Procedimientos y aparatos para refrigerar generadores de turbinas eólicas.

Un generador (10) de turbina eólica que incluye un estátor (14) con un núcleo (32) y una pluralidad de espirales (38) de estátor dispuestos en circunferencia alrededor de un eje longitudinal (28) del generador. Un rotor (12) es rotable alrededor del eje longitudinal del generador, y el rotor incluye una pluralidad de elementos magnéticos (46) acoplados con el rotor y que cooperan con los espirales del estátor. Los elementos magnéticos están configurados para generar un campo magnético y los espirales del estátor están configurados para interactuar con el campo magnético a fin de generar un voltaje en los espirales del estátor. Un montaje de tuberías térmicas (60) se conecta térmicamente con uno entre el estátor y el rotor para disipar el calor generado en el estátor o el rotor

Procedimientos y aparatos para refrigerar generadores de turbinas eólicas.

Objeto de la invención

Esta invención se refiere, en general, a generadores de turbinas eólicas y, más en particular, a procedimientos y aparatos para refrigerar generadores de turbinas eólicas.

Antecedentes de la invención

Recientemente, las turbinas eólicas han recibido una creciente atención como una fuente de energía alternativa, segura en aspectos ambientales y relativamente barata. Con este creciente interés, se han realizado considerables esfuerzos para desarrollar turbinas eólicas que sean fiables y eficientes.

Generalmente, una turbina eólica incluye una pluralidad de paletas acopladas a un rotor por medio de un cubo central. El rotor está montado dentro de un alojamiento o barquillo, que está situado sobre el extremo superior de una torre o base tubular. Las turbinas eólicas de categoría de servicio público (es decir, turbinas eólicas diseñadas para proporcionar energía eléctrica a una red de servicio público) pueden tener grandes rotores (p. ej., de 30 o más metros de diámetro). Las paletas en estos rotores transforman la energía eólica en una fuerza de torsión rotatoria que gobierna el rotor de uno o más generadores, acoplados rotatoriamente al rotor. El rotor recibe soporte de la torre a través de un cojinete que incluye una porción fija acoplada con una porción rotatoria. El cojinete está sujeto a una pluralidad de cargas, que incluyen la del peso del rotor, la de una carga del momento del rotor que está contrapesada desde el cojinete, las de cargas asimétricas, tales como cizallas eólicas horizontales, desalineación por derrape, y la turbulencia natural.

En el generador, los componentes del rotor y los componentes del estátor están separados por un hueco. Durante la operación, un campo magnético generado por imanes permanentes y/o polos devanados montados sobre el rotor pasa a través del hueco entre el rotor y el estátor. El estátor incluye un núcleo y una bobina que rodea al núcleo. Los imanes inducen una corriente en el núcleo y la bobina para generar electricidad.

Sin embargo, cuando la electricidad se genera en el núcleo y la bobina, el núcleo y la bobina generan una significativa cantidad de calor. También se genera calor en el rotor y los imanes. Los sistemas convencionales de refrigeración para los componentes del generador incluyen sistemas de ventilación refrigerados por aire y sistemas refrigerados por agua. Estos sistemas convencionales son típicamente complejos y requieren componentes adicionales para facilitar la refrigeración. Adicionalmente, estos sistemas convencionales requieren mantenimiento y energía para operar. Estos factores añaden costes a la operación del generador.

Descripción de la invención

En un aspecto, se proporciona un generador de turbina eólica que incluye un estátor que tiene un núcleo y una pluralidad de espirales del estátor dispuestos en circunferencia alrededor de un eje longitudinal del generador. Un rotor es rotable alrededor del eje longitudinal del generador, y el rotor incluye una pluralidad de elementos magnéticos acoplados con el rotor, y que cooperan con los espirales del estátor. Los elementos magnéticos están configurados para generar un campo magnético, y los espirales del estátor están configurados para interactuar con el campo magnético a fin de generar un voltaje en los espirales del estátor. Un montaje de tuberías térmicas se acopla térmicamente con uno entre el estátor y el rotor, a fin de disipar el calor generado en el estátor o el rotor.

En otro aspecto, se proporciona un generador para una turbina eólica que incluye un núcleo de estátor y una pluralidad de bobinas acopladas con el núcleo. Las bobinas están configuradas a fin de generar una emisión eléctrica del generador. Un montaje de tuberías térmicas se acopla térmicamente con al menos uno entre el núcleo y la pluralidad de bobinas. El montaje de tuberías térmicas está configurado a fin de disipar el calor generado en el núcleo y en la pluralidad de bobinas.

En un aspecto adicional, se proporciona un procedimiento para ensamblar un generador de turbina eólica. El procedimiento incluye el acoplamiento del núcleo de un estátor con un estátor, en el cual el núcleo del estátor incluye una pluralidad de espirales del estátor dispuestos en circunferencia alrededor de un eje longitudinal del generador. El procedimiento también incluye acoplar un rotor con el estátor, de manera tal que el rotor sea rotable alrededor del eje longitudinal del generador. El rotor incluye una pluralidad de elementos magnéticos configurados a fin de interactuar con los espirales del estátor para generar una emisión de electricidad del generador. El procedimiento también incluye acoplar un montaje de tuberías térmicas con uno entre el estátor y el rotor, a fin de disipar el calor generado en el montaje de tuberías térmicas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una ilustración en alzado esquemática de un ejemplo de generador de turbina eólica que incluye un rotor y un estátor;

La figura 2 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor que muestra un ejemplo de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 3 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor, que muestra otro ejemplo de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 4 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor que muestra un ejemplo adicional de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 5 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor que muestra otro ejemplo de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 6 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor que muestra otro ejemplo más de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 7 ilustra una vista desgajada en perspectiva de un núcleo de estátor que muestra otro ejemplo más de realización de un montaje de tuberías térmicas;

La figura 8 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de estructura de aletas para un montaje de tuberías térmicas; y

La figura 9 ilustra una vista desgajada en perspectiva de otro ejemplo de estructura de aletas para un montaje de tuberías térmicas.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 es una ilustración en alzado esquemática de un ejemplo de generador 10 de turbina eólica que incluye un rotor 12 y un estátor 14. El rotor 12 y el estátor 14 están separados por un cojinete 16. En el ejemplo de realización, una base 18 se acopla con una torre (no mostrada). La base 18 incluye un cuerpo 20 y un reborde 22 de base. El estátor 14 está configurado para acoplarse con el reborde 22 de base a través del enganche cara a cara de un reborde 22 de base y un reborde complementario 24 del estátor. En el ejemplo de realización, el estátor 14 está sujeto al reborde 22 de apareo a través de una pluralidad de pernos 26 dispuestos en circunferencia alrededor de un eje longitudinal 28 del generador 10. En una realización alternativa, el estátor está sujeto al reborde 24 de base empleando soldadura y/u otros medios de sujeción. El estátor 14 también incluye un borde 30 de montaje del núcleo que se extiende axialmente a partir del reborde 24 del estátor. En el ejemplo de realización, un núcleo 32 del estátor está acoplado con el borde 30 de montaje del núcleo utilizando los pernos 34. En una realización, el núcleo 32 del estátor incluye una pluralidad de orificios 36, p. ej., secciones laminadas del núcleo de hierro separadas por material aislante, extendiéndose radialmente a través del núcleo 32 del estátor. Las orificios 36 se alinean axialmente entre sí a través del núcleo 32. El núcleo 32 del estátor también incluye al menos un espiral o bobina 38 que rodea al menos una porción del núcleo 32. La bobina 38 se emplea para generar una emisión de electricidad del generador 10 de turbina eólica. En el ejemplo de realización, el núcleo 32 del estátor y la bobina 38 se ilustran como un estátor de doble lado. El núcleo 32 del estátor y la bobina 38 incluyen una porción 42 radialmente interna y una porción 44 radialmente externa, donde cada porción puede ser excitada por separado desde los elementos magnéticos 46 acoplados con el rotor 12. Alternativamente, el generador 10 es un estátor de lado único e incluye bien la porción 42 interna o bien la porción 44 externa.

En el ejemplo...

1. Un generador (10) de turbina eólica caracterizado porque comprende:

un estátor (14), que comprende un núcleo (32) y una pluralidad de espirales (38) de estátor dispuestos en circunferencia alrededor de un eje longitudinal (28) del generador;

un rotor (12) rotable alrededor del eje longitudinal del generador, comprendiendo dicho rotor una pluralidad de elementos magnéticos (46) acoplados con dicho rotor, y que cooperan con dichos espirales del estátor, con dichos elementos magnéticos configurados a fin de generar un campo magnético, con dichos espirales del estátor configurados a fin de interactuar con el campo magnético para generar un voltaje en dichos espirales del estátor; y

un montaje de tuberías térmicas (60) que se conecta térmicamente con uno entre dicho estátor y dicho rotor para disipar el calor generado en dicho miembro del par formado por dicho estátor y dicho rotor.

2. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho generador de turbina eólica es un generador de lado doble.

3. Un generador (10) de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho montaje de tuberías térmicas (60) se conecta térmicamente con dicho estátor (14), dicho núcleo (32) incluye una sección de yugo (70) dispuesta en circunferencia alrededor del eje longitudinal (28) del generador, comprendiendo dicho montaje de tuberías térmicas una pluralidad de tuberías térmicas (60) que se extienden axialmente a través de dicha sección de yugo.

4. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho montaje de tuberías térmicas (60) se conecta térmicamente con dicho estátor (14), dicho núcleo (32) incluye una sección de yugo (70), dispuesta en circunferencia alrededor del eje longitudinal (28) del generador, y dientes del estátor (72) que se extienden radialmente desde la sección de yugo, rodeando dichos espirales (38) del estátor a cada uno de dichos dientes del estátor, comprendiendo dicho montaje de tuberías térmicas una pluralidad de tuberías térmicas (62) que se extienden entre, y se conectan con, dicha sección de yugo y un correspondiente espiral del estátor.

5. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho montaje de tuberías térmicas (60) se conecta térmicamente con dicho estátor (14), dicho núcleo (32) incluye una sección de yugo (70), dispuesta en circunferencia alrededor del eje longitudinal (28) del generador, y dientes (72) del estátor que se extienden radialmente desde la sección de yugo, rodeando dichos espirales (38) del estátor a cada uno de dichos dientes del estátor, comprendiendo dicho montaje de tuberías térmicas una pluralidad de tuberías térmicas (62), con cada tubería térmica situada entre espirales adyacentes del estátor para disipar el calor generado en dichos espirales del estátor.

6. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho montaje (60) de tuberías térmicas se conecta térmicamente con dicho estátor (14), dicho montaje de tuberías térmicas comprende una pluralidad de tuberías térmicas (62), comprendiendo cada una de dichas tuberías una sección evaporadora (64) y una sección condensadora (66), conectando dicha sección evaporadora con dicho núcleo (32) y extendiéndose dicha sección condensadora hacia el exterior desde dicho núcleo.

7. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 6, caracterizado porque dicha sección condensadora (66) se extiende axialmente hacia el exterior desde dicho núcleo (32).

8. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 6, caracterizado porque dicha sección condensadora (66) se extiende radialmente bien hacia el exterior o bien hacia el interior desde dicha sección evapo- radora (64).

9. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 6, caracterizado porque dicha sección condensadora (66) se extiende verticalmente hacia arriba desde dicha sección evaporadora (64).

10. Un generador (10) de turbina eólica según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho montaje de tuberías térmicas (60) comprende una estructura de aletas (94).