DE2249978A1

DE2249978A1 - Senkrechte dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2249978A1
Application number: DE2249978A
Authority: DE
Inventors: Eugene C Whitney
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-10-18
Filing date: 1972-10-12
Publication date: 1973-05-03
Also published as: JPS4857109A; CH558100A; JPS5347510U; NO133117B; FR2156789B1; NO133117C; US3742271A; BE790172A; BR7207267D0; AU4623672A; AR197786A1; FR2156789A1; GB1403090A; SE394555B; CA938982A; IT968685B; ES406664A1; AU475726B2

Description

ing. K. HÖLZER

fi*> AUGSBURG

KIIUFPINE-WBXSEn-STKAaSH tt TBLBPUNi SXST*

W. 586

Augsburg» den 9. Oktober 1972

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County,

Pennsylvania, 15 222, V.St.A.

Senkrechte dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine senkrechte dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einer starren, den Stator konzentrisch umgebenden Wandung, wobei zwischen dem Stator und der Wandung ein ringförmiger Zwischenraum gebildet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung senkrechte

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Wasserturbinengeneratoren.

Es ist bekannt, daß mit der fortschreitenden Vergrößerung von Generatorleistungen, insbesondere bei Wasserturbinengeneratoren großer Leistung auch größer werdende Schwierigkeiten auftreten. Zur Erzielung eines sicheren Maschinenbetriebs mit guten elektrischen Eigenschaften ist es notwendig, zwischen dem Rotor und dem Stator der Maschine einen gleichförmig kleinen Luftspalt aufrechtzuerhalten. Die Größe dieses Luftspaltes, die gewöhnlich etwa 12 mm bis 35 mm beträgt, soll unverändert bleiben, obwohl die Gesamtabmessungen der Maschine größer werden. Gegenwärtig in der Konstruktion befindliche Maschinen für eine Leistung von 600 MW weisen einen Gesamtdurchmesser von mehr als 18 m auf. Bei derartigen Maschinen bildet die Größe des Luftspaltes einen sehr geringen Bruchteil der Gesamtabmessung der Maschine und die Beherrschung der Luftspaltgröße stellt eine ernsthafte Schwierigkeit dar.

Die magnetische Anziehung, welcher der Stator im Betrieb unterworfen ist, erzeugt Kräfte, die den Stator in radialer Richtung zu verformen und in eine im Querschnitt elliptische Form zu bringen versuchen. Infolgedessen muß der Stator in ein abstützendes Gehäuse montiert sein,

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welches derartige, den Luftspalt offensichtlich verändernde und dadurch die Maschine betriebsunfähig machende Verformungen verhindert. Wenn der Stator an einem starren Rahmen mit ausreichend großer Steifigkeit zur Verhinderung einer derartigen Verformung befestigt ist, erhebt sich die Schwierigkeit der normalen thermischen Zusammenziehung und Dehnung. Eine starre Befestigung des Stators an einem starren Rahmen würde die Dehnung des Stators derart einschränken, daß sich die Statorblechpakete bei normalen thermischen Zyklen stark verbiegen würden.

Aus der US-PS 3 387 152 ist eine senkrechte, in einem Betongehäuse angeordnete Maschine bekannt. Das Betongehäuse weist eine mit dem Stator konzentrische Wandung auf, welche zahlreiche Durchbrüche für die Anordnung von stabförmigen Armen aufweist, welch letztere mit gleichmäßigen gegenseitigen Abständen am Umfang des Statorpakets angebracht sind. Die radial äußeren Enden der Arme sind unmittelbar an der Außenfläche der Betongehäusewandung verankert. Mit ihren radial inneren Enden sind die Arme am Statorpaket befestigt, so daß die Betongehäusewandung auf Druck und die Arme und das Statorpaket auf Zug beansprucht werden. Die Arme verlaufen vorzugsweise nicht radial, sondern etwa tangential bezüglich eines Zylinders, der etwas größer als das Stator-

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paket ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform gemäß der obengenannten Druckschrift werden sowohl radial als auch tangential gerichtete Kräfte auf das Fundament übertragen. Nachteiligerweise eieht dieser Vorschlag im Zwischenraum zwischen dem Stator und der Gehäusewandung weder ausreichend Raum für Wärmeaustauscher vor, noch ermöglicht er den Zugang in diesen Zwischenraum für die übliche Inspektion und Wartung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine senkrechte dynamoelektrische Maschine derart auszubilden, daß die Aufrechterhaltung eines gleichbleibend großen Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator auch bei starker Belastung des Stators infolge der magnetischen Anziehungskräfte gewährleistet ist und daß trotzdem zwischen dem Stator und der Gehäusewandung genügend Raum für Wartung und Inspektion verbleibt.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine senkrechte dynamoelektrische Maschine der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung einstückig mit einem ebenfalls starren Fundament ausgebildet ist, welches den Stator mindestens

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teilweise unterstützt und Vorrichtungen zum Ermöglichen einer Relativbewegung des Stators bezüglich des Fundaments aufweist, und daß ein Tragstern zur Befestigung des Stators an der Wandung und am Fundament vorgesehen ist, welcher eine Vielzahl von Armen aufweist, die jeweils aus einem mit Abstand zum Stator senkrecht verlaufenden, mit seinem unteren Ende im Fundament befestigten Teil und einem anderen, vom senkrechten Teil aus radial nach außen verlaufenden, mit seinem radial äußeren Ende in der Wand befestigten Teil bestehen, und daß außerdem Mittel vorgesehen sind, die den Stator mit dem senkrechten Teil der Arme verbinden und die radial bzw. tangential zum Fundament und zur Wandung verlaufen und mit Bezug auf diese verhältnismäßig flexibel sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teil-

Axialschnitt durch eine Maschine nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der

Ebene H-II in Fig. 1.

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In den Zeichnungen ist eine senkrechte dynamoelektrische Maschine dargestellt, wie sie als Wasserturbinengenerator Anwendung findet. Ein Fundament 10 unterstützt einen Stator der Maschine, Ein Gehäuse oder eine Wandung 12 ist einstückig mit dem Fundament 10 ausgebildet, wobei das Gehäuse bzw. die Wandung und das Fundament aus einem starren Material wie beispielsweise Beton hergestellt sind. Innerhalb des Stators 16 ist ein Rotor 14 auf einer nicht gezeichneten senkrechten Welle gelagert. Nähere Einzelheiten der Maschine sind nicht dargestellt, mit Ausnahme derjenigen Merkmale, die für die Erfindung, welche hauptsächlich die Verbindung zwischen dem Stator 16 und dem Fundament 10 sowie der Wandung 12 betrifft, wesentlich sind·

Der Stator 16 ruht auf einer Vielzahl von mit gegenseitigen Abständen angeordneten Sohlplatten 18, die eine Bewegung des Stators gestatten. Die Sohlplatten 18 sind ringförmig auf dem Fundament angeordnet und durch Bolzen im Fundament 10 verankert.

Zwischen dem Stator 16 und der Wandung 12 befindet sich ein beträchtlicher Zwischenraum, In diesem Zwischenraum ist am Umfang des Stators 16 eine Vielzahl von starren Armen 20 angeordnet. Die Arme 20 weisen gleiche

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gegenseitige Abstände auf und sind massiv und ausreichend stark, so daß sie in ihrer Lage starr sind. Die Arme
weisen jeweils einen senkrechten Teil 21 und einen radialen Teil 22 auf. Das untere Ende 23 des senkrechten Teils
ist im Fundament 10 eingebettet oder auf andere Weise an dem letzteren befestigt; das äußere Ende 24 des radialen Teiles ist in der Gehäusewandung 12 eingebettet oder auf andere Weise daran befestigt. Die Arme 20 sind also im
wesentlichen starr wie das Gehäuse. Gemäß einer anderen
Ausführungsform können die Arme zwischen sich und dem
Fundament 10 und der Wandung 12 flexible Befestigungen
aufweisen; es wird jedoch die dargestellte Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher die Arme beispielsweise durch Einbetten der Enden 23 und 24 fest am Fundament bzw, an der Wandung befestigt sind.

Der Stator 16 ist mit dem jeweils senkrechten Teil der Arme durch sowohl radiale als auch tangentiale Teile enthaltende Verbindungsmittel verbunden, die flexibel im Vergleich zu den Armen und zum Gehäuse sind.

Bei der dargestellten Ausführungsform enthalten die Verbindungsmittel zwischen dem Stator 16 und dem jeweils senkrechten Teil 21 der Arme jeweils eine Vielzahl
von radialen Teilen 26, die als Stangen oder als Platten

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ausgebildet sind und, falls gewünscht, absichtlich federnd ausgebildete Abschnitte aufweisen können. Diese radialen Teile 26 sind am Stator 16 und am jeweils senkrechten Teil der Arme 20 befestigt, so daß sich der Stator bei den üblichen Temperaturänderungen ausdehnen und zusammenziehen kann. Wie dargestellt ist, weisen die am Stator 16 befestigten Enden der Teile 26 Mittel 29 zur Verteilung der Kräfte über eine größere Fläche auf. Wenn sich der Stator infolge thermischer Kräfte ausdehnt oder zusammenzieht, ermöglichen die den Stator tragenden Sohlplatten 18 eine ungehinderte Wärmebewegung des Stators,

Zusätzlich ist zwischen den Streben 20 und der Wandung 12 eine Vielzahl nicht radial verlaufender, sondern bezüglich eines mit dem Stator konzentrischen Kreises tangential verlaufender Teile 28 befestigt. Diese tangentialen Teile nehmen die normalen und kurzen, vom Stator erzeugten Drehmomente auf. Wie Fig. 2 zeigt, können die tangentialen Teile 28 an den radialen Teilen 26 befestigt und brauchen nicht unmittelbar am Stator 16 oder an der Wandung 12 angebracht sein. '

Durch die Lagerung des Statorkernes auf den mit gegenseitigen Abständen angeordneten Lagerplatten ist

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zwischen den Stator und dem Betonfundament ein Zwischenraum gebildet, so daß ein Teil der gesamten Kühlluft unter dem Stator hindurchströmen und den unteren Teil der Maschine kühlen kann» wie die Pfeile 30 in Fig. 1 andeuten. Zusätzlich sind zur Kühlung der Luft in den beiden Strömungswegen 30 und 31 Wärmeaustauscher 32, durch welche ein Kühlmittel wie beispielsweise Wasser zirkuliert, an den tangentialen" Teilen 28 der Haltekonstruktion oder auf andere Weise in dem den Stator 16 umgebenden Raum befestigt.

Der Zusammenbau der Maschine nach der vorliegenden Erfindung kann selbst bei großen Abmessungen verhältnismäßig einfach ausgeführt werden* Der Stator 16 wird aus einer Vielzahl von Sockelringsegmenten zusammengesetzt, welch letztere auf den im Fundament verankerten Sohlplatten 18 angeordnet werden. Dann werden an der Baustelle senkrechte Abstandsrippen auf diesen Sockelring montiert. Danach werden die Statorbleche aufgeschichtet, bis der Statorkern die vorgesehene Höhe erreicht hat. An der Oberseite des Statorkerns wird auf den Abstandsrippen und den Statorblechpaket ein weiterer Ring zusammengebaut. Eine Klemmkraft wird durch die Bolzen erreicht, auf welche die Statorbleche geschichtet sind. Die Abstandsrippen fluchten mit den Armen 20, so daß sie den Stator senkrecht

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und zentrisch halten.

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Claims

22.4397:

Patentansprüche

ί 1.J Senkrechte dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einer starren, den Stator konzentrisch umgebenden Wandung, wobei zwischen dem Stator und der Wandung ein ringförmiger Zwischenraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (12) einstückig mit einem ebenfalls starren Fundament (10) ausgebildet ist, welches den Stator (16) mindestens teilweise unterstützt und Vorrichtungen zum Ermöglichen einer Relativbewegung des Stators bezüglich des Fundaments aufweist, und daß ein Tragstern (21, 22, 23, 24) zur Befestigung des Stators an der Wandung und am Fundament vorgesehen ist, welcher eine Vielzahl von Armen (21, 22) aufweist, die jeweils aus einem mit Abstand zum Stator senkrecht verlaufenden, mit seinem unteren Ende (23) im Fundament befestigten Teil (21) und einem anderen, vom senkrechten Teil aus .radial nach außen verlaufenden, mit seinem radial äußeren Ende (24) in der Wandung befestigten Teil (22) bestehen, und daß außerdem Mittel (26, 28) vorgesehen sind, die den Stator mit dem senkrechten Teil der Arme verbinden und die radial bzw. tangential zum Fundament und zur Wandung verlaufen und mit Bezug auf diese verhältnismäßig flexibel sind.

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2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Arme (20 ... im Vergleich zu den Verbindungsmitteln (26, 28) starr sind, daß weiter die Wandung (12) und das Fundament (10) aus Beton bestehen und die entsprechenden Enden (23» 24) der Arme darin eingebettet sind, und daß die genannten Verbindungsmittel jeweils eine Vielzahl von mit vertikalen Abständen zueinander angeordneten, radial verlaufenden, stabförmigen Elementen (26) und eine Vielzahl von tangential angeordneten, plattenförmigen Teilen (28) aufweisen.
3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Anzahl der genannten tangential angeordneten, plattenförmigen Teile (28) Wärmeaustauscher (32) zum Transport eines Kühlmittels durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Stator (16) und der Wandung (12) angeordnet sind.
4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3· dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Stator (16) und der Wandung (12) trotz des Vorhandenseins der genannten Arme und der genannten Verbindungsmittel und der Wärmeaustauscher (32) genügend Raum zur Wartung und Inspektion bietet.

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