CN100587240C - 用于冷却发电机组的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由发电机和作为驱动装置的活塞式内燃机、尤其由同步发电机和柴油机组成的发电机组，其包括一个规定用于共同冷却发电机和活塞式内燃机的冷却装置，该冷却装置具有一个在内燃机侧沿轴向吸入冷却空气(L)并沿径向排出该冷却空气(L)的风机叶轮(2)，该风机叶轮有一个在叶片组(4)的沿径向外侧区域内的第一通道(49)和一个在叶片组(4)的沿径向内侧的第二通道(50)，所述冷却空气(L)的较少部分(S2)(“发电机冷却空气”)只在内燃机侧通过所述第一通道(49)导向发电机以及通过所述第二通道(50)重新排出，以及，冷却空气(L)的绝大部分(S1)(“内燃机冷却空气”)导向活塞式内燃机。

Description

用于冷却发电机组的装置
技术领域
本发明涉及一种用于共同冷却发电机组的发电机和所驱动的活塞式内燃机的装置。
背景技术
已知一些此类冷却装置。例如EP 1054144A2介绍了一种发动机-发电机组，其中，设一主风机叶轮用于共同冷却发电机和发动机，它与发电机的被发动机驱动的转子一起旋转。通过旋转该主风机叶轮，新鲜冷却空气通过设在发电机外壳中的孔和缝形式的的开口吸入，以及为了冷却发电机导向一发电机冷却区段和为了冷却发动机导向一发动机冷却区段。除了所述主风机叶轮外还设另一个辅助风机叶轮，通过它经发电机外壳上的另一些开口将尤其用于冷却定子和线圈的冷却空气吸入到发电机内。由辅助风机叶轮吸入的冷却空气与由主风机叶轮吸入的冷却空气混合并供给发动机用于其冷却。
此外，本申请人的DE 10010248A1也介绍了一种这类冷却装置，用于由驱动用发动机和发电机组成的发电机组。在此装置中风机叶轮用于用空气共同冷却驱动用发动机和发电机。该风机叶轮通过驱动用发动机的曲轴驱动旋转，借此将新鲜冷却空气通过发电机外壳上为此所设的开口吸入。冷却空气为冷却发电机通过发电机内腔，并接着供给驱动用发动机以用于其冷却。
虽然采用现有技术中已知的冷却装置能达到满意的冷却效果，但业已证实存在缺点，即为了通过发电机外壳吸入冷却空气，此外壳必须设计具有一些比较大的用于冷却空气的通孔。一般而言，若经发电机外壳吸入用于发电机和驱动用发动机的全部冷却空气，则通孔更多，因为与发电机相比，必须向驱动用发动机提供大于10至20倍的冷却功率。
若发电机组在发电机一侧应对外基本上封闭，例如为了使按照DIN40050标准化的电气设备达到高防护等级，则由于这些大的空气通孔只能有条件地做到。迄今必须为此采取技术上复杂和成本高昂的防护措施。例如，发电机除了其真正的发电机外壳外安装在一个机械方面牢固的、防水和防尘的护罩内。为了冷却发电机，该护罩从外被冷却介质绕流，这么做的前提条件是要保证从发电机到护罩之间充分传热。此外，还必须保证发电机比较可靠的电缆敷设。除了与之相关联地技术上的困难和高成本外，实施这种方案还需要足够的装配空间，所以在许多情况下这一要求便已经成为不可逾越的障碍。
发明内容
本发明的目的是克服在现有技术中已知的用于共同冷却发电机和活塞式内燃机的装置的缺点。
按照本发明，上述目的是通过一种由发电机和作为驱动装置的活塞式内燃机、尤其由同步发电机和柴油机组成的发电机组得以实现，该发电机组包括一个规定用于共同冷却发电机和活塞式内燃机的冷却装置，其中设一个沿轴向抽吸和沿径向排出冷却空气的风机叶轮，它有至少一个在叶片组的沿径向外侧区域内的第一通道和至少一个沿径向在叶片组内的第二通道，冷却空气的少部分(“发电机冷却空气”)只在内燃机侧通过所述第一外侧通道导向发电机，以及通过所述第二内侧的通道重新排出，而冷却空气的大部分(“内燃机冷却空气”)通过风机叶轮供给活塞式内燃机。
因为所述第二内侧通道设在风机叶轮的吸入冷却空气的区段中(风机叶轮基本上在其轴向中央抽吸冷却空气)，所以通过在那里的抽吸作用从发电机中抽吸发电机冷却空气。因此在总体上在发电机内形成了发电机冷却空气流动，其中，从风机叶轮沿径向流出的发电机冷却空气通过所述第一外侧通道供给发电机，以及通过风机叶轮的第二内侧通道重新从发电机腔排出。通过风机叶轮的第二内侧通道流动的发电机冷却空气接着与被风机叶轮抽吸的新鲜冷却空气混合，在这种情况下现在轻微加热的冷却空气中较少部分供给发电机，较大部分供给驱动用发动机。
所述用于供发电机冷却空气进入到发电机内的第一外侧通道，优选地以一个圆形缝隙的形式存在。该缝隙的开口宽度可例如有2-5mm，尤其约3mm。通过圆形缝隙进入到发电机内的发电机冷却空气，经风机叶轮的内侧第二通道重新从发电机腔中抽出。该内侧第二通道优选地以风机叶轮上的一些圆形通孔的形式存在。这些例如其数量为5至7个的通孔优选地具有一界于20至50mm范围内的直径，尤其为30mm的直径。在这里关键是，与这些通孔的钻削相关地总要引起减弱风机叶轮的机械强度，所以，根据产生的机械力的大小，风机叶轮只应具有某一确定数量的通孔，因为要不然就必须在该区域内增大风机叶轮的壁厚。
与已知的冷却装置不同，在这里不是使用由风机叶轮抽吸的全部冷却空气去冷却发电机，确切地说，只是使从抽吸的冷却空气中分流出足以冷却需要较小冷却功率的发电机的较少部分冷却空气流入到发电机腔内。
由于驱动用发动机通常有很高的热损耗，被发电机加热的冷却空气可以接着应用于冷却驱动用发动机。按照本发明的发电机组的发电机优选地具有一至少为90％的效率，与现有技术中已知的通常只有界于75-85％范围内的效率的发电机不同。已被发电机加热的冷却空气为了冷却发动机始终还要与由风机叶轮抽吸的新鲜冷却空气混合，从而同样保证使驱动用发动机充分地排出损耗热。
所述外侧第一通道与内侧第二通道的直径可根据需要的冷却功率确定尺寸。较大的发电机热损耗要求供给更大量的发电机冷却空气，反之亦然。
为了保证发电机冷却空气以近似相同的流速进入到发电机中和重新离开发电机，该第一通道的横截面积与第二通道的横截面积基本上相等是有利的。
特别有利地，按照本发明的发电机组在发电机外壳中不必有空气进口并因而在发电机一侧可以设计为密封的，尤其是防水和防尘。与在现有技术中已知的为防尘和防水采取防护措施不同，这种防护可以节省空间、无需复杂的技术手段和特别经济地达到。在这里，当发电机具有按照德国工业标准DIN 40050(第一指标)至少为数值6的防意外接触和防异物的防护等级时，是有利的。此外，当发电机具有按德国工业标准照DIN 40050(第二指标)至少为数值4的防水的防护等级时，是有利的。在承受机械负荷方面，当发电机外壳具有按照德国工业标准DIN 40050(第三指标)至少为数值3的防护等级时，是有利的。然而对此可以肯定，发电机外壳的可承受机械负荷的能力与选择的材料有密切的关系，因此基本上根据专家的意愿确定。
在按照本发明的冷却装置的一种特别有利的实施方式中，根据与驱动用发动机相比通常小得多的冷却需求，由风机叶轮排出的冷却空气至少有5％和最多为10％作为发电机冷却空气供给发电机。有利的是，所述发电机冷却空气的流动方向偏转一个大约90°的角度。
发电机冷却空气有利地在进入发电机前转向，借此促使随冷却空气一起抽入的固体和液体杂质基于它们的惯性在发电机冷却空气进入到发电机中之前在冷却空气导引壁上分离掉。由此通过简单的方式可起到净化冷却空气的作用，要不然这种净化必须采取技术上复杂和昂贵的措施如过滤系统等实现。
附图说明
下面参见附图借助一种实施方式详细阐述本发明。
图1表示一发动机/发电机组的轴向剖面。
具体实施方式
图1中表示的构成发电机的电气机械涉及一种由一驱动用发动机与一同步发电机组成的机组。作为驱动用发动机优选地考虑采用柴油机，在图中只用虚线表示其曲轴1的连接侧的端部。
在曲轴1的端侧借助一些螺钉3安装一风机叶轮2。该风机叶轮2有一叶片组4，通过该叶片组为了产生按箭头S1用于发动机冷却的空气流或按箭头S2用于发电机冷却的空气流，在发动机侧沿轴向按箭头L抽入冷却空气并沿径向流出。冷却空气流S2通过一个表示在图1中环形槽形式的第一外部通道49(见图1中向左方的箭头S2)导入发电机腔内。所述导入到发电机腔内的冷却空气S2通过设在风机叶轮2的叶片组4内的径向通孔50(见图1中指向右方的箭头S2)被风机叶轮2在那里存在的抽吸作用从发电机腔抽出。
在发电机腔的内部，取决于可能的流动路径的流动阻力，形成多股冷却空气流。在图示的实施方式中，基本上形成两股不同的冷却气流，一个较短的在缝隙49与通孔50之间的流动路径，在此过程中冷却在发动机侧的绕组端部处的定子绕组；以及一个较长的流动路径，在此过程中发电机冷却空气冷却在其全部空间范围内的定子绕组28。由于所使用的绕组材料良好的热导性能，所以在发电机腔内不同的发电机冷却空气流相对的流量比只起次要的作用。
在所示的实施方式中，发电机冷却空气进入到发电机腔内的流入方向大体垂直于风机叶轮2的径向。由此保证随冷却空气输送的固体和液体杂质基于它们的惯性从发电机冷却气流中分离出来。
缝隙49的开口宽度约为3mm。在风机叶轮2中钻出6个直径约30mm的通孔50。缝隙49的横截面面积选择为大体与6个通孔50的横截面面积之和相等。由此保证发电机冷却空气可均匀地流入和流出。
通过缝隙49的开口宽度可以调整分流到发电机腔内的发电机冷却气流的份额。由于在该实施方式中表示的发电机非常高的通常在90％以上的效率，所以由风机叶轮2抽吸的冷却空气L中约5-10％作为发电机冷却空气通过风机叶轮供给发电机就足够了。
发动机侧的连接罩5沿径向向外包围其中装有风机叶轮2的空腔；它朝发动机方向开口并在其相对侧有一带螺纹孔的环形法兰6，这些螺纹孔用于旋入一些用于连接所述圆柱形发电机外壳8的固定螺钉7，其中，该发电机外壳8在两个端侧被平面地夹紧。固定螺钉7在发电机外壳8的内侧沿圆周分布地设置并穿过外壳的全长。在发电机外壳8的图中左端设一发电机外壳盖9，发电机的定子11固定在它上面。固定螺钉7的螺杆穿过发电机外壳盖9中的孔。
当按照本实施方式沿圆周分布地设八个固定螺钉7时，为了固定定子有六个定子螺钉17就足够了，它们穿过定子11的叠片组中的孔以及通过定距套管20旋紧。定子11容纳发电机三相绕组的绕组相。
定子11被转子29围绕。转子同样由一叠片组构成，该叠片组借助夹紧螺钉30夹紧在一起，这些夹紧螺钉以在发动机侧的螺纹端31旋入到风机叶轮2的相应螺纹孔内。套装在夹紧螺钉30上的支承套管32夹紧在风机叶轮与转子29相关侧之间。由此将转子29与风机叶轮2防旋转地连接。在转子29的内圆周处相对于定子11构成一个约2mm宽的狭窄的空隙33。此外，转子29有沿轴向连续的大体半圆形地在两个扇形段内延伸的腔(Taschen)，一些对发电机磁性激励的磁性元件35从两端插入其中。

Claims (14)

1.一种由发电机和作为驱动装置的活塞式内燃机组成的发电机组，其包括一个规定用于共同冷却发电机和活塞式内燃机的冷却装置，该冷却装置具有一个在内燃机侧沿轴向抽吸冷却空气(L)和沿径向导出冷却空气(L)的风机叶轮(2)，该风机叶轮有一个在叶片组(4)的沿径向外侧区域内的第一通道(49)和一个在叶片组(4)的沿径向的内侧第二通道(50)，其中，所述冷却空气(L)较少的部分(S2)只在内燃机侧通过所述第一通道(49)导向发电机以及通过所述第二通道(50)重新排出，以及，冷却空气(L)的主要部分(S1)导向活塞式内燃机。
2.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述外侧通道(49)是一个圆形的缝隙。
3.按照权利要求2所述的发电机组，其特征为：所述圆形缝隙的开口宽度在2至5mm范围内。
4.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述内侧通道(50)以风机叶轮上一些圆形通孔的形式存在。
5.按照权利要求4所述的发电机组，其特征为：所述圆形通孔的直径在20至50mm范围内。
6.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述外侧通道(49)的横截面面积与所述内侧通道(50)的横截面面积基本相同。
7.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机冷却空气(S2)至少占总冷却空气(L)的5％以及最多占10％。
8.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机冷却空气(S2)在进入到发电机前流动方向偏转。
9.按照权利要求8所述的发电机组，其特征为：所述发电机冷却空气的流动方向偏转一个大约90°的角度。
10.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：发电机具有按德国工业标准DIN 40050至少为数值6的防意外接触和防异物的防护等级。
11.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机具有按德国工业标准DIN 40050至少为数值4的防水防护等级。
12.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机具有按德国工业标准DIN 40050至少为数值3的承受机械载荷的防护等级。
13.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机具有至少为90％的效率。
14.按照权利要求1所述的发电机组，其特征为：所述发电机是同步发电机以及所述活塞式内燃机是柴油发动机。
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