DE69303085T3

DE69303085T3 - Wasserkraftmaschine

Info

Publication number: DE69303085T3
Application number: DE69303085T
Authority: DE
Inventors: Tetuo Fujihara; Hitoshi Ichikawa; Takashi Ito; Fuminori Iwaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: EP0561619B1; EP0561619A1; EP0561619B2; US5364229A; DE69303085D1; DE69303085T2

Description

Wasserkraftmaschinen und deren Installation

Die Erfindung betrifft Wasserkraftmaschinen und deren Installation. Insbesondere betrifft sie eine Wasserkrafteinrichtung, die sich in relativ kurzer Zeit zusammenbauen läßt und in der Senkrechten eine geringe Baugröße auf weist.
Bei einer herkömmlichen Wasserkrafteinrichtung, die als Pumpe oder als Generator verwendet wird, ist eine elektrische Maschine senkrecht oberhalb einer einstufigen hydraulischen Maschine über eine Welle, die den elektrischen Rotor mit dem hydraulische Laufrad verbindet, angeschlossen. Beim herkömmlichen Installationsvorgang wird ein Schacht ausgehoben, und eine Ablaufleitung zur Aufnahme des abgegebenen Wassers wird durch den Boden des Schachts getrieben. Das nach oben weisende Rohr der Ablaufleitung, die von Beton umgeben ist, wird als Sockel verwendet, auf dem die hydraulische Maschine durch Anordnen des Spiralgehäuses, des Getrieberings und der unteren Abdeckung zusammengesetzt wird. Das Laufrad wird in der unteren Abdeckung angeordnet, und die obere Abdeckung wird eingepaßt. Ein Antrieb und eine Antriebsverbindung für die Leitschaufeln der Wasserkammer werden oberhalb der oberen Abdeckung angeordnet und mit den Leitschaufeln verbunden. Diese hydraulische Einrichtung wird an Ort und Stelle einbetoniert. Die elektrische Maschine wird daraufhin oberhalb der hydraulischen Maschine eingerichtet, wobei die Hauptrotorwelle der elektrischen Maschine von oben durch die obere Abdeckung geführt und mit dem Laufrad der hydraulischen Maschine verbunden wird.
In JP-A-56/83572 ist ein Wasserkraftgenerator des erwähnten Typs beschrieben.
In FR-A-1 544 592 (entsprechend US-A-3 494 704) sind Wasserkrafteinrichtungen mit zweistufigen hydraulischen Maschinen offenbart. Das Spiralgehäuse ist oberhalb der Leitschaufelanordnung der ersten Stufe positioniert, und der Abflußkanal verläuft sich von der ersten Stufe aus im Bogen nach oben und um das Spiralgehäuse herum sowie nach unten zur zweiten Stufe. In dieser Wasserkrafteinrichtung ist ein Laufrad über eine aufrechte Welle, die in Radiallagern gelagert ist, mit einem Rotor der elektrischen Maschine verbunden, eine obere Abdeckung und eine untere Abdeckung legen zwischen sich einen Turbinenraum fest, in dem das Laufrad drehbar ist, eine Leitschaufel-Baugruppe ist zum Steuern des Wasserstroms aus einem Spiralgehäuse in den Turbinenraum zwischen der oberen und der unteren Abdeckung vorgesehen und zum Betrieb von Leitschaufeln der Leitschaufel-Baugruppe ist eine Betriebseinheit vorhanden, die sich unterhalb der unteren Abdeckung der hydraulischen Maschine in einen unteren Raum hinein erstreckt.
Die Installation einer Wasserkraftmaschine ist eine sehr langwierige und mühsame Arbeit. Die Erfinder haben den Installationsvorgang überdacht und einen neuen Installationsplan entwickelt, der eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt.
Die generelle Aufgabe der Erfindung besteht darin, neue Wasserkrafteinrichtungen und Verfahren zu ihrer Installation zu schaffen.
Eine bevorzugte Aufgabe besteht darin, die Abmessung einer Wasserkrafteinrichtung in der Senkrechten zu verringern.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe besteht darin, die Gesamtzeit für die Installation zu verringern.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe besteht darin, die Festigkeitsanforderungen für die obere Abdeckung der hydraulischen Maschine zu verringern.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe besteht darin, die Bedienung und die Wartung der hydraulischen Maschine zu erleichtern.
In einer Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung eine Wasserkrafteinrichtung nach Anspruch 1 vor.
In weiterer Hinsicht sieht die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 6 zum Zusammenbau einer Wasserkrafteinrichtung vor.
Wir schlagen daher vor, daß die Wasserkrafteinrichtung hergestellt wird, indem eine senkrechte Zwischenbefestigungssteile aus äußeren und/oder oberen Teilen der hydraulischen Maschine, insbesondere der oberen Abdeckung, aber gewöhnlich auch dem Spiralgehäuse, dem Getriebering und der oberen Abdeckung, gebildet wird, und die hydraulische Maschine daraufhin von unten in einem. Arbeitsraum montiert wird, der im Schacht unterhalb dieser senkrechten Zwischenbefestigungsstelle gebildet wird.
Auf diese Weise wird es möglich, Bauteile der elektrischen Maschine oberhalb der Zwischenbefestigungsstelle zu stützen, während die unteren Bauteile der hydraulischen Maschine montiert werden. Hierdurch kann die gesamte Installationszeit verringert werden.
Weiterhin wird es praktisch möglich, eine Betriebseinheit für Leitschaufeln der hydraulischen Maschine unterhalb der Leitschaufel-Baugruppe im unteren Arbeitsraum anstelle eines herkömmlich oberen zu positionieren. Ein Raum oberhalb der oberen Abdeckung, der gewöhnlich von dieser Betriebseinheit belegt wird, ist dann überflüssig, und die Länge der Welle kann dementsprechend verringert werden. Hierdurch wird die Kompaktheit in der Senkrechten verbessert.
Weiterhin weist die Welle ein Axiallager auf, das nach unten gegen die obere Abdeckung der hydraulischen Maschine drückt. Dies trägt auch zur Kompaktheit bei, wie vorausgehend erwähnt wurde. Es ist weiterhin sehr wichtig, daß es der beim Betrieb auf die obere Abdeckung ausgeübten hydraulischen Kraft entgegenwirkt, so daß keine umfangreichen Maßnahmen mehr erforderlich sind, um die obere Abdeckung massiv zu verstärken.
Der untere Montageraum für die hydraulische Maschine wird bequemerweise nach der Installation beibehalten und ermöglicht ein späteres Auseinandernehmen und/oder Warten der hydraulischen Maschine, ohne daß die elektrische Maschine zuerst abgebaut werden müßte.
Wir sind der Meinung, daß durch dieses neue Konzept eine Kompaktheit in der Senkrechten erreicht werden kann, so daß der Radius des Spiralgehäuses der hydraulischen Maschine vorzugsweise größer ist als die senkrecht Höhe von der Mittelebene des Spiralgehäuses zum Boden, auf dem das Leitrad der elektrischen Maschine befestigt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert; darin zeigt:
Fig. 1 einen radialen senkrechten Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wasserkrafteinrichtung,
Fig. 2 einen radialen senkrechten Schnitt, wobei die hydraulische Maschine der Einrichtung nach Fig. 1 vergrößert dargestellt ist,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt, in dem die anfängliche Ausbildung eines Schachts und einer Ablaufleitung dargestellt ist,
Fig. 4 einem senkrechten Schnitt, in dem die nachfolgende Installation eines Spiralgehäuses und eines Getrieberings dargestellt ist,
Fig. 5 die Beziehung zwischen dem Spiralgehäuse und einem Halterahmen in einer Draufsicht,
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt, in dem die nachfolgende Installation einer oberen Abdeckung dargestellt ist,
Fig. 7 einen senkrechten Schnitt, in dem ein Einrichtung einer elektrischen Maschine oberhalb der oberen Abdeckung dargestellt ist,
Fig. 8 die Installation eines Turbinenlaufrads,
Fig. 9 einen senkrechten Schnitt, in dem eine untere Abdeckung der Turbine vor der Installation dargestellt ist,
Fig. 10 die eingebaute untere Abdeckung der Turbine,
Fig. 11 eine Möglichkeit der Führung des Schaufelschafts bei der Installation der unteren Abdeckung schematisch, und
Fig. 11(a) eine Einzelheit der Führung,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eine zweiten Möglichkeit der Führung von Schaufelschäften bei der Installation der unteren Abdeckung,
Fig. 13 die durch Hinzufügen eines Ablaufrohrs im wesentlichen fertiggestellte Wasserkrafteinrichtung in einem senkrechten Schnitt,
Fig. 14 den Anschluß eines Ablaufrohrs in einem senkrechten Schnitt,
Fig. 15 ein Diagramm, in dem die eingesparte Zeit bei Verwendung des vorliegenden Installationsverfahrens dargestellt ist, und
Fig. 16 in einem vertikalen Querschnitt, wie die Einrichtung zerlegt werden kann.
In Fig. 1 und 2 ist eine Wasserkrafteinrichtung mit einer einstufigen hydraulischen Maschine 1 dargestellt, die senkrecht unterhalb einer elektrischen Maschine 2 in einer Installationsumrandung 3 montiert ist. Sie sind über eine Welle 21 derart verbunden, daß sich das mit Schaufeln versehene Laufrad 10 der hydraulischen Maschine 1 mit dem Rotor 22 der elektrischen Maschine 2 dreht. Die Installationsumrandung 3 ist in einem senkrecht ausgehobenen Schacht gebildet und legt einen ringförmigen oberen Raum 4 fest, in dem das Leitrad 23 der elektrischen Maschine 2 auf einem Stützsockel 32 befestigt ist, der auf einem Zwischenboden 31 des Schachts steht. In den meisten Fällen ist die Einrichtung ein Generator, bei dem die hydraulische Maschine durch eine Wassersäule angetrieben wird und durch die elektrische Maschine 2 Elektrizität erzeugt wird. Diese Konzepte gelten jedoch auch für Pumpeinrichtungen, bei denen die elektrische Maschine als Motor zum Antreiben des Laufrads der hydraulischen Maschine dient.
Die Welle 21 weist drei Lager auf. Ein oberes Radial lager 24 wird durch Stützen 25 gehalten, die von der nach innen gerichteten Wand 33 des oberen Raums 4 in einem geringen Abstand oberhalb des Rotors 22 verlaufen. Ein unteres Radiallager 125 unterhalb des Rotors 22 drückt gegen eine angrenzende innere Schulter des Zwischenbodens 31. Schließlich beaufschlagt ein senkrechtes Axiallager 26 in der Nähe des unteren Teils der Welle 21 nach unten gerichtet eine verstärkte obere Abdeckung 6 der hydraulischen Maschine 1. Die kreisförmige obere Abdeckung 6, die gegenüber der kreisförmigen Öffnung zwischen dem oberen Raum 4 der elektrischen Maschine und dem unteren Raum 5 der hydraulischen Maschine angeordnet ist, ist in Fig. 2 deutlicher dargestellt, und weist auf ihrer im wesentlichen kreisförmigen Platte mehrere Verstärkungsrippen 61 auf, die Einspannstellen 62 für das Axiallager 26 aufweisen. Die Welle 21 dreht sich in ihrer zentralen Öffnung und befindet sich in Eingriff mit einer Wellendichtung 63 eines bekannten Typs. Die Umgebung der oberen Abdeckung 6 wird von Beton 34 der Installationsumrandung umgeben, der dazu beträgt, sie von oben gegen den Wasserdruck zu stärken.
Der allgemeine Bauplan der hydraulischen Maschine 1 ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich. Ihre Grundelemente sind herkömmlich. Ein äußeres Spiralgehäuse (oder Schnecke) ist horizontal innerhalb einer im Beton der Installationsumrandung 3 eingebetteten Stahleinlage festgelegt. Dieses Spiralgehäuse 9 empfängt unter Druck stehendes Wasser und leitet es auf eine kreisförmige Bahn. Das Spiralgehäuse 9 ist um den inneren Rand herum offen, wo es an einen Getriebering 8 ange schweißt ist, der eine obere und eine untere kreisförmige Platte aufweist, wobei die Platten einander gegenüberstehen und durch feststehende Schaufeln verbunden sind, die eine glatte nach innen gerichtete Strömung des unter Druck stehenden Wassers bewirken. Die Getrieberingplatten sind an ihren inneren Rändern an die obere und die untere Abdeckung 6 bzw. 7 der hydraulischen Maschine 1 angeschweißt. Ein Turbinenraum ist zwischen der oberen Abdeckung 6 und der unteren Abdeckung 7 festgelegt. Das Laufrad 10, das durch Bolzen am unterteil der Welle 21 befestigt ist, wird in diesem Raum durch die Strömung des unter Druck stehenden Wassers gedreht, das daraufhin nach unten in eine Ablauf leitung 13 abgegeben wird, die zu einem Ausströmbecken führt. Die Ablauf leitung 13 weist einen oberen Teil 131 auf, der nach oben durch den unteren Raum 5 für die hydraulische Maschine verläuft. Damit er den Gewichts- und Druckkräften widerstehen kann, weist er äußere Verstärkungsrippen 132 auf. Ein unterer Teil 135 der Ablaufleitung 13 besteht aus einer Stahleinlage, die von Beton der Schachtinstallationsumrandung 3 umgeben ist und durch diesen gestützt wird.
Die Wasserströmung in den Turbinenraum wird durch bewegliche Leitschaufeln 111 einer Leitschaufelanordnung 11 aktiv bestimmt. Mehrere - gewöhnlich zehn bis dreißig - Leitschaufeln 111 sind um den Turbinenraum herum direkt innen bezüglich des Getrieberings 8 angeordnet, und eine jede ist mit einer senkrechten Welle 112 verbunden, die in die obere Abdeckung 6 und die untere Abdeckung 7 eingreift und durch eine Betriebseinheit 12 in. Drehung versetzt werden kann. Die Betriebseinheit 12 ragt unterhalb der unteren Abdeckung 7 in den unteren Raum 5 der Einrichtung hinein. Sie umfaßt eine Antriebsquelle und eine Einrichtung zum Anschließen der Antriebsquelle über die Welle 112 an die Schaufeln 111. Typisch erfolgt der Antrieb durch einen Servomotor 113 (üblicherweise zwei diametral einander entgegengesetzt angeordnete), der so angeschlossen ist, daß er die Wellen über einen Führungskoppelmechanismus 114 dreht.
In Fig. 2 sind weiterhin in Beton eingebettete Elemente eines verstellbaren Halterahmens 14 dargestellt, die verwendet werden, um den Getriebering und das Spiralgehäuse während des Aufbaus auszurichten, wie später erklärt wird.
Die Wasserkrafteinrichtung ist über Durchgänge im Beton der Installationsumrandung 3 an mehreren Orten zugänglich. In Fig. 1 ist ein solcher Durchgang 35 dargestellt, der zu einem Ort beim Axiallager 26 führt. Andere Durchgänge, die zu anderen Orten führen, sind in diesem Abschnitt nicht sichtbar, werden jedoch nachfolgend erörtert.
Es ist ein wichtiges Merkmal dieses Aufbaus, daß das Axiallager 26 der elektrischen Maschinenwelle 21 die obere Abdeckung 6 der hydraulischen Maschine nach unten gerichtet beaufschlagt. Beim Betrieb übt der Wasserdruck eine enorme nach oben gerichtete Kraft - möglicherweise 10000 t - auf diese Abdeckung aus. Der Durchmesser der Abdeckung beträgt typisch drei oder vier Meter. Dieser Kraft wurde herkömmlich durch massive Verstärkungen der Abdeckung 6 begegnet, die über eine gewisse Länge senkrecht verlaufen. Bei diesem Aufbau beaufschlagt das Axiallager 26 der Welle 21 jedoch die Abdeckung 6 anstelle der Schachtwand wie bei früheren Aufbauten. Zusätzlich zur (relativ kleinen) abwärts gerichteten Kraft, die durch die Masse des Rotors der elektrischen Maschine erzeugt wird, ist die Welle der vom Laufrad 10 ausgeübten sehr großen nach unten gerichteten hydraulischen Kraft ausgesetzt, deren Betrag im allgemeinen der nach oben gerichteten von unten auf die Abdeckung 6 wirkenden hydraulischen Kraft entspricht. Es tritt daher ein wesentlicher Ausgleich der auf die Abdeckung wirkenden nach oben und nach unten gerichteten Kräfte auf, und die Größe ihrer Verstärkungsrippen 61 kann vergleichsweise gering sein.
Das Überlappen des Betons 34 um den Randbereich der Abdeckung herum trägt auch zu ihrer Verstärkung bei sowie zur Verhinderung von Undichtigkeiten.
Das Eingreifen des Axiallagers 26 gegenüber der oberen Abdeckung 6 wird durch Anordnen der Betriebseinheit 12 der Leitschaufelanordnung 11 auf der unteren Seite der hydraulischen Maschine anstelle der oberen Seite, wie es üblich ist, ermöglicht. Dieses Merkmal kann wiederum durch ein spezielles Installationsverfahren erreicht werden, das nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 3 bis 14 beschrieben wird.
Die Installation eines Wasserkraftgenerators erfordert es gewöhnlich zunächst, eine Eingangsleitung zu bilden, die von einer hochgelegenen Wasserquelle zum Ort der Einrichtung führt, sowie einen Hohlraum am Ort der Einrichtung und eine Abflußleitung (Ablaufleitung), die vom Standort zu einer Ausströmstelle für das benutzte Wasser führt. Dieser arbeitsaufwendige Vorgang ist herkömmlich und wird hier nicht beschrieben.
Die Wasserkrafteinrichtung wird im Hohlraum durch allmähliches Zusammensetzen einschließlich der allmählichen Bildung der Installationsschachtumrandung 3 aus Beton, die den Ort und den Träger für die Einrichtungsbestandteile bildet, erzeugt.
In Fig. 3 ist die Ausgangssituation dargestellt, bei der in dem Hohlraum eine einfache Betoneinlage vorgesehen ist. Die Stahlunterlage 135 der unteren Ablaufleitung befindet sich im Betonboden 301. In Fig. 3 ist weiterhin ein beweglicher Kran 15 oberhalb des Schachts dargestellt. Dieser ist bei solchen Einrichtungen üblich, und seine Anwesenheit wird in den folgenden Figuren und der folgenden Beschreibung angenommen.
Der Sockel eines Lastträger-Stützrahmens 14 (Fig. 4) ist im Betonboden angeordnet, und das vorgeformte Spiralgehäuse 9 wird mit seinem eingeschweißten Getriebering 8 von diesem gehalten, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Ein abschließendes Schweißen des Gehäuses 9 kann nach dem Positionieren geschehen. Der Rahmen 14 ist so eingerichtet, daß das Gehäuse 9 waagerecht ausgerichtet wird. Diese Elemente werden daraufhin in einer mittleren Betonstützwand 302, die das Spiralgehäuse 9 umgibt und es auf dem unteren Boden 301 hält, einbetoniert, wobei lediglich ein schmaler Wassereintrittsweg 36 zum Spiralgehäuse 9, eine zentrale kreisförmige Öffnung durch den Getriebering 8 und ein großer Eintrittsweg 37, der unterhalb des Getrieberings 8 und des Spiralgehäuses 9 verläuft, wobei ein unterer Arbeitsraum. 5 unterhalb des Getrieberings gebildet wird, freigelassen werden.
Über der Stützwand 302 ist ein oberer Arbeitsraum 4 mit einer umgebenden Wand 303 festgelegt, wie aus Fig. 6 besser ersichtlich ist.
Die obere Abdeckung 6 der hydraulischen Maschine wird daraufhin gegenüber der kreisförmigen mittleren Öffnung eingebaut, wobei ihre Verstärkungsrippen 61 nach oben herausragen und um den Getriebering 8 herum befestigt werden. Daraufhin wird zusätzlicher Beton 34 mit der bestehenden Stützwand aus Beton und den bestehenden Wänden integriert, um den Randbereich der oberen Abdeckung 6 zu überlappen. Die obere Abdeckung 6 ist daraufhin fest eingefaßt und bildet eine senkrechte Zwischenbefestigungsstelle im Schacht, bezüglich der obere und untere Bauteile montiert werden können.
Die elektrische Maschine 2 wird daraufhin oberhalb der oberen Abdeckung 6 eingebaut. Insbesondere wird das Leitrad 23 von der Betonstützwand 302 gehalten, die hierzu einen Zwischenboden 31 aufweist. Der Rotor 22 und seine Weile 21 werden durch einen Kran eingeführt, wobei das untere Ende der Welle auf das Axiallager 26 aufgebracht wird, das auf der oberen Platte 6 befestigt ist, und wobei die anderen Teile der Welle 21 von den vorausgehend beschriebenen oberen und unteren Radiallagern gehalten werden.
Abgesehen von der Welle und der Verwendung des Axiallagers 26 auf der oberen Abdeckung 6 können die Bauteile der elektrischen Maschine und die Arten ihrer Einrichtung an sich herkömmlich sein.
Nach der Einrichtung umgibt ein ringförmiger oberer Arbeitsraum 4 die elektrische Maschine innerhalb der Betonwand 303.
In Fig. 8 ist dargestellt, wie das untere Ende der Welle 21 durch die zentrale Öffnung der Abdeckung 6 so nach unten eingeführt wird, daß sie für das Einpassen des Laufrads 10 bereit wird.
In Fig. 8 bis 10 und 13 sind die wesentlichen Schritte der Installation der hydraulischen Maschine dargestellt. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, wird ein servogesteuerter hydraulischer Aufzug 16 über der Öffnung der unteren Ablaufleitung 135 gehalten. Das Laufrad 10 wird auf der Hebebühne 161 unterhalb der Welle 21 ausgerichtet positioniert, an seinen Ort gehoben und durch Bolzen sicher am Ende der Welle 21 befestigt. Da das Ende der Welle und das Laufrad 10 im Arbeitsraum 5 zugänglich sind, ist es einfach, das Laufrad 10 im Vergleich zur herkömmlichen Montage, bei der das Laufrad bereits im Turbinenraum eingeschlossen ist und bei der die Welle von oben an ihm befestigt werden muß, direkt und sicher zu befestigen.
Der nächste Schritt besteht in der Installation der unteren Abdeckung 7, auf der die Leitschaufelanordnung 11 und ihre Betriebseinheit 12 vormontiert sind. Die Welle 112 einer jeden Leitschaufel 111 verläuft nach unten durch ein jeweiliges Lagerloch 71 im Rand der unteren Abdeckung 7 zur Anschlußverbindung 114 und nach oben gerichtet zu einem freien Ende 112', das für einen Eingriff in ein entsprechendes Lagerloch 66 vorgesehen ist, das im Randbereich der oberen Abdeckung 6 bereitgestellt ist.
Nach der Installation des Laufrads 10 wird der Aufzug 16 abgesenkt und die untere Abdeckanordnung 7 auf seiner Bühne 161 positioniert, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
Die Anordnung wird daraufhin in Richtung der oberen Abdeckung 6 und des Laufrads 10 angehoben, bis die freien Enden 112' der Leitschaufelwellen 112 in die entsprechenden Lagerlöcher 66 der oberen Abdeckung 6 eingreifen. Die obere Abdeckung 6 und die untere Abdeckung 7 werden daraufhin durch geeignete Mittel sicher aneinander befestigt, um die Turbinenkammer und ihr Leitschaufelsystem zu vervollständigen. Die gesamte Einrichtung an dieser Stufe ist in Fig. 10 dargestellt.
Bei diesem Verfahren können die Bauteile der hydraulischen Maschine jederzeit, nachdem die obere Abdeckung 6 und der Eingriff des unteren Endes für die Welle 21 an ihrem Ort sind, an ihren Ort bewegt werden, da der untere Arbeitsraum eine Bewegung, ein Entfernen und eine Einführung selbst der größeren hydraulischen Bauteile ermöglicht.
In Fig. 11 und 11(a) ist eine vorteilhafte Art der Einführung der oberen Enden 112' der Leitschaufelwellen 112 in ihre Kopplungslöcher 66 der oberen Abdeckung 6 dargestellt. Eine kreisförmige Schablone 115, deren innerer und äußerer Schablonenabschnitt 116, 117 durch Befestigungen 118 aneinander befestigt sind, so daß eine umlaufende Matrix in einem genauen Abstand angeordneter Ausrichtlöcher 119 festgelegt wird, ist über den nach oben stehenden freien Enden 112' der Leitschaufelwellen 112 eingepaßt. Die Leitschaufeln und ihre Wellen, die andererseits für eine Fehlausrichtung anfällig wären, wenn sie lediglich an ihren unteren Enden gehalten würden, werden dadurch in einer freistehenden ausgerichteten Matrix angeordnet und greifen zuverlässiger in die Lagerlöcher 66 der oberen Abdeckung 6 ein. Sobald sie eingegriffen haben, wird die Schablone 115 abgenommen und die Leitschaufelanordnung 11 zu ihrer endgültigen Befestigungsposition befördert.
Anstelle der Verwendung eines Aufzugs kann die untere Abdeckanordnung, wie in Fig. 11 dargestellt ist, durch Förderdrähte 120 bewegt werden.
In Fig. 12 ist eine weitere Möglichkeit der Führung dargestellt, wobei die oberen Enden 112" der Leitschaufelwellen 112 mit sich nach oben öffnenden spitz zulaufenden Führungsschlitzen 121 versehen sind, und die oberen Abdecklöcher 66 weisen nach unten vorstehende Führungsstifte 122 auf, die in einer Entfernung in der Senkrechten in die Schlitze 121 eingreifen und sie so führen, daß sie in einen genauen Eingriff mit den oberen Lagern kommen.
In Fig. 13 ist dargestellt, wie die Installation vervollständigt wird, indem ein Stahlrohr 131 zwischen der zen tralen Auslaßöffnung 72 der unteren Abdeckung 7 und der nach oben weisenden Öffnung des unteren Teils 135 der Ablaufleitung 13 eingebaut wird, wodurch der obere Teil der Ablaufleitung gebildet wird und der Wasserweg vervollständigt wird. In Fig. 14 ist eine geeignete Verbindung für die Stahleinlagerohre 131, 135 dargestellt, wobei lange Bolzen 137 verwendet werden, die die festen Flansche 113, 136 des oberen Rohrs 131 und des unteren Rohrs 135 verbinden. Ein loser Flansch 138 ist an den Bolzen 137 zwischen den festen Flanschen eingepaßt und weist einen Klemmkeil 139 auf, der unter dem Einfluß eines Klemmbolzens 140 an der äußeren Fläche des Rohrs 131 angreift. Andere Verfahren können natürlich verwendet werden, und die unteren Enden der Bolzen 137 können, falls gewünscht, einbetoniert werden.
In Fig. 15 ist die Zeiteinsparung, die infolge der Freiheit des Zusammensetzens der elektrischen Maschine, während die hydraulische Maschine noch nicht fertig ist, gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren erreicht werden kann, in Form einer Karte dargestellt. H und E betreffen die hydraulische bzw. die elektrische Einrichtung; C und I bezeichnen eine herkömmliche Technik bzw. ein Verfahren, bei dem die Erfindung verwendet wird.
In Fig. 16 ist dargestellt, inwieweit der hier offenbarte kennzeichnende Aufbau nicht nur bei der Montage, sondern auch bei der Wartung vorteilhaft ist. Bei früheren Konstruktionen konnten die wesentlichen Teile der hydraulischen Maschine nicht erreicht werden, ohne die elektrische Maschine zu entfernen. Bei diesem Aufbau gibt es einen unteren Arbeitsraum 5, der bei Bedarf eine Verlagerung, Entfernung und Einführung der wesentlichen hydraulischen Bauteile ermöglicht. Es wird daher ermöglicht, die hydraulische Maschine in diesem Arbeitsraum 5 auseinanderzunehmen, ohne daß es erforderlich ist, die elektrische Maschine zu stören. In der Figur ist als Beispiel die Entfernung der unteren Abdeckanordnung 7 dargestellt.
Die Einrichtung weist weiterhin, verglichen mit herkömmlichen Einrichtungen, eine beträchtliche Verringerung der vertikalen Höhe auf. Da der Vorgang das Graben eines Hohlraums einschließt, in den die Maschinen passen müssen, kann hierdurch sehr viel Arbeit eingespart werden, da die erforderliche Höhe des Hohlraums verringert wird. Die Verringerung der Höhe wird erreicht, da die Betriebseinheit für die Leitschaufeln von der hydraulischen Maschine aus nach unten vorsteht, so daß das erforderliche Axiallager für die Welle nicht in einem Abstand oberhalb davon angeordnet werden muß, um einen Zwischenraum für eine nach oben vorstehende Betriebseinheit zu schaffen, sondern es kann im Gegenteil so angeordnet werden, daß es direkt gegen die obere Abdeckung der hydraulischen Maschine anliegt. Die Welle kann daher insgesamt erheblich kürzer sein. Weiterhin wird hierdurch die Verwendung eines zusätzlichen Radiallagers überflüssig gemacht, das früher am unteren Ende der Welle erforderlich war, um sie angrenzend an die obere Abdeckung zu führen.
Insbesondere (Fig. 1) kann die Höhe H des Zwischenbodens 31 oberhalb der Mittelebene des Spiralgehäuses 9 kleiner sein als der Abstand (W) der Umfangsachse des Spiralgehäuses von der Achse der zentralen Welle 21.

Claims

1. Wasserkrafteinrichtung, bei der eine elektrische Maschine (2) in einem Installationsschacht (3) oberhalb einer hydraulischen Maschine (1) eingerichtet ist, wobei die hydraulische Maschine (1) auf weist:

ein Laufrad (10), das über eine aufrechte Welle (22), die in Radiallagern (24, 125) gelagert ist, mit einem Rotor (22) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist,

eine obere Abdeckung (6) und eine untere Abdeckung (7), zwischen denen ein Turbinenraum festgelegt ist, in dem das Laufrad drehbar ist,

eine Leitschaufel-Baugruppe (11) zum Steuern des Wasserstroms aus einem Spiralgehäuse (9) in den Turbinenraum zwischen der oberen und der unteren Abdeckung (6, 7), und

eine Betriebseinheit (12) zum Betrieb von Leitschaufeln (111) der Leitschaufel-Baugruppe (11)

wobei die Welle (21) über ein Drucklager (26) nahe dem Boden der Welle (21) unterhalb ihrer Radiallager direkt nach unten auf die obere Abdeckung (6) der hydraulischen Maschine (1) drückt, und

sich die Schaufel-Betriebseinheit (12) unterhalb der unteren Abdeckung (7) der hydraulischen Maschine (1) in einen unteren Montageraum (5) für die hydraulische Maschine hinein erstreckt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Maschine eine einstufige hydraulische Maschine ist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (21) nur zwei Radiallager (24, 25) aufweist, von denen sich eines oberhalb und eines unterhalb des Rotors (22) befindet.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stator (23) der elektrischen Maschine (1) von einem von der Wand des Installationsschachts gebildeten Zwischenboden (31) getragen wird und die vertikale Höhe (H) des Zwischenbodens (31) über der Mittenebene des Spiralgehäuses (9) der hydraulischen Maschine (1) nicht größer als jeder Radius von der Achse der Welle (21) zur Mitte des Spiralgehäuses (9) ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine obere Saugleitungsröhre (131) aufwärts durch den unteren Montageraum (5) verläuft und mit einer Auslaßöffnung (72) der unteren Abdeckung (7) verbunden ist.

6. Verfahren zur Montage einer Wasserkrafteinrichtung, bei der eine elektrische Maschine (2) in einem Installationsschacht (3) oberhalb einer hydraulischen Maschine (1) eingerichtet ist, wobei die hydraulische Maschine (1) aufweist:

ein Laufrad (10), das über eine aufrechte Welle (21) mit einem Rotor (22) der elektrischen Maschine (2) verbunden ist,

eine obere Abdeckung (6) und eine untere Abdeckung (7), zwischen denen das Laufrad (10) drehbar ist,

eine Leitschaufel-Baugruppe (11) zum Steuern des Wasserstroms zwischen der oberen und der unteren Abdeckung (6, 7) aus einem Spiralgehäuse (9), und

eine Betriebseinheit (12) zum Betrieb von Leitschaufeln (111) der Leitschaufel-Baugruppe (11),

wobei die Welle (21) über ein Drucklager (26) nach unten auf die obere Abdeckung der hydraulischen Maschine (1) drückt, und

sich die Schaufel-Betriebseinheit (12) unterhalb der unteren Abdeckung (7) der hydraulischen Maschine (1) in einen unteren Montageraum (5) für die hydraulische Maschine hinein erstreckt,

wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Sichern der oberen Abdeckung (6) der hydraulischen Maschine (1) bei einer vertikalen Zwischenstellung im Installationsschacht, daraufhin

(b) von unten her in dem unteren Montageraum (5) Montieren der hydraulischen Maschine (1) an die obere Abdeckung (6), und

(c) Montieren der elektrischen Maschine (2) über der oberen Abdeckung (6).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei sich die Schritte (b) und (c) zeitlich überschneiden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Spiralgehäuse (9) und ein Geschwindigkeitsring (8) der hydraulischen Maschine (1) in Schritt (a) zunächst in der vertikalen Zwischenstellung festgehalten werden und die obere Abdeckung (6) daraufhin diesbezüglich befestigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei Schritt (b) das Anheben des Laufrads (10), der unteren Abdeckung (7), der Leitschaufel-Baugruppe (11) und der Leitschaufel-Baugruppen-Betriebseinheit (12) in Richtung der oberen Abdeckung (6) im unteren Montageraum (5) sowie das Befestigen an ihren Orten beinhaltet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei Schaufelzapfen (112) der Leitschaufel-Baugruppe (11) durch eine Führungseinrichtung (115; 121, 122) auf entsprechende Aufnahmestellen (66) in der oberen Abdeckung (6) ausgerichtet werden, wenn die Leitschaufel-Baugruppe (11) an ihren Ort gehoben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Welle (21) in Schritt (c) hinuntergelassen wird, so daß sie über das Drucklager (26) auf der oberen Abdeckung (6) ruht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Laufrad (10) der hydraulischen Maschine (1) angehoben und nach dem Herablassen der Welle (21) am Ende der Welle (21) befestigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die Welle (21) lediglich zwei Radiallager (24, 25) aufweist, von denen sich eines oberhalb und eines unterhalb des Rotors (22) befindet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei sich ein nach innen gerichteter Ansatz (34) der Wand des Installationsschachts mit dem Umfang der oberen Abdeckung (6) der hydraulischen Maschine (1) überlappt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei ein Stator (23) der elektrischen Maschine (1) von einem von der Wand des Installationsschachts gebildeten Zwischenboden (31) getragen wird und die vertikale Höhe (H) des Zwischenbodens (31) über der Mittenebene des Spiralgehäuses (9) der hydraulischen Maschine (1) nicht größer als jeder Radius von der Achse der Welle (21) zur Mitte des Spiralgehäuses ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei eine obere Saugleitungsröhre (131) aufwärts durch den unteren Montageraum (5) verläuft und mit einer Auslaßöffnung (72) der unteren Abdeckung (7) verbunden ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei die hydraulische Maschine eine einstufige hydraulische Maschine ist.

18. Verfahren zum Auseinandernehmen oder zur Wartung einer Wasserkrafteinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, wobei die hydraulische Maschine in ihrem unteren Montageraum (5) auseinandergenommen oder gewartet wird.