Cabeza de torre de una instalación de energía eólica.

Cabeza de torre (1) de una instalación de energía eólica con un generador (11, 12, 13) accionado por el rotor

(4) de la instalación de energía eólica, sin interconexión de una transmisión, y con dispositivos para conducir un flujo de medio refrigerante que evacua el calor perdido del generador, presentando el paquete de estator (12) del generador (11, 12, 13) uno o varios canales (18; 18a, 45) que conducen el flujo de medio refrigerante a través del paquete de estator (12) y comprendiendo los dispositivos para conducir el flujo de medio refrigerante un circuito de medio refrigerante cerrado que está dispuesto exclusivamente dentro de la cabeza de torre (1) en el que está previsto un intercambiador de calor (23, 24), caracterizada por que el intercambiador de calor (24, 25) sobresale hacia fuera de la pared exterior de la cabeza de torre (1).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04016782.

Solicitante: VENSYS ENERGY AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: IM LANGENTAL 6 66539 NEUNKIRCHEN ALEMANIA.

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

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 > F03D11/00 (Detalles, partes constitutivas o accesorios no cubiertos por, o con un interés distinto que, los otros grupos de esta subclase)
  • 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... > H02K9/00 (Disposiciones de refrigeración o de ventilación (canales o conductos en las partes del circuito magnético H02K 1/20, H02K 1/32; canales o conductos en o entre los conductores H02K 3/22, H02K 3/24))
  • 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-2530876_T3.pdf

 

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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 interconexión de una transmisión, y con dispositivos para conducir un flujo de medio refrigerante que evacua el calor perdido del generador, presentando el paquete de estator del generador uno o varios canales que conducen el flujo de medio refrigerante a través del paquete de estator y presentando los dispositivos para conducir el flujo de medio refrigerante un circuito de medio refrigerante cerrado que está dispuesto exclusivamente dentro de la cabeza de torre y en el que está previsto un intercambiador de calor.

Las instalaciones de energía eólica deben conseguir potencias eléctricas lo más altas posibles, manteniendo un peso bajo y dimensiones pequeñas en lo posible. Este requerimiento relativo a una alta densidad de potencia hace necesaria una refrigeración más eficiente de los generadores, como se divulga, por ejemplo, en el documento DE19636591A1 del solicitante.

Una cabeza de torre del tipo mencionado al inicio es conocida por el documento WO01/21956A1. A través de un paquete de estator están guiados conductos de refrigeración de líquido refrigerante que se enfría por circulación de aire a través de un intercambiador de calor dispuesto en un canal de aire previsto en la cabeza de torre para enfriar el intercambiador de calor.

Como se explica en el documento EP1200733B1, el enfriamiento se realiza usualmente mediante el aire exterior aspirado que circula alrededor o a través del generador y evacua el calor hacia fuera. En este caso, la humedad y el contenido de sal del aire exterior producen una fuerte corrosión y, por consiguiente, afectan la vida útil de los generadores. Con el fin de solucionar este problema, el documento EP1200733B1 propone formar un circuito de refrigeración dentro de la instalación de energía eólica, que utiliza sólo el aire interior, evacuándose hacia fuera 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 de crear una cabeza de torre nueva que permita seguir aumentado la eficiencia y mejorando la durabilidad de las instalaciones de energía eólica.

Este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

El intercambiador de calor transfiere el calor procedente del circuito de medio refrigerante al aire frío que circula a través del intercambiador de calor. Dado que el intercambiador de calor sobresale hacia fuera, el aire exterior puede entrar libremente en el mismo.

Las ranuras de refrigeración según la invención posibilitan una refrigeración más intensa, por lo que se puede conseguir una alta densidad de potencia, es decir, una alta potencia eléctrica con un generador de pequeñas dimensiones y bajo peso. En particular, se puede conseguir una distribución uniforme de la temperatura en el paquete de estator y en los devanados de estator, incluidos los cabezales de arrollamiento. Se pueden duplicar los índices determinantes para la densidad de potencia de generadores, como el número de Esson o el empuje rotacional que es usualmente de 25 a 30 kN/m2.

Preferentemente, al menos una ranura se extiende como canal en dirección circunferencial, así como en sentido radial respecto al eje de giro del rotor a través del paquete de estator y está abierta hacia el entrehierro entre el paquete de estator y el rotor. Un flujo de medio refrigerante, preferentemente un flujo de aire refrigerante, se puede conducir por delante de los cabezales de arrollamiento del devanado de estator hacia el entrehierro y del entrehierro hacia la ranura o viceversa, provocando una refrigeración intensa del estator. El flujo de medio refrigerante circula aquí preferentemente alrededor de los cabezales de arrollamiento.

Preferentemente, varias ranuras, que se extienden en dirección circunferencial del paquete de estator y en sentido radial y están dispuestas a una distancia axial, discurren de manera conveniente en paralelo entre sí.

En el caso del generador se trata preferentemente de un generador sincrónico multipolar con rotor exterior o interior, estando unido el rotor de manera rígida con el rotor de la instalación de energía eólica, sin la interconexión de una transmisión. El rotor forma convenientemente una sección de la superficie exterior de la cabeza de torre, de modo que el aire exterior circula directamente alrededor del mismo, lo que contribuye además a la refrigeración del generador y reduce ventajosamente además la intensidad del flujo de medio refrigerante requerido.

Las ranuras crean preferentemente una conexión de flujo entre un espacio de flujo exterior y un espacio de flujo interior, estando formado el espacio de flujo exterior entre una estructura portante, que soporta el paquete de estator y el rotor de la instalación de energía eólica, y una pared exterior de la cabeza de torre y estando formado el espacio de flujo interior dentro de la estructura portante.

En otra forma de realización de la invención, la estructura portante forma un espacio anular que está delimitado externamente por el paquete de estator y está en conexión de flujo con el espacio interior de una sección tubular de la estructura portante concéntrica respecto al eje de giro del rotor de la instalación de energía eólica. El flujo de medio refrigerante puede entrar así desde el espacio de flujo exterior a través de las ranuras del paquete de estator en el espacio anular y desde aquí en el espacio de flujo interior restante, formado por la estructura portante.

En otra configuración de la invención están previstos dispositivos para conducir el flujo de medio refrigerante de tal modo que el flujo de medio refrigerante puede entrar por ambos lados del paquete de estator en el entrehierro entre el paquete de estator y el rotor. Esto garantiza una refrigeración uniforme del estator, en particular de los cabezales de arrollamiento.

Como dispositivos de conducción se tienen en cuenta canales de flujo que atraviesan el espacio anular mencionado y que conducen a otro espacio delimitado por la estructura portante, el rotor, y otra estructura portante que une el rotor de la instalación de energía eólica con el rotor. Las formas de realización con tales canales de flujo se tienen en cuenta en particular si para el apoyo del rotor de la instalación de energía eólica se utiliza un único cojinete que está dispuesto en el extremo libre de la sección tubular mencionada de la estructura portante y puede absorber pares de giro. La otra estructura portante puede estar formada por una pared frontal que sobresale de manera anular del buje del rotor de la instalación de energía eólica y presenta un acodado de borde exterior que forma una estructura portante para los imanes del rotor.

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

En otra forma de realización preferida de la invención están previstos dos intercambiadores de calor dispuestos a distancia uno de otro, entrando en direcciones opuestas el flujo de medio refrigerante del circuito de refrigeración en los intercambiadores de calor desde un espacio intermedio situado entre las unidades de intercambiador de calor o saliendo de los intercambiadores de calor hacia el espacio intermedio.

En otra configuración de la invención, el circuito de medio refrigerante presenta un ramal paralelo para enfriar un sistema electrónico de control instalado en la cabeza de torre. Alternativamente, el sistema electrónico de control podría estar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Cabeza de torre (1) de una instalación de energía eólica con un generador (11, 12, 13) accionado por el rotor (4) de la instalación de energía eólica, sin interconexión de una transmisión, y con dispositivos para conducir un flujo de 5 medio refrigerante que evacua el calor perdido del generador, presentando el paquete de estator (12) del generador (11, 12, 13) uno o varios canales (18; 18a, 45) que conducen el flujo de medio refrigerante a través del paquete de estator (12) y comprendiendo los dispositivos para conducir el flujo de medio refrigerante un circuito de medio refrigerante cerrado que está dispuesto exclusivamente dentro de la cabeza de torre (1) en el que está previsto un intercambiador de calor (23, 24) , caracterizada por que el intercambiador de calor (24, 25) sobresale hacia fuera de la pared exterior de la cabeza de torre (1) .

2. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que como canal está prevista al menos una ranura (18) que se extiende en dirección circunferencial y en sentido radial respecto al eje de giro (8) del rotor (11) a través del paquete de estator (12) y está abierta hacia el entrehierro (41) entre el paquete de estator (12) y el 15 rotor (11) .

3. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el rotor (11) del generador (11-13) está unido rígidamente 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) .

4. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que las ranuras (18) forman una conexión de flujo entre un espacio de flujo exterior (19) y uno interior (20) de un circuito de medio refrigerante.

5. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que el espacio de flujo exterior (19) está

delimitado por una estructura portante (5) que soporta el paquete de estator (12) y el rotor (4) de la instalación de energía eólica y por una pared exterior (9) de la cabeza de torre (1) dispuesta a distancia de la estructura portante (5) y el espacio de flujo interior (20) está formado dentro de la estructura portante (5) .

6. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada por que la estructura portante (5) forma un espacio anular (16) que está delimitado externamente por el paquete de estator (12) , que está en conexión de flujo con una sección tubular (6) de la estructura portante (5) concéntrica respecto al eje de giro (8) del rotor (4) de la instalación de energía eólica.

7. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que están previstos dispositivos para conducir el flujo de medio refrigerante de tal modo que el flujo de medio refrigerante puede entrar por ambos lados del paquete de estator (12) en el entrehierro (41) entre el paquete de estator (12) y el rotor (11) , circulando preferentemente alrededor de los cabezales de arrollamiento (13) , o puede salir del entrehierro (41) .

8. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que los dispositivos para conducir el flujo 40 de medio refrigerante presentan al menos un canal de flujo (37) que atraviesa el espacio anular (16) .

9. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que en el circuito de refrigeración está prevista al menos una rueda de ventilador (22) .

10. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que están previstos dos intercambiadores de calor (23, 24) dispuestos a distancia uno de otro, entrando el flujo de medio refrigerante del circuito de medio refrigerante en los intercambiadores de calor a través de un espacio intermedio (25) entre los intercambiadores de calor (23, 24) o saliendo de los intercambiadores de calor (23, 24) hacia el espacio intermedio (25) .

11. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el circuito de medio refrigerante presenta un ramal paralelo para enfriar un sistema electrónico de potencia previsto en la cabeza de torre (1) .

12. Cabeza de torre de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que está previsto un dispositivo de bombeo (34) para someter la cabeza de torre (1) a una presión interior.

13. Cabeza de torre de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que el dispositivo de bombeo (34) está

combinado con un dispositivo de filtrado y aspira aire de un espacio anular (35) que colinda con la hendidura entre el 60 rotor (11) y la pared exterior (9) de la cabeza de torre (1) .