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(guò)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(guò)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(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須冷卻渦輪發(fā)電機(jī)。這能夠通過(guò)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(guò)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(guò)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。

在一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，機(jī)構(gòu)構(gòu)成為凹陷部，與高爾夫球的表面類似地，內(nèi)部的冷卻流通道壁以及外部的冷卻流通道壁設(shè)有表面，所述表面與高爾夫球的表面相同。也就是說(shuō)，多個(gè)凹陷部設(shè)置在內(nèi)部的冷卻流通道壁的表面上、例如擴(kuò)散器外壁的內(nèi)側(cè)上和/或外部的冷卻流通道壁的表面上、例如擴(kuò)散器內(nèi)壁的朝向流的一側(cè)上。所述凹陷部是大致圓形的材料留空部。當(dāng)然，其他幾何形狀是可考慮的，因此凹陷部例如能夠作為有角地構(gòu)成的凹陷部。凹陷部能夠是四角形的材料留空部。所述四角形的材料留空部例如能夠由凸模實(shí)現(xiàn)，所述凸?？稍跀U(kuò)散器壁中容易地制造。

在另一有利的改進(jìn)方案中，內(nèi)部的冷卻流通道壁以及外部的冷卻流通道壁能夠構(gòu)成為具有多個(gè)隆起部。因此，這樣構(gòu)成的表面基本上類似于鯊魚皮的表面。鯊魚皮的模型具有小脊片，這也能夠稱作小的肋。這種表面幾何形狀引起在渦流流過(guò)的表面上的摩擦阻力的減小。所述表面幾何形狀是細(xì)小的肋，所述肋具有非常尖銳的肋尖。所述肋平行于流動(dòng)方向設(shè)置，其中所述細(xì)小的、平行于流動(dòng)方向設(shè)置的溝紋的尺寸與冷卻介質(zhì)的速度以及韌性或粘性相關(guān)。所述溝紋或肋能夠在材料方面或在材料一致性方面由內(nèi)部的冷卻流通道壁構(gòu)成。在一個(gè)替選的實(shí)施方式中，能夠使用溝紋膜。

在另一有利的改進(jìn)方案中，冷卻器和擴(kuò)散器在端側(cè)上設(shè)置在電動(dòng)力學(xué)機(jī)械中。

本發(fā)明的上文所描述的特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)這些特性、特征和優(yōu)點(diǎn)的方式和方法結(jié)合下面對(duì)實(shí)施例的描述變得可更清晰且更清楚地理解，所述實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)闡述。

附圖說(shuō)明

下面，根據(jù)附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。所述附圖應(yīng)不合比例地示出實(shí)施例，更確切地說(shuō)，附圖可能用于闡述，以示意的和/或略微變形的方式實(shí)施。鑒于對(duì)在附圖中直接可見(jiàn)的教導(dǎo)的補(bǔ)充，參照相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。

相同的構(gòu)件或具有相同功能的構(gòu)件在此用相同的附圖標(biāo)記表示。

附圖示出：

圖1示出渦輪發(fā)電機(jī)的示意橫截面圖；

圖2示出擴(kuò)散器的一部分的示意橫截面圖；

圖3示出具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的擴(kuò)散器的一部分的示意橫截面圖。

具體實(shí)施方式

通過(guò)具有用于提高渦流的機(jī)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，降低冷卻器的機(jī)械負(fù)荷，這降低冷卻器損壞的可能性并且還造成冷卻器的更好的可用性。圖1示出渦輪發(fā)電機(jī)1作為電動(dòng)力學(xué)機(jī)械的實(shí)施方式。渦輪發(fā)電機(jī)1基本上包括轉(zhuǎn)子2，所述轉(zhuǎn)子具有未詳細(xì)示出的轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子2以可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線3轉(zhuǎn)動(dòng)的方式安裝。圍繞轉(zhuǎn)子2設(shè)置有定子4，所述定子具有未詳細(xì)示出的定子繞組。最后，圍繞定子4設(shè)置有渦輪發(fā)電機(jī)殼體5，所述渦輪發(fā)電機(jī)殼體將渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)殼體6相對(duì)于外部環(huán)境7密封。因此，位于渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部6中的冷卻介質(zhì)例如空氣或氣體例如氫氣不能到達(dá)外部空間7中。在運(yùn)行時(shí)，相對(duì)高的電流流過(guò)轉(zhuǎn)子繞組還流過(guò)定子繞組。因此，必須適當(dāng)?shù)乩鋮s轉(zhuǎn)子繞組還有定子繞組。這通過(guò)轉(zhuǎn)子2或設(shè)置在定子4中的冷卻孔實(shí)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)流過(guò)所述冷卻孔。已知地，空氣、氣體如氫氣或水作為冷卻介質(zhì)。

轉(zhuǎn)子2以例如50hz的頻率旋轉(zhuǎn)。也已知其他頻率。

在端側(cè)8上設(shè)置有風(fēng)扇9，所述風(fēng)扇抽吸位于渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部6中的冷卻介質(zhì)。這由箭頭10示出，所述箭頭從右向左在繪圖平面中指向風(fēng)扇9。出于概覽性的原因，僅兩個(gè)箭頭設(shè)有附圖標(biāo)記10。渦輪發(fā)電機(jī)1以所謂的逆流類型構(gòu)成。也就是說(shuō)，冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向從內(nèi)向外。也就是說(shuō)，冷卻介質(zhì)經(jīng)由風(fēng)扇9朝向渦輪發(fā)電機(jī)1的端側(cè)移動(dòng)。已知其他類型，其中冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)在渦輪發(fā)電機(jī)6中在端側(cè)移動(dòng)。

渦輪發(fā)電機(jī)1具有冷卻流通道11，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12限界。冷卻介質(zhì)首先平行于旋轉(zhuǎn)軸線3朝向風(fēng)扇9流動(dòng)，并且然后在冷卻流通道11中轉(zhuǎn)向至冷卻器13。在冷卻器13中，已加熱的冷卻介質(zhì)被再次冷卻并且通過(guò)風(fēng)扇作用流到渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部6，這在圖1中由流動(dòng)箭頭14示出。出于空間原因，冷卻器13相對(duì)于冷卻介質(zhì)的主流動(dòng)方向15基本上成90度地設(shè)置，其中主流動(dòng)方向15基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線3定向。通道壁12具有用于提高在機(jī)構(gòu)的流中的渦流的機(jī)構(gòu)26。基本上，冷卻流通道11構(gòu)成為擴(kuò)散器16。

圖2和3示出擴(kuò)散器16的部段示圖，其中圖2示出不具有根據(jù)本發(fā)明的機(jī)構(gòu)26的擴(kuò)散器16，并且圖3示出具有根據(jù)本發(fā)明的機(jī)構(gòu)的擴(kuò)散器。擴(kuò)散器16喇叭狀地關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線3旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成并且具有內(nèi)部的冷卻流通道壁17。所述內(nèi)部的冷卻流通道壁17的特征在于第一曲率半徑18。這意味著，如下曲線表示在圖2和3中由流線19示出的流：所述曲線從流動(dòng)方向觀察表示為向右的曲線。由于第一曲率半徑18過(guò)小，能夠在分離部位20處出現(xiàn)流動(dòng)分離。擴(kuò)散器16還具有外部的冷卻流通道壁21，所述外部的冷卻流通道壁的特征在于第二曲率半徑22。如在圖2中清楚可見(jiàn)的，擴(kuò)散器的特征在于，第一曲率半徑18小于第二曲率半徑22。擴(kuò)散器具有第一流動(dòng)橫截面23，所述第一流動(dòng)橫截面設(shè)置在擴(kuò)散器16的入口處。在擴(kuò)散器16的出口25處是第二流動(dòng)橫截面24，其中第二流動(dòng)橫截面24如在擴(kuò)散器16中必須的那樣大于第一流動(dòng)橫截面23。在擴(kuò)散器16的出口處直接設(shè)置有冷卻器13。如在圖2中可見(jiàn)的那樣，流在擴(kuò)散器16的出口25處集中到外部的冷卻流通道壁21上。根據(jù)本發(fā)明，這正需要避免，這在圖3中示出。為了概覽性，在圖3中，擴(kuò)散器16的幾何特征的附圖標(biāo)記不再重復(fù)。圖3中的擴(kuò)散器16的外部的幾何特征與圖2相同。與圖2的區(qū)別在于：內(nèi)部的冷卻流通道壁17具有用于提高在冷卻介質(zhì)的流中的渦流的機(jī)構(gòu)26。機(jī)構(gòu)26在圖3中選擇的示例中構(gòu)成為絆網(wǎng)。也就是說(shuō)，機(jī)構(gòu)26相對(duì)于第一冷卻流通道壁17顯示出略微隆起，這造成對(duì)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)的影響。在圖3中示出流線19，所述流線由于引入機(jī)構(gòu)26已經(jīng)與在圖2中顯示出不同的特性。清楚可見(jiàn)的是，流線19在出口25處表現(xiàn)出均勻性。也就是說(shuō)，設(shè)置在出口25處的冷卻器13更均勻地迎流。由此，降低冷卻器13的機(jī)械負(fù)荷。這引起冷卻器13的更好的利用。絆網(wǎng)圍繞整個(gè)冷卻流通道壁17設(shè)置，使得基本上形成在圖3中未示出的環(huán)。環(huán)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地圍繞旋轉(zhuǎn)軸線3設(shè)置。

在替選的實(shí)施方式中，在構(gòu)成為絆網(wǎng)的機(jī)構(gòu)26的部位處能夠設(shè)置凹陷部。這在圖3中未示出。所述凹陷部能夠如高爾夫球的表面那樣構(gòu)成。也就是說(shuō)，凹陷部以規(guī)則的間距設(shè)置在內(nèi)部的冷卻流通道壁17上。凹陷部的大小和分布能夠根據(jù)流動(dòng)關(guān)系來(lái)調(diào)整。在任何情況下，機(jī)構(gòu)26引起在內(nèi)部的冷卻流通道壁17上的渦流。

在另一替選的實(shí)施方式中，機(jī)構(gòu)26能夠構(gòu)成為具有多個(gè)隆起部。也就是說(shuō)，在機(jī)構(gòu)26的部位處構(gòu)成有所謂的鯊魚皮。這種鯊魚皮的特征在于尖的肋，其中肋沿流動(dòng)方向沿縱向方向設(shè)置。在此，不對(duì)鯊魚皮進(jìn)行詳細(xì)描述。鯊魚皮的特征在于多個(gè)彼此平行設(shè)置的肋。

盡管本發(fā)明的細(xì)節(jié)通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明和描述，但是本發(fā)明不局限于公開(kāi)的實(shí)例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從中推導(dǎo)出其他變型形式，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。