DE2736773A1

DE2736773A1 - Axialluefter an einer rotierenden elektrischen reversiermaschine

Info

Publication number: DE2736773A1
Application number: DE19772736773
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Hlavac; Miloslav Ziegler
Original assignee: Skoda np
Current assignee: Skoda np
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1978-04-06
Also published as: GB1579493A; CS223352B1

Description

PATENTANWALT DiPL.-PHYS. DR. WALTMER JUNIUS 3 Hannover WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 H) »3 45 JO 2736773

9. August 1977

Dr. J/R

Meine Akte: 2413

SKODA, oborovy podnik, Plζen

Axiallüfter an einer rotierenden elektrischen Reversier-

maschine

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter an einer rotierenden elektrischen Reversxermaschine, dessen Umlaufrad am Rotor dieser Maschine befestigt ist und dessen Laufflügel mit der Nabe mit Hilfe von Zylinderzapfen mit radial orientierten Achsen verbunden sind.

An elektrischen rotierenden Maschinen mit einem Drehsinn werden mit Vorteil Axiallüfter angewendet, deren Umlaufräder direkt auf der Welle der Maschine aufgesetzt sind. Diese Axiallüfter setzen ein Kühlgas (Luft, Wasserstoff) in Bewegung, welches Verlustwärme von den aktiven Teilen der Maschine abführt. Es sind in der Regel an der Maschine zwei Lüfter angebracht, welche das Kühlgas von äußeren Abdeckungen der Maschine ansaugen und es in das Innere der

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Maschine treiben. Ein Vorteil der Axiallüfter ist eine relativ gute Wirkung und eine vorteilhafte Gleichrichtung des Gases, das aus dem Lüfter austritt, gegenüber dem weiteren Ventilationstrakt der Maschine.

An reversiblen Maschinen war es bisher nicht möglich, Axiallüfter anzuwenden. Die bekannten Axiallüfter ändern nämlich bei Änderung des Drehsinnes auch den Sinn der Gasströmung, was den Ansprüchen des Lüftungskreises widerspricht. Außerdem sinkt die aerodynamische Wirkung des Axiallüfters mit Umlaufflügeln bei dem umgekehrten Drehsinn erheblich.

Deshalb wurde an reversiblen Maschinen (z.B. Generator-Motor für Speicherpumpwerke) die Lüftung mit Hilfe von Radiallüftern geläst, in manchen Fällen unter zusätzlicher Ausnutzung der Lüftungswirkung des Sternes des Rotors, oder mit Hilfe anderer Lüfter. Alle diese Arten weisen gegenüber der Anwendung der Axiallüfter auf der Welle der Maschine bestimmte Nachteile auf, die entweder mit einer Erhöhung der Ventilationsverluste oder mit einer komplizierteren Konstruktion der Maschine verbunden sind.

Diese Nachteile beseitigt die Erfindung. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Axiallüfter an einer reversiblen elektrischen Maschine zu schaffen, der in beiden Drehrichtungen der Maschine gleich gut wirksam ist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Umlaufflügel des Ventilators auf der Nabe des Lüfters frei rotierend ge-

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lagert sind, wobei die Endlagen der Drehbewegung der Laufflügel mit Hilfe von Anschlägen abgegrenzt sind und die radial orientierte Drehachse eines jeden Laufflügels gegenüber dem betreffenden Laufflügel derart angebracht ist, daß der Sinn des resultierenden Moments, das beim Rotieren infolge der aerodynamischen Kräfte auf den Laufflügel um die erwähnte Drehachse einwirkt, für die beliebige Lage des Laufflügels lediglich durch den Drehsinn bestimmt ist und bei Änderung des Drehsinnes sich ändert. Dabei ist das erwähnte Moment der aerodynamischen Kräfte, beginnend von der bestimmten Drehgeschwindigkeit, die niedriger als die Nenngeschwindigkeit ist, größer als die Summe des Gewichtsmoments des Laufflügels und des Reibmoments der Lagerung des LaufflugeIs bei der betreffenden Drehgeschwindigkeit.

Der abgewickelte Schnitt des Laufflügels auf jedem Halbmesser des Lüfters kann mit Vorteil die Form eines symmetrischen tropfenförmigen Profils aufweisen, dessen Achse die Drehachse des Laufflügeis kreuzt.

Es ist vorteilhaft, die Geometrie der Laufflügel den Bedingungen derart anzupassen, daß die Verbindungslinie des möglichen Berührungspunktes von zwei benachbarten Laufflügeln mit der Drehaitte eines jeden von ihnen einen spitzen Winkel bildet. Diese Bedingung trägt zur Sicherung der gleichzeitigen Lageänderung der Laufflügel bei Änderung des Drehsinnes bei. Eine weitere mögliche Maßnahme, die das gleiche Ziel verfolgt, sind Vorsprünge mn Ablaufkanten der Laufflügel, die in Verlängerung des Flügelprofile auf einem Teil der Radialhöhe der Laufflügel gebildet sind. Vor-

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teilhafterweise können es auch Rollen sein, die drehbar auf den Ablaufkanten der Laufflügel oder eventuell an Vorsprüngen der Ablaufkante angebracht sind.

Mit Rücksicht auf die gleichzeitige Lageänderung aller Laufflügel kann es ebenfalls vorteilhaft sein, an ihre Ablaufkanten drehbar mit Hilfe der Zapfen verbindende Zugstangen anzuschließen, die nach gegenseitiger Verbindung ein geschlossenes Umfangsystem bilden.

Sie Anschläge, welche die Endstellungen der Drehbewegung der Laufflügel begrenzen, können mit Vorteil durch Vorsprünge auf dem äußeren Mantel der Nabe des Lüfters gebildet werden. Die Zylinderzapfen mit einer radial orientierten Achse, um welche die Laufflügel drehen, können entweder auf Laufflügeln des Lüfters ausgebildet werden oder drehbar in der Nabe des Lüfters gelagert werden, oder sie können fest mit der Nabe des Lüfters verbunden und auf ihnen drehbar die Laufflügel des Lüfters gelagert werden.

In einigen Fällen kann eine solche Anordnung der Laufflügel vorteilhaft sein, bei der die Endlagen der Laufflügel gegenüber dem Axialstrahl unsymmetrisch sind, der durch die Drehachse der Laufflügel führt. Ein solcher Lüfter gibt dann für jeden Drehsinn einen anderen Durchfluß der Kühlluft. Dadurch kann mit Vorteil die Erwärmung der Maschine bei verschiedener Belastung im Generator- und Motorbetrieb ausgeglichen werden.

Mit Vorteil ist es möglich, den Außenmantel der Nabe des

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Lüfters, eventuell auch den Teil des Stutzens des Lüfters, als Kugelflächen auszubilden, deren Mitte sich im Schnittpunkt der Achse der Maschine mit Drehachsen der Laufflügel befindet.

Die beschriebene Anordnung des Lüfters hat zur Folge, daß die Laufflügel des Lüfters, beginnend von einer bestimmten, niedrigeren als der nominalen Drehgeschwindigkeit eine stabile Fläche einnehmen, die dem betreffenden Drehsinn entsprechen, und daß bei der Änderung des Drehsinns selbsttätig durch Einwirkung der aerodynamischen Kräfte ihre Lage ändern. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Axiallüfter für jeden Drehsinn den identischen Strömungssinn des Kühlgases bei einer hohen aerodynamischen Charakteristik und einer guten Wirkung gibt.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen scheaatischen Schnitt durch den Generator-Motor für den doppelten Drehsinn;

Fig. 2a, 2b in einer Radialansicht die Flügelgitter des Axiallüfters;

Fig. 3a, 3b und 3c in einer Detailansicht zwei benachbarte Flügel;

Fig. 4a, 4b eine andere Ausführung;

Fig. 3 eine Drehbefestigung der Laufflügel.

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In Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch den Generator-Motor für den doppelten Drehsinn dargestellt. Zwei Axiallüfter treiben die Kühlluft von den äußeren Abdeckungen in das Innere der Maschine (die Strömungsrichtung ist durch Pfeile dargestellt). Das Umlaufrad des Lüfters enthält eine Nabe 1 und Laufflügel 2. Den stehenden Teil des Lüfters bildet ein Stutzen 3· Die Drehachse der Laufflügel 2 ist mit 4 bezeichnet.

Fig. 2a, 2b zeigen in einer abgewickelten Radialansicht die Flügelgitter des Axiallüfters mit Laufflügeln 2 in zwei Endlagen. Die voll gezeichnete Lage entspricht dem Drehsinn von links nach rechts, die gestrichelte dem umgekehrten Drehsinn. Der abgewickelte Schnitt des Laufflügels 2 auf jedem Halbmesser des Lüfters weist ein tropfenförmiges, zu seiner Achse 18 symmetrisches Profil auf. Die Laufflügel 2 der Lüfter sind auf der Nabe 1 des Lüfters drehbar um die Zylinderzapfen 5 befestigt, deren Achse radial ist. Die Endlage der Laufflügel 2 für die betreffende Richtung des Drehsinnes bestimmen Anschläge 6, die als radiale, niedrige Vorsprünge der Nabe 1 des Lüfters ausgebildet sind. Die Endlagen der Laufflügel 2 in Fig. 2a sind symmetrisch gegenüber dem Axialstrahl 7» der durch die Drehachse 4- führt. Die Endlagen der Laufflügel 2 in Fig. 2b sind gegenüber dem Axialstrahl 7 unsymmetrisch, der durch die Drehachse führt, das bedeutet, daß die Winkel zwischen der Achse B des Flügelprofils und dem tangentialen Strahl 17» der durch die Drehachse 4 führt, für die Endlagen der Lauf flügel 2 gleich sind Q^ + ^).

Fig. 3a, 3b zeigen in einer Detailansicht zwei benachbar-

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te Laufflügel 2 des Flügelgitters in dem Zeitpunkt, zu dem der linke von ihnen nach Änderung des Drehsinnes durch Einwirkung der aerodynamischen Kräfte aus der ursprünglichen, gestrichelt gezeichneten Lage umkippt, während der rechte durch Einwirkung von Reibkräften unterdessen in der ursprünglichen Lage bleibt. In demjenigen Augenblick, der in den Abbildungen gezeichnet ist, ist es gerade zur Berührung der beiden Laufflügel 2 im Punkt 8 gekommen. Der WinkeI₀^, der durch die Verbindungslinie des Punktes 8 der Berührung mit der Drehmitte eines jeden von beiden Flügeln 2 gebildet ist, ist ein spitzer Winkel.

Dadurch ist eine Voraussetzung gebildet, daß der Laufflügel 2, der als der erste in Bewegung kam, auf den benachbarten Laufflügel 2 eine Kraftwirkung hervorruft, die diese ebenfalls in Bewegung setzt. In Fig. 3b ist das Flügelprofil auf dem Teil der Radialhöhe des Laufflügels 2 in einen Vorsprung 9 verlängert, auf dessen Oberfläche der Berührungspunkt 8 sich befindet. Durch diese Maßnahme verminderte sich der Winkel oC (oL^ < oQ) unter anders identischen Verhältnissen, wodurch sich die Kraftwirkung des umgekippten Laufflügeis 2 auf den ungekippten vergrößerte.

In Fig. 3c ist am Ende des VorSprunges 9 eine Rolle 16 drehbar befestigt, die bei eventuellem Anliegen auf dem benachbarten Laufflügel 2 dreht und dadurch sein Umkippen erleichtert.

Ein»andere Möglichkeit, das gleichzeitige Umkippen aller

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Laufflügel 2 zu sichern, ist in Fig. 4a, 4b dargestellt. Fig. 4a zeigt in einer Axialansicht und Fig. 4b in einer abgewickelten Radialansicht eine Gruppe von Laufflügeln 2, an denen in der Stelle ihrer Ablaufkanten 10 mit Hilfe der Zapfen 12 die Verbindungszugstangen 11 drehbar befestigt sind, welche nach Verbindung ein geschlossenes Umfangssystem bilden. Mit Hilfe dieses Systems von Verbindungszugstangen 11 kommt es bei der Änderung des Drehsinne zum gleichzeitigen Umkippen aller Laufflügel 2 üb die Drehachsen 4 in die erwünschte Lage. Die Funktion der Verbindungszugstangen 11 kann alternativ auch eine Seilverbindung erfüllen.

In Fig. 5 ist eine drehbare Befestigung des Laufflügeis 2 dargestellt, bei welcher der Zylinderzapfen 13 mit der radialorientierten Drehachse, der als ein Bestandteil des Laufflügeis 2 des Lüfters ausgebildet ist, drehbar in der Nabe 1 des Lüfters gelagert ist. Die Herabsetzung des zum Drehen des Laufflügels 2 nötigen Moments wird durch Anwendung von Gleitbüchsen 14 erreicht.

Fig. 6 zeigt ein anderes Verfahren zur schwenkbaren Befestigung des Laufflügeis 2, bei dem die Nabe 1 des Lüfters ait Zylinderzapfen 13 mit radial orientierten Drehachsen 4 versehen ist, und auf diesen sind die Laufflügel 2 des Lüfters drehbar gelagert. Die Herabsetzung des zum Drehen des Laufflügels 2 nötigen Moments wird wieder durch Anwendung von gleitbüchsen 14 erreicht.

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Fig. 7 zeigt ein Detail des Schnittes durch den Lüfter, in dem die Außenfläche der Nabe 1 des Lüfters im Abschnitt "A" und die Innenfläche des Stutzens 3 des Lüfters im Abschnitt "B" als Teile der Kugelflächen mit der Mitte im Schnittpunkt der Achse 19 des Lüfters und der
Drehachsen der Laufflügel 2 mit Halbmessern r. bzw r_B
ausgebildet sind.

Die beschriebene Lösung nach der Erfindung kann mit
Vorteil an Generator-Motoren für Umfüllzentralen ausgenutzt werden, die bei einem Generator-Motorregime einen verschiedenen Drehsinn aufweisen. Diese Lösung kann mit Vorteil auch an anderen reversiblen elektrischen Maschinen angewendet werden.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Axiallüfter an einer elektrischen, rotierenden Reversiermaschine, dessen Laufrad am Rotor der Maschine befestigt ist und dessen Laufflügel mit einer Nabe mit Hilfe von Zylinderz/apfen mit radial orientierten Achsen verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,,

daß die Laufflügel (2) des Lüfters auf einer Nabe (1) frei schwenkbar gelagert sind,

daß die Endlagen der (Schwenkbewegung der Lauf flügel (2) mit Hilfe von Anschlägen (6) abgegrenzt sind und daß die radial orientierte Drehachse eines jeden Laufflügeis (2) gegenüber dem betreffenden Laufflügel (2) derart angebracht ist,

daß der Sinn des resultierenden Moments, das beim -Drehen infolge der aerodynamischen Kräfte auf den Laufflügel (2) um die erwähnte Drehachse (4) wirkt, für die beliebige Lage des Laufflügels (2) lediglich durch den Drehsinn festgesetzt ist und sich bei Änderung des Drehsinns ändert und dabei das erwähnte Moment der aerodynamischen Kräfte, beginnend von einer bestimmten Drehgeschwindigkeit, die niedriger ist als die Nenngeschwindigkeit, größer als die Summe des Gewichtsmoments des Laufflügeis (2) und des Reibmoments der Lagerung des Laufflügeis (2) bei der betreffenden Drehges chwindi gke it ist.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß der abgewickelte Schnitt des Laufflügels (2) auf jedem Halbmesser des Lüfters die Form eines symmetrischen tropfenförmigen Profils aufweist, dessen Achse (18) mit der Drehachse (4) des Laufflügels (2) kreuzt.

Axiallüfter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungslinie des möglichen Punktes (8) der Berührung der zwei benachbarten Laufflügel (2) mit der Drehmitte eines jeden von ihnen einen spitzen Winkel schließt.

4. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf den Ablaufkanten (10) der Laufflügel (2) in Verlängerung des Flügelprofils auf dem Teil der Radialhöhe der Laufflügel (2) Vorsprünge (9) für den Berührungspunkt der zwei benachbarten Laufflügel (2) ausgebildet sind.

5. Axiallüfter nach Anspruch 1 und 4-, dadurch gekennzeichnet,

daß auf den Ablaufkanten (10) der Laufflügel (2) eventuell auf den Vorsprüngen (9) äer Ablaufkante drehbar Rollen (16) befestigt sind.

6. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß auf den LaufflugeIn (2) an der Stelle ihrer Ablaufkanten (10) drehbar mit Hilfe der Zapfen (12) die VerbindungsZugstangen (11) befestigt sind, die nach der gegenseitigen Verbindung ein geschlossenes Umfangsuystem bilden.

Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Anschläge (6), die die Endlagen der Drehbewegung der Laufflügel (2) begrenzen, aus Vorsprüngen auf dem Außenmantel der Nabe (1) des Lüfters gebildet sind.

8. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Zylinderzapfen (13) mit einer radial orientierten Drehachse (4-) auf LaufflugeIn (2) des Lüfters ausgebildet sind und schwenkbar in der Nabe (1) des Lüfters gelagert sind.

Axiallüfter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Nabe (1) des Lüfters mit Zylinderzapfen (15) einer radial orientierten Drehachse (4) versehen ist, auf denen schwenkbar die Laufflügel (2) des Lüfters gelagert sind.

10. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Endlagen der Laufflügel (2) gegenüber dem Axialstrahl (7) unsymmetrisch sind, der durch die Drehachse (4) führt.

11. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der Nabe (1) des Lüfters eine Form des Teiles der Kugelfläche hat, deren Mitte im Schnittpunkt der Achse der Maschine mit Drehachsen (4) der Laufflügel (2) sich befindet.

12. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Stutzens (3) des Lüfters in dem den LaufflugeIn (2) des Lüfters gegenüberliegenden Teil als Teil der Kugelfläche ausgebildet ist, deren Mitte sich im Schnittpunkt der Achse der Maschine mit den Drehachsen (4) der Laufflügel (2) befindet.

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