Elektrischer Wasserkraftgenerator vertikaler Bauart Es ist bekannt, die Leistung von elektrischen Maschinen durch: Flüssigkeitskühlung der Wicklun gen zu erhöhen. Durch die damit erzielte intensive Kühlung wird ebenfalls eine höhere magnetische und elektrische Ausnutzung des Materials möglich, so dass man auch die Abmessungen der Maschine trotz der höheren Leistung verkleinern kann. Diese Tendenz der Leistungserhöhung bei gleichzeitiger Verkleinerung der Maschinengrössen lässt sich aber nicht bei allen elektrischen Maschinen verwirklichen. Wasserkraftgeneratoren z.
B. unterliegen sowohl den durch den hydraulischen Teil der Anlage vorge schriebenen Bedingungen, wie auch den durch die Netzverhältnisse gegebenen Forderungen. Die Ma schinen müssen also ein bestimmtes Schwungmoment aufweisen und eine bestimmte Synchronreaktanz einhalten. Diese Forderungen verhinderten bisher, dass Wasserkraftgeneratoren durch Anwendung direk ter Flüssigkeitskühlung zur Erhöhung der Ausnut zungsziffer der Maschine kleiner gebaut werden können.
Durch die Erfindung werden diese Schwierig keiten überwunden. Gemäss der Erfindung wird bei einem elektrischen Wasserkraftgenerator vertikaler Bauart der Ständer der Maschine, dessen Wicklung flüssigkeitsgekühlt ist, im Innern des Polrades ange ordnet. Dadurch werden die gegenseitigen Abhän gigkeiten zwischen Schwungmoment, Ausnutzungs ziffer der Maschine und Synchronreaktanz vorteil haft beeinflusst.
Bei Wasserkraftgeneratoren muss das Polrad meist zur Erzielung des vorgegebenen Schwungmo- ments einen grossen Durchmesser besitzen, da das Schwungmoment bekanntlich gleich dem Produkt des Gewichtes mit dem Quadrat des Schwerpunktdurch messers der rotierenden Massen ist.
Der Innenraum des Polrades wird von dem zur Lieferung des Er regerstromes erforderlichen Polsystem kaum ausge füllt, so dass praktisch der Hauptteil der Masse des Polrades einen grossen Ringkörper bildet, dessen Innenraum, abgesehen von den notwendigen Vor richtungen zum Tragen des Polkranzes, leer ist. Durch die gemäss der Erfindung vorgenommene Ver lagerung des Ständers der Maschine in diesen Innen raum des Polrades wird also das Polrad selbst prak tisch nicht verändert. Sein Schwungmoment bleibt mithin erhalten.
Gleichzeitig ist aber die Ausnutzung der Maschine wesentlich gesteigert, da der Boh rungsdurchmesser der Maschine kleiner wurde und die Ausnutzungsziffer bei gegebener Leistung und Drehzahl bekanntlich umgekehrt proportional dem Produkt aus dem Quadrat des Bohrungsdurchmessers und der aktiven Blechpaketlänge ist. Diese Erhöhung der Ausnutzungsziffer wird durch die Flüssigkeits- kühlung des Ständers ermöglicht.
Die Ausnutzungsziffer der Maschine steht jedoch nicht nur in einer Beziehung zu den Abmessungen der Maschine, sondern ist ebenfalls dem Produkt aus dem Ständerstrombelag und der Grundwellen induktion proportional.
Bei Steigerung der Ausnut- zungsziffer muss also, da die Steigerung der Grund- welleninduktion wegen der magnetischen Sättigung des Eisenkreises nur sehr begrenzt möglich ist, der Ständerstrombelag vergrössert werden. Damit wird jedoch die Synchronreaktanz, welche, wie bereits ausgeführt, dem Wasserkraftgenerator aufgrund der Netzstabilität vorgeschrieben ist, beeinflusst.
Die Synchronreaktanz ist nämlich näherungsweise pro portional dem Quotienten aus dem Ständerstrom- belag .und dem Produkt aus dem auf die Polteilung bezogenen relativen Luftspalt und der Grundwellen- induktion. Wird also der Strombelag durch Erhöhung der Ausnutzungsziffer vergrössert, so muss, um den Wert der Synchronreaktanz nicht zu verändern,
der relative Luftspalt nahezu proportional der Aus nutzungsziffer ansteigen, das bedeutet aber eine Er höhung der Magnetisierungsleistung für den Luft spalt im gleichen Masse. Der aufzubringende Erreger aufwand bei Last wird darüber hinaus durch die Heraufsetzung des Ständerstrombelags weiterhin er höht.
Dieser jetzt erforderliche höhere Erregerauf wand kann bei dem gemäss der Erfindung ausge bildeten Wasserkraftgenerator durch erhöhten Kup feraufwand im Erregersystem ausgeglichen werden, da infolge der Flüssigkeitskühlung des Ständers nur noch das Erregersystem für sich allein gekühlt zu werden braucht.
Daher können die Pollücken ver hältnismässig klein sein, so dass der erwünschten Erhöhung des Kupferquerschnittes der Erregerwick lung keine zu engen Grenzen gesetzt sind. Die Kühlung der Erregerwicklung erfolgt in zweckmässi- ger Weise durch einen erzwungenen Kreislauf eines gasförmigen Kühlmittels, der sich über den Ständer der Maschine schliesst.
Bei einem Wasserkraftgenerator gemäss der Er findung, bei dem sich der Ständer im Innern des rotierenden Polrades befindet, kann man in vor teilhafter Weise nicht nur wie bereits beschrieben, eine Erhöhung der Ausnutzungsziffer der Maschine durch Verkleinerung des Bohrungsdurchmessers er zielen, sondern die Ausnutzungsziffer lässt sich ebenso zweckmässig durch eine Verringerung der Maschinenlänge erhöhen.
In diesem Fall wäre der Bohrungsdurchmesser genau so gross wie bei einem vergleichbaren Wasserkraftgenerator normaler Bau weise. Dadurch, dass aber das Polrad aussen liegt, wird der Schwerpunktdurchmesser des Polrades ge genüber dem des Polrades der vergleichbaren Ma schine normaler Bauart vergrössert. Bei gleichem Schwungmoment kann jetzt die Länge der Maschine (welche im Schwungmoment ja durch das Gewicht enthalten ist) verkleinert werden. Dadurch erhöht sich aber die Ausnutzungsziffer der Maschine.
Die in den Figuren 1 und 2 schematisch dar gestellten Wasserkraftgeneratoren, bei denen in Durchführung des Erfindungsgedankens der Ständer der Maschine im Innern des rotierenden Polrades angeordnet ist, zeigen lediglich zwei der möglichen konstruktiven Formen des Polrades.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Was serkraftgenerator 1 in der Baugrube 2 über der Turbine angeordnet. Die Turbinenwelle 3 ist mit Hilfe der Kupplung 4 mit dem Nabenstern 5 des Polrades 6 verbunden. Das Polrad 6 ist als nach oben hin offener Glockenkörper 7 ausgebildet, der von dem Nabenstern 5 getragen wird. Der Ständer 8 des Wasserkraftgenerators wird von dem Trag stern 9 getragen, der sich auf dem Rand der Bau grube 2 abstützt. Der Ständer 8 ist also von oben in den Innenraum des Glockenkörpers 7 des Pol rades eingehängt.
Mit Hilfe der Brücke 10, in die das Führungslager 11 eingesetzt ist, kann das Polrad 6 im Ständer 8 geführt werden. Zu diesem Zweck ist über die Kupplung 12 der Wellenstumpf 13 mit dem Nabenstem 5 des Polrades 6 verbunden. Dieser Wellenstumpf 13 dient allein zur Zentrierung des Polrades und hat kein Drehmoment zu übertragen.
Die Ständerwicklung 14 ist flüssigkeitsgekühlt, jedoch sind die dazu erforderlichen Vorrichtungen nicht in der Figur dargestellt. Zur Kühlung der Erregerwicklungen der Pole 15 des Polrades ist ein erzwungener Kreislauf eines gasförmigen Kühl mittels vorgesehen, der sich über den Ständer der Maschine schliesst. Zu diesem Zweck ist auf dem Polrad 6 der Radiallüfter 16 angeordnet, der die Kühlluft ansaugt, so dass sie den gestrichelt ange deuteten Kreislauf 17 vollzieht. Im Weg dieses Kreislaufes sind zur Rückkühlung der Kühlluft die Kühler 18 angeordnet.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wasserkraftgenerators gemäss der Erfindung. Der Wasserkraftgenerator 21 ist wiederum in der Bau grube 22 über der Turbine angeordnet. Die Turbi nenwelle 23 ist mit Hilfe der Kupplung 24 mit dem Nabenstern 25 des Polrades 26 verbunden. Das Polrad 26 ist als nach unten hin offener Glocken körper 27 ausgebildet, der von dem den Ständer 28 überdeckenden Nabenstern 25 getragen wird. Der Ständer 28 ist auf dem Fundament 29 der Baugrube 22 gelagert.
Damit der Ständer, falls die Notwendigkeit vorliegen würde, ohne Ausbau des Polrades demontiert werden kann, ist das den Ständer völlig überdeckende Polrad 26 an den Trennstellen 30 teilbar ausgeführt, so dass nur der Nabenstern 25 vor einem Ausbau des Ständers 28 entfernt zu werden braucht. Bei der hier vorliegenden Ausfüh rung des Polrades 26 als ein den Ständer 28 über deckender Glockenkörper, muss die Turbinenwelle 23 durch den Ständer hindurchgehen. Das Führungs lager, welches in der Brücke 32 des Ständers 28 zur Zentrierung des Polrades vorgesehen ist, liegt also direkt an der Turbinenwelle 23.
Man könnte die Länge der Turbinenwelle 23 bei der vorliegenden Bauform dadurch verkürzen, dass die Arme des Nabensternes 25 abgekröpft sind.
Die Ständerwicklung 33 ist flüssigkeitsgekühlt, jedoch sind die dazu erforderlichen Vorrichtungen nicht in der Figur dargestellt. Zur Rückkühlung der Erregerwicklung der Pole 34 des Polrades wird ein gasförmiges Kühlmittel in den Pollücken entlang ge führt, welches durch den Radiallüfter 35 angesaugt wird. Der Kreislauf des Kühlmittels schliesst sich über die im Fundament 29 vorgesehenen Kühl kanäle 36 und das Ständerinnere. Er ist durch die gestrichelt angedeuteten Pfeile 37 dargestellt. Zur Rückkühlung des Kühlmittels sind Kühler 38 im Weg des Kühlmittelumlaufs angeordnet.