VERTICAL ELECTRIC SYNCHRONOUS MACHINE HAVING A LARGE DIAMETER

Abstract: 1. A vertical electric synchronous machine having a larger diameter, in particular a waterwheel generator, whose rotor (1) comprises a hub body (4) with supporting beams (5) which are evenly distributed along the periphery and onto which an annular body (sheet chain) (6) consisting of segments (7) arranged between pressure plates (8) is shrink fitted, and which annular body supports the excitation poles (9), where the sheet chain (6) is supported on contact surfaces arranged on the supporting beams (5) and which abut on an outer face of the pressure plates of the sheet chain, characterized in that on each contact surface (12) there is a sliding intermediate layer (13), which consists of a plurality of layers arranged between the supporting beam (5) and the sheet chain (6), that the sliding intermediate layer centrally comprises two sheets (14) of high mechanical resistance which slide on one another and on whose mutually faced surfaces (15) is fixed a dry lubricant which ensures a low friction coefficient and that on the outer sides of the sheet pair (14) are arranged one or more deformable sheets (16) consisting of a material whose flow limit clearly lies below the surface pressures which occur on the contact surfaces.

Description: Vertikale elektrische Synchronmaschine grossen Durchmessers Die Erfindung betrifft eine vertikale elektrische Synchronmaschine grossen Durchmessers, insbesondere Wasserkraftgenerator, deren Läufer einen Nabenkörper enthält mit längs des Umfanges gleichmässig verteilt angeordneten Tragbalken, auf denen ein aus zwischen Druckplatten liegenden Segmenten aufgebauter Ringkörper (Blechkette) aufgeschrumpft ist, der die Erregerpole trägt, wobei sich die Blechkette auf am Tragbalken vorgesehene Auflageflächen abstützt, die in die Blechkette eingreifen oder an einer äusseren Stirnseite der Druckplatten der Blechkette anliegen. Eine derartige Synchronmaschine ist aus der US-PS 35 29 193 bekannt. Bei dieser dienen als Auflageflächen zwischen den Tragbalken und der Blechkette mit der Blechkette verbundene Platten, die an der oberen Stirnfläche der Tragbalken aufliegen. Es ist aber auch üblich, die Tragbalken an einem Ende mit hakenförmigen Fortsätzen zu versehen, auf welche die untere Stirnfläche der Blechkette, d. h. die untere Druckplatte, anliegt. Bei anderen bekannten Ausführungsformen ist die Blechkette mit Schlitzen versehen, in die jeweils ein Ansatz des Tragbalkens hineinragt, so dass dort die Auflagefläche entsteht. Bei derartigen grossen vertikalen Synchronmaschinen erreicht man durch die Steigerung der Maschinenleistung inzwischen so grosse Abmessungen des Läufers, dass der Nabenkörper nicht mehr einteilig hergestellt oder transportiert werden kann. Deshalb müssen die Teile des Nabenkörpers auf der Baustelle verschweisst werden. Infolge der bei Schweissungen auftretenden Spannungen können an den Auflageflächen der Blechkette durch Schtveissver- zug Toleranzen in allen drei Raumachsen auftreten. Die Auflageflächen werden uneben, können in radialer Richtung schief stehen oder in Umfangsrichtungen Neigungen aufweisen. Diese Toleranzen können zu erheblichen Abweichungen einer der Vorausberechnung zugrunde liegenden gleichmässigen Belastung der Auflagefläche führen. Ausserdem ist zu berücksichtigen, dass während des Betriebes der elektrischen Synchronmaschine infolge der unterschiedlichen Drehzahlen Relativbewegungen in radialer Richtung zwischen Nabe und Blechkette auftreten. Diese Relativbewegungen bewirken mechanische Wechselbeanspruchungen in der Auflage, die vom Reibungskoeffizienten zwischen der Auflagefläche und der Blechkette abhängig sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen vertikalen elektrischen Synchronmaschine grossen Durchmessers die Auflageflächen zwischen den Tragbalken und der Blechkette so auszubilden, dass sowohl Toleranzen ausgeglichen als auch ein eindeutiger Reibungskoeffizient sichergestellt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine vertikale elektrische Synchronmaschine grossen Durchmessers der eingangs beschriebenen Art gemäss der Erfindung so ausgebildet, dass an jeder Auflagefläche eine aus mehreren Schichten bestehende Cleitzwischenlage zwischen dem Tragbalken und der Blechkette angeordnet ist, dass diese mittig zwei aufeinander gleitende Bleche hoher mechanischer Festigkeit enthält, auf deren einander zugewandten Oberflächen ein trockenes Schmiermittel fixiert ist, das einen geringen Reibungskoeffizienten sicherstellt, und dass auf beiden Seiten dieses Blechpaares ein oder mehrere verformungsfähige Bleche angeordnet sind aus einem Material, dessen Fliessgrenze deutlich unterhalb der an den Auflageflächen auftretenden Flächenpressungen liegt. An diesen an den Auflageflächen zwischen den Tragbalken und der Blechkette angeordneten Cleitzwischenlagen, die das Gewicht der Blechkette mit den Erregerpolen aufnehmen, verformen sich bei ungleichen Auflageflächen infolge der ebenfalls ungleichen Flächenpressungen die aussenliegenden weichen verformungsfähigen Bleche aufgrund ihrer geringen Festigkeit mit einer deutlich unterhalb der an den Auflageflächen auftretenden Flächenpressungen liegenden Fliessgrenze solange plastisch, bis die Toleranzen ausgeglichen sind. Dadurch wird eine angenähert gleichmässige Lastverteilung auf alle Auflageflächen erzielt. Da ausserdem durch die plastische Verformung auch eine Festigkeitserhöhung des Materials auftritt, erhöht sich dadurch auch die Tragfähigkeit. Im wesentlichen ist aber die Tragfähigkeit der Gleitzwischenlagen durch das mittige Blechpaar aus zwei aufeinander gleitenden Blechen hoher mechanischer Festigkeit gegeben, deren Gleitfläche keinen Verformungen unterliegt. Da auf den einander zugewandten Oberflächen dieser Bleche jeweils ein trockenes Schmiermittel fixiert ist, das einen geringen Reibungskoeffizienten sicherstellt, weisen die Gleitzwischenlagen somit einen definierten, niedrigen Reibungskoeffizienten auf, so dass infolge der Relativbewegungen zwischen der Blechkette und den Auflageflächen am Tragbalken keine zu grossen Beanspruchungen auftreten. Es ist besonders vorteilhaft, als trockenes Schmiermittel zwischen dem mittleren Blechpaar der Gleitzwischenlage Molybdän-Disulfid zu verwenden, da dieses einen Reibungskoeffizienten von 0,05 hat. Auch andere Gleit¯ mittel niedrigen Reibungskoeffizienten, wie z.B. Graphit, sind einsetzbar. Stahlbleche sind für das mittlere Blechpaar gut geeignet. Auf ihnen kann in zweckmässiger Weise das trockene Schmiermittel, z. B. Molybdän-Disulfid, durch eine Einbrenn¯ lackierung fixiert sein. Als Materialien für die äusseren verformungsfähigen Bleche empfehlen sich weiche Metalle, wie weichgeglühtes Kupfer, Weicheisen oder Blei, die entsprechend der an den Auflageflächen herrschenden Flächenpressungen ausgewählt werden. Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Längsschnitts durch den Läufer einer vertikalen elektrischen Synchronmaschine grossen Durchmessers, Fig. 2 zeigt im wesentlich vergrössertem Massstab den in Fig. 1 durch einen strichpunktierten Kreis markierten Ausschnitt dieses Läufers. Im Läufer 1 einer elektrischen Synchronmaschine, eines Wasserkraftgenerators grossen Durchmessers mit vertikaler Rohrteile 2 tragen die Arme 3 des Nabenkörpers 4 längs ihres Umfanges gleichmässig verteilt angeordnete Tragbalken 5. Auf diesen Tragbalken 5 ist die Blechkette 6 aufgeschrumpft, deren Blechsegmente 7 zwischen Druckplatten 8 zusammengepresst sind. Die Blechkette 6 trägt ihrerseits die Erregerpole 9. Die Tragbalken 5 sind einseitig mit hakenförmigen, sich in radialer Richtung erstreckenden Ansätzen 10 versehen, die unter die untere Stirnfläche 11 der Blechkette 6 greifen und auf ihrer der unteren Druckplatte 8 zugewandten Oberfläche die Auflageflächen 12 bilden, über die das Gewicht der Blechkette 6 mit den Erregerpolen 9 aufgenommen wird. An diesen Auflageflächen 12 ist jeweils eine mehrschichtige Gleitzwischenlage 13 zwischen dem Tragbalken 5 und der Blechkette;6 angeordnet.'Die ¯Oie#C.l#ijLzwis#he'fl.la9e 13 enthält mittig'ein'Pàar aus zwei aufeinander gleitenden Blechen 14 hoher mechanischer Festigkeit, z. B. aus Stahl, auf deren einander zugewandten Oberflächen 15 ein trockenes Schmiermittel mit einem geringen Reibungskoeffizienten fixiert ist. Als Schmiermittel ist Molybdän-Disulfid verwendet, das auf den Oberflächen 15 der Bleche 14 aus Stahl durch eine Einbrennlackierung auf Dauer fixiert ist. Weiterhin sind auf den beiden äusseren Seiten dieses Blechpaares 13 je ein Blech 16 aus einem weichen, verformungsfähigen Material angeordnet, dessen Fliessgrenze deutlich unterhalb der an-den Auflageflächen 12 auftretenden Flächenpressungen liegt. Ein Sicherungsteil 17 liegt radial aussen vor der Gleitzwischenlage 13, das mit der Druckplatte 8 verbunden ist und verhindert, dass die Cleitzwischenlage 13 durch die Fliehkraftbeanspruchung während des Betriebes der Synchronmaschine herausgeschleudert wird. Da es sich um einen Wasserkraftgenerator sehr grossen Durchmessers handelt, kann der Nabenkörper 4 nicht mehr einteilig hergestellt und transportiert werden. Er ist deshalb im Herstellungswerk sowohl längs des Umfanges als auch in radialer Richtung in mehrere Teile unterteilt, die auf der Baustelle zusammengeschweisst werden. Dadurch können an den Auflageflächen 12 Toleranzen auftreten, die zu einer unterschiedlichen Verteilung des Gewichtes der Blechkette 6 mit den Erregerpolen 7 auf die einzelnen Auflageflächen 12 führt, so dass sich dort entsprechend unterschiedlich grosse Flächenpressungen einstellen. Da diese Flächenpressungen grösser als die Fliessgrenze des weichen verformungsfähigen Materials der äusseren Bleche 16 ist, verformen diese sich ent sprechend plastisch, bis die Toleranzen ausgeglichen sind. Dadurch erhält dann jede Auflagefläche 12 wieder eine gleichmässige Belastung, wie sie den Vorausberechnungen zugrunde lag. Da ausserdem das mittlere Paar der Bleche 14 auf den einander zugewandten Oberflächen 15 mit einem trockenen Schmiermittel von geringem Reibungs- koeffizient versehen ist, gleiten diese beiden Bleche bei den während des Betriebes des Wasserkraftgenerators gegebenen Aufweitungen bzw. Zusammenziehungen der Blechkette 6 aufeinander. Dabei ist für diese Relativbewe gungen sichergestellt, dass der Reibungskoeffizient der aufeinander gleitenden Flächen gering ist. Entsprechend werden die bei diesen Relativbewegungen auf den Tragbalken einwirkenden mechanischen Wechselbeanspruchungen gering gehalten. 2 Figuren 5 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Vertikale elektrische Synchronmaschine grossen Durchmessers, insbesondere Wasserkraftgenerator, deren Läufer einen Nabenkörper enthält mit längs des Umfanges gleichmässig verteilt angeordneten Tragbalken, auf denen ein aus zwischen Druckplatten liegenden Segmenten aufgebauter Ringkörper (Blechkette) aufgeschrumpft ist, der die Erregerpole trägt, wobei sich die Blechkette auf am Tragbalken vorgesehene Auflageflächen abstützt, die in ¯die Blechkette eingreifen oder an einer äusseren Stirnseite der Druckplatten der Blechkette anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Auflagefläche (12) eine aus mehreren Schichten bestehende Gleitzwischenlage (13) zwischen dem Tragbalken (5) und der Blechkette (6) angeordnet ist, dass diese mittig zwei aufeinander gleitende Bleche (14) hoher mechanischer Festigkeit enthält, auf deren einander zugewandten Oberflächen (15) ein trockenes Schmiermittel fixiert ist, das einen geringen Reibungskoeffizienten sicherstellt, und dass auf beiden äusseren Seiten dieses Blechpaares (14) ein oder mehrere vorformungsfähige Bleche (16) angeordnet sind aus einem Material, dessen Fliessgrenze deutlich unterhalb der an den Auflageflächen (12) auftretenden Flächenpressungen liegt. 2. Vertikale elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als trockenes Schmiermittel zwischen dem mittleren Blechpaar (14) Molybdän-Disulfid verwendet ist. 3. Vertikale elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Molybdän-Disulfid auf der Oberfläche (15) von Blechen (14) aus Stahl durch Einbrennlackierung fixiert ist. 4. Vertikale elektrische-Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die äusseren Bleche (16) aus weichgeglühtem Kupfer bestehen. 5. Vertikale elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die äusseren Bleche (16) aus Weicheisen bestehen.

Inventors: SPIRK, FRANZ
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: H02K1
IPC codes: H02K1