ES2711259T3 - Sistema de refrigeración de góndola y de los componentes generadores de calor de una turbina eólica marina - Google Patents
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Abstract
Un sistema para refrigerar el aire dentro de una góndola y los componentes generadores de calor alojados en la góndola de una turbina eólica marina, que comprende: un circuito de refrigeración superior (12) en la góndola (20); un depósito (16) dispuesto debajo del circuito de refrigeración superior (12) y que tiene una tapa (22) que gira libremente alrededor de un eje vertical del depósito (16) junto con un tubo de entrada (B) y un tubo de salida (D) del circuito de refrigeración superior (12) a medida que la góndola (20) se desvía, coincidiendo el eje vertical del depósito (16) con un eje de desviación de la góndola (20); y un circuito de refrigeración inferior (14) dispuesto debajo del depósito (16), en el que el refrigerante circula a través del circuito de refrigeración superior (12) utilizando una o más bombas de refrigeración (36, 36a-36d) dispuestas en la góndola (20), el circuito de refrigeración superior (12) transporta calor desde los componentes generadores de calor y desde el aire dentro de la góndola (20) hasta el depósito (16), y el circuito de refrigeración inferior (14) transporta calor desde el depósito (16) hasta la parte inferior de la torre de turbina eólica y disipa el calor hacia el agua de mar a través de un intercambiador de calor (28) que es refrigerado con agua de mar.
Description
DESCRIPCION
Sistema de refrigeracion de gondola y de los componentes generadores de calor de una turbina eolica marina
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general a sistemas y procedimientos para refrigerar la gondola y los componentes generadores de calor de una turbina eolica marina, con una disposicion para calentarlos antes de un arranque en frio. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un sistema para enfriar el aire dentro de la gondola y para refrigerar los componentes generadores de calor tales como el tren de transmision, el generador electrico, el convertidor y el transformador de una turbina eolica marina. El sistema tambien se puede usar para calentar el aire dentro de la gondola y/o para calentar uno o mas de estos componentes antes de un arranque de turbina en frio.
Tecnica relacionada
Una turbina eolica convierte la energla cinetica del viento en energla electrica a traves de su rotor, tren de transmision, generador electrico y convertidor. Un transformador electrico convierte la salida de bajo voltaje del convertidor en una salida de alto voltaje antes de que la salida se envie a una subestacion en un parque eolico. Una gondola de turbina eolica aloja estos componentes mecanicos y electricos, a saber, el tren de transmision, el generador electrico, el convertidor y el transformador (que en general se encuentra en la gondola para reducir la perdida de potencia debido a la transmision electrica de bajo voltaje). La gondola de turbina eolica tambien aloja los componentes del sistema hidraulico necesarios para el cabeceo de las palas y la desviacion de la gondola.
Estos componentes generan una cantidad significativa de calor mientras la turbina eolica esta funcionando. Para su proteccion y su funcionamiento eficiente, el calor generado por tales componentes debe ser eliminado continuamente. Esto se hace tipicamente haciendo circular un refrigerante a traves de los intercambiadores de calor integrados en estos componentes. (ver, por ejemplo, los documentos WO 2008/102184, WO 2010/069954 y WO 01/77526). A continuacion, el refrigerante transporta el calor de estos componentes y lo disipa al aire ambiente con la ayuda de radiadores refrigerados por aire montados en el exterior de la gondola. El refrigerante puede ser cualquier fluido que se use tipicamente en intercambiadores de calor de baja temperatura, como una mezcla de etilenglicol y agua que no se congela durante el clima frio. El calor generado por el tren de transmision, y el sistema hidraulico, se disipa en el refrigerante a traves de intercambiadores de calor de liquido a liquido en el aceite lubricante y los colectores de fluido hidraulico, respectivamente.
Ademas de disipar el calor en el refrigerante, los componentes de turbina eolica tambien disipan el calor de sus superficies externas en el aire circundante. Componentes como el transformador disipan el calor principalmente en el aire circundante. Por lo tanto, el aire dentro de la gondola debe ser reemplazado continuamente por aire mas fresco (un sistema de flujo de aire abierto) o refrigerado y recirculado (un sistema de flujo de aire cerrado). En una turbina con un sistema de flujo de aire abierto, que se usa tipicamente en turbinas en tierra, el aire ambiente en general entra a traves de una o mas entradas en la parte inferior de la gondola, y el aire mas caliente sale al exterior a traves de las salidas en la parte superior trasera de la gondola. Los ventiladores de salida ayudan al flujo de aire a traves de la gondola y sobre los componentes generadores de calor. Por lo tanto, el aire ambiente se usa tipicamente como disipador de calor para refrigerar los componentes generadores de calor de una turbina eolica.
SUMARIO DE LA INVENCION
En una instalacion marina, debido a que el agua de mar tiene una capacidad de calor mas alta y tipicamente esta a una temperatura mas baja que el aire ambiente durante condiciones climaticas calidas, es ventajoso utilizar el agua de mar como disipador de calor en lugar del aire ambiente. Esto se puede lograr haciendo circular el refrigerante que transporta el calor de las fuentes de calor en la gondola a traves de un intercambiador de calor en la parte inferior de la torre que se enfria con agua de mar. Sin embargo, para capturar la energia maxima del viento, la gondola se desvia continuamente (gira alrededor de un eje vertical) de modo que las palas del rotor esten orientadas hacia la direccion del viento. Esto interfiere con la circulacion del refrigerante desde la gondola a cualquier intercambiador de calor en la parte inferior de la torre.
El sistema de refrigeracion de la presente invencion puede resolver este problema de manera efectiva, y utiliza el agua de mar como disipador de calor para disipar el calor generado por los componentes de turbina alojados en la gondola. Ademas, en un entorno marino, el aire ambiente tiene una alta humedad y lleva gotitas de agua y particulas de sal. Por lo tanto, un sistema de flujo de aire cerrado como el que se describe en la presente invencion, donde el calor del aire dentro de la gondola se disipa en el refrigerante a traves de un intercambiador de calor de liquido a aire
en la gondola, puede ser mas efectivo para prevenir la corrosion de los equipos y cortocircuitos electricos que un sistema de flujo de aire abierto que se usa tipicamente en tierra.
La presente invencion de acuerdo con un aspecto proporciona un sistema para enfriar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola en una turbina eolica marina. Un circuito de refrigeracion superior esta dispuesto en la gondola. Un deposito de refrigerante esta situado en una plataforma justo debajo de la parte inferior de la gondola. El deposito tiene una tapa que gira libremente alrededor del eje vertical del deposito junto con un tubo de entrada y un tubo de salida del circuito de refrigeracion superior cuando la gondola se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito con un eje de desviacion de la gondola. Un circuito de refrigeracion inferior esta dispuesto debajo del deposito. El refrigerante se hace circular a traves del circuito de refrigeracion superior utilizando una bomba dispuesta en la gondola. El circuito de refrigeracion superior transporta el calor desde los componentes generadores de calor y desde el aire dentro de la gondola hasta el deposito. El circuito de refrigeracion inferior transporta el calor desde el deposito hasta la parte inferior de la torre y disipa el calor en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor que es refrigerado con agua de mar.
La presente invencion de acuerdo con otro aspecto proporciona un sistema para enfriar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola en una turbina eolica marina. Un circuito de refrigeracion superior esta dispuesto en la gondola y comprende una pluralidad de circuitos de refrigeracion independientes, cada uno de los cuales tiene un tubo de entrada y un tubo de salida. Un deposito esta dispuesto debajo del circuito de refrigeracion superior y tiene una tapa que gira libremente alrededor de un eje vertical del deposito junto con los tubos de entrada y salida del circuito de refrigeracion superior a medida que la gondola se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito con un eje de desviacion de la gondola. Un circuito de refrigeracion inferior esta dispuesto debajo del deposito. El refrigerante se hace circular a traves del circuito de refrigeracion superior mediante una pluralidad de bombas de refrigeracion que corresponden respectivamente a los circuitos de refrigeracion independientes y que estan dispuestas en la gondola. El refrigerante circula a traves del circuito de refrigeracion inferior utilizando una bomba de refrigerante dispuesta en la parte inferior de la torre. El circuito de refrigeracion superior transporta el calor desde los componentes generadores de calor y desde el aire dentro de la gondola hasta el deposito. El circuito de refrigeracion inferior transporta el calor desde el deposito hasta la parte inferior de la torre y disipa el calor en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor que se enfria con agua de mar y una bomba de agua de mar que hace circular agua de mar a traves del intercambiador de calor.
La presente invencion de acuerdo con otro aspecto proporciona un procedimiento para enfriar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola en una turbina eolica marina, presentando la turbina eolica un circuito de refrigeracion superior y un circuito de refrigeracion inferior que comparten un deposito dispuesto entre los mismos, presentando el deposito una tapa. El procedimiento incluye las etapas de (1) girar la tapa del deposito libremente alrededor de un eje vertical del deposito junto con los tubos de entrada y salida del circuito de refrigeracion superior a media que la gondola se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito con un eje de desviacion de la gondola, (2) hacer circular refrigerante a traves del circuito de refrigeracion superior, y (3) transportar el calor de los componentes generadores de calor y del aire dentro de la gondola desde el circuito de refrigeracion superior a traves del deposito y el circuito de refrigeracion inferior hasta la parte inferior de la torre y disipar el calor en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor que es refrigerado con agua de mar.
La presente invencion de acuerdo con otro aspecto proporciona un sistema para calentar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola antes de un arranque en frio de una turbina eolica marina. Un circuito de refrigeracion superior esta dispuesto en la gondola. Un deposito esta dispuesto debajo del circuito de refrigeracion superior y tiene una tapa que gira libremente alrededor de un eje vertical del deposito junto con los tubos de entrada y salida del circuito de refrigeracion superior a medida que la gondola se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito con un eje de desviacion de la gondola. Un circuito de refrigeracion inferior esta dispuesto debajo del deposito. Durante condiciones de clima frio, el agua de mar se utiliza para calentar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior, transportando calor desde el agua de mar al refrigerante en el deposito, en el que el circuito de refrigeracion superior transporta el calor a los componentes de turbina eolica en la gondola para calentarlos.
Por consiguiente, la presente invencion se refiere a sistemas y procedimientos mejorados para refrigerar la gondola y los componentes generadores de calor de una turbina eolica marina con una disposicion para calentar estos componentes antes de un arranque en frio. La presente invencion puede superar los inconvenientes mencionados anteriormente asi como otros inconvenientes de los procedimientos existentes.
Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion, asi como de la estructura y el funcionamiento de diversos modos de realizacion de la presente invencion, se describen en detalle a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las caracterlsticas y ventajas de la presente invencion se entenderan mas facilmente a partir de una descripcion detallada de los modos de realizacion a modo de ejemplo tomadas junto con las siguientes figuras:
La Fig. 1 muestra un sistema de refrigeracion para una turbina eolica marina de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion.
La Fig. 2 muestra un sistema de refrigeracion para una turbina eolica marina de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion.
La Fig. 2A muestra una version parcial ampliada de la Fig. 2.
La Fig. 3, que incluye las Figs. 3A y 3B, muestra una vista en primer plano del deposito de refrigerante y su tapa que gira libremente de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion.
La invencion se describira a continuacion en relacion con ciertos modos de realizacion a modo de ejemplo; sin embargo, debe quedar claro para los expertos en la materia que pueden realizarse diversas modificaciones, adiciones y omisiones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
DESCRIPCION DETALLADA DE LOS MODOS DE REALIZACION PREFERENTES
En general, el sistema de refrigeracion de turbina de un modo de realizacion de la presente invencion comprende dos circuitos de refrigeracion, uno superior y otro inferior, que comparten un deposito cilindrico. El deposito esta hueco en el centro y se coloca en una plataforma dentro de la torre y justo debajo de la parte inferior de la gondola. Los ejes verticales del deposito y su tapa coinciden con el eje de desviacion de la gondola. Cabe destacar que la tapa del deposito puede girar libremente alrededor de su eje.
El refrigerante puede ser cualquier fluido que se use tipicamente en intercambiadores de calor de baja temperatura, como una mezcla de etilenglicol y agua que no se congela durante un clima frio. El circuito de refrigeracion superior transporta el calor del tren de transmision, el generador y otros componentes generadores de calor, asl como el aire dentro de la gondola, y lo transporta al deposito. El calor del aire dentro de la gondola se disipa al circuito de refrigeracion superior a traves de un intercambiador de calor de liquido a aire. Despues, el circuito de refrigeracion inferior transporta el calor desde el deposito hasta la parte inferior de la torre y lo disipa en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor.
La gondola de turbina eolica y la torre estan selladas para minimizar la fuga de aire. Ademas, el aire dentro de las mismas se mantiene a una presion ligeramente superior que el aire ambiente. El sistema es un sistema de flujo de aire cerrado, excepto para una pequena cantidad de aire ambiente tratado para gotitas de agua, contenido de sal y humedad que se introduce en la torre en la parte inferior para compensar cualquier fuga de aire.
El sentido del flujo de calor en los circuitos de refrigeracion puede invertirse, si es necesario, como antes de un arranque en frio de la turbina. Durante condiciones de clima frio severo, el agua de mar, que esta mas caliente que el aire ambiente, puede usarse para calentar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior y asl transportar el calor del agua de mar al refrigerante en el deposito. Despues, el circuito de refrigeracion superior transporta el calor al tren de transmision y otros componentes de la gondola y los calienta. Esto puede reducir el tiempo necesario para un arranque en frio de la turbina. El refrigerante se puede calentar adicionalmente en cualquiera de los circuitos de refrigeracion por medios electricos o por otros medios, como quemar un combustible fosil para acelerar el arranque en frio de la turbina.
A medida que la gondola se desvia para dirigir las palas del rotor hacia la direccion del viento, los tubos de entrada y salida del circuito de refrigeracion superior giran libremente dentro del deposito junto con la tapa del deposito. El espacio hueco abierto en el centro del deposito proporciona una trayectoria de acceso para las lineas electricas, etc., entre la gondola y la torre. Dado que el agua de mar se utiliza como disipador de calor, y parte del sistema de refrigeracion de la presente invencion se une a la torre en su parte inferior, el sistema de la presente invencion puede reducir el tamano y el peso total de la gondola.
A continuacion se describen ejemplos mas detallados de modos de realizacion a modo de ejemplo de sistemas y procedimientos mejorados de la invencion para refrigerar la gondola y los componentes generadores de calor de la turbina eolica marina y calentarlos antes de un arranque en frio. Por supuesto, debe entenderse que la invencion no esta limitada a los ejemplos mostrados y descritos, y que, por supuesto, se pueden hacer varias modificaciones que estan dentro del espiritu y alcance de la invencion.
La Fig. 1 muestra un sistema de refrigeracion 10 para una turbina eolica marina de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion. El sistema 10 comprende dos circuitos de refrigeracion, un circuito de refrigeracion superior 12 y un circuito de refrigeracion inferior 14, que comparten un deposito cilindrico 16. El deposito 16 esta hueco en el centro y esta unido a una plataforma dentro de la torre 18 justo debajo de la parte inferior de la gondola 20. Los ejes verticales del deposito y su tapa coinciden con el eje de desviacion de la gondola. Cabe destacar que la tapa de deposito 22 puede girar libremente alrededor de su eje. Como se senalo anteriormente, el refrigerante puede ser cualquier fluido que se use tipicamente en intercambiadores de calor de baja temperatura, como una mezcla de etilenglicol y agua que no se congela durante el clima frio.
La gondola esta disenada para desviarse casi sobre el eje vertical de la torre, de modo que las palas esten orientadas en la direccion del viento. La gondola puede girar tipicamente de manera alterna dos revoluciones completas aproximadamente en cualquier sentido (en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj mirando hacia arriba desde la turbina). Si se llevara el refrigerante a la parte inferior de la torre, se enfriase y se devolviera a la gondola sin un dispositivo tal como un deposito con una tapa giratoria como se propone en esta invencion, los tubos de refrigerante interferirlan con la desviacion de la gondola. Incluso si se usaran tubos flexibles para el flujo de refrigerante, la desviacion de la gondola causarla que los tubos se enrollaran y desenrollaran constantemente, lo cual podria ocasionar un fallo del tubo. Ademas, los tubos flexibles pueden no ser capaces de manejar la presion estatica del refrigerante debido a la altura significativa de la gondola desde la parte inferior de la torre.
El circuito de refrigeracion superior 12 transporta el calor de los componentes generadores de calor, por ejemplo, el tren de transmision 24, el generador electrico 26, el convertidor 28, el colector de fluido hidraulico (no mostrado) y el transformador 32, asl como del aire en el interior de la gondola 20, y vierte el calor en el deposito 16. El calor generado por el tren de transmision 24 y por el sistema hidraulico 30 se disipa en el refrigerante a traves de intercambiadores de calor de liquido a liquido en el aceite lubricante y los colectores de fluido hidraulico, respectivamente.
El refrigerante circula a traves del circuito de refrigeracion superior 12 mediante una o mas bombas de refrigerante 36. El calor del aire dentro de la gondola 20 se disipa en el refrigerante a traves del intercambiador de calor de aire a liquido 34. Uno o mas sopladores ayudan a dirigir el aire mas frio que sale de este intercambiador de calor 34 hacia las superficies externas del tren de transmision 24, el generador 26, el convertidor 28 y el transformador 32, refrigerando asi estos componentes desde el exterior.
Dos modos de realizacion se describen en el presente documento para el circuito de refrigeracion superior. En un modo de realizacion, como se muestra en la Fig. 1, el circuito de refrigeracion superior utiliza solamente una bomba de refrigerante 36, y una entrada y una salida al deposito 16. En la Fig. 1, el tubo de entrada para el circuito de refrigeracion superior 12 esta etiquetado como A, el tubo de salida para el circuito de refrigeracion superior 12 esta etiquetado como B, el tubo de entrada para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como C y el tubo de salida para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como D. Despues de la bomba 36, el flujo de refrigerante se ramifica y fluye a traves de los intercambiadores de calor en los diferentes componentes generadores de calor y a traves del intercambiador de calor de liquido a aire 34. El refrigerante mas caliente sale de estas ramificaciones y vuelve a unirse antes de fluir hacia el deposito 16. Los caudales de refrigerante a traves de las diferentes ramificaciones del circuito pueden controlarse mediante dispositivos de restriccion de flujo (por ejemplo, valvulas hidraulicas controladas electronicamente).
Asi, en la Fig. 1, el circuito de refrigeracion superior 12 contiene un circuito de flujo con ramificaciones para los diferentes componentes generadores de calor en la gondola 20. El flujo en cada una de estas ramificaciones se puede ajustar utilizando dispositivos de restriccion de flujo (no mostrados en la figura). El circuito de refrigeracion superior 12 lleva el calor desde la gondola 20 hasta el deposito 16. El circuito de refrigeracion inferior 14 lleva entonces el calor desde el deposito 16 hasta la parte inferior de la torre 18 y lo disipa en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor 38.
En otro modo de realizacion, como se muestra mediante el sistema 11 de la Fig. 2, el circuito de refrigeracion superior es una coleccion de multiples circuitos de refrigeracion independientes. Cada uno de estos circuitos tiene una bomba de refrigerante dedicada 36a-d, una entrada dedicada y una salida dedicada al deposito 16, y transporta el calor de uno o mas componentes generadores de calor al deposito 16. Por lo tanto, el calor de los componentes generadores de calor en la gondola 20 y el aire dentro de la gondola 20 se eliminan mediante el circuito de refrigeracion superior 12 y se introducen en el deposito de refrigerante 16. El caudal de refrigerante en cada uno de los circuitos se controla de forma independiente y, por lo tanto, la temperatura maxima del componente generador de calor particular en ese circuito de refrigeracion.
El circuito de refrigeracion inferior 14 transporta el calor desde el deposito 16 hasta la parte inferior de la torre 18 y disipa el calor en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor de liquido a liquido 38 en la parte inferior de la torre. La bomba de refrigerante 40 en la parte inferior de la torre hace circular el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior 14. Una bomba de agua de mar 42 hace circular agua de mar fria a traves del intercambiador de calor en un circuito de flujo abierto. El refrigerante expulsa el calor al agua de mar fria en el intercambiador de calor 38. La bomba 40 ayuda a hacer circular el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior (lleva el refrigerante caliente desde el deposito al intercambiador de calor 38 y devuelve el refrigerante frio al deposito). La bomba 42 ayuda a llevar el agua de mar fresca y fria al intercambiador de calor 38 y lleva el agua de mar caliente de vuelta al mar.
Por lo tanto, la Fig. 2 muestra un sistema de refrigeracion para una turbina eolica marina de acuerdo con otro modo de realizacion de la presente invencion. El circuito de refrigeracion superior 12 contiene circuitos de flujo independientes para cada uno de los componentes generadores de calor en la gondola 20. El circuito de refrigeracion superior 12 lleva el calor de estos componentes al deposito 16. Despues, el circuito de refrigeracion inferior 14 transporta el calor desde el deposito 16 hasta la parte inferior de la torre 18 y lo disipa en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor 28. En la Fig. 2, los tubos de entrada para el circuito de refrigeracion superior 12 estan etiquetados como A, los tubos de salida para el circuito de refrigeracion superior 12 estan etiquetados como B, el tubo de entrada para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como C y el tubo de salida para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como D.
La Fig. 2A muestra una version parcial ampliada de la Fig. 2. En la Fig. 2A, los tubos de entrada del circuito de refrigeracion superior 12, que conectan el deposito 16 a las bombas, estan etiquetados como 1, 2, 3 y 4. Especificamente, el tubo de entrada para el generador 26 esta etiquetado como 1, el tubo de entrada para la caja de engranajes 24 esta etiquetado como 2, el tubo de entrada para el intercambiador de calor 34 esta etiquetado como 3 y el tubo de entrada para el convertidor 28 y el sistema hidraulico 30 esta etiquetado como 4. Tambien en la Fig. 2A, los tubos de salida para el circuito de refrigeracion superior 12 al interior del deposito 16 estan etiquetados como a, b, c, y d. Especificamente, el tubo de salida para el generador 26 esta etiquetado como a, el tubo de salida para la caja de engranajes 24 esta etiquetado como b, el tubo de salida para el intercambiador de calor 34 esta etiquetado como c y el tubo de salida para el convertidor 28 y el sistema hidraulico 30 esta etiquetado como d.
Se observa que los ejes verticales del deposito 16 y su tapa 22 coinciden con el eje de desviacion de gondola 21. La tapa de deposito 22 tambien puede girar libremente alrededor de su eje. Cuando la gondola 20 se desvia para dirigir las palas de rotor 13 hacia la direccion del viento, los tubos de entrada y salida del circuito de refrigeracion superior 12 giran libremente dentro del deposito 16 junto con la tapa de deposito 22. Ademas, las entradas y salidas de refrigerante en el deposito 16 pueden ubicarse juiciosamente de manera que la salida de refrigerante del circuito de refrigeracion inferior 14 este mas cerca de la entrada de refrigerante del circuito de refrigeracion superior 12, y la salida de refrigerante del circuito de refrigeracion superior 12 este mas cerca de la entrada de refrigerante del circuito de refrigeracion inferior 14. Esto garantiza que el circuito de refrigeracion superior lleve el refrigerante frio a los componentes generadores de calor en la gondola y que el circuito de refrigeracion inferior lleve el refrigerante caliente a la parte inferior de la torre para expulsar el calor al agua de mar.
Como se senalo anteriormente, el espacio hueco abierto en el centro del deposito 16 proporciona una trayectoria de acceso para las lineas electricas, etc., entre la gondola 20 y la torre 18. Dado que el agua de mar se utiliza como disipador de calor y la mayorla de los componentes que ayudan a disipar el calor generado por la turbina estan unidos a la torre 18 en su parte inferior, el sistema de la presente invencion puede reducir el tamano y el peso total de la gondola.
La gondola de turbina eolica 20 y la torre 18 estan selladas para minimizar la fuga de aire. Ademas, el aire dentro de las mismas se mantiene a una presion ligeramente superior que el aire ambiente. Es un sistema de flujo de aire cerrado, excepto para una pequena cantidad de aire ambiente tratado para gotitas de agua, contenido de sal y humedad que se introduce en la torre 18 en la parte inferior para compensar cualquier fuga de aire (no mostrado en las figuras).
Cabe destacar que el sentido del flujo de calor en los circuitos de refrigeracion puede invertirse, si es necesario, como antes de un arranque en frio de la turbina. Durante condiciones de clima frio severo, el agua de mar, que esta mas caliente que el aire ambiente, puede usarse para calentar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior 14 y asl transporter el calor del agua de mar al refrigerante en el deposito 16. Despues, el circuito de refrigeracion superior transporta el calor al tren de transmision 24 y otros componentes de la gondola 20 y los calienta. Esto puede reducir el tiempo necesario para un arranque en frio de la turbina. El refrigerante se puede calentar adicionalmente en cualquiera de los circuitos de refrigeracion 12, 14 mediante medios electricos u otros para acelerar el proceso de calentamiento de la turbina antes de un arranque en frio.
Como se senalo anteriormente, el calor generado por el tren de transmision 24 y por los componentes hidraulicos 30 se transfiere al refrigerante en el circuito de refrigeracion superior a traves de intercambiadores de calor de liquido a liquido en los colectores de aceite lubricante y de fluido hidraulico, respectivamente, y se transporta al deposito de refrigerante 16. De forma alternativa, el aceite lubricante (que refrigera el tren de transmision) y el fluido utilizado en el sistema hidraulico para el cabeceo de las paletas y la desviacion de la gondola pueden enfriarse haciendolos circular a traves de intercambiadores de calor de liquido a liquido independientes (no mostrados en las figuras) que estan sumergidos verticalmente en el refrigerante del deposito. El unico requisito en este caso es que estos intercambiadores de calor tengan una forma tal que puedan girar libremente dentro del deposito 16 cuando la gondola 20 se desvie.
La Fig. 3 muestra una vista en primer plano del deposito de refrigerante 16 y de su tapa 22 que gira libremente. Los tubos de entrada y salida de refrigerante del circuito de refrigeracion superior 12 giran libremente dentro del deposito 16 a media que la gondola 20 se desvia para dirigir las palas 13 hacia la direccion del viento. En la Fig. 3, el tubo de entrada para el circuito de refrigeracion superior 12 esta etiquetado como A, el tubo de salida para el circuito de refrigeracion superior 12 esta etiquetado como B, el tubo de entrada para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como C y el tubo de salida para el circuito de refrigeracion inferior 14 esta etiquetado como D. Se observa que el eje de simetria 23 del deposito 16 es casi coincidente con el eje de desviacion de gondola 21.
El sistema de refrigeracion de turbina como el mostrado en la Fig. 1 es tal que el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior 14 se enfria en un intercambiador de calor de liquido a liquido 38 mediante un sistema de agua de mar de flujo abierto. De forma alternativa, el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior 14 puede refrigerarse mediante un intercambiador de calor que se sumerge directamente en el agua de mar (no mostrado). En este ultimo caso, lo mas probable es que se necesite un intercambiador de calor mas grande debido al menor coeficiente de transferencia de calor en el lado del agua de mar. Ademas, se necesitan disposiciones para garantizar que no se produzca ningun crecimiento marino en el intercambiador de calor sumergido en el agua de mar.
Tanto en las turbinas eolicas marinas como en tierra, tambien se puede usar un radiador refrigerado por aire en la parte inferior de la torre para enfriar el refrigerante caliente en el circuito de refrigeracion inferior. Una de las principales ventajas de utilizar un radiador refrigerado por aire cerca de la parte inferior de la torre es reducir el tamano y el peso de la gondola. De forma alternativa, el circuito de refrigeracion inferior tambien se puede conectar a un sistema de refrigeracion y calefaccion geotermico.
Aunque diversos modos de realizacion de la presente invencion se han descrito anteriormente, debe entenderse que se han presentado a modo de ejemplo y no de limitacion. Sera evidente para los expertos en la(s) tecnica(s) relacionada(s) que se pueden realizar diversos cambios en la forma y los detalles sin apartarse del espiritu y alcance de la presente invencion. Por lo tanto, la presente invencion no debe limitarse mediante ninguno de los modos de realizacion a modo de ejemplo descritos anteriormente, sino que debe definirse unicamente de acuerdo con las siguientes reivindicaciones y sus equivalencias.
Ademas, debe entenderse que las figuras ilustradas en los anexos, que resaltan la funcionalidad y las ventajas de la presente invencion, se presentan solamente a modo de ejemplo.
Claims (12)
1. Un sistema para refrigerar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola de una turbina eolica marina, que comprende:
un circuito de refrigeracion superior (12) en la gondola (20);
un deposito (16) dispuesto debajo del circuito de refrigeracion superior (12) y que tiene una tapa (22) que gira libremente alrededor de un eje vertical del deposito (16) junto con un tubo de entrada (B) y un tubo de salida (D) del circuito de refrigeracion superior (12) a medida que la gondola (20) se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito (16) con un eje de desviacion de la gondola (20); y
un circuito de refrigeracion inferior (14) dispuesto debajo del deposito (16),
en el que
el refrigerante circula a traves del circuito de refrigeracion superior (12) utilizando una o mas bombas de refrigeracion (36, 36a-36d) dispuestas en la gondola (20),
el circuito de refrigeracion superior (12) transporta calor desde los componentes generadores de calor y desde el aire dentro de la gondola (20) hasta el deposito (16), y
el circuito de refrigeracion inferior (14) transporta calor desde el deposito (16) hasta la parte inferior de la torre de turbina eolica y disipa el calor hacia el agua de mar a traves de un intercambiador de calor (28) que es refrigerado con agua de mar.
2. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas otro intercambiador de calor (34) dispuesto dentro de la gondola para disipar el calor del aire dentro de la gondola en el refrigerante.
3. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que el centro del deposito (16) es hueco.
4. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que la gondola (20) y la torre (18) estan selladas para minimizar las fugas de aire, y el aire dentro de la gondola (20) y la torre (18) se mantiene a una presion ligeramente mayor que el aire ambiente.
5. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un intercambiador de calor refrigerado con agua de mar (38) dispuesto en la parte inferior de la torre (18) para enfriar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior (14).
6. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que, en condiciones de clima frio, el sentido del flujo de calor en los circuitos de refrigeracion superior e inferior (12, 14) se invierte y el agua de mar se utiliza para calentar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior (12), transportando calor del agua de mar al refrigerante en el deposito (16), en el que el circuito de refrigeracion superior (12) transporta el calor a los componentes generadores de calor para calentarlos antes de un arranque en frio de la turbina.
7. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que:
el circuito de refrigeracion superior (12) comprende una pluralidad de circuitos de refrigeracion independientes, cada uno de los cuales tiene un tubo de entrada y un tubo de salida; el refrigerante circula a traves del circuito de refrigeracion superior (12) utilizando una pluralidad de bombas de refrigeracion (36a-36d) que corresponden respectivamente a los circuitos de refrigeracion independientes y que estan dispuestas entre la gondola (20) y el circuito de refrigeracion superior (12),
el circuito de refrigeracion inferior (114) comprende una bomba de agua de mar (42) que hace circular agua de mar a traves del intercambiador de calor (38) del circuito de refrigeracion inferior (14).
8. Un procedimiento para enfriar el aire dentro de una gondola y los componentes generadores de calor alojados en la gondola (20) en una turbina eolica marina, presentando la turbina eolica un circuito de refrigeracion superior (12) y un circuito de refrigeracion inferior (14) que comparten un deposito (16) dispuesto entre los mismos, presentando el deposito (16) una tapa (22), comprendiendo el procedimiento las etapas de:
girar la tapa (22) del deposito (16) libremente alrededor de un eje vertical del deposito (16) junto con los tubos de entrada y salida (C, D) del circuito de refrigeracion superior (12) a medida que la gondola (20) se desvia, coincidiendo el eje vertical del deposito (16) con un eje de desviacion de la gondola (20);
hacer circular refrigerante a traves del circuito de refrigeracion superior (12); y
transportar calor de los componentes generadores de calor y del aire dentro de la gondola (12) desde el circuito de refrigeracion superior (12) a traves del deposito (16) y el circuito de refrigeracion inferior (14) hasta la parte inferior de la carcasa de la torre de la turbina eolica y disipar el calor en el agua de mar a traves de un intercambiador de calor (38) que se refrigera con agua de mar.
9. El procedimiento segun la reivindicacion 8, en el que dicha etapa de circulacion incluye hacer circular el refrigerante a traves del circuito de refrigeracion superior (12) usando una bomba de refrigeracion (36) dispuesta entre la gondola (20) y el circuito de refrigeracion superior (12).
10. El procedimiento segun la reivindicacion 8, en el que dicha etapa de circulacion incluye hacer circular el refrigerante a traves del circuito de refrigeracion superior (12) utilizando una pluralidad de bombas de refrigeracion (36a-36d) correspondientes respectivamente a los tubos de entrada y salida (C, D) del circuito de refrigeracion superior (12) y estando dispuestas entre la gondola (20) y el circuito de refrigeracion superior (12).
11. El procedimiento segun la reivindicacion 8, que comprende ademas la etapa de hacer circular el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior (14) usando una bomba de refrigerante (4) dispuesta en la parte inferior de la torre (18).
12. El procedimiento segun la reivindicacion 8, que comprende ademas las etapas de, durante condiciones de clima frio, invertir el sentido del flujo de calor en los circuitos de refrigeracion superior e inferior (12, 14) utilizando el agua de mar para calentar el refrigerante en el circuito de refrigeracion inferior (14), transportar calor del agua de mar al refrigerante en el deposito (16) y transportar el calor desde el deposito (16) a traves del circuito de refrigeracion superior (12) y a los componentes generadores de calor para calentarlos antes de un arranque en frio de la turbina.
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