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Elektrische Maschine vertikaler Bauart mit Betonmantel Beim Betrieb
elektrischer Maschinen vertikaler Bauart, insbesondereWasserkraftgeneratoren, können
erhebliche, tangential und radial gerichtete Kräfte auftreten, die vom Fundament
oder dem, mit diesem verbundenen Gehäuse aufgenommen werden müssen. Derartige Kräfte
werden beispielsweise durch Erwärmung, durch das Drehmoment oder den magnetischen
Fluß beim Betrieb der Maschine verursacht.
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Zur Einstellung der Kreisform der Statorbohrung von Vertikalmaschinen
und zur Einstellung der zentrischen Lage des Rotors zur Statorbohrupg sowie zur
Einsparung von zusätzlichen, nicht aktiven Konstruktionsteilen ist es bereits bekannt,
das Statorgehäuse von Vertikalmaschinen, die in einem F'undamentschacht angeordnet
sind, mit der Schachtwand .durch stabförmige, mit Spannsd-hlössern versalhene Halteorgane
zu verbinden. Dabei dienen die Spannschlösser zur Einstellung des Druckes bzw. Zuges,
den die in Aussparungen der Schachtwand einzementierten Halteorgane auf das Ständergehäuse
ausüben. (Österreichische Patentschrift 174,1Q9.) Es ist ferner bereits bekannt,
das Gehäuse von elektrischen Maschinen vertikaler Bauart durch ein Gehäuse aus Beton
zu ersetzen. Dabei ist jedoch lediglich das Stahlblechgehäuse durch eine entspreeheude
und infolgedessen komplizierte Betonkonstruktion ersetzt. Als Halterungen für das
Ständerblechpaket sind für Stahlblechgehäuse übliche Befestigungsteile mit in den
Beton eingelassenen Ankern verschweißt. (ETZ, Ausgabe A, 1955, Seite 569.)
Dagegen betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine vertikaler Bauart mit einem
ringförmigen, geschlossenen Mantel .aus Beton und Verstrebungsstäben zwischen dem
Betonmantel und dem Ständerblechpaket.
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Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag sind zwischen dem Ständerblechpaket
und dem Betonmantel fachwerkartig angeordnete Spannschrauben angeordnet, deren gehäuseseitige
Knotenpunkte mit Hilfe von Stellschrauben im Beton verankert sind. Bei dieser Anordnung
können in den fachwerkartigen Verstrebungen infolge von tangentialen Kräften Zug-und
Druckspannungen auftreten, so daß auf die Stellschrauben radial nach außen gerichtete
Kräfte, Schuh-und eventuell auch Biegekräfte, ausgeübt werden können. Radial nach
außen wirkende Kräfte wirken sich im Beton als für diesen schädliche, tangential
gerichtete Zugspannungen aus. Die Stellschrauben für die Verankerung der Fachwerkverstrebungen
im Beton sind in Stahlrohren geführt. Für die Einbringung der Stahlrohre vor dem
Betonieren oder nach dem Betonieren in dafür vorgesehene Aussparungen und für die
Fixierung ist daher eine hohe Maßgenauigkeit erforderlich, die mit wirtschaftlichen
Mitteln kaum einzuhalten ist. Die von den fachwerkartigen Verstrebungen auf die
Stellsclhrauben übertragenen tangentialen Kräfte wirken Über die Stahlrohre vorwiegend
auf die innere Randzone .des Betongehäuses und führen dort zu örtlich hohen und
damit schädlichen Beanspruchungen des Betons.
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Zur Vermeidung ,dieser Schwierigkeiten und zur Vereinfachung des Zusammenbaues
einer Vertikalmaschine am Aufstellungsort ist gemäß der Erfindung der Betonmantel
durch die gleichmäßig über den Umfang des Ständerbleclipaketes verteilten und nach
dessen Zusammenbau unter Zugspannung gesetzten Verstrebungsstäbe in Verbindung mit
dem Ständerblechpaket ohne Verbund vorgespannt und durch die Verstrebungsstäbe im
Abstand zum Blechpaket fixiert: Dadurch ist sichergestellt, daß während des Betriebes
der Maschine das Betongehäuse nur auf Druck und das Ständerblechpaket nur auf Zug
beansprucht sind. Mit besonderem Vorteil bilden die Achsen der Stäbe Tangenten an
411e Mantelfläche eines fiktiven, zum Ständerblechpaket koaxialenZylinders, dessenDurchmesser
kleiner als der Außendurchmesser des Ständerblechpaketes ist. Dabei sind die Stäbe
beispielsweise so angeordnet, daß jeder Stab mindestens einen anderen Stab kreuzt.
Da jeder einzelne Verstrebungs-Stab im Beton oder auf der Außenseite des Betons
unter Vorspannung verankert ist, können die Verstrebungsstäbe nur auf Zug beansprucht
werden. Auf diese Weise entsteht ein Eigenspaunungszustand, der das Betongehäuse
als geschlossenes Druckgewölbe und das Ständerblechpaket statisch als Zugring wirken
läßt. Die auf der Außenseite des Betongehäuses verankerten Stäbe können im Inneren
von Hüllrohren mit im Verhältnis zum Durchmesser der Stäbe großer
lichter
Weite frei verlegt werden, so daß der Spielraum Richtungsabweichungen der Stäbe
zuläßt.'Zur Verankerung der Stäbe an der Außenseite des Betongehäuses könnenbeispielsweise
glockenförmigeAnkerkörper verwendet werden, die- von vornherein .einbetoniert werden.
Diese Ankerkörper stellen die'einzige kraftschlüssige Verbindung mit dem Betongehäuse
her, so daß ein nachträgliches Verpressen mit Zementmörtel nicht notwendig ist.
Die Enden der Verstrebungsstäbe können in mehreren zueinander parallelen Schichten
oder Lagen im Beton verankert sein und ebenso in entsprechenden, zueinander parallelen
Höhenlagen am Ständerblechpaket angreifen. Natürlich können die Verstrebungsstäbe
auch radial angeordnet sein, so daß die Achsen der Stäbe sich lagenweise in einem
Punkt der Maschinenachse schneiden. Da die Stäbe -in diesem Falle jedoch nur radiale
Kräfte aufnehmen können,mußwenigstens eine der das Blechpaket zusammenhaltenden
Druckplatten im Fundament oder im Betongehäuse, das normalerweise mit .dem Fundament
eine Einheit bildet, verankert sein. Zur Befestigung der Stäbe sind beispielsweise
an beiden Enden Gewinde aufgewalzt.
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An Hand von in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen
wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen ist: F i g.
1 ein axialer Teilschnitt durch den Ständer einer elektrischen Maschine vertikaler
Bauart und das -diesen umgebende Betongehäuse, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen
Teil der Anordnung nach F i g.1, F i g. 3 ein axialer Teilschnitt wie in F i g.
1, jedoch mit anderer Anordnung der Verstrebungsstäbe, F i g. 4 eine Draufsicht
auf einen Teil der Anordnung nach F i g. 3.
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In F i g. 1 und 2 sind ein Ständerblechpaket 1 einer elektrischen
Maschine vertikaler Bauart und ein diese Maschine umgebendes Betongehäuse, das aus
einer ringförmigen Betonwand 2 und einem Fundament 3 besteht, schematisch dargestellt.
Das Ständerblechpaket 1 wird durch Druckplatten 4,5 zusammengehalten und ist mit
Hilfe einer Tragkonstruktion 6 auf dem Fundament 3 abgestützt. Das Ständerblechpaket
ist, beispielsweise lagenweise, durchgehend geschichtet. Die Verbindung des Ständerblechpaketes
mit der Betonwand 2 ist durch speichenartig angeordnete Spannstäbe 7, 8 hergestellt,
und zwar in diesem Ausführungsbeispiel derart, daß die über die ständerseitigen
Enden verlängerten Achsen der Spannstäbe 7 und 8 jeweils Tangenten an die Mantelfläche
eines gedachten Zylinders sind, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser
des Ständerblechpaketes ist. Die Spannstäbe 7 sind beispielsweise in zwei verschiedenen
Höhenlagen und die zugeordneten Spannstäbe 8 jeweils in geringem Abstand zu diesen
angeordnet, so -daß sich die Mantelflächen der Stäbe im Höchstfalle gerade berühren.
Nach F i g. 2 sind je ein Spannstab 7 und je ein Spannstab 8 an einem Punkt des
Ständerblechpaketes befestigt und .die Befestigungspunkte liegen so dicht beieinander,
daß jeder Stab 7 vier Stäbe 8 und umgekehrt jeder Stab 8 vier Stäbe 7 kreuzt. Die
in- der Betonwand 2 verlaufenden Abschnitte der Spannstäbe sind beispielsweise in
Hüllroteren 9 geführt, deren lichte Weite erheblich größer als der Durchmesser der
Spannstäbe ist. Auf diese Weise haben die Spannstäbe in den Hüllröhren genügend
Spielraum und die Hüllrohre 9 können ohne hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit
bei der Herstellung der Betonwand in diese eingebettet werden. Ferner können bei
der Herstellung der Betonwand zur Verankerung der Spannstäbe 7 und 8 beispielsweise
glockenförmige Ankerkörper 1® einbetoniert werden. Zweckmäßigerweise sind je zwei
Ankerkörper für einen Spannstab 7 und den benachbarten Spannstab 8 in einer im Beton
vorgesehenen Aussparung 12 angeordnet. Die Enden der Spannstäbe 7 und 8 können beispielsweise
mit aufgewalzten Gewinden versehen sein, auf die Muttern 11 aufgeschraubt werden
können. Zur Verbindung :des Ständerblechpaketes mit der Betonwand, die beispielsweise
aus Spannbeton ohne Verbund hergestellt ist, werden die Spannstäbe 7 und 8 durch
die Hüllrohre eingefädelt, am Ständerblechpaket befestigt, mit mehreren hydraulischen
Einrichtungen gleichzeitig und gleichmäßig unter Spannung gesetzt und schließlich
durch die Muttern 11 festgelegt. Für die in F i g. 2 dargestellte Art der Verstrebung
werden mindestens vier hydraulische Einrichtungen, und zwar je zwei auf radial gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses, benötigt.
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Wenn -die Außenseite der Betonwand nicht zu-A a nglich ist, dann werden
die Spannstäbe einschließ -lich aufgesetzter Mutter und einschließlich des auf den
Spannstab aufgeschobenen Ankerkörpers und Hüllrohres bei der Herstellung der Ringwand
einbetoniert. Dabei ist oberhalb des Ankerkörpers ein kleiner Hohlraum vorzusehen,
in dem sich das mit der Mutter versehene Ende der Spannstäbe frei bewegen kann.
Infolge der Hüllrohre können die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung
ohne Schwierigkeiten eingehalten werden. Bei dieser Ausführung werden die Verstrebungsstäbe,
nachdem sie mit Hilfe von hydraulischen Einrichtungen unter Vorspannung gesetzt
sind, am Ständerblechpaket befestigt.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Soweit die Teile mit denen in F i g. 1 und 2 übereinstimmen, sind
gleiche Bezugszeichen verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel sind Spannstäbe 13
verwendet, die in zwei verschiedenen Höhenlagen angeordnet sind und radial verlaufen,
d. h. sie schneiden sich lagenweise in je einem Punkt der Maschinenwelle. An Stelle
der glockenförmigen Ankerkörper nach den F i g.1 und 2 sind hier im wesentlichen
scheibenförmige Ankerkörper 14 verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel können
die Spannstäbe nur die radialen Zugkräfte aufnehmen. Tangentiale Kräfte werden in
diesem Falle über die Tragkonstruktion 6 oder über den Tragstern 15 auf das Fundament
übertragen und von diesem aufgenommen.
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Durch die indie Verstrebungsstäbe eingeleitete Vorspannung, für die
ein möglichst hoher Wert anzustreben ist, wirken Gehäuse und Blechpaket wie eine
Einheit und sind daher wegen der hohen Eigenfrequenz unempfindlich gegenüber allen
praktisch auftretenden Schwingungen. Die Verstrebungsstäbe und das Ständerblechpaket
werden nur auf Zug, der Betonring nur auf Druck beansprucht.