DE1016361B

DE1016361B - Elektrische Maschine mit Radialluefter

Info

Publication number: DE1016361B
Application number: DEB38602A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Rentzsch
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1956-01-05
Filing date: 1956-01-05
Publication date: 1957-09-26

Description

Elektrische Maschine mit Radiallüfter Bei elektrischen Maschinen, die mit veränderlicher Drehzahl laufen, ist es vorteilhaft, die zur Abführung der Verlustwärme dienende Kühlluftmenge den wechselnden Betriebsbedingungen so anzupassen, daß die Maschinentemperatur unabhängig von der jeweiligen Drehzahl möglichst konstant bleibt.
Um die Kühlluftmenge unabhängig von der jeweiligen Maschinendrehzahl zu machen, werden vielfach Lüfter vorgesehen, die von einem besonderen, innerhalb oder außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Hilfsmotor angetrieben werden. Solche Anordnungen bedingen einen erheblichen zusätzlichen Aufwand und werden daher nach Möglichkeit vermieden.
Es sind auch verschiedene Anordnungen bekannt, mit Gienen unter Verwendung von mit der Maschinenwelle rotierenden Ventilatoren die Ventilationsstärke selbsttätig in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl geregelt wird. So ist es bekannt, den durch den Ventilator erzeugten Luftstrom bei hohen Drehzahlen mehr oder minder stark zu drosseln. Beispielsweise hat man den Luftführungskanälen von Radiallüftern bewegliche Klappen zugeordnet, die bei hohen Drehzahlen durch die Fliehkraft gegen die Kraftwirkung einer Feder sich so einstellen, daß sie die Luftführungskanäle des Lüfters teilweise abschließen. Bei solchen Einrichtungen verschlechtert sich aber der Wirkungsgrad des Lüfters mit zunehmender Drosselung. Außerdem entstehen durch derartige Drosselvorrichtungen erhebliche zusätzliche- Geräusche.
Ferner sind für den in Rede stehenden Zweck Lüfter mit verstellbaren Schaufeln vorgesehen worden, bei denen sich die Schaufeln in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verschieden einstellen und so den Ventilationsstrom regeln. Solche Anordnungen verlangen. komplizierte Verstellvorrichtungen mit einer großen Anzahl von beweglichen Lagern, durch deren Reibungswiderstände das zuverlässige Arbeiten der Vorrichtung in Frage gestellt wird.
Es ist auch bekannt, zur Kühlung elektrischer Maschinen auf der Welle angeordnete Axiallüfter zu verwenden, die auf der Maschinenwelle in axialer Richtung verschoben werden können und so angeordnet sind, daß durch ihre Verschiebung die Räume, durch welche die Kühlluft in die verschiedenen Teile der Maschine eintritt, verändert werden. Solche Anordnungen sind dazu bestimmt, durch einmalige -Einstellung eine -günstige Verteilung der Kühlluft auf den Läufer und den Ständer. der Maschine zu erzielen.
Mit allen diesen Einrichtungen konnte eine für die Praxis befriedigende Regelung der Lüftung elektrischer Maschinen mit stark veränderlicher Drehzahl nicht erzielt werden. Nach der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe bei elektrischen Maschinen mit Radiallüftern am Lüfterrad eine im wesentlichen parallel zu seiner Ebene angeordnete Verstellscheibe vorgesehen, die in axialer Richtung so verschiebbar ist, daß dadurch die wirksame Breite der Lüfterschaufeln geändert werden kann. Durch eine derartig arbeitende Verstellscheibe kann in einfacher Weise in einem weiten Drehzahl-Bereich eine Anpassung der geförderten Luftmenge an wechselnde Betriebsverhältnisse erreicht werden.
Laufräder mit radialen Schaufeln, die zum Zwecke der Änderung der geförderten Luftmenge eine in axialer Richtung verschiebbare Scheibe, auch Verstellboden genannt, besitzen, sind wohl bei Gebläsen, die durch besondere Kraftmaschinen mit konstanter Drehzahl angetrieben werden, beispielsweise bei Gebläsen für Kesselanlagen, bekannt. Derartige Einrichtungen wurden jedoch bisher noch nicht in elektrische Maschinen eingebaut und den besonderen Bedingungen für die Lüftung solcher Maschinen angepaßt.
Bei elektrischen Maschinen mit veränderlicher Drehzahl können bei auf der Maschinenwelle angeordneten Lüfter gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen sein, mit denen die Verstellscheibe derart verstellbar ist, daß dadurch die -von dem Lüfter geförderte Luftmenge in einem weiten Drehzahlbereich auf einem annähernd konstanten Wert gehalten werden kann.
An Hand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
In der Fig. 1 ist mit 1 das Lüfterrad des Radiallüfters einer im Teilschnitt dargestellten elektrischen Maschine bezeichnet. Die Lüfterschaufeln 2 sind an der Tragscheibe 14 befestigt, die fest mit einer auf der Maschinenwelle 13 sitzenden Nabe 6 verbunden ist. oder mit ihr-aus einem Stück besteht. Auf der Nabe des Lüfterrades ist eine parallel zur Radebene angeordnete Verstellscheibe 3 in axialer Richtung so verschiebbar, daß dadurch die wirksame Breite der Lüfterschaufeln 2 geändert werden kann.
Die Verstellscheibe ist mit Schlitzen versehen, durch welche die Lüfterschaufeln hindurchragen. Die Schaufeln durchdringen also die Verstellscheibe, die mit dem Lüfter rotiert. Bei- dem gewählten Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 3 an ihrem Umfang mit einem zylindrischen Teil 4 versehen, der aber nicht unbedingt erforderlich ist.
Die Verschiebung der Verstellscheibe 3 erfolgt bei dem gewählten Ausführungsbeispiel durch einen Fliehkraftregler, der aus einerseits an der Lüfternabe 6 und andererseits an der Verstellscheibe 3 angelenkten Kniehebeln 5 besteht. Bei kleiner Drehzahl nimmt die Verstellscheibe 3 die voll ausgezogen gezeichnete Stellung ein, in welcher die volle Lüfterradbreite wirksam ist. Unter Einwirkung der Fliehkraft wird die Verstellscheibe bei zunehmender Drehzahl gegen die Kraft der Rückstellfedern 7 im Sinne einer Verkleinerung der Lüfterradbreite nach links verschoben (gestrichelt gezeichnete Stellung). Gegebenenfalls können zur Unterstützung der beschriebenen Wirkung an dem Kniehebelgelenk 15 angreifende Fliehgewichte 9 vorgesehen sein, die zur genauen Einregulierung oder Anpassung der Reglerwirkung bei abweichenden Betriebsbedingungen in radialer Richtung verstellbar sein können.
Bei der in der Fig. 1 gewählten Ausführungsform greifen die als Druckfedern ausgebildeten und axial angeordneten Rückstellfedern 7 einerseits an der Verstellscheibe 3 und andererseits an der Tragscheibe 14 des Lüfterrades an. Die Rückstellfedern können aber auch tangential zwischen den Kniehebeln 5 angeordnet sein, wie dies die Fig. 3 bei 8 zeigt.
Durch zweckmäßige Wahl der Abmessungen der Reglerteile und der Federkonstanten kann erreicht werden, daß die Änderung der wirksamen Breite des Lüfterrades in einem solchen Verhältnis erfolgt, daß die geförderte Luftmenge annähernd konstant bleibt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Ein- und Austrittskanten 10 der Lüfterschaufeln 2 nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung abgeschrägt, so daß durch die Verschiebung der Verstellscheibe 3 der mittlere wirksame Ein- und Austrittsdurchmesser des Lüfterrades und damit nicht nur die Fördermenge, sondern auch die Druckhöhe beeinflußt werden kann. Durch eine solche Schrägung kann die Anpassung des Förderdruckes in dem vorgesehenen Regelbereich verbessert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es sind unter anderem verschiedene Änderungen hinsichtlich der Anordnung und baulichen Ausgestaltung des Lüfters und der zu seiner Regelung dienenden Mittel möglich. Beispielsweise kann das Lüfterrad aus einem in seiner wirksamen Breite durch Verschieben der Verstellscheibe veränderlichen und aus einem nicht veränderlichen Teil 12 bestehen, die verschiedene Durchmesser und Schaufellängen haben können, wie dies beispielsweise die Fig.2 zeigt. Die Lüfterradteile können dabei so bemessen sein, daß der nicht veränderliche Teil 12 bei maximaler Drehzahl der Maschine zur Förderung der erforderlichen Luftmenge ausreicht und daß der veränderliche Teil 11 bei niedrigeren Drehzahlen einen entsprechenden Beitrag zur Förderung der Kühlluft liefert.
Die Erfindung ist -.ebenso bei Lüfterrädern mit geraden, radial gerichteten Schaufeln als auch bei solchen mit vorwärts oder rückwärts gekrümmten Schaufeln anwendbar. Bei räumlich gekrümmten Schaufeln können Mittel vorgesehen werden, die bei dem Verstellvorgang eine zwangläufige Führung der Verstellscheibe in tangentialer Richtung entsprechend der Schaufelkrümmung gewährleisten.
Der Lüfter kann aber auch so ausgebildet sein, daß die Verstellscheibe nur bis zur Innenkante der Lüfterschaufeln reicht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erübrigt sich das Mitlaufen der Verstellscheibe.
Obwohl die Änderung der geförderten Luftmenge hierbei etwas geringer ist, kann sie doch für manche Betriebsbedingungen ausreichend sein.
Es kann auch zweckmäßig sein, Steuermittel vorzusehen, durch welche, gegebenenfalls über einen Kraftantrieb, beispielsweise einen elektrischen Servomotor, mittels Drucköl oder Druckluft od. dgl. die Verschiebung der Verstellscheibe selbsttätig in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Maschine, wie Drehzahl, Belastungsstrom; Klemmenspannung, Temperatur u. dgl. erfolgt. Auf diese Weise kann die Maschinentemperatur, auch bei stark wechselnden Betriebsverhältnissen, praktisch konstant gehalten werden.
Bei elektrischen Maschinen mit Drehzahländerung durch Bürstenverschiebung kann die Verstellung der Verstellscheibe statt durch einen Fliehkraftregler auch durch eine Kopplung des Antriebs der Verstellscheibe mit der Bürstenverstellvorrichtung erreicht werden, so daß durch die Betätigung der Bürstenverstellvorrichtung gleichzeitig die der jeweiligen Drehzahl entsprechende Fördermenge bzw. Druckhöhe eingestellt wird.
Bei elektrischen Maschinen mit getrenntem Innen-und Außenkühlluftstrom können der Außen- oder der Innenlüfter oder auch beide mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung ausgerüstet werden. Im letzteren Fall können für die Außen- und Innenlüfter getrennte oder gemeinsame Verstell- bzw. Regeleinrichtungen vorgesehen sein. Unter Umständen kann die Erfindung auch bei Maschinen mit Fremdbelüftung Verwendung finden, und zwar insbesondere dann, wenn die Fremdlüfter mit konstanter Drehzahl, beispielsweise durch Asynchronmotoren, angetrieben werden und die Maschinenverluste veränderlich sind, so daß die Kühlluftmenge geändert werden muß, um die Maschinentemperatur konstant zu halten.
Schließlich ist die Erfindung nicht auf luftgekühlte Maschinen beschränkt. Sie kann ebenso bei Maschinen angewendet werden, die mit einem anderen Kühlmittel, beispielsweise mit Wasserstoffgas, arbeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Maschine mit Radiallüfter, dadurch gekennzeichnet, daß am Lüfterrad eine im wesentlichen parallel zu seiner Ebene angeordnete Verstellscheibe (3) in axialer Richtung so verschiebbar ist, daß dadurch die wirksame Breite der Lüfterschaufeln (2) geändert werden kann.
2. Elektrische Maschine mit veränderlicher Drehzahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen die Verstellscheibe (3) derart verstellbar ist, daß dadurch die von dem Lüfter geförderte Luftmenge in einem weiten Drehzahlbereich auf einem annähernd konstanten Wert gehalten werden kann.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter= schaufeln (2) die Verstellscheibe (3) durchdringen.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad aus einem in seiner wirksamen Breite durch Verschieben der Verstellscheibe (3) veränderlichen und aus einem nicht veränderlichen Teil (12) besteht, die verschiedene Durchmesser und Schaufellängen haben können, und daß die Lüfterradteile vorzugsweise so bemessen sind, daß der nicht veränderliche Teil (12) bei maximaler Drehzahl der Maschine zur Förderung der erforderlichen Luftmenge ausreicht und daß der veränderliche Teil (11) bei niedrigeren Drehzahlen einen entsprechenden Beitrag zur Förderung der Kühlluft liefert.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einoder/und Austrittskanten der Lüfterschaufeln (2) abgeschrägt sind bzw. einen solchen Verlauf nehmen, daß durch die Verschiebung der Verstellscheibe (3) der mittlere wirksame Ein- und/oder Austrittsdurchmesser des Lüfterrades so geändert werden kann, daß sowohl eine Beeinflussung der Fördermenge als auch des Förderdruckes erreicht wird.
6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise nicht mit dem Lüfter umlaufende Verstellscheibe, die nur bis zur Innenkante der Lüfterschaufeln reicht.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung oder Konstanthaltung der geförderten Luftmenge und/oder Druckhöhe Steuermittel vorgesehen sind, durch welche die Verschiebung der Verstellscheibe selbsttätig in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Maschine, wie Drehzahl, Belastungsstrom, Klemmenspannung, Temperatur u. dgl. erfolgt. B.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Verstellscheibe durch einen Kraftantrieb, beispielsweise mittels eines elektrischen Servomotors, durch Drucköl oder durch Druckluft in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Maschine erfolgt.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Verstellscheibe (3) durch einen Fliehkraftregler in Abhängigkeit von der jeweiligen Maschinendrehzahl erfolgt.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftregler aus einerseits an der Lüfternabe (6) und andererseits an der Verstellscheibe (3) angelenkten Kniehebeln (5) und gegebenenfalls an den Kniehebelgelenken (15) angreifenden, vorzugsweise in radialer Richtung verstellbaren Fliehgewichten (9) besteht, die durch Einwirkung der Fliehkraft gegen die Kraft von Rückstellfedern (7, 8) die Verstellscheibe (3) im Sinne einer Verkleinerung der Lüfterradbreite verschieben können.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axial angeordneten, als Zug- oder Druckfedern ausgebildeten Rückstellfedern (7) einerseits an der Verstellscheibe (3) und andererseits an der Tragscheibe (14) des Lüfterrades angreifen.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern (8) tangential zwischen den Kniehebeln (5) angeordnet sind (Fig. 3).
13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6 mit Drehzahländerung durch Bürstenverschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verschiebung der Verstellscheibe mit der Bürstenverstellvorrichtung gekoppelt sind.
14. Elektrische Maschine mit getrenntem Innen-und Außenkühlluftstrom nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Außen- und Innenlüfter verstellbar sind und getrennt oder gemeinsam verstellt werden können. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 280 189, 305 266.