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Einrichtung zum Belüften von elektrischen Maschinen.
Turbogeneratoren von relativ geringer Leistung können ohne Schwierigkeit mit Eigenbelüftung gebaut werden, da die eingebauten Lüfter sowohl den notwendigen Druck als auch die zu ihrer Kühlung erforderliche Luftmenge liefern.
Dagegen war es bisher nicht möglich, oberhalb einer bestimmten Leistungsgrenze noch Turbo- generatoren mit Eigenbelüftung zu bauen. Der für den Lufteintritt zwischen Welle und Lüfterschaufeln übrigbleibende nutzbare Raum reichte nicht aus, um eine einwandfreie Belüftung der Maschine zu ermöglichen, da der Durchmesser der Maschinenwelle aus Festigkeitsgründen nicht unter ein bestimmtes Mass herabgesetzt und der Durchmesser des Lüfterrades mit Rücksicht auf die Fliehkräfte nicht über ein gewisses Mass hinaus vergrössert werden konnte.
Man hat sich bekanntlich bisher damit geholfen, zur Belüftung von Turbogeneratoren grosser Leistung Fremdbelüftung in Gestalt getrennter motorbetriebener Lüftereinrichtungen vorzusehen.
Solche Einrichtungen haben aber verschiedene schwerwiegende Mängel. Einmal beanspruchen die getrennt aufgebauten Lüfteraggregate nicht unerheblichen Flächenraum in der Maschinenhalle, sodann muss eine getrennt angeordnete Belüftungseinrichtung mit einer keineswegs einfachen und überdies noch recht umfangreichen Überwachungseinrichtung ausgerüstet werden, damit jedes Anlaufen des Generators bei Nichtanlauf des Lüftungsmotors verhindert wird und'ein sofortiges Stillsetzen erfolgt, sobald die Belüftung infolge irgendeiner Störung aussetzt. Solche Störungen können vor allem dann besonders leicht auftreten, wenn der Antriebsmotor des Lüfters über einen Transformator oder von irgendeiner andern Stromquelle als dem Generator selbst gespeist wird.
Beim Betriebe von Turbogeneratoren, die sich mit ihrer Leistung der Leistungsgrenze näherten, über die hinaus Maschinen mit Eigenbelüftung bisher nicht gebaut werden konnten, hat man ausserdem festgestellt, dass Fliehkraftlüfter mit an den Stirnseiten des Läufers befestigten Lüfterschaufeln einen grösseren Durchmesser erhalten müssen, als mit Hinblick auf den angestrebten Wirkungsgrad richtig wäre, nur um den Raum rund um die Welle zu erhalten, der zum Eintritt der notwendigen Kühlluft erforderlich ist. Solche Lüfter arbeiten infolgedessen mit Wirkungsgraden, die Werte von 25-30% kaum übersteigen.
Getrennt aufgebaute Lüfteraggregate haben zwar einen Wirkungsgrad von 60-70%, doch sind ihre bereits geschilderten Mängel so schwerwiegend, dass sieh das Bedürfnis nach einer verbesserten und auch für Turbogeneratoren grosser Leistung geeigneten Eigenbelüftung immer stärker geltend machte.
Dieses Bedürfnis wird nach der vorliegenden Erfindung durch eine Belüftungseinrichtung befriedigt, bei der die Luft dem auf der Maschinenwelle sitzenden Lüfterrade von zwei Seiten aus zugeführt wird, u. zw. so, dass ein Teil der Luft um den Umfang des Lüfterrades herumgeleitet wird. Ein solcher Lüfter kann eine etwa doppelt so grosse Luftmenge aufnehmen, wie ein Lüfter von gleichem Radius, dem die Luft nur von einer Seite aus zugeführt werden kann. Die von dem Lüfterrad erfasste Luft verlässt dieses mit einer relativ hohen Geschwindigkeit. Sie soll nun vor ihrem Eintritt in das Maschinengehäuse in einen das Lüfterrad umgebenden Diffusor getrieben werden, dessen Schaufeln so geformt sind, dass die Luft darin auf eine niedere Geschwindigkeit expandiert.
Daraus ergibt sich unmittelbar hinter dem Diffusor ein erheblicher Druck, der ein grösseres Druckgefälle in der Maschine erzeugt, als ohne die Diffusorwirkung vorhanden sein würde und der dadurch eine ganz wesentliche Verbesserung der Kühlluftförderung verursacht. Der Diffusor steigert den Wirkungsgrad des Lüfters von ungefähr 37 auf 50%.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die bildlich Darstellung verwiesen. Die Fig. 1 zeigt das perspektivische Bild der Stirnseite eines Turbogenerators mit halb abgenommenem Endsehild.
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansieht des Diffusors. Die Fig. 3 zeigt die Abschlusswand des Lüfters gegen das Maschineninnere.
In der Fig. 1 ist ein Turbogenerator mit dem Ständer 5 und einem auf der Welle 7 sitzenden Läufer 6 dargestellt. Auf der Welle 7 ist das Lüfterrad 8, das aus einer Vollseheibe mit beiderseitig am Umfange
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zweckmässig aus zwei zusammensetzbaren Teilen gefertigt. Getragen wird der Diffusor von der Wandplatte 12, mit der er an seinem Umfange fest und dicht verschraubt ist. Auf der nach der Maschinenseite zu gelegenen Seite des Diffusors 10 ist die Wandplatte 13 befestigt, die den Lüfter gegen das Maschineninnere abschliesst (s. dazu auch Fig. 3). Zur Sicherung gegen Vibrationen ist sie ausserdem noch durch die Bolzen 14 mit dem Diffusor 10 verankert.
Die Wirkungsweise eines nach der Erfindung gebauten Lüfters gestaltet sieh nun folgendermassen :
Die Kühlluft tritt-wie aus der Fig. 1 hervorgeht-durch die Öffnung 15 von unten in die Maschine ein, u. zw. in einen Raum, der von der Abschlusswand 12, dem Diffusor 10 sowie dem Lüfterrade 8 einerseits und von dem äusseren Endschilde 16 anderseits gebildet wird.
Ein Teil dieser Luft tritt nunmehr unmittelbar in den vorderen Schaufelkranz des Lüfterrades 8 ein, u. zw. durch den Raum zwischen dem inneren Umfang der Sehaufelbleche und der Maschinenwelle 7, so wie es durch den Pfeil 17 angegeben ist. Die dergestalt von dem Lüfterrade aufgenommene Luft wird dann in quasiradialer Richtung durch die in der Fig. 2 besonders deutlich erkennbaren, zwischen den Schaufeln 11 hin durchführenden Kanäle 21 in das Innere der Maschine getrieben.
Der restliche Teil der Kühlluft tritt in axialer Richtung durch die als Holdselhaufeln ausgebildeten
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der Abschlusswand 1J und einer aus der Stirnwand des Läufers vorspringenden Endscheibe gebildet wird. Die Abschlusswand l", welche die Luftkammer M von dem Inneren der Maschine trennt, ist in der Fig. 3 besonders dargestellt.
Der grössere Teil der in diese hintere Luftkammer 18 übertretenden Luft wird nunmehr von dem hinteren Schaufelkranz des Schaufelrades 8 erfasst und von diesem gleichfalls in quasiradialer Richtung durch die Kanäle 21 des Diffusors in das Innere der Maschine getrieben.
Dabei vereinigen sich dann die von dem vorderen und dem hinteren Sehaufelkranz des Lüfterrades 8 bewegten Luftmengen zu einem einzigen Kühlluftstrom. Die Kühlluft expandiert dabei auf eine wesentlich geringere als die Eintrittsgeschwindigkeit. Infolge des dadurch hinter dem Diffusor 10 in der Maschine entstehenden Druckgefälles werden dann alle axialen und radialen Kühlwege des Ständers sowie der Luftspalt zwischen Ständer und Läufer ausgiebig bestrichen.
Ein kleiner Teil der in die hintere Luftkammer 18 einströmenden Kühlluft wird nicht von dem
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Kühlkanälen im Läufer ausgehenden Saugwirkung unmittelbar in die Luftkanäle des Läufers über, indem sie durch die Durchgangsöffnungen 19, welche in der aus der Stirnwand des Läufers heraustretenden und in den Luftraum 18 hineinragenden Endscheibe des Läufers eigens vorgesehen sind, in diese einströmt.
Bei den grossen Turbogeneratoren, bei denen zwei Lüfter der beschriebenen Art angeordnet sind, tritt die an den beiden Stirnseiten von den Lüftern aufgenommene Kühlluft durch eine in der Mitte der Maschinengrundplatte vorgesehene Öffnung als Warmluft wieder aus.
Die Vorteile der nach der Erfindung ausgeführten Eigenbelüftung grosser Maschinen sind technisch und wirtschaftlich gleich erheblieh. Es gelingt mit Hilfe der Doppellüfter, das erforderliche Kühlluft- volumen unter dem erforderlichen Druck in das Innere der Maschine einzubringen, bei relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft eine ausgiebige Kühlung der ganzen Maschine zu erreichen und dabei einen Wirkungsgrad zu erzielen, der als ungewöhnlich gut bezeichnet werden muss.
Selbstverständlich kann eine Belüftungseinrichtung gemäss der Erfindung auch bei andern als bei dynamo-elektrischen Maschinen angewendet werden, denn sie ist in jedem Falle verwendbar, wo die Vorzüge eines Lüfters mit doppeltem Lufteintritt erwünscht oder erforderlich sind, wo aber die Luftaufnahme nur von einer Seite aus erfolgen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Belüften, insbesondere von elektrischen Maschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der dem Lüfter (8) einseitig zuströmenden Frischluft über den Umfang des Lüfterrades hinweg auf die gegenüberliegende Seite desselben geführt wird.