FI101842B - Sähkökoneen tuuletin - Google Patents

Description

101842 Sähkökoneen tuuletin Tämä keksintö kohdistuu sähkökoneen tuulettimeen, joka käsittää koneen akselille sovitetun siipipyörän, joka 5 muodostuu navasta ja useista sille kiinnitetyistä ja siitä yleisesti radiaalisesti ulkonevista siivistä, ja suojuksen, joka ympäröi siipipyörää edestä ja sivuilta ja jossa on siipipyörän imupuolella imuaukko ja painepuolella aukko, jonka kautta tuuletusilma johdetaan koneen jäähdytet-10 täviin rakenteisiin.

Yllä mainitun kaltaisia tuulettimia tunnetaan esimerkiksi US-patenttijulkaisusta 2 479 233 ja DE-hakemus-julkaisusta 32 07 448, joista ensin mainittu edustaa ak-siaalipuhallinta ja jälkimmäinen radiaalipuhallinta.

15 Tyypillinen aksiaalituuletin edellyttää hyvin toi miakseen ilmavirran ohjausta varten kaavun siipipyörän ympärille sekä johdesiivistön siipipyörän jommalle kummalle tai molemmille puolille. Siipipyörän koko ja siipien siipikulmat tulee mitoittaa melko tarkasti vastaamaan aio-20 tun toimintapisteen arvoja. Vuotohäviöiden vuoksi siipien ja kaavun sekä siipien ja navan välisten rakojen tulee olla mahdollisimman pieniä. Johdesiivistöllä osa siipipyörän synnyttämästä tangentiaalisesta virtauskomponentista, sen dynaanisesta paineesta, voidaan muuttaa staattiseksi 25 so. hyödylliseksi paineeksi. Johdesiivistön puuttuesa ko. suhteellisen suuri virtauskomponentti muuttuu häviöiksi, mikä merkitsee tuulettimen synnyttämän staattisen paineen ja tuulettimen hyötysuhteen vastaavaa alenemista.

Aksiaalituuletinta ei useimmiten voida rakentaa 30 sähkökoneen yhteyteen optimaalisella tavalla. Aksiaalinen tila on yleensä niin rajoitettu, että johdesiivistöä ei voida käyttää ja kaapukin jää lyhyeksi. Mitoitusta ei muutenkaan voida tehdä optimaalisesti. Lisäksi useimmissa sovellutuksissa virtauksen on siipipyörän painepuolella 35 käännyttävä tai hajauduttava jyrkästi, mikä tällaiselle 2 101842 tuulettimelle merkitsee huomattavia häviöitä.

DE-hakemusjulkaisun 32 07 448 mukainen radiaalipu-hallin on helpommin sovitettavissa sähkökoneen tuulettimeksi ilman, että jouduttaisiin oleellisesti tinkimään sen 5 teoreettisista rakenneperiaatteista. Tällainen radiaali-tuuletin synnyttää kuitenkin suojuksen etu- ja takaosiin merkittävät pyörrevirtaukset mikä merkitsee hyötysuhteen heikkenemistä.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada 10 sähkökoneen tuuletin, jonka avulla edellä mainitut ongelmat voidaan voittaa ja aikaansaada rakenteellisesti yksinkertainen mutta kuitenkin höytysuhteeltaan hyvä ja melutasoltaan alhainen tuuletin. Tälle keksinnön mukaiselle tuulettimelle on tunnusomaista, että siivillä on kaarevuussä-15 de ja ne on kiinnitetty navalle siipikulmaan, joka on välillä 25...70°, imuaukon tai sen lieriömäisen jatkeen ja siipipyörän siipien välillä on koneen aksiaalisuunnassa rako, joka on enintään 20 % siipipyörän ulkohalkaisijasta, imuaukon sisähalkaisija ennen siipipyörää on 0,8...1,6 20 kertaa siipipyörän ulkohalkaisija ja suojuksen sisähalkaisija on vähintään 1,2 kertaa siipipyörän ulkohalkaisija tai imuaukon sisähalkaisija sen mukaan kumpi näistä on suurempi.

Keksinnön mukainen tuuletin, joka ei ole puhtaasti 25 aksiaali- tai radiaalituuletin vaan lähinnä niiden välimuoto, on vain yhteen suuntaan toimiva. Siinä tuulettimen siipipyörän, siipien siipikulma a sekä siipien leveys 1 ja kaarevuussäde R on valittu niin, että siivissä virtaus saa suhteellisesti voimakkaan radiaalisen nopeuskomponen-30 tin. Tätä ominaisuutta voidaan tehostaa sekä melutasoa ja häviöitä vähentää siirtämällä siipiä pyörimissuunnassa eteenpäin. Näin aikaansaatu radiaalinen virtaus, joka samalla pyörii siipipyörän suuntaan ja on pyörteinen, toimii ejektorin omaisesti temmaten siipipyörän ja ilmanohjaimen 35 väliin jäävästä suhteellisen suuresta raosta mukaansa il- 3 101842 maa. Tämä virtaus lisää tuulettimen kokonaisilmavirtaa ja pitää itse siipipyörän kautta kulkevan virtauksen pienempänä, jolloin siipipyörä voidaan valita pienemmäksi. Tämä puolestaan vaikuttaa vähentävästi tuulettimen meluun.

5 Vaikka käytettävä siipipyörä on rakenteeltaan varsin samankaltainen kuin mitä käytetään tavanomaisissa aksiaali-tuulettimissa, sen mitoitus ja toiminta on täysin erilainen. Tavanomaisen lieriömäisen kaavun yhteydessä tällainen siipipyörä toimii huonosti tai ei ollenkaan, koska siipi-10 pyörässä tällaisella mitoituksella syntyisi sakkausilmiö sekä voimakas aksiaalisesti ja radiaalisesti kiertävä virtaus, minkä vuoksi kaapua keksinnön mukaisessa tuuletti-messa ei voida käyttää. Toiminnan kannalta on edullista, että radiaalisuunnassa suojusosat ovat suhteellisen etääl-15 lä siipipyörästä, jotta mainitut radiaali- ja pyörrevir-taukset pääsevät vapaammin kehittymään, jolloin imuvaiku-tus tehostuu. Suojusosat eivät myöskään tällöin aikaansaa tavanomaiselle aksiaalituulettimelle ominaista kaapuvai-kutusta. Periaatteessa painepuolella spiraalimaiseksi muo-20 toillusta kaavusta voi olla merkittävää hyötyä kuten radi-aalipuhaltimilla.

Jos imuaukossa on lieriömäinen jatke ja siipipyörän ulkohalkaisija on suurempi kuin imuaukon halkaisija siipipyörän edessä, ejektorivaikutus kohdistuu myös jatkeen 25 ulkopuoliseen tilaan ts. pyörrevirtaus siiven kärjen alueella pyrkii oikosulkeutumaan, mikä on epäedullista tuulettimen toiminnan, hyötysuhteen ja melun kannalta. Ellei imuaukkoa voi suurentaa, tämä virtaus voidaan estää liittämällä imuaukon takareunaan rengasmainen radiaalinen tai 30 kartiomainen ohjain, joka ulottuu radiaalisesti vähintään siiven kärjen tasolle.

Keksinnön mukaisen tuulettimen toiminta on samantapainen kuin DE-hakemusjulkaisussa 32 07 448 esitetyllä radiaalisiipisellä ja vinolla takalevyllä varustetulla 35 tuulettimella, mutta suojuksen etu- ja takaosiin muodos- 4 101842 tuvat pyörrevirtaukset ja vastaavat häviöt ovat pienemmät ja melutaso on merkittävästi alhaisempi kuin tällaisella DE-hakemusjulkaisun 32 07 448 mukaisella tuulettimella.

Keksinnön mukaisen tuulettimen synnyttämä staatti-5 nen paine on samaa luokkaa tai korkeampi kuin samanhalkai-sijäisellä johdesiivistöllä varustetulla aksiaalituulet-timella saatava paine. Sen rakenne on kuitenkin paljon yksinkertaisempi ja halvempi, samoin verrattuna vastaavaan taaksepäin kaartuvilla siivillä varustettuun radiaalituu-10 lettimeen. Samalla sen melutaso on erittäin alhainen ja hyötysuhde merkittävästi parempi kuin vastaavalla radiaa-lisilla suorilla siivillä varustetulla molempiin suuntiin toimivalla tuulettimella. Koska keksinnön mukaisen tuulettimen toimivuus ei jyrkästi riipu imuaukon ja siipipyörän 15 keskinäisestä suuruudesta, voidaan tuuletuksen voimakkuuteen ja/tai melutasoon suuresti vaikuttaa käyttämällä erikokoisia siipipyöriä saman suojuksen yhteydessä. Näin esim. saman konetyypin nopeudeltaan erilaisilla koneilla tai jopa saman konesarjan akselinkorkeudeltaan erilaisilla 20 koneilla voidaan käyttää samoja siipipyöriä mm. erilaisia pyörimisnopeuksia ja/tai erilaisia meluvaatimuksia vastaten, mikä tuo standardointietuja.

Seuraavassa keksinnön mukaista sähkökoneen tuuletinta kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen pii-25 rustukseen, jossa kuvio 1 esittää leikkauskuvan keksinnön mukaisesta tuulettimesta sähkökoneeseen sovitettuna, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen tuulettimen siipipyörän imupuolelta (edestä) nähtynä ja 30 kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaisen siipipyörän si vultapäin nähtynä.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen tuulettimen periaatteellinen rakenne. Tuuletin käsittää sähkökoneen akselille asennetun siipipyörän 1, tuulettimen suo-35 juksen 2, suojuksessa siipipyörän edessä olevan imuaukon 5 101842 3, sen edessä kosketussuojana olevan verkon, reikälevyn tms. 4 ja imuaukon mahdollisen lieriömäisen jatkeen 5 sekä siihen mahdolliseti liittyvän ilmanohjaimen 6. Imuaukon 3 tai sen jatkeen 5, jos sellaista käytetään, ja siipipyörän 5 väliin jää aksiaalisuunnassa rako s, joka tapauksesta riippuen on max. 20 % siipipyörän halkaisijasta D . Säh-kökoneen rakenteesta lähemmin riippuen painepuolella siipipyörän takana tavallisesti on koneen runko. Radiaalises-ti siipipyörän 1 ja imuaukon 3 ulkopuolella oleva suojus 10 2 on suhteellisesti etäällä siipipyörästä eikä muodosta aksiaalituulettimen siipipyörälle normaalisti tarpeellista kaapua. Suojuksen 2 sisähalkaisijan tulee olla vähintään 1,2 kertaa siipipyörän ulkohalkaisija D tai imuaukon si-sähalkaisija DA sen mukaan kumpi näistä on suurempi. Pai-15 nepuolella suojuksessa on aukko 7, josta tuuletusilma, jonka kulkua on kuvattu virtausviivoilla, halutulla tavalla ohjataan jäähdytysripoihin 10 koneen ulkopinnalla, lämmönvaihtimeen tai koneen muihin jäähdytettäviin rakenteisiin. Tuulettimen suojuksen 2 muoto sekä aukon 7 muoto ja 20 asema riippuu koneen muusta rakenteesta ja tuulettimen sijainnista sähkökoneessa. Kuvion 1 esimerkissä suojuksen 2 halkaisija vastaa oleellisesti sähkökoneen ulkohalkaisi-jaa.

Siipipyörän 1 muodostaa joukko navalle 8 siipikul-25 maan a kiinnitettyjä pääsuuntaisesti radiaalisia siipiä 9, jotka yksinkertaisimmassa muodossaan ovat taivutetut pellistä omaten leveyden 1 ja taivutussäteen R ja ne on kiinnitetty napaan 8 hitsaamalla.

Kuvioiden 2 ja 3 esittämässä esimerkinomaisessa ; 30 rakenneratkaisussa siipipyörän 1 siipien 9 lukumäärä on 5 ja ne on kiinnitetty navalle epäjakoisesti. Lisäksi siipiä on siirretty mitan e verran pyörimissuunnassa eteenpäin . mitan e ollessa määritettynä siiven kaarta vastaavan jänteen keskipisteen ja siiven pääsuunnan suuntaisen ja navan 35 keskipisteen kautta kulkevan suoran välisenä etäisyytenä.

6 101842

Vaihtoehtoisesti siivet voitaisiin sijoittaa tasajakoises-ti, mutta tällöin voi, tapauksesta muuten tarkemmin riippuen, siipitaajuinen (- siipiluku x pyörimistaajuus) ääni-komponentti ja sen harmoniset monikerrat erottua häirit-5 sevästi tuulettimen aiheuttamasta äänestä. Tasavahvojen levystä valmistettujen siipien sijasta voitaisiin luonnollisesti käyttää myös profiloituja siipiä, jotka tällöin edullisimmin valmistettaisiin muovista tai metallista valamalla yhtenäisinä navan kanssa.

10 Imuaukko 3 voi virtaushäviöiden pienentämiseksi olla kartiomainen, pyöristetty reunaltaan tms. ja se voi olla jatkettu lieriömäisellä osalla 5. Imuaukko voi myös olla muotoiltu imukartioksi ulospäin ja suojuksen etuosa voi olla kartiomainen. Imuaukon tai sen jatkeen sisähal-15 kaisija ennen siipipyörää on 0,8 ... 1,6 kertaa siipi-pyörän ulkohalkaisija D . Imuaukon tai sen lierömäisen

S

jatko-osan ja siipipyörän väliin aksiaalisuunnassa jäävä rako s, aukon ja siipipyörän mittasuhteista, tuulettimen pyörimisnopeudesta ym. lähemmin riippuen, on max. 20 % 20 siipipyörän ulkohalkaisijasta. Imuaukon lieriömäistä jatko-osaa voidaan käyttää myös lisäetäisyyden saamiseksi siipipyörästä 1 kosketussuojana toimivaan suojaverkkoon 4.

Yllä keksinnön mukaista sähkökoneen tuuletinta on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon pohjal-25 ta ja on ymmärrettävää, että siihen voidaan tehdä useitakin muutoksia poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaatimusten määrittelemästä suojapiiristä. Siten esimerkiksi siipipyörän siipien lukumäärä voi vaihdella ja samoin siipien muoto voi vaihdella siten, että ne voivat 30 olla joko esitetyllä tavalla tasalevyiset tai niillä voi olla muuttuva leveys, esimerkiksi ne voivat olla kärkiä kohti kapenevat tai levenevät. Siipipyörä on kuvion 1 rakenteessa kiinnitetty jäähdytettävän sähkökoneen akselille, jolloin se saa käyttövoimansa tältä akselilta. Siipi-35 pyörä voi kuitenkin olla sovitettu jäähdytettävän koneen 7 101842 akselille myös siten, että se on kiinnitetty oman käyttö-moottorinsa akseliin eikä lainkaan jäähdytettävän koneen akseliin, vaikka sijaitseekin aksiaalisesti siihen nähden. Tällainen ratkaisu tulee kyseeseen lähinnä silloin, kun 5 jäähdytettävän koneen pyörimisnopeus voi olla niin alhainen, että siipipyörä sille asennettuna ei aikaansaa riittävää jäähdytystä.

Claims (3)

101842 8

1. Sähkökoneen tuuletin, joka käsittää koneen akselille sovitetun siipipyörän (1), joka muodostuu navasta 5 (8) ja useista sille kiinnitetyistä ja siitä yleisesti radiaalisesti ulkonevista siivistä (9), ja suojuksen (2), joka ympäröi siipipyörää (1) edestä ja sivuilta ja jossa on siipipyörän (1) imupuolella imaukko (3) ja painepuolel-la aukko (7), jonka kautta tuuletusilma johdetaan koneen 10 jäähdytettäviin rakenteisiin, tunnettu seuraavien tunnusmerkkien yhdistelmästä: siivillä (9) on kaarevuussäde (R) ja ne on kiinnitetty navalle (8) siipikulmaan (a), joka on välillä 25...70°, 15 imuaukon (3) tai sen lieriömäisen jatkeen (5) ja siipipyörän (1) siipien (9) välillä on koneen aksiaali-suunnassa rako (S), joka on enintään 20 % siipipyörän (1) ulkohalkaisijasta, imuaukon (3) sisähalkaisija (DA) ennen siipipyörää 20 (1) on 0,8...1,6 kertaa siipipyörän ulkohalkaisija (D ) ja suojuksen (2) sisähalkaisija on vähintään 1,2 kertaa siipipyörän ulkohalkaisija (D ) tai imuaukon (3) sisä-halkaisija (D^) sen mukaan kumpi näistä on suurempi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tuuletin, t u n-25 n e t t u siitä, että siipipyörän (1) siipiä (9) on siirretty mitan e, joka on 0...0,8 kertaa siiven leveys (1), verran pyörimissuunnassa eteenpäin mitan e ollessa määritettynä siiven kaarta vastaavan jänteen keskipisteen ja siiven pääsuunnan suuntaisen ja navan keskipisteen kautta 30 kulkevan suoran välisenä etäisyytenä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tuuletin, tunnettu siitä, että siipipyörän (1) ulkohalkaisi-jan ollessa imuaukon (3) sisähalkaisijaa (DA) suuremman ja imuaukon ollessa varustettuna lieriömäisellä jatkeella (5) 35 tämän jatkeen reunaan liittyy rengasmainen radiaalinen tai kartiomainen ohjain (6), joka radiaalisesti ulottuu ainakin siipipyörän (1) siipien (9) kärkien tasalle. 9 101842