DE2142309A1 - Düse für drehbar gelagerte, ein Flud enthaltende Hohlkörper - Google Patents

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
Düsseldorf 1 · Schadowplatz

2U230

Düsseldorf, 23. August 1971

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

Düse für drehbar gelagerte, ein Flud
enthaltende Hohlkörper

Die Erfindung bezieht sich auf Sprühdüsen, die an mit hoher Drehzahl umlaufenden Einrichtungen angeordnet sind, insbesondere auf Düsen zur Kühlung von Teilen umlaufender elektrischer Maschinen.

In einigen Anwendungsfällen ist die Kühlung umlaufender elektrischer Maschinen mit Luft unpraktisch. Beispielsweise stößt man bei Überschallflugzeugen bei der Gewinnung bzw. Handhabung von zur Kühlung geeigneter Stauluft auf Schwierigkeiten. Bei hohen Geschwindigkeiten erreichen die Lufteintrittstemperaturen wegen der Stauwirkung so hohe Werte, daß Luft kein befriedigend arbeitendes Kühlmittel mehr darstellt. Dadurch sind Maschinen interessant geworden, die auf andere Weise unabhängig von der Umgebung, in der die Maschine arbeitet, gekühlt werdejn können.

So hat man eine auf Wärmeleitungsbasis arbeitende ölkühlung für umlaufende elektrische Maschinen eingesetzt, bei denen ein zwischen den wärmeerzeugenden Teilen hindurchführender Kanal für einen ölstrom vorgesehen ist. Bei älteren, mittels Wärmeleitung ölgekühlten Maschinen wurde Maschinen- bzw. Motoröl in einem geschlossenen Kühlkanal umgewälzt, der das Kühlöl von der elektrischen Maschine zu Wärmetauschern gelangen ließ, wo es durch den Flugzeug-Treibstoff oder bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten durch

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ORISINAt INSPECTED

Luft geleitet wurde. Die Kühlung erfolgte dabei durch Ableitung der Wärme von den wärmeerzeugenden Teilen über einen niedrigen Wärmewiderstand an das öl. Die elektrische Isolierung in elektrischen Maschinen läßt jedoch den Wärmewiderstand ansteigen, und eine gegenüber Luft erheblich höhere spezifische Wärme des Öls beeinträchtigt die Kühlung.

Gegenüber einer Wärmeleitungs-Ölkühlung ließ sich eine Verbesserung dadurch erzielen, daß in den zu kühlenden Maschinen Öl versprüht wurde, wobei diese Maschinen dann so ausgelegt wurden, daß ihr Gehäuse mit einem ölsprühnebel angefüllt werden konnte. Zur Kühlung der Rotorwicklungen sind an einer hohlen Rotor- oder Läuferwelle Düsen angeordnet, die radial von der Welle nach außen ragen und öl von dem Hohlraum der Welle zu dem die Wicklungen aufnehmenden Raum leiten. Da das öl bei seinem Umlauf durch die Maschine Schmutzteilchen aufnehmen kann, besteht die Gefahr, daß die Düsen, die grundsätzlich gerade durchgehende Bohrungen aufweisen, verstopfen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer Düse für umlaufende Körper, bei der die Gefahr einer Verstopfung durch Fremdkörper vollständig beseitigt oder aber mindestens verringert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Düse für drehbar gelagerte, ein Flud enthaltende Hohlkörper erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eine eine Kammer begrenzende Wandung mit einer langgestreckten Gestalt durchsetzt und eine Bohrung aufweist, die in der Nähe beider Enden der langgestreckten Düse jeweils in mindestens eine öffnung ausmündet und dabei ein Versprächen von Flud aus der Kammer nach außen gestattet, und daß die auf der Kammerseite der Wandung liegende mindestens eine öffnung in fiir unmittelbar zentrifugal zugeführte Partikel unzugänglicher Weise außerhalb eines der Drehachse des drehbar gelagerten Teils zugewandten Bodens der Düse liegt.

Die Erfindung läßt sich besonders günstig für Einheiten einsetzen, bei denen ein Antrieb konstanter Drehzahl und ein Generator zusam-

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mengefaßt und dabei mit einem gemeinsamen ölumlauf für Kühlung und Schmierung ausgestattet sind. Eine solche Antriebs-ZGeneratoreinheit ist einschließlich des dabei verwendeten Ölsprüh-Kühlverfahrens seit längerem bekannt und beispielsweise in "The Westinghouse Engineer", Mai 1969 in einem Aufsatz von R. L. Gasparetti "The Westinghouse Oil Cooled Generator For The Integrated Drive Generator System" beschrieben, auf den hier der Vollständigkeit halber Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung-zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine entsprechend der Erfindung ausgestaltete umlaufende elektrische Maschine; und

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch Fig. 1, der für die Erfindung wesentliche Einzelheiten genauer erkennen läßt.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellungsweise eine durch Versprühen von öl gekühlte umlaufende elektrische Maschine entsprechend einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung. Die Maschine ist dabei der Einfachheit halber nur schematisch dargestellt, da genauere Erläuterungen an anderer Stelle wie etwa in dem vorgenannten Aufsatz zur Verfügung stehen. Die Maschine weist einen drehbar gelagerten Körper mit einer eine Kammer begrenzenden Wandung 11 auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der drehbar gelagerte Körper als Hohlwelle 10 ausgebildet. Die von der Wandung 11 begrenzte Kammer enthält ein Flud 12, bei dem es sich im vorliegenden Fall um das öl handelt, das durch Düsen 13 auf Wicklungen 14 gesprüht werden soll, die in einem von der Hohlwelle 10 getragenen Läufer-Blechpaket 16 untergebracht sind. Das Läufer-Blechpaket 16 ist in einem Ständer mit einem Ständer-Blechpaket 18 und Wicklungen 20 angeordnet. Nur teilweise ist eine Ummantelung 22 dargestellt, die diese Teile umgibt, so daß sie unabhängig von der Umgebung der Maschine

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arbeiten können.

Das Flud 12 in der Hohlwelle IO steht unter Druck und wird auf eine bestimmte Durchflußgeschwindigkeit von beispielsweise 15 l/min bei einem an der Düse herrschenden Druck von beispielsweise 17 kp/cm² geregelt. Die Drehbewegung der Hohlwelle erleichtert den Austritt des Öls aus ihr. Für an der Innenseite der Düse 13 befindliche innere Öffnungen der Düse besteht jedoch die Gefahr, durch mit den Öl umlaufende Schmutzpartikel unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften verstopft zu werden. Derartige Zentrifugalkräfte können wegen der hohen Drehzahlen, die typischerweise bei etwa 12000 Upm liegen, ganz beträchtlich sein.

In Fig. 2 ist die Düsenausbildung weiter ins einzelne gehend dargestellt. Die Hohlwelle 10 weist eine Mehrzahl rings um ihren Umfang angeordneter und durch die Wandung 11 hindurchragender Düsen 13 auf. Jede Düse 13 ist mit einer zentrischen Bohrung 2 3 versehen, die sich in zu der Drehachse radialer Richtung erstreckt und am äußeren Ende der Düse offen ist, wo das öl versprüht wird. In Nähe des inneren Endes der Düse 13 befindet sich ein geschlossener Boden 24, so daß eine direkt mit der Bohrung fluchtende innere Öffnung fehlt. Eine Mehrzahl jeweils als Durchlaß ausgebildeter Öffnungen 25 verlaufen senkrecht zu der Bohruna 23 der Düse 13.

Wie ersichtlich, wird ein bei Drehung der Hohlwelle IO nach außen geschleudertes Teilchen an den Öffnungen 25 vorbeibeweat werden. Die Anwesenheit mehrerer Öffnungen 25 verringert die Gefahr, daß es zu einer Blockierung der Düse kommen kann. Demcrogenüber wurde eine Düse, bei der sich nur eine zentrische Bohrung zwischen jhrom inneren und ihrem äußeren Ende erstreckt, der Gefahr ausgesetzt sein, durch ein bei Drehung nach außen gedrängtes Teilchen verstopft zu werden.

Patentansprüche:

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Claims (2)

1. 2U2309

   Patentansprüche

   Düse für drehbar gelagerte, ein Flud enthaltende Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (13) eine eine Kammer des Hohlkörpers begrenzende Wandung (11) mit einer langgestreckten Gestalt durchsetzt und eine Bohrung (23) aufweist, die in der Nähe beider Enden der langgestreckten Düse (13) jeweils in mindestens eine öffnung (25) ausmündet und dabei ein Versprühen von Flud aus der Kammer nach außen gestattet, und daß die auf der Kammerseite der Wandung (11) liegende mindestens eine Öffnung (25) in für unmittelbar zentrifugal zugeführte Partikel unzugänglicherWeise außerhalb eines der Drehachse des a drehbar gelagerten Hohlkörpers zugewandten Bodens (24) der Düse (13) liegt.
2. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (23) sich in bezug auf die Drehachse des drehbar gelagerten Hohlkörpers radial erstreckt und die mindestens eine öffnung

   dein
   anvder Kammer abgewandten Ende der Düse (13) in zur Abgabe des Fluds senkrecht zur Drehachse geeigneter Weise unmittelbar am Ende der Bohrung (23) angeordnet ist, während das der Kammer zugewandte Ende der Bohrung (23) zu der Drehachse des Hohlkörpers hin gesehen geschlossen ist und nur mit öffnungen (25) in Verbindung steht, die in außerhalb des Bodens (24) liegende Flächen der Düse (13) ausmünden. \

   KN/hs 3

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