungen beansprucht werden und dadurch der Aufbau sehr einfach wird. Wie leicht einzusehen, wird bei einer Dehnung des Ringes in radialer Richtung im Betrieb infolge der Fliehkraft durch die in dieser Richtung leicht federnden Konstruktionsteile kein nennenswerter Widerstand entgegengesetzt. Eine einwandfreie Übertragung des Drehmoments ist aber gleichzeitig gesichert. Bei der Verwendung von mindestens drei Konstruktionsteilen bzw. -armen ist auch eine Ermüdung des Materials nicht zu erwarten, sodass auch bei wiederholtem Anlassen des Generators und Drehzahlabweichung von der Nenndrehzahl nach oben keine Abnutzung auftritt, wie es bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung mit Keilen der Fall ist. Auch wird, wie erwähnt, die Montage der Maschine sehr einfach, da lediglich der spannungsfreie Ring mit den ebenfalls spannungsfreien Armen durch die elastischen Konstruktionsteile miteinander zu verbinden sind.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 3. Soweit die Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind die federnden Konstruktionsteile 5 in der Mitte mit den Armen und an beiden Enden mit dem Ring verbunden. Die Anordnung nach Fig. 2 ist also sozusagen paarweise angewendet. Die Ausführung nach Fig. 3 ermöglicht es, die Konstruktionselemente noch bedeutend biegungsweicher zu halten, da sie von Druckkräften in ihrer Längsrichtung, die ein Ausknicken bewirken könnten, entlastet sind. Die Anordnung könnte auch so getroffen werden, dass die Mitte der Konstruktionsteile mit dem Ring, die Enden mit den Armen verbunden sind.

Die Erfindung ist nicht nur bei Wasserkraftgeneratoren anwendbar, sondern überall da, wo ein biegungsfreier, durch Fliehkräfte beanspruchter Ring, der insbesondere aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, hergestellt werden soll.

Claims (3)

1. Durch Fliehkräfte beanspruchter Ring, der mit den Armen einer Nabe verbunden ist, insbesondere für Blechkettenläufer von Wasserkraftgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Ring und Armen durch federnde Konstruktionsteile hergestellt ist, die in der Richtung des Umfanges gegen Verformung viel starrer sind als in radialer Richtung und an welchen einerseits der bei der Montage spannungslose Ring, andererseits die Arme starr befestigt sind.

2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Konstruktionsteile an den Enden mit dem Ring, dazwischen mit den Armen verbunden sind.

3. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Konstruktionsteile an den Enden mit den Armen, dazwischen mit dem Ring verbunden sind.