DE3424497C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diffusor gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Diffusor ist aus der US-PS 37 39 208 bekannt.

In dynamoelektrischen Maschinen wird eine große Wärmemenge durch den Fluß von Strömen durch die Feld- und Ankerwicklungen und durch Wirbelstromerwärmung in den Statorkernblechen erzeugt. Um die Materialien der Wicklungen und zugehöriger Halteteile zu schützen, wird ein Gas verwendet, welches die verschiedenen Komponen­ ten in der Maschine kühlt. In großen dynamoelektrischen Ma­ schinen sind die Feldwicklungen Teil des Rotors und die Anker­ wicklungen Teil des Stators. Die Abfuhr von Wärme aus den ver­ schiedenen Komponenten in der dynamoelektrischen Maschine er­ fordert, daß das Gas durch viele relativ kleine Durchlässe im Rotor und Stator bewegt wird. Die eingangs genannte US-PS 37 39 208 beschreibt Durchlässe durch die Rotor- und Statorbleche als Teil einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine.

Bei einem Verfahren zum Umwälzen von Gas durch die Kanäle bzw. Durchlässe wird der statische Druck des Gases an einem Punkt in dem Kühlsystem erhöht.

Im allgemeinen enthält das Kühlsystem der dynamoelektrischen Maschine einen Lüfter- bzw. Gebläsemechanismus an dem einen oder anderen Ende oder beiden Enden der Maschine. Für eine einfache Erläuterung bezieht sich die folgende Be­ schreibung auf nur ein Kühlsystem, das einen Lüfter an dem einen Ende der Maschine aufweist.

Der Lüfter zirkuliert das Gas durch das Kühlsystem, indem das Gas in radialer Richtung durch eine ringförmige Kammer an dem einen Ende der dynamoelektrischen Maschine ausgestoßen wird. Die Ringkammer wird durch innere und äußere Stirnplatten ge­ bildet, die axial im Abstand und innerhalb des Gehäusemantels angeordnet sind. Im allgemeinen umgibt der Gehäusemantel sowohl den Stator als auch den Rotor der Maschine. Das Gas strömt durch eine bogenförmige Öffnung in dem Gehäusemantel in Richtung auf einen Kühler zum Kühlen des Gases, der auf dem Gehäusemantel angeordnet ist. Leitungen von dem Kühler zu den Durchlässen in dem Gehäusemantel leiten das Gas aus dem Kühler und in die Statorbleche, wie es vorstehend beschrieben ist.

Bei einem Rückströmungs-Kühlsystem für eine dynamoelektrische Maschine wird die Gasströmung am Ausgang des Kühlers geteilt. Ein Teil des gekühlten Gases wird in den Stator gerichtet, und der verbleibende Teil des Gases wird durch Ringleitungen in die Rotorkanäle geleitet. Die zuvor genannte US-PS 37 39 208 be­ schreibt ein derartiges Kühlsystem, wobei das Gas in die Stator- und Rotorkanäle eingeführt wird, durch diese Kanäle hindurch­ strömt und eventuell in den Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor und/oder den Innenraum des Gehäusemantels austritt. Die Zirkulation des Gases wird durch den Lüfter unterstützt, der das Gas aus dem Bereich des Stators und des Rotors zieht und das Gas zurück in den Ringkanal an dem einen Ende der dyna­ moelektrischen Maschine ausstößt. Da das Gas durch viele Durch­ lässe strömen und durch und um verschiedene Komponenten der dynamoelektrischen Maschine herum geleitet werden muß, ist die Hauptkraft, die das Gas durch die Maschine umwälzt, der stati­ sche Druck des Gases. Obwohl, mit anderen Worten, die Geschwin­ digkeit des Gases zu einer gewissen Zirkulation durch die Maschine beitragen kann, wird das Gas vorwiegend durch seinen statischen Druck bewegt. Das Gas, das die Auslaßöffnung des Lüfters (Gebläses) verläßt, hat einen statischen Anfangsdruck und einen Anfangsstaudruck. Die Ringkammer, die die Auslaßkammer des Gebläses in Umfangsrichtung umgibt, verrichtet keine Arbeit für das Gas, das durch sie hindurchströmt. Bekanntlich be­ sagt die Bernoulli-Gleichung, daß, wenn keine Arbeit für oder durch ein inkompressibles Strömungsmittel verrichtet wird, wenn dieses strömt, der Gesamtdruck unverändert bleibt. Wenn mit anderen Worten der Staudruck des Gases sich von einem Punkt in dem Kühlsystem zu einem anderen Punkt ändert, dann muß sich der statische Druck des Gases umgekehrt ändern, um den Staudruck des Gases zu verändern. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Aufwärmen und Abkühlen des Gases als eine Arbeit für oder durch das Gas betrachtet wird, und somit können Wirbelströmungen innerhalb des Gasstroms, die durch Strömungshindernisse verursacht werden, die Temperatur des Gases erhöhen und die Transformation bzw. Umwandlung von Staudruck in statischen Druck bewirken.

Obwohl diese Gleichung in der Technik allgemein bekannt ist, ist die Anwendung dieses Prinzips auf die Kühlsysteme in dy­ namoelektrischen Maschinen nicht einfach zu erreichen. Die axiale Größe, die radialen Abmessungen der Ringkammer und ihre Orientierung in bezug auf den Gebläseausgang und die anderen Elemente der dynamoelektrischen Maschinen schränken stark die Anwendung der Bernoulli-Gleichung ein. Die Orientierung der Ringkammer wird durch die Wickelköpfe, die von dem Sta­ tor der Maschine in axialer Richtung zum Gebläse vorstehen, beeinflußt, und die Größe der Ringkammer wird durch den Gehäuse­ mantel, der die radiale Ausdehnung der Maschine bestimmt, und durch die Lagerhalterung des Rotors beeinflußt.

In bekannten Diffusoren wirkte die Ringkammer vor­ wiegend als ein Durchlaß zwischen der Auslaßöffnung des Ge­ bläses und einer bogenförmigen Öffnung durch den Gehäuseman­ tel, die zu dem Einlaßkanal für den Kühler führt. Bei einigen bekannten Diffusoren weist die Ringkammer einen mit parallelen Wänden versehenen Durchlaß von dem Gebläse­ auslaß zu der bogenförmigen Öffnung auf. Obwohl diese be­ kannten Diffusoren einen Teil des Staudruckes des Gases in statischen Druck umwandeln, weil das Gas sich verlangsamt, wenn es sich der radialen Ausdehnung der Ringkammer nähert, die durch den Gehäusemantel gebildet wird, haben die bekann­ ten Diffusoren die Wirbelströmungen ignoriert, die in der Gasströmung durch den begrenzten Ausgang aus der Ring­ kammer durch die bogenförmige Öffnung in dem Gehäusemantel und anderen Strömungshindernissen hervorgerufen werden. Die­ se Wirbelströmungen bewirken, daß sich das Gas erwärmt und deshalb Arbeit für das Gas verrichtet wird durch die Ringkam­ mer in der Form, daß die thermische Energie des Gases ver­ ändert und der statische Druck des Gases nicht vergrößert worden ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Diffusor so auszugestalten, daß eine Umwandlung von dynamischem Druck in statischen Druck mit minimalen Verlusten erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der statische Druck erhöht und die Wirksamkeit des Kühlsystems mit dem Diffusor gemäß der Erfindung verbessert ist. Es wird geschätzt, daß der aus der Gasströmung zurückge­ wonnene statische Druck in der Größenordnung von 15 bis 35% ver­ bessert werden kann. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, daß Wirbelströmungen innerhalb des Ableitkanals auf ein Minimum gesenkt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnitte Ansicht einer dy­ namoelektrischen Maschine, die die Scheibe aufweist, die in der Ringkammer des Kühlsystems der Maschine angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsy­ tems von einer rückströmungsgekühlten, gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung des linken Endab­ schnittes von Fig. 2 und stellt im einzelnen ein Mischströmunggebläse und den Diffusorkanal und Sammelabschnitt der Ringkammer dar, d. h. die inne­ ren bzw. äußeren radialen Abschnitte der Ringkammer.

Fig. 4 zeigt eine radiale Ansicht im allgemeinen entlang der gestrichelten Linie A-A′ in Fig. 3 und zeigt den Rotor, den Lüfter, den Diffusorkanal und den Sammelabschnitt der Ringkammer.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht des Diffusorkanals und des Sammel­ abschnittes entlang der gestrichelten Linie B-B′ in Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen leicht divergierenden Diffusorkanal entlang einem Teil der gestrichelten Linie B-B′ in Fig. 4.

Fig. 7 zeigt den mit Schaufeln versehenen Diffusorkanal aus einer radialen Ansicht ähnlich der Ansicht in Fig. 4, aber durch den gesamten Diffusorkanal.

Fig. 8 stellt einen mit Schaufeln versehenen Diffusorkanal im allgemeinen entlang eines Teils der Linie C-C′ in Fig. 7 dar.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems für eine rückströmungsgekühlte, gasgekühlte dynamo­ elektrische Maschine, die ein rein radiales Strö­ mungsgebläse verwendet und einen Diffusorkanal und einen Sammelabschnitt als Teil der Ringkammer auf­ weist.

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Ansicht des Kühlsystems für eine rückströmungsgekühlte, gasgekühlte dy­ namoelektrische Maschine 10. Dabei ist nur das eine Ende der dynamoelektrischen Maschine 10 gezeigt. Die äußere Verlänge­ rung 14 eines Rotors 12 erstreckt sich von der Maschine 10 nach außen. Innerhalb eines Gehäusemantels 16 befindet sich ein Stator 18 der in der perspektivischen Ansicht gemäß Fig. 1 nicht sichtbar ist. Fig. 1 zeigt eine innere Stirnplatte 17, die mit axialem Abstand von einer äußeren Stirnplatte 19 angeordnet ist. Zwischen den Stirnplatten 17 und 19 ist eine Ringkammer 40 gebildet. Ein Lüfter oder Gebläse 30 ist in gleicher radialer Ausdehnung mit der Ringkammer 40 an dem einen Ende des Rotors angeordnet. Das Gebläse weist eine Auslaßöffnung 34 auf.

In dem radial inneren Abschnitt der Ringkammer 40 ist eine Scheibe 23 angeordnet. Die Scheibe 23 ist an der Stirnplatte 19 nahe der einen axialen Seite der Gebläseauslaßöffnung 34 angebracht. Die Scheibe 23 weist eine innere Oberfläche 25 auf, die im wesentlichen parallel zu dem benachbarten Ober­ flächenabschnitt der Stirnplatte 17 verläuft. Durch den radial inneren Oberflächenabschnitt der Stirnplatte 17 und der inneren Oberfläche 25 ist ein Ableitkanal 42 gebildet, der im we­ sentlichen die gesamte Gasströmung, die von dem Lüfter 30 ausgestoßen wird, empfängt. Die Scheibe 23 weist eine äußere Oberfläche 27 auf, die der inneren Oberfläche 25 gegenüber liegt und die im Abstand der Stirnplatte 19 angeordnet ist. In radia­ ler Richtung über die Scheibe 23 hinaus befindet sich ein äußerer Sammelabschnitt 44 der Ringkammer 42.

Ein besseres Verständnis der Ringkammer und ihrer zugeordne­ ten Teile kann aus der schematischen Ansicht des Kühlsystems in Fig. 2 erhalten werden. Dort ist ein innerer Abschnitt 12 des Rotors gezeigt. Der Stator 18 und der Rotor 12 sind von dem Gehäusemantel 16 umgeben. Eine Kühleinrichtung 26, die ein bekannter Domkühler sein könnte, ist auf dem Gehäuse­ mantel 16 angeordnet. Die Kühleinrichtung 26 umgibt den Gehäusemantel nicht in Umfangsrichtung, sondern ist ent­ lang einem bogenförmigen Abschnitt des Gehäusemantels 16 an­ geordnet. Die Einlaßleitung 29 der Kühleinrichtung 26 ist deut­ lich als aufgeschnitten in Fig. 1 und auch in Fig. 2 ge­ zeigt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Maschine ist das Gebläse 30 ein Mischströmungsgebläse, das Gas durch das Kühlsystem umwälzt, wie es durch die dicken Pfeillinien in Fig. 2 gezeigt ist.

Im allgemeinen wird das Gas aus dem Bereich des Stators 18 und des Rotors 12 eingezogen und radial nach außen aus der Auslaßöffnung 34 ausgestoßen. Das Gas wird sowohl in radia­ ler als auch Umfangsrichtung in die Ringkammer 40 ausge­ stoßen, und deshalb wird das Gebläse 30 hier als ein Misch­ strömungsgebläse bezeichnet, aber das Gebläse 30 weist vorwie­ gend Radialströmungseigenschaften mit einigen Axialströ­ mungseigenschaften auf, wie es in den Figuren deutlich ge­ zeigt ist. Eine Einlaßleitung 50 der Kühleinrichtung 26 ist der Leitung 29 zugeordnet und ebenso einer bogenförmigen Öff­ nung 51 in dem Gehäusemantel 16. Die Öffnung 51 bildet eine Gasverbindung zwischen der Ringkammer 40 und der Kühlein­ richtung 26. Das Gas wird darin gekühlt, und die Ausgangsströ­ mung der Kühleinrichtung 26 wird in eine äußere Strömungs­ bahn 52 und eine innere Strömungsbahn 54 geteilt. Die Strö­ mungsbahn 52 ist einer äußeren Ringleitung zugeordnet, die das Gas aus der Strömungsbahn 52 radial nach innen durch einen Strömungskanal 56 zu einer genuteten Welle 32 auf dem Rotor leitet. Anschließend strömt das Gas durch die relativ kleinen Kanäle in dem Rotorkupfer. Die innere Strömungsbahn 54 führt durch Kanäle in den Gehäusemantel 16 und andere kleinere Kanäle im Stator 18. Die Gasströmung durch sowohl den Rotor 12 als auch den Stator 18 wird dann in dem Luft­ spalt der dynamoelektrischen Maschine zusammengefaßt. Selbst­ verständlich strömt nicht das gesamte Gas durch den Stator 18, sondern ein Teil des Gases tritt in die Innenräume des Gehäusemantels 16 ein, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 dar­ gestellt ist.

Das Gas wird in den Lüfter bzw. das Gebläse 30 gezogen, das axial nahe der Welle 32 angeordnet ist. Der statische Druck des Gases wird durch den Lüfter 30 vergrößert, wobei auch der Stau­ druck durch die Lüfterrotation erzeugt wird. So­ mit hat das durch die Lüfterausgangsöffnung 34 ausgestoße­ ne Gas einen statischen Ausgangsdruck und einen Ausgangs­ staudruck. Im wesentlichen wird das gesamte ausgestoßene Gas von dem Ableit- bzw. Diffusorkanal 42 aufgenommen. Der Diffusorka­ nal 42 transformiert einen Teil des Staudruckes in stati­ schen Druck und vergrößert dadurch den statischen Gesamt­ druck des Gases über den statischen Anfangsdruck hinaus. Den Ableitkanal 42 verlassendes Gas tritt in den äußeren ra­ dialen Abschnitt der Ringkammer 40 oder den Sammelabschnitt 44 ein.

Der Sammelabschnitt 44 sammelt das aus dem Diffusorka­ nal 42 austretende Gas mit minimalem Verlust an statischem Druck des Gases und minimaler Störung eines restlichen Stau­ druckes, wodurch jede Erwärmung des Gases infolge von Wirbel­ strömungen, die in dem Ringkanal hervorgerufen werden, auf ein Minimum gesenkt wird. Der Kollektorabschnitt 44 steht mit der Kühleinrichtung 26 nur über die bogenförmige Öff­ nung 51 in dem Rahmenmantel 16 in Verbindung. Obwohl also der Sammelabschnitt 44 den Diffusorkanal 42 in Umfangsrich­ tung umgibt, tritt Gas aus dem Sammelabschnitt 44 nur durch die Öffnung 51 aus. Mit anderen Worten ist die Ring­ kammer 40 radial durch den Gehäusemantel 16 begrenzt, und deshalb ist die Gasströmung in die Kühleinrichtung 26 mit minimaler Störung gerichtet, wenn sie durch den Sammelabschnitt 44 strömt.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, ist die äußere Ober­ fläche 27 der Scheibe 23 mit Abstand zu der Stirnplatte 19 an­ geordnet. Deshalb wird ein überhängender Sammelabschnitt 45 durch die Oberfläche 27 und die Stirnplatte 19 gebildet. Der hier genannte Kollektor bzw. Sammler enthält also sowohl den überhängenden Sammelabschnitt 45 als auch den Sammelabschnitt 44. Der überhängende Abschnitt 45 gestattet, daß Gas in die Ringkammer 40 strömt, ohne daß darin wesentliche Wirbelströmungen erzeugt werden. Es wird angenommen, daß der überhängende Abschhitt 45 den Wirkungsgrad des Kühl­ systems verbessert, indem das Gas in die Ringkammer 40 ohne wesentliche Störungen strömen kann. Um minimale Wirbelstrom­ verluste und Wärmegewinn sicherzustellen, wird die Dicke der Scheibe 23 möglichst klein gemacht. Folglich wird der über­ hängende Abschnitt 45 maximiert, aber nicht auf Kosten des Ableit- bzw. Diffusorkanals 42, der im wesentlichen parallel zu der Stirnplatte 17 verlaufen und eine wesentliche radiale Ausdehnung auf­ weisen muß, um einen Teil des Staudruckes des Gases in statischen Druck umzuwandeln.

Gebläsediffusoren sind zwar allgemein bekannt, aber natür­ liche räumliche Einschränkungen bei dynamoelektrischen Ma­ schinen der hier beschriebenen Art begrenzen stark den Typ, die Form und den Wirkungsgrad des Diffusors, der in derar­ tigen Maschinen eingebaut sein kann. So ist das Verhältnis des radialen Abstandes zwischen der Rotormittellinie und der Auslaßöffnung 34, der in Fig. 2 mit R₁ bezeichnet ist, und des radialen Abstands zwischen dem Gehäusemantel 16 und der Mittellinie des Rotors, R₂, groß und in der Größenord­ nung von 1/2. Gebläsediffusoren haben gewöhnlich Radienver­ hältnisse in der Größenordnung von 1/4 oder weniger. Des­ halb ist der Einbau eines Gebläsediffusors in dynamoelek­ trische Maschinen stark begrenzt durch das Radienverhält­ nis, das hier mit 1/2 angegeben ist. Es wäre nicht ökono­ misch, den Gehäusemantel 16 radial oder axial auszudehnen. Der axiale Raum, der für den Diffusorkanal 42 und den zuge­ ordneten Sammelabschnitt 44 verfügbar ist, ist begrenzt wegen des Lagerabstands des äußeren Abschnitts des Rotors. Der Aufbau von Diffusorkanal 42, Sammelabschnitt 44 und überhängendem Abschnitt 45 in der Ringkammer 40, wie er hier beschrieben ist, ist relativ einfach in dynamoelek­ trischen Maschinen einzufügen, und zwar sowohl strukturell als auch kostenmäßig, in dem radialen und axialen Raum, der ohne teure Modifikationen der Maschine zur Verfügung steht.

Es ist für eine rückströmungsgekühlte, einmal durchströmte, vierpolige dynamoelektrische Maschine, die bei 1800 U/min arbeitet, mit einem Mischströmungsgebläse und einem Diffusorkanal 42, der 22% des Gesamtvolumens der Ringkammer 40 einnimmt, einem Sammelabschnitt 44, der 52% des Gesamtvolumens einnimmt, und einen überhängenden Abschnitt 45, der etwa 26% des Gesamt­ volumens einnimmt, berechnet worden, daß der statische Druck des die Ringkammer 40 verlassenden Gases in der Größenordnung von 16% verbessert wird gegenüber einer Maschine ohne die Ge­ bläsediffusor- und Sammelanordnung, wie sie hier be­ schrieben ist. Diese geschätzte Erhöhung des statischen Drucks sollte die Gasströmung durch die Maschine vergrö­ ßern und somit das Kühlsystem der Erfindung verbessern.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der wesentlichsten Teile gemäß Fig. 1 und 2, die das Mischströmungsgebläse 30 und die Ringkammer 40 umfassen. Die Kammer 40 enthält den Diffusorkanal 42, den Sammelabschnitt 44 und den über­ hängenden Abschnitt 45 und auch die Teile nahe der Ringkam­ mer 40. Ähnlich der Darstellung in Fig. 2 ist die allge­ meine Richtung der Gasströmung in Fig. 3 durch Pfeile an­ gegeben.

Das Gebläse bzw. der Lüfter 30 weist eine Einlaßöffnung 60 auf, die nahe der genuteten Welle 32 angeordnet ist. Die innere Stirnplatte 17 erstreckt sich von der einen axialen Seite der Auslaßöffnung 34 in radialer Richtung zum Gehäusemantel 16. Eine Dichtungsanordnung befindet sich zwischen dem radial inneren Abschnitt 62 der inneren Stirnplatte 17 und der Seite der Auslaßöffnung 30. Die äußere Stirnplatte 19 erstreckt sich von den anderen axialen Enden der Auslaßöffnung 34 in radialer Richtung bis zu Punk­ ten, die die gleiche radiale Ausdehnung wie der Gehäusemantel 16 haben, und er weist ebenfalls eine Dichtungseinrichtung auf. Der Ableitkanal 42 wird durch eine innere Ober­ fläche 25 und einen Abschnitt 62 der Stirnplatte 17 gebildet, wobei die innere Oberfläche 25 im wesentlichen parallel zur benachbarten Oberfläche des Abschnittes 62 verläuft. Die Scheibe 23 ist durch Mittel 68 an der Stirnplatte 19 befestigt.

Die Scheibe 23 ist durch eine von mehreren stromlinienför­ migen Halterungen 70 mit axialem Abstand zu der Stirnplatte 17 ge­ haltert. Die Halterungen 70 sind in dem Ableitkanal 42 in im wesentlichen gleichen Abständen in Umfangsrichtung um den Rotor 12 herum angeordnet. Eine Halterung 70 ist eine kleine Schaufel, die eine Gasströmung um sie herum ge­ stattet, ohne die Strömung zu stören, wodurch irgendwelche Wirbelströmungen, die in der Gasströmung infolge der Hal­ terungen auftreten können, auf ein Minimum gesenkt sind. Die stromlinienförmigen Halterungen 70 sind parallel zu den Strömungslinien der Gasströmung orientiert, um die Wirbel­ strömungen in dem Gasstrom möglichst klein zu machen.

Die Scheibe 23 weist einen radial äußeren Endabschnitt 72 auf, der eine ballige Form hat. Das ballige Ende 72 gestattet, daß aus dem Ableitkanal 42 austreten­ des Gas gleichmäßig bzw. glatt um die Scheibe 23 herum und in den Sammelabschnitt 44 und den überhängenden Abschnitt 45 strömt, ohne die Strömungslinien des Gasstromes wesent­ lich zu stören. Die Scheibe 23 ist in bezug auf den Gehäuse­ mantel 16 verkürzt. In der dargestellten Maschine hat die Scheibe 23 etwa die halbe radiale Ausdehnung des Gehäusemantels. Eine runde Halterung 74 hält die Stirnplatte 17 in axialem Ab­ stand von der Stirnplatte 19. Die anderen in Fig. 3 gezeigten Teile sind bereits in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben worden.

Fig. 4 ist eine axiale Ansicht auf den Rotor 12 entlang der gestrichelten Linie A-A in Fig. 3. Die Linie A-A verläuft durch den Sammel- bzw. Kollektorabschnitt 44 und den über­ hängenden Abschnitt 45, durch die Scheibe 23 und dann radial durch einen Abschnitt des Ableitkanals 42, durch den Lüfter 30, die genutete Welle 32 des Rotors 12. Betrachtet man die Fig. 4 von der Mittellinie des Rotors 12 radial nach außen, so sind der Rotor 12, die genutete Welle 32, das Gebläse 30 und der Rand der Auslaßöffnung 34 dargestellt. Die Scheibe 23 ist dann ge­ zeigt. Die stromlinienförmgie Halterung 70 und die anderen Halterungen in dem Ableitkanal 42 erscheinen als gestrichelte Linien, da die radiale Stirnansicht durch eine axial durch den über­ hängenden Abschnitt 45 geschnittene Ansicht genommen ist, welches der Raum zwischen der Scheibe 23 und der Stirnplatte 19 ist. Die Orientierung der stromlinienförmigen Halterungen 70 sind in Fig. 4 als parallel zu der Gasströmung gezeigt, die aus der Auslaßöffnung 34 des Gebläses 30 austritt. Das Ende 72 der Scheibe 23 ist in Fig. 4 gezeigt. Die runde Halterung 74 ist als innerhalb des Sammelabschnitts 44 liegend dargestellt. Ferner ist in Fig. 4 der äußere Rand des Gehäusemantels 16 dargestellt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umschließt der Gehäusemantel 16, wie er durch dessen äußeren Rand 65 dargestellt ist, in radialer Richtung einen wesent­ lichen Teil des Sammelabschnitts 44 und somit der Ring­ kammer 40. Da das Gas im wesentlichen radial aus dem Geblä­ se bzw. dem Lüfter 30 strömt und die Kühleinrichtung 26 mit der Ringkammer 40 nur über die bogenförmige Öffnung 51 in Verbin­ dung steht, bilden der Sammelabschnitt 44 und der über­ hängende Abschnitt 45 ein Volumen, innerhalb dessen das Gas ohne wesentliche Vergrößerungen von Wirbelströmungen strömt und ohne daß ein Rückströmungsdruck in dem Gas her­ vorgerufen wird.

Obwohl das Gas vorwiegend radial durch die Ringkammer 40 strömt, besitzt das Gas eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangs­ richtung. Um zu verhindern, daß das Gas, das in den über­ hängenden Abschnitt 45 eintritt, vollständig um die Ring­ kammer 40 herumströmt, ist ein Sperrmittel oder vorstehender Block 80 in dem Überhangabschnitt 45 an einer Stelle ange­ ordnet, die das in Fig. 4 in Uhrzeigerrichtung strömende Gas nach oben in Richtung auf die Kühleinrichtung 26 leiten würde. In ähnlicher Weise sperrt eine Sperrschau­ fel 82 oder ein Lenkmittel die Kreisströmung des Gases in dem Sammelabschnitt 44 vollständig ab. Die Sperrschaufel 82 und der Sperrblock 80 sind stromabwärts von der bogen­ förmigen Öffnung 51 angeordnet und richten beide somit das Gas nach oben in Richtung auf den Einlaß der Kühleinrichtung 26. Die Sperrschaufel 82 ist an einer Umfangsstelle derart ange­ ordnet, daß die Gasströmung radial nach oben in Richtung auf die Kühleinrichtung gerichtet ist.

Der Ableitkanal- und Sammelabschnitt ist in Fig. 5 aus der Sicht der gestrichelten Linie B-B′ in Fig. 4 dar­ gestellt. Fig. 5 ist eine Teilansicht des Ableitkanals 42 und des Sammelabschnitts 44 durch den Sperrblock 80 und die Begrenzungsschaufel 82.

Somit wird deutlich, daß der Staudruck des Gases in sta­ tischen Druck durch einen im wesentlichen parallele Wände aufweisenden, ringförmigen Ableitkanal 42 transformiert bzw. umgewandelt wird, der in der Ringkammer 40 unmittelbar strom­ abwärts von dem Gebläseausgang angeordnet ist. Der Ableit­ kanal könnte jedoch leicht divergierend sein, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Fig. 6 zeigt eine Divergenz von 3° von dem Hals des Ableitkanals 42 zu dessen Ausgang. Eine Divergenz in der Größenordnung von 3° wird als im wesentlichen parallel betrach­ tet.

Der Ableit- bzw. Diffusorkanal 42 könnte mehrere Schaufeln 90 aufweisen, die so orientiert sind, daß die Mittellinien der Schaufeln 90 im wesentlichen parallel zu den Strömungslinien des durch den Ableitkanal 42 strömenden Gases ist, wie es in Fig. 7 dar­ gestellt ist. Fig. 8 zeigt die Lage einer Schaufel 90 in dem Diffusorkanal 42. Fig. 7 stellt eine vollständige Stirn­ ansicht des mit Schaufeln 90 versehenen Diffusorkanals 42 dar und zeigt die Orientierung der Schaufelmittellinien in bezug zur Schaufel 90. Die Endansicht gemäß Fig. 7 verläuft durch den Sammelabschnitt 44, den Diffusorkanal 42 und auch durch den Lüfter 30, die genutete Welle 32 und den Rotor 12. Der Klarheit halber ist nur die Schaufel 90 in ihrer Gesamt­ heit gezeigt. Jedoch sind die Mittelinien der übrigen Schaufeln in Fig. 7 dargestellt. Mehere Schaufeln können die Umwandlung de Staudrucks des durch den Diffusorkanal 42 strömenden Gases in statischen Druck am Ausgang dieses Kanals unterstützen.

Fig. 9 ist eine schematische Darstellung für ein Kühlsystem, das einen Radialströmungslüfter 101 als Teil einer rückströ­ mungsgekühlten dynamoelektrischen Maschine aufweist. Der Lüfter 101 ist an der Welle 32 des Rotors befestigt und zieht Gas aus dem Innenraum des Gehäusemantels 16 in die Ringkammer 40. Die Arbeitsweise des Diffusorkanals 42, des Sammelabschnitts 44 und des Überhangabschnittes 45 ist im wesentlichen die gleiche bei dem Radialströmungsgebläse 101, wie die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Mischströ­ mungslüfters.

Wie bereits erwähnt wurde, könnte ein Gebläsediffusor an beiden Enden der dynamoelektrischen Maschine verwendet wer­ den, um den Wirkungsgrad eines dualen Kühlsystems zu ver­ bessern. Es sei auch darauf hingewiesen, daß der überhängen­ de Abschnitt 45 auf der axial gegenüberliegenden Seite ange­ ordnet sein könnte, als es hier beschrieben ist. Mit anderen Worten könnte die Stirnplatte 19 einen Diffusorkanal 42 in Ver­ bindung mit der Scheibe 23 bilden. In diesem Fall würde die Scheibe 23 an der Stirnplatte 17 angebracht, und der überhängende Abschnitt 45 würde zwischen der Scheibe 23 und der Stirnplatte 17 gebildet.

In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung könnte ein Diffusorkanal 42 auch als Teil der Ringkammer 40 in Verbindung mit einer Sammelanordnung verwendet werden. Die spezielle Form der Scheibe 23, der Diffusorkanalhalterun­ gen 70, der Lage der Kühleinrichtung 26 oder die allgemeine Form der Ringkammer 40 sind nur als Ausführungsbeispiele eines Diffusors und zugehöriger Sammel- und Überhangabschnitte beschrieben. Jedoch könnte die Scheibe 23 auch ein integrales Teil der Stirnplatte 19 oder 17 sein, anstatt daß eine ge­ trennte Struktur verwendet wird, wie es hier beschrieben ist. Ferner würden auch rechtwinklige Halterungen und ein rechtwinklig abgeschnittenes Scheibenende den Staudruck in statischen Druck umwandeln, jedoch würde der Wirkungsgrad des Gebläsediffusors und des zugehörigen Kollektors nicht so groß sein, wie es hier berechnet ist.

Claims (4)

1. Diffusor für eine Lüfter- und Sammelanordnung als Teil eines Kühlsystems für eine gasgekühlte dynamoelektrische Maschi­ ne, die einen Stator und einen Rotor, die beide von einem Gehäusemantel umgeben sind, und eine innere und eine äußere Stirnplatte aufweist, die axial im Abstand und innerhalb des Gehäusemantels je an einem Ende der Maschine angeord­ net sind und dazwischen eine Ringkammer bilden, wobei das Kühlsystem wenigstens einen Lüfter aufweist, der auf dem Rotor in gleicher radialer Ausdehnung mit der Ringkammer angeordnet ist und das Gas durch das Kühlsystem umwälzt durch Ausstoßen des Gases in radialer Richtung durch einen Ableitkanal, die Ringkammer und durch eine im Gehäusemantel angeordnete bogenförmige Öffnung zu einem auf dem Gehäuse­ mantel angeordneten Kühler und den übrigen Elementen des Kühlsystems, dadurch gekennzeichnet, daß in dem radial inneren Abschnitt der Ringkammer (40) eine Scheibe (23) angeordnet ist, die in radialer Richtung vor dem Gehäusemantel (16) endet und deren innere Stirnfläche im wesentlichen parallel zu einer benachbarten Oberfläche einer der Stirnplatten (17, 19) verläuft und in dem Ableit­ kanal (42) einen Diffusor bildet, der das durch den Lüfter (30) ausgestoßene Gas aufnimmt, daß der radiale Rand (bei 72) der Scheibe (23) einen ballig geformten Querschnitt auf­ weist, und daß in dem Ableitkanal (42) an gleichen Abstän­ den in Umfangsrichtung um den Rotor (12) herum mehrere stromlinienförmige Halterungen (70) angeordnet sind, die den parallelen Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Scheibe (23) und der Stirnplatte (17, 19) aufrechterhal­ ten.

2. Diffusor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß nahe der stromabwärtigen Seite der bogenförmigen Öff­ nung (51) eine Sperrschaufel (82) zum Richten des Gases in die Öffnung (51) vorgesehen ist, die eine Kreisströmung des Gases in dem radial äußeren Abschnitt der Ringkammer (40) vollständig blockiert.

3. Diffusor nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Block (80) zum Blockieren einer kreisförmigen Gas­ strömung in dem Raum (Überhangabschnitt 45) zwischen der äußeren Oberfläche und der anderen Stirnplatte (17, 19) vor­ gesehen ist, der das Gas in Richtung auf die Sperrschaufel (82) leitet.

4. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Abstand angeordnete Schaufeln (90) in dem Ab­ leitkanal (42) radial angeordnet sind und im wesentlichen parallel zu den Strömungslinien des aus dem Lüfter (30) aus­ gestoßenen Gases verlaufen.