[發(fā)明專利]具有冷卻流通道的電動(dòng)力學(xué)機(jī)械

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580050229.9
• 申請(qǐng)日: 2015-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN107078605A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卡里納·科瓦爾斯基;馬蒂亞斯·科瓦爾斯基
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): H02K9/10
• 分類號(hào): H02K9/10;H02K9/18
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 丁永凡,張春水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電動(dòng)力學(xué)機(jī)械，所述電動(dòng)力學(xué)機(jī)械包括轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組以及冷卻流通道，所述冷卻流通道構(gòu)成為用于冷卻介質(zhì)的穿流并且由通道壁限界。

背景技術(shù)

電動(dòng)力學(xué)機(jī)械、例如渦輪發(fā)電機(jī)通常包括：可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子繞組；以及圍繞轉(zhuǎn)子設(shè)置的定子，所述定子包括定子繞組。在運(yùn)行時(shí)，相對(duì)高的電流流過轉(zhuǎn)子繞組還有定子繞組。轉(zhuǎn)子繞組成形為，使得產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在定子繞組中感生出電壓。由此產(chǎn)生的電能隨后經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓┙o和傳輸網(wǎng)輸送給電消耗器。

在現(xiàn)代的渦輪發(fā)電機(jī)中，在轉(zhuǎn)子繞組和/或定子繞組中的電流大至產(chǎn)生過熱的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須冷卻渦輪發(fā)電機(jī)。這能夠通過用空氣、氣體例如氫氣或水穿流進(jìn)行。

所謂的逆流渦輪發(fā)電機(jī)是已知的，所述逆流渦輪發(fā)電機(jī)包括風(fēng)扇，所述風(fēng)扇從渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部抽吸熱的氣體并且將所述氣體壓到冷卻器中，從所述冷卻器起，所述氣體重新流過渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

在風(fēng)扇和冷卻器之間設(shè)置有擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器構(gòu)成為用于：低損耗地?cái)U(kuò)展流，以便能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻器的均勻的迎流。

然而，在現(xiàn)代的渦輪發(fā)電機(jī)中，由于結(jié)構(gòu)空間小，擴(kuò)散器的曲率半徑不會(huì)最優(yōu)地設(shè)計(jì)。相反地，曲率半徑過小地選擇，使得造成流動(dòng)分離。因此，達(dá)到冷卻器的不期望的提高的機(jī)械負(fù)荷，這引起非最優(yōu)的利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，如下改變擴(kuò)散器，使得能實(shí)現(xiàn)冷卻器的最優(yōu)的迎流。

所述目的通過一種電動(dòng)力學(xué)機(jī)械來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述電動(dòng)力學(xué)機(jī)械包括轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組以及冷卻流通道，所述冷卻流通道構(gòu)成為用于冷卻介質(zhì)的穿流并且由通道壁限界，其中通道壁具有用于提高在冷卻介質(zhì)的流中的渦流的機(jī)構(gòu)。通過本發(fā)明，在通道壁上提高在邊界層區(qū)域中的渦流動(dòng)能。

因此，根據(jù)本發(fā)明提出，將機(jī)構(gòu)設(shè)置到通道面的表面上，以便產(chǎn)生渦流。所述渦流延遲流動(dòng)分離。因此，流跟隨通道壁的走向。結(jié)果是，設(shè)置在擴(kuò)散器的端部處的冷卻器最優(yōu)地迎流。

有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。

冷卻流通道構(gòu)成為擴(kuò)散器。擴(kuò)散器是如下構(gòu)件：所述構(gòu)件使氣體流或液體流減速并且提高氣體或液體壓力。因此，擴(kuò)散器原則上是噴嘴的反轉(zhuǎn)形式。借助擴(kuò)散器，動(dòng)能回收成壓力能。這通過流動(dòng)橫截面的連續(xù)的或不連續(xù)的擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，在擴(kuò)散器的通道壁上設(shè)置用于提高在流中的渦流的機(jī)構(gòu)。

在具有擴(kuò)散器端部的擴(kuò)散器上，在擴(kuò)散器端部上設(shè)置有冷卻器。通過將冷卻器直接地或間接地設(shè)置到擴(kuò)散器上，流動(dòng)損耗是盡可能小的。因此，能夠最優(yōu)地充分利用冷卻器的冷卻作用。

在另一有利的改進(jìn)方案中，擴(kuò)散器具有：帶有第一曲率半徑的內(nèi)部的冷卻流通道壁和帶有第二曲率半徑的外部的冷卻流通道壁，其中第一曲率半徑小于第二曲率半徑，其中機(jī)構(gòu)設(shè)置在內(nèi)部的冷卻流通道壁上。所述內(nèi)部的冷卻流通道壁例如能夠是擴(kuò)散器外壁的內(nèi)側(cè)。

電動(dòng)力學(xué)機(jī)械的轉(zhuǎn)子以可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的方式構(gòu)成。定子同樣關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線基本上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成。位于電動(dòng)力學(xué)機(jī)械中的冷卻介質(zhì)經(jīng)由風(fēng)扇首先基本上沿軸向方向、即平行于旋轉(zhuǎn)軸線引導(dǎo)。對(duì)流動(dòng)介質(zhì)的該運(yùn)動(dòng)負(fù)責(zé)的風(fēng)扇通常設(shè)置在端側(cè)上，其中構(gòu)成為用于冷卻介質(zhì)的冷卻的冷卻器出于空間原因大多與流動(dòng)介質(zhì)的流動(dòng)方向成90度地在端側(cè)設(shè)置在電動(dòng)力學(xué)機(jī)械中。因此，擴(kuò)散器一方面必須使流轉(zhuǎn)向，并且另一方面必須使流減速，和將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能。因此，沿首先軸向的流動(dòng)方向觀察，擴(kuò)散器具有外部的冷卻流通道壁，所述外部的冷卻流通道壁與內(nèi)部的冷卻流通道壁相比距旋轉(zhuǎn)軸線更近地設(shè)置。從流動(dòng)的觀點(diǎn)來(lái)看，內(nèi)部的冷卻流通道壁的半徑、例如擴(kuò)散器外壁的內(nèi)側(cè)小于外部的冷卻流通道壁的半徑、例如擴(kuò)散器外壁的內(nèi)側(cè)。因此，在內(nèi)部的冷卻流通道壁上出現(xiàn)冷卻流的分離。通過在流的預(yù)期的脫離之前安置機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成為用于提高在冷卻介質(zhì)的流中的渦流時(shí)，能夠防止流動(dòng)分離。

在一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，機(jī)構(gòu)構(gòu)成為絆網(wǎng)。絆網(wǎng)基本上是在內(nèi)部的冷卻流通道壁上的隆起部，所述隆起部對(duì)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)展現(xiàn)流動(dòng)阻力。絆網(wǎng)在此設(shè)置為，使得以基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線的流動(dòng)方向入流的流動(dòng)介質(zhì)或多或少同時(shí)也碰到絆網(wǎng)。也就是說(shuō)，絆網(wǎng)與流動(dòng)方向基本上成90度地定向。當(dāng)擴(kuò)散器構(gòu)成為關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱時(shí)，沿旋轉(zhuǎn)軸線方向觀察，絆網(wǎng)是設(shè)置在內(nèi)部的冷卻流通道壁上的環(huán)。所述環(huán)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線并且引起冷卻介質(zhì)以相同的速度分量流動(dòng)到絆網(wǎng)上。