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DE2440549A1 - Maschinensatz mit senkrechter welle, insbesondere wasserkraftmaschinensatz - Google Patents

Maschinensatz mit senkrechter welle, insbesondere wasserkraftmaschinensatz

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DE2440549A1
DE2440549A1 DE2440549A DE2440549A DE2440549A1 DE 2440549 A1 DE2440549 A1 DE 2440549A1 DE 2440549 A DE2440549 A DE 2440549A DE 2440549 A DE2440549 A DE 2440549A DE 2440549 A1 DE2440549 A1 DE 2440549A1
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DE
Germany
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machine set
support
housing
shaft
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DE2440549A
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Manfred Dipl Ing Utecht
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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Description

Maschinensatz mit senkrechter Welle, insbesondere Wasserkraftmaschinensatz
Maschinensätze mit senkrechter Welle, z.B. senkrechte Wasserkraftgenerator-Turbinensätze in Wasserkraftanlagen oder Pumpen- bzw. Verdichteranlagen, werden überwiegend unterkritisch ausgelegt, d.h. die höchste Betriebsdrehzahl ist kleiner als die niedrigste biegekritische Drehzahl bei Berücksichtigung aller Lagerungselastizitäten. Die Lagerstützkonstruktionen, sowie das Maschinengehäuse und die Verbindungsstellen zwischen den Trag- und Stützelementen müssen daher auf möglichst große Steifigkeit hin dimensioniert werden, weil die Radialsteifigkeit des gesamten Lager- und Gehäuseaufbaus einen großen Einfluß auf die Lager der biegekritischen Drehzahl des Wellenstranges besitzt. Wenn die kritischen Drehzahlen infolge zu geringer Steifigkeiten in die Nähe der Betriebsdrehzahlen rücken, so kann die LaufUnruhe infolge der unvermeidbaren Restunwuchten so groß werden, daß ein sicherer Betrieb nicht mehr gewährleistet ist. Daher ergibt sich häufig die Notwendigkeit, den Ständer der elektrischen Maschine oder das Gehäuse der Strömungsmaschine oder der Lager gegen die Wand des Schachtes oder Gebäudes, in welchem der Maschinensatz angeordnet ist, oder gegen das Fundament abzustützen, um die notwendige mechanischen Steifigkeiten für einen schwingungsarmen Betrieb zu erreichen.
Es ist daher aus der OE-PS 174 109 bekannt, zwischem dem Gehäuse einer vertikalen elektrischen Maschile, die in einem Schacht angeordnet ist, und der Schachtwand gleichmäßig längs des Umfanges verteilte Stützen anzuordnen, die sowohl mit.dem Gehäuse als auch mit der Schachtwand verbunden sind. Die bekannten Stützen sind stabförmig ausgebildet und enthalten Spannschlösser, über welche ihr Druck oder Zug auf das Gehäuse
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einstellbar*, ist, wobei die Einstellung einmal bei der Montage der Maschine und ihrer Ausrichtung vorgenommen wird. Diese Stützen dienen nämlich in erster Linie zur Ausrichtung der Maschine und nicht zur Beeinflussung der Radialsteifigkeit der Lagerung.
Soll aber eine entsprechende Konstruktion dazu ausgenutzt werden, um bei einem Maschinensatz mit senkrechter Welle eine zusätzliche Radialsteifigkeit zu erzeugen, so ergeben sich im Betrieb dadurch Probleme, daß sich die Gehäuse- und Stützkonstruktionen der Lager bei Erwärmung meistens stärker ausdehnen als die Wand des Schachtes oder Gebäudes, gegen die sie sich abstützen. Es ergeben sich somit in den Stützen und auch in den Gehäusen bzw. der Wand thermische Spannungen, die zu unzulässig großen statischen Zusatzlasten führen können.
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich häufig auch dadurch, daß die biegekritische Drehzahl wegen der rechnerisch nur schwer erfaßbaren Stütz- und Ölfilmelastizitäten nur angenähert berechnet werden kann, so daß sich Resonanzen nicht mit Sicherheit vermeiden lassen. Nachträgliche Versteifungsmaßnahmen sind jedoch sehr schwierig und teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützungsart zu finden, welche die genannten Schwierigkeiten vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Maschinensatz mit senkrechter Welle, insbesondere einem Wasserkraftmaschinensatz, der in einem Schacht oder Gebäude angeordnet ist und bei dem die Traglager und das Gehäuse der Maschine einzeln oder gemeinsam auf dem Fundament gelagert sind, wobei außerdem zwischen dem Gehäuse und/oder den Traglagern und der Wand des Schachtes oder Gebäudes gleichmäßig längs des Umfanges verteilte Stützen angeordnet sind, die sowohl mit dem Gehäuse bzw. dem
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Taglager als auch mit der Wand verbunden sind.
Gemäß der Erfindung sind in den stehenden Teilen des Maschinensatzes an Abstützstellen elastisch dämpfende Federelemente eingebaut. Durch zweckmäßige Wahl der Feder- und Dämpfungscharakteristik dieser Federelemente (z.B. Gummioder Drahtkissenfedern) können die Resonanzdrehzahlen in einen günstigen Drehzahlbereich, z.B. zwischen Nenn- und Reglerdrehzahl oder auch-unter die Nenndrehzahl gelegt werden. Außerdem werden durch die elastisch dämpfenden Federelemente Wärmedehnungen aufgenommen und somit zusätzliche Beanspruchungen der Abstützung vermieden. Durch Aufbringen einer Zugvorspannung bei dem Federelement kann dieser Effekt noch verstärkt werden.
Da man in zweckmäßiger Weise die elastisch dämpfenden Federelemente austauschbar ausbilden kann, ist auch in Fällen einer ursprünglichen Fehlauslegung noch nachträglich ohne großen Aufwand eine Abhilfe durch Austausch der dämpfenden Federelemente möglich. Bei elektrischen Maschinen muß allerdings auf die Wirkung des einseitigen magnetischen Zuges Rücksicht genommen werden, die resultierende Steifigkeit zwischen Läufer und Ständer darf einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten.
Die Anordnung der elastisch dämpfenden Federelemente kann mit Vorteil jeweils beim radialen Führungslager zwischen der Lagerschale und dem Lagergehäuse vorgenommen werden. Dies empfiehlt sich insbesondere für Führungslager mit radial verstellbaren Segmenten oder für kombinierte Trag-Führungs-= lager.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, die ealstisch dämpfenden Federelemente zwischen den Stützen und den Wänden bzw. dem Fundament des Schachtes oder Gebäudes zu legen.
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Wenn als elastisch dämpfendes Federelement eine Gummifeder eingesetzt wird, so können sich unter Umständen infolge der großen axialen Bewegungen des Maschinensatzes zu große Schubbeanspruchungen ergeben. Dann empfiehlt es sich, parallel zu den elastisch dämpfenden Federelementen Mittel zur Übertragung von axial gerichteten Kräften, wie z.B. Wälzkörper oder axial steife Tragstützen, vorzusehen.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Maschinensatz mit senkrechter Welle. Fig. 2 zeigt, ebenfalls schematisch, eine abgewandelte Abstützung der Tragkonstruktion des Traglagers gegenüber dem Fundament und der Schachtwand. In den Fig. 3 und 4 ist ein £;iiiäß der Erfindung ausgebildetes radiales Führungslager für eine senkrechte Welle dargestellt, und zwar in Fig. 3 im Längsschnitt, in Fig. 4 im Grundriß.
Ein Maschinensatz mit senkrechter Welle 1, z.B. eines Pumpspeicherwerkes, besteht aus dem elektrischen Wasserkraftgenerator 2 und der Turbine 3. Er ist in einem aus Beton gebildeten Schacht 4 angeordnet, der durch absatzweise Konstruktion die Fundamente 5, 6 und 7 enthält.
Das Gewicht der rotierenden Teile des Maschinensatzes, also des Läufers 8 des Wasserkraftgenerators 2 und des Läufers der Turbine 3, und auch der Wasserschub der Turbine 3 werden von dem Axiallager 9 des kombinierten Trag-Führungslagers 10 aufgenommen. Dieses liegt in einem unteren Tragstern 11, der sich auf dem Fundament 6 abstützt. Zur radialen Führung des rotierenden Teiles des Maschinensatzes, sind insgesamt drei Lager vorgesehen. Einmal das obere Führungslager 12, welches im oberen Tragstern 13 liegt, der sich auf das Gehäuse 14 des Wasserkraftgenerators 2 abstützt, das seinerseits auf dem Fundament 5 gelagert ist. Unterhalb des Wasserkraftgenerators 2 übernimmt das Führungslager 15 im kombinierten Trag-Führungslager 10 die Führung der senkrechten
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Welle 1, sowie ein weiteres Führungslager 16, das in unmittelbarer Nähe des Läufers der Turbine 3 in einem Tragstern 17 angeordnet ist, der sich auf dem Fundament 7 abstützt.
Zur Beeinflussung der biegekritischen Drehzahl des Maschinensatzes sind nun in den stehenden Teilen an Abstützstellen elastisch dämpfende Federelemente eingebaut, die austauschbar ausgebildet sind. Dadurch können die Resonanzdrehzahlen durch zweckmäßige Wahl der Feder- und Dämpfungscharakteristik in einen günstigen Drehzahlbereich gebracht v/erden. Die Fig. bis 4 zeigen eine große Auswahl der Anordnungsmöglichkeiten für diese elastisch dämpfenden Federelemente, die jeweils kombiniert oder auch einzeln angewendet werden können, je nach den bei einem Maschinensatz- mit senkrechter Welle vorliegenden Besonderheiten.
So ist im oberen Führungslager 12 die Lagerschale 17 aus Segmenten 18 gebildet, die jeweils über Bolzen 19 radial einstellbar im Lagergehäuse 20 liegen. Zwischen den .Segmenten 18 und dem Lagergehäuse 20 ist eine Gummidruckfeder 21 geschaltet, die sjch über ein Paßstück 22 auf das Lagergehäuse 20 abstützt. Durch diese Gummidruckfeder 21 im Führungslager 12 ist dessen Steifigkeit nach Wunsch in einem gewissen Maß einstellbar.
Auch bei dem Führungslager 13 des kombinierten Trag-Fiihrungslagers 10 läßt sich eine derartige Gummidruckfeder. 21 ohne Schwierigkeit einbauen, um die Lagersteifigkeit zu beeinflussen. Jedoch dürfte im Hinblick auf den bei einem Wasserkraftmaschinensatz herrschenden einseitigen magnetischen Zug ein Einbau von derartigen elastisch dämpfenden Federelementen in zwei Führungslagern gleichzeitig unzweckmäßig sein. Eine elastische Abstützung an dem bei der Turbine 3 angeordneten *ührungslager 16 ist dagegen wegen der sehr engen Dichtspalte am nicht dargestellten Turbinengehäuse nicht zweckmäßig. £
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Die elastisch dämpfenden Federelemente lassen sich ebenfalls mit Vorteil zwischen einem Festpunkt und der Stützkonstruktion vorsehen. So ist zwischen dem Tragstern 13 und dem Gehäuse 14 des Wasserkraftgenerators 2, auf welchem sich der Tragstern 13 abstützt, die Gummifeder 23 so angeordnet, daß sie von dem Gewicht des Tragsterns 13 und des Führungslagers 12 auf Druck beansprucht wird. Man kann aber an dieser Stelle auch, wie in der rechten Hälfte der Fig. 1 gezeigt, den Tragstern 13 noch über eine zusätzliche Radialstütze 24 gegen die Wand 25 des Schachtes 4 abstützen und dazwischen eine auf Druck beanspruchte Gummifeder 26 schalten. Parallel zu dieser Abstützung über die Gummifeder 26 liegt dann noch die Axialstütze 27, mit welcher das Gewicht des Tragsterns 13 auf das Gehäuse 14 des Wasserkraftgenerators 2 übergeleitet wird.
Wenn elastisch dämpfende Federelemente zwischen dem Tragstern 11 des Iraglagers 9, welches das gesamte Gewicht der rotierenden Teile des Maschinensatzes aufnimmt, und dem Schacht 4 geschaltet werden sollen, so sind ebenfalls besondere Maßnahmen zur Aufnahme des Gewichtes, d.h. der axial wirkenden Kräfte notwendig. Eine alleinige Anordnung einer Gummifeder 28 zwischen der Schachtwand 29 und dem Tragstern würde eine zu große Schubbeanspruchung der Feder infolge der axialen Belastung hervorrufen, so daß noch parallel dazu ein Mittel zur Übertragung der axial gerichteten Kräfte vorgesehen sein muß. Dies kann z.B. eine zwischen den Enden des Tragsterns 11 und dem Fundament 6 angeordnete Gummifeder 30 sein. Man kann jedoch auch zwischen dem Tragstern 11 und dem Fundament 6 Wälzkörper 31» insbesondere Kugeln, vornehmen. Ferner kann die Axiallast aber auch, wie in Fig. 2 dargestellt, über axial steife Tragstützen 32 auf die Sohlplatte 33 und somit auf das Fundament 6 übertragen werden.
9 Ansprüche
4 Figuren
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Claims (1)

  1. VPA 74/3791 . - 7 -
    Patentansprüche
    1J Maschinensatz mit senkrechter Welle, insbesondere Wasserkraftmaschinensatz, der in einem Schacht oder Gebäude angeordnet ist und bei dem die Traglager und das Gehäuse der Maschine einzeln oder gemeinsam auf dem Fundament gelagert sind, wobei außerdem zwischen dem Gehäuse und/oder den Traglagern und der Wand des Schachtes oder Gebäudes gleichmäßig längs des Umfanges verteilte Stützen angeordnet sind, die sowohl mit dem Gehäuse bzw. .dem Traglager als auch mit der Wand verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den stehenden Teilen des Maschinensatzes an Abstützstellen elastisch dämpfende Federelemente (21,23,26,28,30) eingebaut sind.
    S. Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dämpfenden Federelemente (21,23,26,28,30) austauschbar ausgebildet sind.
    3. Maschinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dämpfenden Federelemente jeweils beim radialen Führungslager (12,15) zwischen der Lagerschale (17) und dem Lagergehäuse (20) angeordnet sind.
    4. Maschinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dämpfenden Federelemente (26,28,30) zwischen den Stützen (11,13) und den Wänden (25,29) bzw. dem Fundament (6) des Schachtes (4) oder Gehäuses liegen.
    5. Maschinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den elastisch dämpfenden Federelementen (26,28) Mittel (30,31,32) zur Übertragung von axial gerichteten Kräften vorgesehen sind.
    6. Maschinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß elastisch dämpfende Gummifedern (21,23,26,28,30) verwendet sind. _ 8 -
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    7. Maschinensatz nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zwischen einer Stütze (11) und der Wand (29) des Schachtes (4) bzw. des Gehäuses angeordneten Gummifeder (28) parallel dazu Wälzkörper (31) zwischen der Stütze (11) Und dem Fundament (6') liegen.
    8. Maschinensatz nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,daß bei einer zwischen einer Stütze (11) und der Wand (29) des Schachtes (4) bzw. des Gehäuses angeordneten Gummifeder (28) parallel dazu axial steife Tragstützen £32) .zwischen der Stütze (11) und dem Fundament (6) liegen.
    9. Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dämpfenden Federelemente (26,28) unter Zugvorspannung stehen.
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