Cabeza de torre de una instalación de energía eólica.

Cabeza de torre (1) de una instalación de energía eólica, con un generador de rotor exterior

(11, 12, 13) accionado por el rotor (4) de la instalación de energía eólica sin la interposición de una transmisión y dispositivos para la conducción de un flujo de refrigerante que evacua el calor perdido del generador, en la que un núcleo de estator (12) del generador (11, 12, 13) presenta uno o varios canales (18; 18a) que conducen el flujo de refrigerante a través del núcleo de estator (12),

caracterizada porque

los canales (18; 18a) están en conexión de flujo con un entrehierro (41) formado entre el núcleo de estator (12) y un rotor (11) del generador (11, 12, 13),

los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante están previstos de manera que el flujo de refrigerante puede entrar en el entrehierro (41) o salir del entrehierro (41) en ambos lados del núcleo de estator (12), una estructura de soporte (5), que mantiene el núcleo de estator (12) y el rotor (4) de la instalación de energía eólica, forma una cámara anular (16) delimitada radialmente exteriormente por el núcleo de estator (12), la cual está en conexión de flujo con los canales (18; 18a),

y los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante presentan al menos un canal de flujo (37), que atraviesa la cámara anular (16) en dirección axial y a través del que el flujo de refrigerante se conduce a uno o desde uno de los dos lados del núcleo de estator (12).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13163123.

Solicitante: VENSYS ENERGY AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: IM LANGENTAL 6 66539 NEUNKIRCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: KLINGER,PROF. DR.-ING. FRIEDRICH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D9/00 (Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D1/00 (Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente... > H02K7/18 (Asociación estructural de generadores eléctricos con motores de arrastre, p. ej. turbinas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Disposiciones de refrigeración o de ventilación... > H02K9/04 (teniendo medios para establecer la circulación de un agente de refrigeración)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos... > Detalles del circuito magnético (circuitos magnéticos... > H02K1/20 (con canales o conductos para el flujo de un agente de refrigeración)

PDF original: ES-2541422_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Cabeza de torre de una instalación de energía eólica.

La invención se refiere a una cabeza de torre de una instalación de energía eólica, con un generador accionado por el rotor de la instalación de energía eólica sin interposición de una transmisión y dispositivos para la conducción de un flujo de refrigerante que evacua el calor perdido del generador, presentando el núcleo de estator del generador uno o varios canales que conducen el flujo de refrigerante a través del núcleo de estator.

Una cabeza de torre semejante se desprende del documento WO 01/21956 A1. A través de un núcleo de estator se conducen las líneas de refrigeración para líquido de refrigeración, que se enfría vía un intercambiador de calor mediante una circulación de aire.

Las instalaciones de energía eólica deben obtener potencias eléctricas lo más elevadas posibles con peso y dimensiones lo más bajos posibles del generador alojado en la cabeza de torre. Este requisito de una densidad de potencia elevada hace necesaria una refrigeración más eficaz de los generadores, según se traduce, por ejemplo, en el documento DE 196 36 591 A1 de la solicitante.

Según se desprende del documento EP 1 200 733 B1, convencionalmente se refrigera mediante aire exterior aspirado, que fluye alrededor y a través del generado y evacua hacia fuera el calor. En este caso, debido a la humedad y contenido de sal del aire exterior se produce una corrosión aumentada y por consiguiente un menoscabo de la vida útil de los generadores. Para la solución de este problema, el documento EP 1 200 733 B1 propone formar un circuito de refrigeración dentro de la instalación de energía eólica, el cual sólo usa aire interior, evacuándose hacia el exterior el calor a evacuar a través de la pared de la torre y/o la pared de la cabeza de torre.

La presente invención tiene el objetivo crear una nueva cabeza de torre, que permita un aumento adicional de la eficiencia y una mejora de la durabilidad de las instalaciones eólicas.

Este objetivo se consigue porque los canales están en conexión de flujo con un entrehierro formado entre el núcleo de estator y un rotor del generador, los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante están previstos de manera que el flujo de refrigerante puede entrar en el entrehierro o salir del entrehierro en ambos lados del núcleo de estator, una estructura de soporte, que mantiene el núcleo de estator y el rotor de la instalación eólica, forma una cámara anular delimitada radialmente exteriormente por el núcleo de estator, la cual está en conexión de flujo con los canales y los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante presentan al menos un canal de flujo, que atraviesa la cámara anular en dirección axial y a través del que se conduce el flujo de refrigerante a uno o desde uno de los dos lados del núcleo de estator.

Las ranuras de refrigeración según la invención posibilitan una refrigeración más intensiva, de modo que se puede conseguir una densidad de potencia elevada, es decir, una potencia eléctrica elevada en caso de dimensiones menores y peso menor del generador. En particular se puede conseguir una distribución de temperatura uniforme en el núcleo de estator y en los devanados del estator, incluso las cabezas de bobina. Los índices determinantes para la densidad de potencia de los generadores, como número Esson o la razón de par, que se sitúa convencionalmente en 25 a 30 kN/m2, se pueden duplicar.

Debido a la medida según la invención se asegura una refrigeración uniforme del estator, en particular cuando con el lujo de refrigerante se fluye alrededor de las cabezas de bobina. Los canales de flujo que atraviesan la cámara anular pueden conducir a otra cámara anular, que mediante una estructura de soporte mencionada se delimita el rotor y otra estructura de soporte que conecta el rotor del aerogenerador con el rotor. Las formas de realización con canales de flujo semejantes entran en consideración en particular cuando para el alojamiento del rotor se usa un 50 único cojinete dispuesto en el extremo libre de la sección tubular mencionada de la estructura de soporte, el cual puede absorber los momentos de fuerza. La otra estructura de soporte puede estar formada entonces por una pared frontal, que sobresale anularmente del buje del rotor y presenta un acodamiento de borde exterior que forma una estructura de soporte para los imanes del rotor.

Preferentemente como canal se extiende al menos una ranura en la dirección periférica, así como radialmente respecto al eje de rotación del rotor a través del núcleo de estator y está abierta hacia el entrehierro entre el núcleo de estator y rotor. El flujo de refrigerante, preferentemente flujo de aire de refrigeración, se puede conducir con refrigeración intensiva del estator por delante de las cabezas de bobina del devanado de estator al entrehierro y del entrehierro a la ranura o a la inversa. Preferentemente el flujo de refrigerante fluye en este caso alrededor de las

cabezas de bobina.

Preferentemente varias ranuras que se extienden radialmente y en la dirección periférica del núcleo de estator, dispuestas axialmente a distancia discurren convenientemente en paralelo unas respecto a otras.

Mientras sea posible dejar circular el flujo de refrigerante en un circuito de refrigerante expandido en la torre de la instalación de energía eólica, en la forma de realización preferida de la invención, los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante presentan un circuito de refrigerante cerrado, dispuesto exclusivamente dentro de la cabeza de torre.

En el circuito de refrigeración puede estar previsto un intercambiador de calor, que emite el calor del circuito de refrigeración, por ejemplo, al aire exterior que atraviesa el intercambiador de calor.

El generador es preferentemente un generador síncrono multipolar con rotor exterior o interior, estando conectado el rotor de forma rígida con el rotor de la instalación de energía eólica sin interposición de una transmisión. Convenientemente el rotor forma una sección de la superficie exterior de la cabeza de torre, de modo que se circunda directamente por el aire exterior, lo que contribuye además a la refrigeración del generador y ventajosamente se disminuye aún más la intensidad del flujo de refrigeración necesario.

Preferentemente las ranuras establecen una conexión de lujo entre una cámara de flujo exterior y una interior, formándose la cámara de flujo exterior entre la estructura de soporte y una pared exterior de la cabeza de torre y la cámara de flujo interior dentro de la estructura de soporte.

En otra forma de realización, la cámara anular está en conexión de flujo con la cámara interior de una sección tubular de la estructura de soporte, concéntrica respecto al eje de rotación del rotor de la instalación de energía eólica. El flujo de refrigerante puede entrar entonces de la cámara de flujo exterior a través de las ranuras en el núcleo de estator a la cámara anular y desde allí a la restante cámara de flujo interior formada por la estructura de soporte.

En otra configuración de la invención, en el circuito de refrigeración está prevista al menos una rueda de ventilador que mantiene el refrigerante en circulación.

El intercambiador de calor mencionado sobresale ventajosamente hacia fuera de la pared exterior de la cabeza de torre, de modo que el aire exterior que fluye por delante de la cabeza de torre puede entrar sin trabas en ella.

En otra forma de realización preferida de la invención están previstos dos intercambiadores de calor dispuestos a distancia uno de otro, entrando el flujo de refrigerante del circuito de refrigeración de una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Cabeza de torre (1) de una instalación de energía eólica, con un generador de rotor exterior (11, 12, 13) accionado por el rotor (4) de la instalación de energía eólica sin la interposición de una transmisión y dispositivos para la conducción de un flujo de refrigerante que evacua el calor perdido del generador, en la que un núcleo de estator (12) del generador (11, 12, 13) presenta uno o varios canales (18; 18a) que conducen el flujo de refrigerante a través del núcleo de estator (12) ,

caracterizada porque

los canales (18; 18a) están en conexión de flujo con un entrehierro (41) formado entre el núcleo de estator (12) y un rotor (11) del generador (11, 12, 13) , los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante están previstos de manera que el flujo de refrigerante 15 puede entrar en el entrehierro (41) o salir del entrehierro (41) en ambos lados del núcleo de estator (12) , una estructura de soporte (5) , que mantiene el núcleo de estator (12) y el rotor (4) de la instalación de energía eólica, forma una cámara anular (16) delimitada radialmente exteriormente por el núcleo de estator (12) , la cual está en conexión de flujo con los canales (18; 18a) , y los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante presentan al menos un canal de flujo (37) , que atraviesa la cámara anular (16) en dirección axial y a través del que el flujo de refrigerante se conduce a uno o desde uno de los dos lados del núcleo de estator (12) .

2. Cabeza de torre según la reivindicación 1,

caracterizada porque

los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante están previstos de manera que el flujo de refrigerante 30 puede entrar en el entrehierro (41) o salir del entrehierro (41) fluyendo alrededor de las cabezas de bobina (13) .

3. Cabeza de torre según la reivindicación 1 ó 2,

caracterizada porque

como canal está prevista al menos un ranura (18) que se extiende en dirección periférica y radialmente respecto al eje de rotación (8) del rotor (11) a través del núcleo de estator (12) y que abre hacia el entrehierro (41) entre el núcleo de estator (12) y el rotor (11) .

4. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los dispositivos para la conducción del flujo de refrigerante comprenden un circuito de refrigerante cerrado, dispuesto 45 exclusivamente dentro de la cabeza de torre (1) .

5. Cabeza de torre según la reivindicación 4,

caracterizada porque

en el circuito de refrigerante está previsto un intercambiador de calor (23, 24) , atravesado preferentemente por aire exterior.

6. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 1 a 5, 55

caracterizada porque

el rotor (11) del generador (11-13) está conectado de forma rígida con el rotor (4) de la instalación de energía eólica, formando el rotor (11) una sección de la superficie exterior de la cabeza de torre (1) .

7. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizada porque

las ranuras (18) forman una conexión de flujo entre una cámara de flujo exterior (19) y una interior (20) de un circuito de refrigerante.

8. Cabeza de torre según la reivindicación 7, 10

caracterizada porque

la cámara de flujo exterior (19) está delimitada por la estructura de soporte (5) y una pared exterior (9) de la cabeza de torre (1) dispuesta a distancia de la estructura de soporte (5) y la cámara de flujo interior (20) está formada dentro 15 de la estructura de soporte (5) .

9. Cabeza de torre según la reivindicación 8,

caracterizada porque

la cámara anular (16) está en conexión de flujo con una sección tubular (6) de la estructura de soporte (5) , concéntrica al eje de rotación (8) del rotor (4) de la instalación de energía eólica.

10. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 4 a 9, 25

caracterizada porque

en el circuito de refrigeración está prevista al menos una rueda de ventilador (22) . 30 11. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizada porque el intercambiador de calor (24, 25) sobresale hacia fuera de la pared exterior de la cabeza de torre (1) . 35

12. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizada porque están previstos dos intercambiadores de calor (23, 24) dispuestos a distancia uno de otro, entrando el flujo de refrigerante del circuito de refrigerante en los intercambiadores de calor a través de una cámara intermedia (25) entre los intercambiadores de calor (23, 24) o saliendo de los intercambiadores de calor (23, 24) a la cámara intermedia (25) .

13. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 4 a 12, caracterizada porque el circuito de refrigerante presenta una rama paralela para la refrigeración de unidad electrónica de potencia prevista 50 en la cabeza de torre (1) .

14. Cabeza de torre según una de las reivindicaciones 1 a 13,

caracterizada porque

está previsto un dispositivo de bomba (34) que pone la cabeza de torre (1) bajo una presión interna.

15. Cabeza de torre según la reivindicación 14, 8

caracterizada porque

el dispositivo de bomba (34) está combinado con un dispositivo de filtro y aspira aire de una cámara anular (35) adyacente a la hendidura entre el rotor (11) y la pared exterior (9) de la cabeza de torre (1) .