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.Means for surface cooling of rotating machines, particularly electric motors and generators addition to the patent: 1128 023 In the main patent is a device for surface cooling of rotating machines, particularly electric motors and generators, by means consisting of potential and rotational flow rotating flows of cooling air over a solid, rough ground protected. The housing, in particular the two end shields penetrating bodies of high thermal conductivity are present and these are formed on their inside with profiles or ribs with surface roughness. Furthermore, the outside air is blown onto the machine housing by an outside fan through an annular nozzle. To improve the cooling of the housing, the penetration bodies arranged in the end shield on the inflow side of the outside cooling air are replaced by a material with good conductivity, e.g. B. in the form of a casing that encloses the housing in a thermally conductive manner, for example applied by plating, or in the form of webs arranged between the longitudinal cooling fins connected to the penetration bodies arranged on the cooling air outflow side. In addition, in the longitudinal extension of the machine housing there are several separate nozzle rings that surround the machine housing and repeatedly blow the cooling air onto the back of the housing. Furthermore, the penetration bodies and the material connecting the penetration bodies with good thermal conductivity are provided with guide vanes that do not significantly impede the flow of cooling air, and a flow hood enclosing the cooling air outflow side of the machine housing in a manner known per se.
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.To improve the cooling on the outer jacket of the electric motor or
Generator, the nozzle rings according to the invention have airfoil profile with a concave underside
This improvement on * the cooling effect is due to a stronger vortex formation
causes under the wing profiles, because in turbulent currents exceeds
the heat exchange as a result of the turbulent mixing movement is essentially the heat exchange
through heat conduction and friction. Those with different dimensions and speeds
rotating eddies constantly change their position and thus lead to heat retention
and momentum of their place of origin further in the main direction of the current.
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.As the boundary layer theory teaches, separating layers between air layers of different density and speed, which are essential for heat transfer, occur not only on sharp edges of a body in flow, but also on rounded surfaces when the flow along this surface experiences a strong delay. Considering the flow around a curved wing, thus forming at the wing Anströmungsseite - namely substantially at its concave side - a vortex from. A separation surface is created at every roughness of the surface. The flow is given a turbulent character due to the mutual action of the various small separating surfaces, which are inherently unstable, so that a turbulent flow results on a curved wing. Further eddies form at the blade ends, since a backflow occurs in the boundary layer on the upper side of the blade end.
An Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels wird
das wesentliche Merkmal der Erfindung dargestellt.On the basis of a schematically illustrated embodiment
illustrated the essential feature of the invention.
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.F i g. 1 shows once again an electrical machine according to the main patent with a rotor 1 and a stator 2 with end windings 3 and the motor housing 4, which is connected to the end shield 5 . In the end shield 5 6 penetration bodies 7 are arranged in openings. The penetration body 7 is provided with a on the housing 4 z. B. by plating applied jacket 19 made of a highly thermally conductive material connected via flanges 16 and ribbed to achieve better heat transfer by tearing open the boundary layer. To guide the cooling flow generated by the fan impeller 8 and deflected by the hood 9 , annular nozzles 11 are provided, which catch the cooling flow that widens in the direction of flow and press it onto the jacket 19. A flow hood 12 attached to the end of the motor deflects the cooling flow radially inward.
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.On the downstream side of the motor, further penetration bodies 13 are provided in the same way as on the upstream side and are connected to the jacket 19 in a thermally conductive manner via flanges 16. In the flow hood 12, guide vanes 14 are arranged, which press an initial component onto the cooling flow. Furthermore, a disk 15 with profiles arranged in the radial direction for generating radial Coriolis forces is provided on the downstream end of the shaft.
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.In F i 1-. 2 shows the design of the nozzle ring with the airfoil profile according to the present invention. As in F i a. 1 are above the motor housing 4 between cooling fins (not shown) each part of the nozzle ring 11, but now with an airfoil profile. Immediately below the inflow side 20, a vortex 21 forms, which revolves in the direction of the arrows 22. The particles of the vortex 21 absorb heat as they approach the housing surface 19 and, as the distance between the vortex particles and the housing surface increases, release the absorbed heat to the nozzle ring 11. The vortices forming at the sharp edge 23 cause further heat transport away from the nozzle ring 11 In addition, the airfoil profiles cause additional air to be drawn from the outside into the cooling channels and the cooling air is constantly pushed back into the channels between the cooling fins due to the buoyancy of the airfoil profiles.