Hydroelektrischer Maschinensatz Die Erfindung betrifft einen trischen Maschinensatz, welcher eine hydrau- liselie Maschine mit. axialein Zu- -und Ab- fluss des Wassers und eine dazu koaxial an geordnete elektrische Maschine aufweist, und bei welchem die elektrische Maschine in einem allseitig vom Betriebswasser umspülten, was- serdieht abgeschlossenen Gehäuse unterge bracht ist.
Bei Wasserturbinenanil#agen mit a-,dalein, Züi- und Abfluss des Wassers, sogenannten Rohrturhinen, wird nach bisher bekannten Bauweisen entweder das Polrad des Genera tors unmittelbar als Aussenkranz auf das Tur binenlaufrad aufgesetzt, oder es wird der Generator in einem an das Laufrad der Tur bine anschliessenden, allseitig vom Betriebs wasser unispülten, wasserdicht abgesehlosse- nen Gehäuse untergebracht.
Beide Ausführun gen beanspruchen aber in der Querriehtung zur Turbinenaehse verhältnismässig viell Platz, was sieh aufdie Baukosten insbesondere dann, wenn mehrere Turbinen nebeneinander zuT Aufstellung gelangen, ungünstig auswirkt.
Bei der zweitgenannten Ausführungsforin ist zwar schon vorgeschlagen worden, zwischen das Turbinenlaufrad und; den Generator in dem vom Betriebswasser allseitig unispülten Gehäuse ein Übersetzungsgetriebe mit Stirn rädern einzuschalten.
Dabei lassen sieh wohl die Abinessun-en des Generators we-en sei ner erhöhten Drehzahl verkleinern; doch kön- iien auf diese Weise nur beschränkte Leistun- gen übertragen werden, und das Getriebe braucht verhältnismässig viel Platz sowohl in axialer Richtung wie auch in der Querrich- tun- zur Achse. Solche Bauweisen verinoch- ten sich daher bis anhin nicht durchzusetzen.
Die Erfindung bezweckt nun, diese Hemm nisse, die sieh der Anwendung der eingangs umschriebenen Bauweise eines hydroelektri- schen Masehinensat7,es entgegenstelften, zu überwinden.
Erfindungsgemäss wird zu die sem Behufe bei einem hydroelektrischen Ma schinensatz, welcher eine hydraulische Ma- sehine mit axialem Zu- und Abfluss des Was sers und eine dh-zu kola2diall angeordnete elek trische Maschine aufweist, und bei welchem die elektrische Maschine in einem aRs6itig vom Betriehswasser uritg.pült.en, wa#sserdielit abgeschlossenen Gehäuse unt,ergebracht ist, ein Planetengetriebe zwischen dem Laufra.,
d der hydranlischen Maschine und der elek- trisehen Maschine eingebaut.
Solche Getriebe sind nach dem heutigen Stande der Technik so weit entwiekelt, däss sie bei koaxialer Anordnung der An- und AbtrIebswelle in verhältnismässig kleinen Bau einheiten grosse Leistungen und Übei#setzun- gen beherrschen 'lassen.
Es wird somit der Vorteil kleiner Abmessungen des Getriebes wie auch der elektrischen Maschine vereimigt. Die trotz geringem Raumhedarf des Getriebes erreichbaren hohen, Übersetzungsverhäftnisse gestatten die Verwendung verhältnismässig rasch laufender elektrischer Maschinen, wel- ehe, abgesehen von ihrer Preisgünstigkelt,
auch bessern Wirkungsgrad aufweisen als die Langsamläufer. Die erfindungsgemässe<I>Mass-</I> nahme lässt sieh dabei sowohl für einen Tur- binen-Generatorsatz wie auch für einen Pum- pen-Motorsatz anwenden.
Vorteilhafterweise wird der langsamer lau fende Teil dies Getriebes mit, der Nabe des Laufrades der hydraulischen Maschine starr zu einem einzigen Läufer verbunden und da bei zwischen dem Getriebe und dem Laufrad der hydra-L7diselien Maschine höchstens ein ein ziges Radiallager angeordnet..
Dieser Läufer wird dann zweckmässig überhaupt nur durch zwei Radiallager in der Querriehti-ing abge stützt, wobei vorteili hafterweise das eine die ser Radiallager auf der vom Getriebe abge wendeten Seite des Laufrades und das andere zwischen dem Laufraxl, der hydraulischen Ma- sehine und dem dabei fliegend gelagerten langsamer laufenden Getriebeteil, angeordnet wird,.
Die Radialla-er können aber auch in ir- gendweleher anderer Anordnung vorgesehen werden, beispielsweise auch so, dass das Laaf- rad der hydiraulisehen Maschine fliegend güla- 1-ert ist.
Eine vorteilhafte, Anordnung der La-er des* zweifach gelagerten Läufers besteht auch darin, (lass das eine der beiden Radial- lager auf der vom Getriebe abgewendeten Seite dies Laufrades der hydraulisehen Ma schine und das andere auf der von der hydraulischen Maschine abgewendeten Seite des langsamer laufenden Getriebeteils ange bracht wird.
Zwischen dem Laufrad der hydraulischen Maschine und dem Getriebe ist dann nur noch eine Abdieht-Lmg des Ge- häu,3es gegen das Betriebswasser vorzusehen.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan- des vereinfacht. dargestellt. Es zeigen: Fig. <B>1</B> einen axialen Längsschnitt durch einen 'V,#'asseil.urbinen-Generatorsatz, Fig. 2 eine Variante für die Anord,nun#g- der Lager zwisehen Turbine und Generator und Fig. <B>3</B> einen, axialen Längsschnitt diireli eine ganze Wasserkraftanlage.
Der in Fig. <B>1</B> dargestellte hydroelektrisehe Maschinensatz, bei weleheni eine Waesertur- bine einen elektrischen Stromerzeuger an treibt, ist in einem. rohrförinigen Kanal unter- gebracht" der nacheinander von einzelnen Uminantelungsteilen <B>1,</B> 2,<B>3,</B> 4,<B>5</B> begrenzt ist.
Das Turbinenlaufrad weist eine Nabe<B>6</B> mit im Betriebe verstellbaren Laufsehaufeln <B>7</B> auf, welch#ei durch einen Servomotor mit unmittelbar an die Laufradnabe<B>6</B> ansehlie- ssendem Zylinder<B>8</B> und Kolben<B>9</B> betätigt werden. Am Servomotorz-olinder ist ein Wel lenende<B>10</B> angeflanseht, welehes in einem Radiallager <B>11</B> abgestützt und durch ein Axiallager 12 gegen axiale Versehiebung ge sichert ist.
Diese beiden Lager sind in einem durch hohle Stützsehaufeln <B>13</B> ini L7mm#an- tel-angstell <B>1</B> abgestützten Gellä#1,ise 14 unter- g e 'braeht. Das Gehäuseinnere ist gegen das Betriehswasser durch eine am Umfang des Servomotorzylinders,
<B>8</B> angeordnete Stopf- büehe,e <B>15</B> abgediehtet. Das Leckwasser wird dureh eine Leiftin,- <B>16</B> abgeführt, welche eine der hohlen Stützsehaufeln hin- durebgeht.
Zwischen den Stützsehaufeln <B>13</B> lind dem Turhinenlaufrad ist ein, Leitapparat mit ver stellbaren Leitschaufeiln <B>17</B> angeordnet.. Diese stellen über Hebel und Lasehen mit einem Regelring<B>18</B> in Verbindüng welcher von n C,5 einem Servomotor<B>19</B> betätigt wird.
Zu Regel- Lind Sehnellsehlusszweeken sind ferner zwi- sehen den Stützsehaufeln <B>13</B> ra-dial versehieb- bare Sektorsehützen 20 angeordnet, durch de ren Einschieben von aussen nach innen der Zufluss des Wassers gedtrosselt oder ganz ab gesperrt werden kann.
Die elektrische Masehine des hydroelek- trischen Maschinensatzes, nämlich der von der Turbine an-etriebene Stromerzeuger, ist koaxial, zur Turbine in einem an diese an schliessenden, allseitig vom Betriebswassser unispülten, wasserdicht abgeschlossenen Ge häuse, 21 untergebracht. und weist einen Stän der 22 und einen Läufer<B>23</B> auf.
In einem Ringraum 24 des Gehäuses<B>211</B> sind vom Be- triebswa2ser durchflossene Kühlrohre <B>25</B> an geordnet, welehe zür Kühlung von durch <B>C</B> Ventilatoren<B>26</B> im Gehäuse dies Stromerzeu- gen umgewälzter Luft dienen.
Das Gehäuse 21 ist durch hohle Streben<B>27</B> im Ummante- lungsteil 4 des Strömungskanals abgestützt und auf der der Laufradnabe<B>6</B> zugewendeten Seite durch eine St,opfbüehse <B>9-8</B> mit Leck- wasserableitung <B>29</B> abgedichtet. Der Läufer des Stromerzeuggers ist in zwei Lagern<B>30</B> und. <B>31</B> gelagert.
Zwischen dem Laufrad der hydraulischen Maschine und der elektrischen Maschine, also im vorlie-enden Fall zwischen dem Turbinen laufrad und, dem Stromerzeuger, ist nun im Gehäuse 21 ein Planetengetriebe eingebaut, welches in an sieh bekannter Weise einen Pla- netenradträger <B>32,</B> drei Planetenräder<B>33,</B> von denen in der Zeiehnung nur eines sieht.- bar ist, zwei Aussenräder 34 und ein Innen rad<B>35</B> aufweist.
Der Planetenradträger <B>32</B> bildet den langsamer laufenden Teil des Ge triebes. Er ist mit der Nabe<B>6</B> des Turbinen laufrades starr zu einem einzigen Läufer ver blinden und, in einem Radiallager <B>36</B> abge stützt. Auf der Getriebeseite entfällt somit ein besonderes Turbinenlia-er. Zwisehen dem Getriebe und dem Laufrad der hydra-ulisehen Maschine ist nur dieses einzige Radiallager <B>36</B> angeordnet,.
Bei der in Fig. <B>1</B> gezeigten Ausführungs form ist der ganze durch das Laufrad der hydraulischen Maschine und. den langsamer laufenden Getriebeteil 32 gebildete Läufer nur durch die beiden Radiallager <B>11</B> und<B>36</B> in der Querriehtung abgestützt, wobei das Lager<B>11</B> auf der vom Getriebe abgewendeten Seite des Turbinenlaufra,des -Lind das La,-er <B>36</B> zwischen dem Turbinenla-nfrad, <B>6, 7</B> und dem dabei fliegend gelagerten,
langsamer laufen- C den Getriebeteil<B>32</B> an-eordiiet ist-. <B>C</B> Die Aussenräder 34 sind drehiest in einein mit, dem Gehäuse 21 fest verbundenen Ring<B>37</B> abgestützt. Das Innenrad<B>35,</B> wel- ehe,s den rascher laufenden Teil des Getriebes bildet, ist über ein naehgiebiges Glied<B>38</B> mit dem Läufer des Stromerzeugers gekup- pel.t.
Das Betriebswaisser fliesst in axialer Rich-- tun,(,), von links zu, durehströmt die Zwischen- räume zwischen den als Vorleitapparat die- nend,en Stüt7gehauf#eln <B>13</B> und den Leitappa- rat mit den verstellbaren Schaufeln<B>17,</B> be- aufschlugt sodann die Schaufeln<B>7</B> des Tur binenlaufrades,
-umspült hernach allseitig das Gehäuse 21 und fiesst schliesslich in axialer Richtung ab. Die elektrische Maschine ist also hier auf der Abflussseite des Masehinensatzes angeordnet. Beim Betrieb als Pl-unpe erhält man dagegen die umgekehrte Strömungsrich tung. Die elektrische Maschine befindet sieh dann auf der Zuflussseite. Aber auch für Turbinenbetrieb kann mit Bezug auf- den X.aschinensatz die entgegengesetzte Fliessrich tung vorgesehen werden.
Bei einer Wasser strömung von rechts nach linkis in der Dar.- sstellung nach Fig. <B>1</B> wären dann nur die Leitseha-ufeln <B>17</B> statt linksseitig des Tur binenlaufrades im Teill <B>3</B> des Strömi-fflskanals# anzuordnen. Bei Pumpenbetrieb würd-e <B>da-</B> gegen diese Anordnung fü.r die, einggezeiehnete Strömungsriehtung gelten.
Es kann auch auf eine Verstellbarkeit der Leitschaufeln ganz verzichtet werden. Die Abstützuno- des Ge häuses, in welchem die, elektrisehe Maschine untergebracht ist., wird dabei zweekmässig als fester Leitapparat für die hydraulische Ma, schine ausgebfl det.
Fig. 2 zeigteine andere Art der Lagerung des langsamer laufenden Teills des Getriebes. Dieses weist hier einen Planetenradträger <B>39</B> auf, welcher ohne Zwisehenlagerung unmittel bar an der Nabe<B>6</B> des Turbinenlaufrades b#e- festigt ist. Die elektrische Maschine und das Planetengetriebe sind in einem allseitig vom Betriebswasser umspülten Gehäuse 40 unter gebracht.
Zwischen Getriebe und Laufrad der hydraulischen Masehine befindet sich nun kein 'Radiallafrer. <B>Es</B> ist nur eine Stopfbüchse. 41. zur Abdichtung des Gehäuses vorgesehen. Das Getriebe weist drei Planetenräder 42, von denen nur eines gezeigt ist, zwei Aufknräd(er 43 und ein Innenrad 44 auf, welehes über ein n;alchgiebi"-es Glied 45 mit dein Läufer der elekutrisehen Maschine gekuppelt ist.
Mit diem Planetenradträger <B>39</B> ist aber nun noch auf der von der hydraulischen Maschine abgewen deten Seite ein hohler Wellenteil 46 starr verbunden, welcher in einem. Rüdiallager 47 abgestützt ist.
Auil der Zuströmseite kann das Laufrad der Turbine in der in Fig. <B>1</B> gezeigten Weise gelagert sein. Der durch das Laufrad der hydraalisehen Maschine und den langsamer laufenden Getrieibeteil <B>39</B> gebildete Läufer ist da-bei durch, zwei Radiallagger abgestützt, von denen das eine auf der vom Getriebe abgewen deten Seite dies Laufrades der hydraulisehen Maschine -and. das andere, mit.
der Bezugs ziffer 47 versehene, auf der von der hyd'rau- li,#;ehen Maschine abgewendeten Seite des lang- sanier laufenden Getriebeteils angeordnet ist.
Der durch das Laufradl der hydraulischen Maschine und den langsamer laufenden Ge triebeteil gebildete Läufer kann auch in der Weise -elagert werden, dass ein La-,er auf dem Servomotorzylinder des Laufrades an geordnet wird. Bei der in Fig. <B>1</B> gezeigten Ausführungsform könnte beispielsweise d & s Lager<B>11</B> durch ein auf dem ServomotorzYlin- der <B>8</B> anceordnetes Lager ersetzt. -werden.
Der Servomotor könnte aber gegebenenfalls auch auf der Getriebüseite am Laufrad befestigt werden, wobei dann das Lager<B>36</B> dureh ein auf dem Servomotorzylindier angeordnetes La,-er ersetzt, wür:d#e.
Bei der in Fig. <B>3</B> gezeigten Gesamtanord- nun & einer Wasserkraftanlagge ist der hydrau lische Maschinensatz in einem leicht, geneigten rohrförmigen Kanal 48 untergebracht. Das Turbinenlaufrald. ist. mit 49 bezeichnet. Strom erzeuger Lind, Getriebe, sind in einem all seitig vom Betriebswasser umspülten Gehäuse <B>50</B> -untergebracht" welehes durch Streben<B>51</B> gegen die Kanalwände angestützt ist.
Bei die ser Anlage, ist nur ein feststehender Leit- apparat <B>52</B> vorgesehen, welcher gleichzeitig zur Abstützung dies oberwasserseitigen Tur- binenla-ers dient. Durch zwischen die Leit- schaufeln einzulassende Sektorsehützen <B>53</B> kann ein Abschluss des; Leftapparates oder auch eine Drosseluna, des Wasserflusses bits zum Leerlauf der Turbine bewirkt werden.
Mit 54 ist, ferner ein Einlaufrechen, mit<B>55</B> eine Dammbalkennisehe und mit.<B>56</B> eine nie- derwasµerseitige Abschlussschütze bezeichnet.
Es zeigt sieh hier, dass der StrÖmungs- kanal bei der erfindungsgemässen Bauweise des Afaschinensatzes an der Stelle, an welcher die elektrische Maisehin#e untergebracht ist, nur verhätnismässig- geringer Erweiterung be darf, was sieh sowohl für die Querabmess-Lm- gen des Bauwerkes wie auch auf die Grün dungstiefe günstig auswirkt..
Die Verwendang des Planetengetriebes ergibt ausserdem auch eine Verkürzung des ganzen Masehinensatzes in der axial#en RiehtLing.