DE1235412B

DE1235412B - Einrichtung zur Oberflaechenkuehlung von umlaufenden Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren

Info

Publication number: DE1235412B
Application number: DES99847A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl-Heinz Oehlrich; Dipl-Ing Aribert Fracke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-08-03
Filing date: 1965-09-30
Publication date: 1967-03-02
Also published as: AT261725B; FR90916E; BE687207A

Description

Einrichtung zur Oberflächenkühlung von umlaufenden Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren Zusatz zum Patent: 1128 023 Im Hauptpatent ist eine Einrichtung zur Oberflächenkühlung umlaufender Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren, mit Hilfe von aus Potential- und Rotationsströmung bestehenden Drehströmungen der Kühlluft über einen festen, rauhen Grund geschützt. Dabei sind das Gehäuse, insbesondere die beiden Lagerschilde durchdringende Körper hoher Wärmeleitfähigkeit vorhanden und diese an ihrer Innenseite mit Profilen oder Rippen mit Oberflächenrauhigkeit ausgebildet. Ferner wird die Außenluft von einem Außenlüfter durch eine ringförmige Düse auf das Maschinengehäuse geblasen. Zur Verbesserung der Gehäusekühlung sind die auf der Anströmseite der Außenkühlluft im Lagerschild angeordneten Durchdringungskörper durch Material guter Leitfähigkeit, z. B. in Form eines das Gehäuse wärmeleitend umschließenden, etwa durch Plattieren aufgebrachten Mantels, oder in Form von zwischen den Längskühlrippen angeordneten Stegen mit dem auf der Kühlluft-Abströmseite angeordneten Durchdringungskörpern verbunden. Außerdem sind in der Längsausdehnung des Maschinengehäuses mehrere voneinander getrennte, das Maschinengehäuse umgebende und die Kühlluft wiederholt auf den Gehäuserücken blasende Düsenringe vorhanden. Des weiteren sind die Durchdringungskörper als auch das die Durchdringungskörper verbindende Material guter Wärmeleitfähigkeit mit die Kühlluftströmung nicht wesentlich behindernden Rippen quer zur Richtung des Kühlluftstromes und ferner eine die Kühlluft-Abströmseite des Maschinengehäuses in an sich bekannter Weise umschließende Strömungshaube mit Leitschaufeln versehen.
Zur Verbesserung der Kühlung am Außenmantel des Elektromotors oder Generators weisen die Düsenringe erfindungsgemäß Tragflügelprofil mit konkaver Unterseite Diese Verbesserung auf * der Kühlwirkung wird durch eine stärkere Wirbelbildung unter den Tragflügelprofilen bewirkt, denn in turbulenten Strömungen übersteigt der Wärmeaustausch infolge der turbulenten Mischbewegung wesentlich den Wärmeaustausch durch Wärmeleitung und Reibung. Die mit unterschiedlicher Ausdehnung und Geschwindigkeit rotierenden Wirbel verändern dabei laufend ihre Lage und führen somit Wärmeinhalt und Impuls ihres Entstehungsortes weiter in Hauptrichtung der Strömung.
Wie die Grenzschichttheorie lehrt, treten Trennungsschichten zwischen Luftschichten unterschiedlicher Dichte und Geschwindigkeit, die für die Wärineübertragung wesentlich sind, nicht nur an scharfen Kanten eines umströmten Körpers, sondern auch an gerundeten Flächen auf, wenn die Strömung längs dieser Fläche eine starke Verzögerung erfährt. Betrachtet man die Strömung um einen gekrümmten Flügel, so bilden sich an der Anströmungsseite des Flügels - und zwar im wesentlichen an seiner konkaven Seite - ein Wirbel aus. An jeder Rauhigkeit der Oberfläche entsteht eine Trennungsfläche. Die Strömung erhält durch die gegenseitige Einwirkung der verschiedenen kleinen Trennungsflächen, die in sich instabil sind, einen turbulenten Charakter, so daß sich an einem gekrümmten Flügel eine turbulente Strömung ergibt. Weitere Wirbel bilden sich an den Schaufelenden aus, da auf der Oberseite des Schaufelendes eine Rückströmung in der Grenzschicht eintritt.
An Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels wird das wesentliche Merkmal der Erfindung dargestellt.
F i g. 1 zeigt noch einmal eine elektrische Maschine nach dem Hauptpatent mit einem Rotor 1 und einem Stator 2 mit Wickelköpfen 3 und dem Motorgehäuse 4, das mit dem Lagerschild 5 verbunden ist. In dem Lagerschild 5 sind in Durchbrechungen 6 Durchdringungskörper 7 angeordnet. Der Durchdringungskörper 7 ist mit einem auf dem Gehäuse 4 z. B. durch Plattieren aufgebrachten Mantel 19 aus gut wärmeleitendem Material über Flansche 16 verbunden und zur Erzielung eines besseren Wärmeüberganges durch Aufreißen der Grenzschicht gerippt. Zur Führung des von dem Lüfterlaufrad 8 erzeugten und von der Haube 9 umgelenkten Kühlstromes sind Ringdüsen 11 vorgesehen, die den sich in Strömungsrichtung verbreiternden Kühlstrom auffangen und auf den Mantel 19 drücken. Eine am Ende des Motors angebrachte Strömungshaube 12 lenkt den Kühlstrom radial nach innen um.
An der Abströmseite des Motors -sind in gleicher Weise wie an der Anströmseite weitere Durchdringungskörper 13 vorgesehen und mit dem Mantel 19 wärmeleitend über Flansche 16 verbunden. In der Strömungshaube 12 sind Leitschaufeln 14 angeordnet, die dem Kühlstrom eine Anfangskomponente aufdrücken. Ferner ist auf dem abströmseitigen Wellenende eine Scheibe 15 mit in radialer Richtung angeordneten Profilen zur Erzeugung radialer Coriolis kräfte vorgesehen.
In F i 1-. 2 ist die Ausbildung des Düsenringes mit Tragflügelprofil nach der vorliegenden Erfindung daraestellt. Wie in F i a. 1 sind über dem Motor-"ehäuse 4 zwischen nicht dargestellten Kühlrippen je weils Teile des Düsenringes 11, jedoch jetzt mit Tragflügelprofil angeordnet. Unmittelbar unterhalb der Anströmseite 20 bildet sich ein Wirbel 21 aus, der in Richtung der Pfeile 22 umläuft. Die Teilchen des Wirbels 21 nehmen bei Annäherung an die Gehäuseoberfläche 19 Wärme auf und geben mit größer werdendem Abstand der Wirbelteilchen von der Gehäuseoberfläche die aufgenommene Wärme an den Düsenrin- 11 ab. Die sich an der scharfen Kante 23 bildenden Wirbel bewirken einen weiteren Wärmetransport von dem Düsenring 11 weg an die Außenluft, so daß die Kühlung auf diese Weise wesentlich verbessert wird. Außerdem bewirken die Tragflügelprofile, daß zusätzliche Luft aus dem Außenraum in die Kühlkanäle. gezogen und durch die Auftriebwirkung der Tragflügelprofile die Kühlluft ständig wieder in die Kanäle zwischen den Kühlrippen gedrückt wird.

Claims

Patentanspruch: Einrichtunor zur Oberflächenkühlung umlaufender Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren, mit Hilfe von aus Potential- und Rotationsströmungen bestehenden Drehströmungen der Kühlluft über einem festen rauhen Grund, bei denen das Gehäuse, insbesondere die beiden Laaerschilde durchdringende Körper hoher Wärmeleitfähi,o",keit vorhanden und diese an ihrer Innenseite mit Profilen oder Rippen mit Oberflächenrauhigkeit ausgebildet sind, bei denen ferner die Außenkühlluft von einem Außenlüfter durch eine ringförmige Düse auf das Maschinengehäuse geblasen wird und zur Verbesserung der Gehäusekühlung die auf der Anströmseite der Außenkühlluft im Lagerschild angeordneten Durchdringungskörper durch Material guter Wärmeleitfähigkeit, z. B. in Form eines das Gehäuse wärmeleitend umschließenden, etwa durch Plattieren aufgebrachten Mantels oder in Form von zwischen den Längskühlrippen angeordneten Stegen, mit den auf der Kühlluftabströmseite angeordneten Durchdringungskörpern verbunden und mehrere in der Längsausdehnung des Maschinengehäuses voneinander getrennte, dieses umgebende, die Kühlluft-wiederholt auf den Gehäuserücken blasende Düsenringe vorhanden sind und bei der sowohl die Durchdringungskörper als auch das die Durchdringungskörper verbindende Material guter Wärmeleitfähigkeit mit die Kühlluftströmung nicht wesentlich behindernden Rippen quer zur Richtung des Kühlluftstromes und ferner eine die Kühlluftäbströmseite des Maschinengehäuses umschließende Strömungshaube mit Leitschaufeln versehen sind, nach Patent 1128 023, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenringe (11) Tragflügelprofil mit konkaver Unterseite aufweisen.