ES2302621B1 - Generador electrico refrigerado con tubos embebidos en su cubierta. - Google Patents

Abstract

Generador eléctrico refrigerado con tubos embebidos en su cubierta que comprende medios de generación de energía eléctrica a partir del par motor proporcionado por un rotor eólico cuya cubierta externa está conformada por una carcasa cilíndrica (23) y unos escudos (25) realizados en fundición y que llevan embebidos conductos configurados para formar un circuito de refrigeración (31, 41) del generador con vías de entrada y salida (33, 35; 43, 45) de líquido refrigerante desde y hacia el exterior del generador. Preferentemente, el circuito (31) embebido en la carcasa cilíndrica (23) tiene forma helicoidal y los circuitos (41) embebidos en los escudos (25) tienen forma espiral.

Description

Generador eléctrico refrigerado con tubos embebidos en su cubierta.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un generador eléctrico refrigerado con tubos embebidos en su cubierta externa y, en particular, a un generador de una turbina eólica.

Antecedentes

Actualmente, los generadores y motores de gran tamaño, y fundamentalmente las máquinas síncronas de imanes permanentes van refrigeradas por agua de manera que se pueda extraer el calor del aire interior que es generado por las cabezas de las bobinas estatóricas y por el resto del cobre, y en la chapa, etc.

El hecho de disminuir la temperatura de ese aire interior es fundamental para estas máquinas cerradas, debido a que los rotores de las mismas llevan imanes, con los cuales se genera la tensión y la potencia a desarrollar por la máquina.

En la figura 1 se muestra uno de los sistemas de refrigeración más empleado hoy en día en una máquina cerrada, que es el de la llamada "camisa de agua" 11, en el que con una serie de acanaladuras 13 realizadas en la superficie exterior de la camisa se consiguen los caminos o canales de circulación del líquido refrigerante, normalmente agua. La "camisa de agua" 11 está zunchada a la carcasa exterior 15 de la máquina de manera que el circuito de agua pueda completarse. Como norma general, en el interior de la camisa 11 se cala el paquete estatórico 17 con sus bobinas 19 de manera que la fuente de generación de calor, que es el cobre, esté lo más cerca posible del agua, para que se produzca un intercambio térmico tanto por conducción, como por convección si existe algún tipo de elemento capaz de mover el aire interior, como por radiación. En la Figura 2 se muestra una "camisa" 11 con sus canales 13 dispuestos en forma helicoidal para la circulación del agua.

Dependiendo de la aplicación, y fundamentalmente de la calidad y propiedades del líquido refrigerante que circula por la "camisa", deberá estar o no realizada en acero inoxidable para evitar la corrosión de sus canales interiores como consecuencia de la circulación del líquido refrigerante.

Entre los inconvenientes del sistema de refrigeración que venimos de describir cabe citar los siguientes:

- La necesidad de que dicha "camisa" esté realizada en acero inoxidable para evitar su corrosión.

- El alto coste de mecanizado de la "camisa" para realizar las mencionadas acanaladuras.

- La necesidad de una pieza de cierre de la "camisa", que hará de carcasa de la máquina, para completar el circuito de refrigeración.

La presente invención está orientada a la solución de esos inconvenientes.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un generador eléctrico que comprende medios de generación de energía eléctrica a partir del par motor proporcionado por un rotor eólico y una cubierta externa conformada por una carcasa cilíndrica y unos escudos laterales en la que al menos uno de esos elementos está realizado en fundición y lleva embebido un conducto configurado para formar un circuito de refrigeración del generador con vías de entrada y salida de líquido refrigerante desde y hacia el exterior del generador.

En una realización preferente tanto la carcasa como los escudos están realizados en fundición y llevan embebido dicho circuito de refrigeración.

Una ventaja de la presente invención es que se disminuye el coste del generador al eliminar el coste del mecanizado de las acanaladuras de las "camisas" de la técnica anterior.

Otra ventaja de la presente invención es que se disminuye el número de piezas al sustituir la "camisa de agua" y la carcasa de la técnica anterior por una pieza única.

Otra ventaja de la presente invención es que la carcasa del generador puede realizarse en fundición lo que supone una disminución de coste respecto a las "camisas" de acero inoxidable.

Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa pero no limitativa de su objeto, en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista parcial en sección de un generador eléctrico con un sistema de refrigeración conocido en la técnica basado en una "camisa de agua".

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una "camisa de agua" conocida en la técnica.

La Figura 3 es una vista parcial en sección de un generador eléctrico según la presente invención.

La Figura 4 es una vista parcial en perspectiva de la cubierta de un generador eléctrico según la presente invención.

Las figuras 5a y 5b son, respectivamente, una vista lateral y una vista frontal del circuito de refrigeración embebido en la carcasa cilíndrica.

Las figuras 6a y 6b son, respectivamente, una vista lateral y una vista frontal del circuito de refrigeración embebido en un escudo.

Descripción detallada de la invención

Siguiendo las Figuras 3 y 4 se observa un generador eléctrico 21 según la presente invención con una carcasa cilíndrica 23 y dos escudos 25 formando su cubierta externa y en la que se muestran esquemáticamente las principales formas de intercambio de calor: flujos F1 de conducción y flujos F2 de radiación/convección.

En el interior de la carcasa cilíndrica se cala el paquete estatórico 17 con sus bobinas 19.

Tanto la carcasa 23 como los escudos 25 están realizados como piezas unitarias de fundición con un conducto embebido configurado de manera que actúe como circuito de refrigeración del generador con vías de entrada y salida de un líquido refrigerante desde y hacia el exterior.

Para favorecer el intercambio de calor entre el aire caliente en el interior de la máquina y las zonas refrigeradas, los escudos 25 incorporan una serie de aletas 29 próximas a zonas estratégicas de la máquina que incrementan la superficie de contacto y consiguientemente el calor intercambiado por radiación y convección. Aletas de ese tipo también pueden ser incorporadas a la carcasa 23.

En una realización preferente de la invención, el circuito de refrigeración 31 de la carcasa 23 tiene forma helicoidal con las vías de entrada 33 y salida 35 del líquido refrigerante en sus extremos y el circuito de refrigeración 41 de los escudos 25 tiene forma espiral con las vías de entrada 43 y salida 45 del líquido refrigerante en sus extremos.

Por su parte la sección del conducto de ambos circuitos 41, 43 puede ser circular ó rectangular (considerando incluida en esta forma la cuadrada).

Al estar los conductos que constituyen los circuitos 41, 43 embebidos en la carcasa 23 y los escudos 25 se consigue una unión perfecta entre ambos elementos que favorece enormemente la transmisión de calor por conducción.

Se estima que los porcentajes de calor a evacuar por cada elemento de la cubierta externa son un 40% por la carcasa 23 y un 25% por cada escudo 25. Como es obvio, esa distribución depende de la configuración que el diseñador de la máquina realice y, en particular, de las opciones elegidas en cuanto a la disposición de ventiladores para facilitar el movimiento del aire en el interior de la máquina o la colocación de aletas para aumentar la superficie de refrigeración.

La razón por la que el porcentaje de evacuación de la carcasa 23 es inferior a la suma de la evacuación de los escudos 25, es debido a que como se observa en la figura 3, el calor que se disipa a través de la carcasa es fundamentalmente el del paquete estatórico, mientras que los escudos 25 disiparán el calor de las cabezas de bobinas, las cuales suelen ser los puntos más calientes de las máquinas eléctricas. Ese calor de las cabezas se puede disipar por la ventilación de las mismas gracias a ventiladores que muevan ese aire circundante por las cabezas.

En una realización preferente de la invención el circuito 31 de la carcasa 23 está formado con un conducto de sección rectangular, que proporciona más superficie de contacto que si fuese circular. La separación entre las espiras de su forma helicoidal dependerá de la rigidez del tubo y de la disipación de calor que se quiera conseguir. Como método de fabricación del circuito helicoidal se contempla el de curvar un tubo en forma helicoidal, comprimirlo en una prensa y soldarle pequeñas chapas para mantener su forma.

En una realización preferente de la invención, los circuitos 41 de los escudos están formados con conductos de sección circular, más fácil de conformar que los de sección rectangular.

Las realizaciones preferentes que venimos de describir tratan de optimizar la relación entre espesores y superficies de contacto de los conductos de refrigeración en la carcasa 23 y los escudos 25 teniendo en cuenta que la carcasa 23 tiene mayor espesor que los escudos 25 dentro de los límites marcados para minimizar el peso del conjunto.

Para la fabricación de la carcasa 23 con el circuito 31 embebido y similarmente para la fabricación de los escudos 25 con el circuito 41 embebido se contempla un método mediante el cual un tubo con la forma del circuito deseado se dispone en el molde donde se verterá el caldo de la fundición para conformar la carcasa 23 y los escudos 25. Hay que garantizar una buena adherencia entre tubo y caldo para evitar imperfecciones, para ello se emplean técnicas habituales de fundición.

La temperatura de fusión del tubo y su espesor deben ser lo suficientemente elevados como para que el caldo de la fundición no lo dañen. Hay que tener en cuenta que hay que evitar cualquier perforación del tubo aunque pueda perder algo de espesor, pues otro factor además de la temperatura de fusión del tubo es la erosión o desgaste que produce a la temperatura de colada el fluir del caldo a la velocidad que tenga en cada parte del tubo. De ahí se deduce que es muy importante el espesor de dicho tubo, el cuál dependerá de la aplicación a la que se destine y de lo comentado anteriormente.

Aunque la presente invención se ha descrito por entero en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones que estén comprendidas en el ámbito de la invención, no considerando como limitativas estas realizaciones, según las reivindicaciones siguientes.

Claims (7)

1. Generador eléctrico que comprende medios de generación de energía eléctrica a partir del par motor proporcionado por un rotor eólico y una cubierta externa conformada por una carcasa cilíndrica (23) y unos escudos (25), caracterizado porque al menos uno de los elementos conformadores de dicha cubierta externa está realizado en fundición y lleva embebido un conducto configurado para formar un circuito de refrigeración (31, 41) del generador con vías de entrada y salida (33, 35; 43, 45) de líquido refrigerante desde y hacia el exterior del generador.

2. Generador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa cilíndrica (23) está realizada en fundición y lleva embebido un circuito de refrigeración (31) de forma helicoidal con sus vías de entrada (33) y salida (35) en los puntos extremos del circuito.

3. Generador eléctrico según la reivindicación 2, caracterizada porque el conducto del circuito de refrigeración (31) de la carcasa cilíndrica (23) tiene una sección de forma rectangular.

4. Generador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque al menos uno de los escudos (25) está realizado en fundición y lleva embebido un circuito de refrigeración (41) de forma espiral con sus vías de entrada (43) y salida (45) en los puntos extremos del circuito.

5. Generador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque al menos uno de los escudos (25) está realizado en fundición y lleva embebido un circuito de refrigeración (41) de forma espiral con dos vías de entrada laterales y una vía de salida por el centro.

6. Generador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 4-5, caracterizada porque el conducto del circuito de refrigeración (41) del escudo (25) tiene una sección de forma circular.

7. Generador eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque la cubierta externa incorpora en su interior aletas (29) para aumentar la superficie de contacto para el intercambio de calor.