DE29513958U1 - Electrical generator, in particular generator driven by an internal combustion engine for a combined heat and power plant - Google Patents
Electrical generator, in particular generator driven by an internal combustion engine for a combined heat and power plantInfo
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Description
R. 29458R.29458
10.08.1995 Ve/S10.08.1995 Ve/S
ROBERT BOSCH GMBH, 70442 StuttgartROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart
Elektrischer Generator, insbesondere von einer Brennkraftmaschine angetriebener Generator für ein Blockheizkraftwerk Electric generator, in particular a generator driven by an internal combustion engine for a combined heat and power plant
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator, insbesondere einen von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator für ein Blockheizkraftwerk, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an electric generator, in particular a generator driven by an internal combustion engine for a combined heat and power plant, according to the preamble of the main claim.
Derartige flüssigkeitsgekühlte, insbesondere wassergekühlte, elektrische Generatoren werden häufig bei relativ hoher Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 70°C betrieben, wenn beispielsweise der Wasserkreislauf als Heizkreislauf ausgebildet ist, bei dem solche Temperaturen erforderlich sind. Derart hohe Temperaturen bedeuten jedoch eine hohe Belastung der Drehlager für den Rotor bzw. die Rotorwelle.Such liquid-cooled, especially water-cooled, electrical generators are often operated at a relatively high coolant temperature of, for example, 70°C, if, for example, the water circuit is designed as a heating circuit, which requires such temperatures. However, such high temperatures mean a high load on the rotary bearings for the rotor or the rotor shaft.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Der erfindungsgemäße Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die zusätzliche Luftkühlung wenigstens für die Lagerbereiche trotz hoher Kühlmitteltemperatur eine technisch zulässige Lagertemperatur erreicht wird, so daß die Drehlagerbelastung auf ein vertretbares Maß reduziert werden kann. Dies ist vor allem für eine hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer des elektrischen Generators erforderlich, insbesondere wenn er im Dauerbetrieb oder nahezu im Dauerbetrieb eingesetzt wird, wie dies beispielsweise bei BlockheizkraftwerkenThe generator according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, despite the high coolant temperature, a technically permissible bearing temperature is achieved at least for the bearing areas through the additional air cooling, so that the load on the rotary bearing can be reduced to an acceptable level. This is necessary above all for a high level of operational reliability and a long service life of the electric generator, especially if it is used in continuous operation or almost in continuous operation, as is the case, for example, in combined heat and power plants.
der Fall ist. Durch die Herabsetzung der Drehlagertemperatur können auch die Anforderungen an die Wartung reduziert werden.is the case. By reducing the pivot bearing temperature, the maintenance requirements can also be reduced.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen elektrischen Generators möglich.The measures listed in the subclaims enable advantageous further developments and improvements of the electric generator specified in the main claim.
Eine besonders vorteilhafte Luftkühlungseinrichtung besteht darin, daß die Rotorwelle wenigstens im Bereich eines Drehlagers einen an einer ihrer Stirnseiten mündenden Längskanal aufweist, wobei im Innenraum des Gehäuses wenigstens ein mit dem Längskanal verbundener Seitenkanal an der Umfangsf1äche der Rotorwelle mündet. Diese Luftkühlungseinrichtung arbeitet bei rotierender Rotorwelle selbständig, da die Luft aus dem wenigstens einen Seitenkanal durch Fliehkrafteffekt herausgezogen wird, so daß axial Luft in den Längskanal nachströmt. Hierbei wird kein Sauggebläse oder eine sonstige Zusatzeinrichtung benötigt. Diese Luftkühlungseinrichtung eignet sich insbesondere für den Drehlagerbereich, an dem die Rotorwelle ein freies Ende bzw. eine freie Endstirnseite besitzt.A particularly advantageous air cooling device consists in the fact that the rotor shaft has a longitudinal channel opening out at one of its front sides at least in the area of a rotary bearing, with at least one side channel connected to the longitudinal channel opening out at the circumferential surface of the rotor shaft in the interior of the housing. This air cooling device works independently when the rotor shaft is rotating, since the air is drawn out of the at least one side channel by centrifugal force, so that air flows axially into the longitudinal channel. No suction fan or other additional device is required here. This air cooling device is particularly suitable for the rotary bearing area where the rotor shaft has a free end or a free end face.
Zweckmäßigerweise ist der Längskanal als konzentrische Bohrung und der wenigstens eine Seitenkanal als Querbohrung ausgebildet. Dabei sind vorzugsweise mehrere Seitenkanäle über den Umfang verteilt vorgesehen, so daß die Ausbildung einer Unwucht der Rotorwelle verhindert wi rd.The longitudinal channel is expediently designed as a concentric bore and the at least one side channel as a transverse bore. Preferably, several side channels are provided distributed over the circumference so that the formation of an imbalance in the rotor shaft is prevented.
Durch die Ausbildung des wenigstens einen Seitenkanals als schräg verlaufender Kanal, dessen Mündungsrichtung von der mit der Mündung des Längskanals versehenen Stirnseite der Rotorwelle wegweist, wird eine schräggerichtete Austrittsluftströmung erreicht, die vorzugsweise auf eine mit derBy designing the at least one side channel as an obliquely running channel, the opening direction of which points away from the front side of the rotor shaft provided with the opening of the longitudinal channel, an obliquely directed outlet air flow is achieved, which preferably
Rotorwelle verbundene Kühlscheibe gerichtet werden kann, um noch eine zusätzliche Kühlwirkung zu erreichen. Außerdem wird durch den schrägen Verlauf der Seitenkanäle eine nur geringe Umlenkung des Luftstroms in der Rotorwelle erreicht, wodurch eine strömungsgünstige Anordung geschaffen wird.The cooling disk connected to the rotor shaft can be aligned to achieve an additional cooling effect. In addition, the slanted course of the side channels means that the air flow in the rotor shaft is only slightly deflected, creating an aerodynamically favorable arrangement.
Zur Unterstützung der Ausbildung einer guten Kühlluftströmung besitzt das Generatorgehäuse Luftauslaßöffnungen für die durch den Längskanal von außen angesaugte Luft. Durch diese Luftauslaßöffnungen kann auch der Weg der Luftströmung im Generatorgehäuse eingestellt werden.To support the formation of a good cooling air flow, the generator housing has air outlet openings for the air drawn in from outside through the longitudinal channel. The path of the air flow in the generator housing can also be adjusted through these air outlet openings.
Die Kühlung des jeweiligen Drehlagers wird besonders effektiv, wenn dieses Drehlager den Längskanal in der Rotorwelle umgreift.The cooling of the respective pivot bearing is particularly effective when this pivot bearing surrounds the longitudinal channel in the rotor shaft.
An der Anschlußseite des Generators, an dem dieser mit einer ihn antreibenden Brennkraftmaschine verbunden ist, eignet sich insbesondere ein Luftkühlungseinrichtung, bei der der Verbindungsbereich zwischen dem Generator und der Brennkraftmaschine von einem Gehäuse umgeben ist, das Lufteinlaßöffnungen und eine Luftabsaugleitung besitzt. Die Lufteinlaßöffnungen liegen der Mündung der Luftabsaugleitung vorzugsweise im wesentlichen gegenüber, um eine Luftströmung durch den gesamten Innenraum zu erreichen, also eine Luftströmung, die an den beiderseitigen Lagern und am Kupplungsbereich zwischen dem Generator und der Brennkraftmaschine hierdurch vorbeigeführt wird, so daß alle diese Bauteile gut gekühlt werden.On the connection side of the generator, where it is connected to an internal combustion engine that drives it, an air cooling device is particularly suitable, in which the connection area between the generator and the internal combustion engine is surrounded by a housing that has air inlet openings and an air extraction line. The air inlet openings are preferably located substantially opposite the mouth of the air extraction line in order to achieve an air flow through the entire interior, i.e. an air flow that is guided past the bearings on both sides and the coupling area between the generator and the internal combustion engine, so that all of these components are well cooled.
Die Luftabsaugleitung ist vorzugsweise mit einem Sauggebläse verbunden.The air extraction line is preferably connected to a suction fan.
Zur Flüssigkeitskühlung bzw. Wasserkühlung des Generators ist die Mantelfläche des Generatorgehäuses in vorteil-For liquid cooling or water cooling of the generator, the outer surface of the generator housing is advantageously
hafter Weise doppelwandig ausgebildet oder von einem Flüssigkeits-Kühlrohr umgriffen.Typically double-walled or surrounded by a liquid cooling tube.
Die Fl üssigkei tskiihl ei nri chtung für den Generator eignet sich insbesondere als Bestandteil eines Heizkreislaufs eines Blockheizkraftwerks, wobei der Generator Bestandteil dieses Blockheizkraftwerks ist. Die im Generator bei dessen Betrieb entstehende Wärme kann somit genutzt werden.The liquid cooling device for the generator is particularly suitable as a component of a heating circuit in a combined heat and power plant, whereby the generator is a component of this combined heat and power plant. The heat generated in the generator during its operation can therefore be used.
ZEICHNUNGDRAWING
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt als Ausführungsbeispiel eine Längsschnittdarstellung eines mit einer teilweise dargestellten Brennkraftmaschine verbundenen Generators.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The single figure shows as an embodiment a longitudinal sectional view of a generator connected to a partially shown internal combustion engine.
BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISP I ELSDESCRIPTION OF THE IMPLEMENTING EXAMPLE
Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein elektrischer Generator 10 von einer nur schematisch und teilweise dargestellten Brennkraftmaschine 11 angetrieben, bei der es sich beispielsweise um einen Diesel- oder Ottomotor handelt, der mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann. Zur drehfesten Kopplung des Generators 10 an die Brennkraftmaschine 11 ist eine Abtriebswelle 12 dieser Brennkraftmaschine 11 über eine nur schematisch dargestellte Kupplungseinrichtung 13 mit einer Rotorwelle 14 des Generators 10 verbunden.In the embodiment shown in the single figure, an electric generator 10 is driven by an internal combustion engine 11, which is only shown schematically and partially, which is, for example, a diesel or gasoline engine that can be operated with liquid or gaseous fuel. In order to non-rotatably couple the generator 10 to the internal combustion engine 11, an output shaft 12 of this internal combustion engine 11 is connected to a rotor shaft 14 of the generator 10 via a coupling device 13, which is only shown schematically.
Der Generator 10 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 15, an dessen Stirnseiten die Rotorwelle 14 in Drehlagern 16, 17 drehbar gelagert ist. Hierbei kann es sich um Kugellager, Rollenlager, Nadellager oder sonstige bekannte LagerThe generator 10 has a cylindrical housing 15, on the front sides of which the rotor shaft 14 is rotatably mounted in rotary bearings 16, 17. These can be ball bearings, roller bearings, needle bearings or other known bearings
handeln. Die Rotorwelle 14 trägt einen Rotor 18, der sich in an sich bekannter Weise innerhalb eines am Innenumfang des Gehäuses 15 fixierten Stators 19 im Betrieb dreht, um elektrische Energie zu erzeugen.The rotor shaft 14 carries a rotor 18 which, in a manner known per se, rotates within a stator 19 fixed to the inner circumference of the housing 15 in order to generate electrical energy.
Zur Kühlung des Generators 10 bzw. des Stators 19 ist das Gehäuse 15 umfangsseitig doppelwandig ausgebildet, das heißt, eine rohrförmige Wandung 20, an der innen der Stator 19 anliegt, ist von einem Rohr 21 mit größerem Durchmesser umgeben, wobei ein Ringraum 22 für Kühlwasser gebildet wird. Dieser Ringraum 22 besitzt stirnseitig einen Wasserzulauf-Anschluß 23 und einen Wasserablauf-Anschluß 24, wobei die Anschlüsse auch radial angeordnet sein können. Diese Anschlüsse sind mit einem im übrigen nicht dargestellten Heizungskreislauf verbunden, wobei die Abwärme des Generators zur Aufheizung einer Heizanlage benutzt wird. Selbstverständlich sind in diesen Kreislauf bei einer Ausbildung als Blockheizkraftwerk noch andere Wärmequellen geschaltet, wie beispielsweise ein Kühlkreislauf durch die Brennkraftmaschine 11 sowie ein Abgaswärmetauscher und gegebenenfalls noch weitere Wärmetauscher. To cool the generator 10 or the stator 19, the housing 15 is designed with a double wall on the circumference, i.e. a tubular wall 20, against which the stator 19 rests on the inside, is surrounded by a pipe 21 with a larger diameter, forming an annular space 22 for cooling water. This annular space 22 has a water inlet connection 23 and a water outlet connection 24 on the front side, whereby the connections can also be arranged radially. These connections are connected to a heating circuit (not shown), whereby the waste heat from the generator is used to heat a heating system. Of course, other heat sources are connected to this circuit when designed as a cogeneration plant, such as a cooling circuit through the internal combustion engine 11 as well as an exhaust gas heat exchanger and possibly further heat exchangers.
Selbstverständlich kann sich der doppelwandige Bereich des Gehäuses 15 auch über die Stirnseiten erstrecken. Weiterhin ist es möglich, auf das Generatorgehäuse ein Kühlrohr aufzubringen, das in Windungen um den Generator herumgelegt sein kann. Weiterhin können auch Kühlkanäle im Stator vorgesehen sein.Of course, the double-walled area of the housing 15 can also extend over the front sides. It is also possible to attach a cooling pipe to the generator housing, which can be laid in turns around the generator. Cooling channels can also be provided in the stator.
Zur Kühlung des Drehlagers 17, das im Bereich des von der Brennkraftmaschine 11 abgewandten freien Endes der Rotorwelle 14 angeordnet ist, besitzt die Rotorwelle 14 dort eine konzentrische axiale Längsbohrung 25, die an der Stirnseite der Rotorwelle 14 mündet.' Das Drehlager 17 umgreift dadurch diese Längsbohrung 25. Am gegenüberliegenden Endbereich der Längsbohrung 25 im Inneren des GehäusesTo cool the rotary bearing 17, which is arranged in the area of the free end of the rotor shaft 14 facing away from the internal combustion engine 11, the rotor shaft 14 has a concentric axial longitudinal bore 25 there, which opens out at the front side of the rotor shaft 14.' The rotary bearing 17 thus encompasses this longitudinal bore 25. At the opposite end area of the longitudinal bore 25 inside the housing
15 verlaufen schräge Seitenbohrungen 26 von der Längsbohrung 25 aus zur Umfangsf1äche der Rotorwelle 14. Die Schräge weist dabei von der freien Stirnseite der Rotorwelle 14 weg, ist also zum Inneren des Gehäuses 15 hin gerichtet, wo eine Kühlscheibe 27 neben dem Rotor 18 drehfest auf der Rotorwelle 14 fixiert ist. Die entsprechende Stirnwandung 28 des Gehäuses 15 weist am radialen äußeren Endbereich Luftaustrittsöffnungen 29 auf.15, inclined side bores 26 run from the longitudinal bore 25 to the circumferential surface of the rotor shaft 14. The incline points away from the free end face of the rotor shaft 14, i.e. is directed towards the interior of the housing 15, where a cooling disk 27 is fixed in a rotationally fixed manner next to the rotor 18 on the rotor shaft 14. The corresponding end wall 28 of the housing 15 has air outlet openings 29 at the radially outer end area.
Bei der schnellen Drehung der Rotorwelle 14 im Betrieb des Generators 10 wird die Luft in den Seitenbohrungen 26 durch Zentrifugalkraftwirkung nach außen gezogen und dort schräg gegen die Kühlscheibe 27 geleitet. Gleichzeitig wird Luft durch die Längsbohrung 25 nachgesaugt. Die somit ins Innere des Gehäuses gesaugte Luft wird durch die Luftaustrittsöffnungen 29 wieder nach außen gegeben. Somit tritt eine automatische Luftzirkulation ein, die das Drehlager 17 und die Kühlscheibe 27 so weit kühlt, daß eine technisch zulässige Lagertemperatur erreicht wird, wenn beispielsweise mit sehr hoher Kühlmitteltemperatur von beispielsweise 70°C im Kühlkreislauf gearbeitet wird. Die Kühlscheibe 27 kann beispielsweise zur zusätzlichen Kühlung der Rotorwelle 14 dienen oder im Einzelfall auch entfal 1 en.When the rotor shaft 14 rotates quickly when the generator 10 is in operation, the air in the side holes 26 is drawn outwards by centrifugal force and is directed diagonally against the cooling disk 27. At the same time, air is sucked in through the longitudinal hole 25. The air thus sucked into the interior of the housing is released back out through the air outlet openings 29. This results in automatic air circulation, which cools the rotary bearing 17 and the cooling disk 27 to such an extent that a technically permissible bearing temperature is reached, for example when working with a very high coolant temperature of, for example, 70°C in the cooling circuit. The cooling disk 27 can, for example, serve for additional cooling of the rotor shaft 14 or can be omitted in individual cases.
Der Zwischenbereich zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Generator 10 ist von einem rohrförmigen Gehäuse 30 umgeben. Dieses weist unten Lufteinlaßöffnungen 31 und oben eine Luftabsaugleitung 32 auf, an die ein nicht dargestelltes Sauggebläse angeschlossen sein kann. Im Betrieb des Sauggebläses wird Luft durch die Luftabsaugleitung 32 abgesaugt, so daß Außenluft durch die Lufteinlaßöffnungen 31 ins Innere des Gehäuses 30 strömt und dabei am Drehlager 16, an der Kupplungseinrichtung 13 und einem Drehlager 33 zur Lagerung der Abtriebswelle 12 der Brennkraftmaschine 11 vorbei strömt und diese Bauteile kühlt. SomitThe intermediate area between the internal combustion engine 11 and the generator 10 is surrounded by a tubular housing 30. This has air inlet openings 31 at the bottom and an air suction line 32 at the top, to which a suction fan (not shown) can be connected. When the suction fan is in operation, air is sucked out through the air suction line 32 so that outside air flows through the air inlet openings 31 into the interior of the housing 30 and flows past the rotary bearing 16, the clutch device 13 and a rotary bearing 33 for supporting the output shaft 12 of the internal combustion engine 11 and cools these components. This means
werden auch die Kupplungseinrichtung 13 und die dort angeordneten Drehlager auf einer zulässigen Lagertemperatur gehalten.the coupling device 13 and the pivot bearings arranged there are also kept at a permissible storage temperature.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die durch die Luftabsaugleitung 32 abgesaugte Luft noch über einen Wärmetauscher zu leiten, um auch Restwärme aus dieser Luft wieder rückgewinnen zu können. Der Betrieb des Sauggebläses an der Luftabsaugleitung 32 kann auch temperaturabhängig geregelt sein, das heißt, das Sauggebläse wird nur dann eingeschaltet, wenn die Temperatur der Kupplungseinrichtung 13 oder der Drehlager 16, 33 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.It is of course also possible to pass the air extracted through the air extraction line 32 through a heat exchanger in order to be able to recover residual heat from this air. The operation of the suction fan on the air extraction line 32 can also be temperature-dependently controlled, i.e. the suction fan is only switched on when the temperature of the coupling device 13 or the pivot bearings 16, 33 exceeds a predetermined limit value.
Claims (1)
(25) versehenen Stirnseite der Rotorwelle (14) wegweist.9
(25) facing away from the front side of the rotor shaft (14).
(15) zur Flüssigkeitskühlung doppelwandig ausgebildet ist oder von einem Fl üssigkeits-Kühl rohr (21)
umgriffen wird.characterized in that the outer surface of the generator housing
(15) is double-walled for liquid cooling or is surrounded by a liquid cooling tube (21)
is encompassed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19970220 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990125 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020121 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20040302 |