Generador, preferiblemente una para turbina eólica y especialmente del tipo accionado directamente por el rotor de la turbina eólica sin caja (5) de engranajes instalada entre el rotor y el generador,

en el que al menos el estator del generador (12) está realizado con al menos dos módulos (20) que están completamente encerrados y sellados, y en el que estos al menos dos módulos (20) pueden montarse y desmontarse independientemente uno de otro, uno o más cada vez sin desmontar todo el devanado (25), caracterizado porque cada módulo (20) de estator individual está contenido individualmente en un receptáculo (23) con un grado de sellado sustancialmente correspondiente al grado de sellado que se desea en el generador (12) acabado, y porque un número dado de receptáculos (23) yuxtapuestos unos adyacentes a otros forman un anillo cerrado de módulos (20) de estator

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un generador para una turbina eólica del tipo accionado directamente por el rotor de la turbina eólica sin caja de engranajes instalada entre el rotor y el generador, en el que al menos el estator del generador está formado por módulos de los que uno o más módulos de estator pueden desmontarse independientemente sin tener que desmontar todo el devanado.

Se sabe que es necesario insertar una caja de engranajes de multiplicación de la velocidad entre el rotor y el generador de una turbina eólica. La velocidad de rotación es del orden de 20 rpm para turbinas eólicas grandes, mientras que un generador normal de 4 polos tiene una velocidad de rotación sincrónica de 1500 rpm. Una caja de engranajes de multiplicación de la velocidad adecuada tendrá por tanto una relación de transmisión de 1:75.

Se sabe que la caja de engranajes principal de multiplicación de la velocidad de una turbina eólica constituye una parte sustancial del precio de coste, y además de eso se trata de un componente principal relativamente vulnerable. En muchos casos, debido a posibles daños, será necesario desmontar la caja de engranajes para su reparación. Teniendo en cuenta la caja de engranajes para una turbina eólica en la clase 2 MW con un peso de hasta 15 toneladas y montada en una máquina dispuesta sobre una torre con una altura de 60-100 m, resulta evidente que tal sustitución puede resultar muy costosa.

El riesgo de incurrir en considerables gastos debido a una posible sustitución se multiplica en caso de grandes turbinas eólicas construidas en alta mar. La manipulación de pesos de 15 toneladas o más a 60-100 m de altura sólo puede realizarse con grúas flotantes muy grandes o grúas móviles muy grandes situadas sobre grandes barcazas. El trabajo con este tipo de equipos en mar abierto sólo puede realizarse con buen tiempo. Por tanto, puede haber periodos de varios meses durante el invierno en los

que no es posible sustituir una caja de engranajes dañada.

El propio generador es también un componente principal pesado, normalmente con un peso de 5 toneladas en el caso de una salida nominal de 2 MW. Al igual que con la caja de engranajes, no puede evitarse que haya un cierto riesgo de avería del generador. Las condiciones para su sustitución son igual de malas que para la caja de engranajes.

También se sabe que existen sistemas de transmisión sin engranajes para turbinas eólicas en los que la caja de engranajes y el generador se sustituyen por un generador multipolar de rotación lenta. Un generador accionado directamente de este tipo puede realizarse como un generador sincrónico con rotor devanado o con imanes permanentes, o puede diseñarse como tipos alternativos de generadores. En los generadores multipolares, accionados directamente, es común que sus dimensiones sean grandes. El diámetro de entrehierro en el caso de una salida nominal de 2 MW puede ser, por ejemplo, del orden de 5 m en el caso de una realización con rotor devanado, y un poco menos en el caso de una realización con rotor magnetizado permanentemente.

En el caso de un generador multipolar accionado directamente, la caja de engranajes resulta superflua. Habitualmente, será necesario insertar un convertidor de frecuencia entre el generador y la red ya que es difícil conseguir un número de polos correspondiente a la frecuencia de la red eléctrica de 50 Hz por rpm nominal. Por tanto, los generadores multipolares normalmente generan corriente alterna con una frecuencia algo inferior, por ejemplo 20 Hz, por lo que el número de polos puede reducirse a 2/5, y se proporciona más espacio para los devanados de bobina. A pesar de que el convertidor de frecuencia supone una mayor complejidad en relación con un sistema generador en el que el generador está acoplado directamente a la red, puede apreciarse que la reducción de la complejidad mediante la eliminación de la caja de engranajes principales compensa con creces esto.

Un inconveniente sustancial en un generador multipolar accionado directamente, son las dimensiones físicas. En el caso de un diámetro de entrehierro de 5 m, el diámetro externo se vuelve del orden de 6 m, y la carga permanente se vuelve aproximadamente la carga permanente de los componentes sustituidos, la caja de engranajes y el generador normal, es decir, 20 toneladas o más. El gran diámetro externo hace que el transporte sea difícil, y la carga permanente no reduce el problema de la sustitución para reparaciones debidas a posibles averías.

Una dificultad adicional surge en las configuraciones normales con generadores multipolares en los que el generador está situado entre el rotor y la torre con el fin de dar lugar a una construcción de máquina compacta. Además, en este caso será necesario desmontar todo el rotor en caso de un eventual desmontaje del generador.

A partir del documento WO-A1-98/20595 se conoce un estator ensamblado a partir de módulos, en el que los devanados de estator en cada módulo pueden ser prefabricados, y el devanado completo puede ensamblarse después in situ. Esta construcción hace que el transporte hasta el sitio de construcción sea más sencillo. Esta construcción requiere un alojamiento de estator como tal, y este alojamiento de estator requiere un diámetro que sea sustancialmente más grande que el diámetro de entrehierro.

A partir del documento US-A-4.594.552 se conoce otro generador que tiene un estator construido a partir de módulos, módulos que pueden desmontarse sin tener que desmontar todo el devanado. Esta construcción, sin embargo, también requiere un alojamiento de estator como tal, y que el alojamiento de estator tenga un diámetro sustancialmente más grande que el diámetro de entrehierro.

Se conoce una realización de un generador accionado directamente, patente estadounidense 5.844.341, en la que el estator del generador está realizado con módulos que constituyen, en gran medida, pares polares individuales y que se

disponen sobre brazos de soporte fuera de los polos. La ventaja de esta construcción es que una parte dañada del generador puede sustituirse sin tener que bajar todo el generador. El inconveniente con esta configuración es, sin embargo, que las propiedades electromecánicas en esta forma de construcción modular con pares de polos individuales separados por entrehierros pueden ser desventajosas, y que el posible desmontaje de un módulo de estator individual puede implicar que tenga que abrirse el generador completo in situ lo que implica el riesgo de humedad, suciedad, etc., y que puede ser molesto si

directamente, patente estadounidense 4.866.321, en el que un generador axial tiene un estator diseñado con módulos que contienen, cada uno, un único polo enrollado alrededor de una bobina e instalado en una disposición en la que la bobina puede sacarse radialmente del estator. La ventaja de esta construcción es, al igual que con la anterior, que un polo dañado en el generador puede sustituirse sin tener que bajar el generador completo. Como consecuencia de la construcción mecánica, es probable que las propiedades electromecánicas sean mejores que en la disposición anterior. El inconveniente es, sin embargo, que un posible desmontaje de un módulo de estator individual puede implicar que tenga que abrirse el generador completo in situ lo que implica riesgos de humedad, suciedad, etc., y que puede resultar molesto si el módulo de estator tiene que sacarse en una dirección desventajosa.

La finalidad de la presente invención es proporcionar un generador del tipo descrito anteriormente, en el que se mantengan las ventajas de un generador multipolar accionado directamente, y en el que se palien los inconvenientes asociados con los generadores conocidos de manera que sea posible no disponer de un alojamiento de estator como tal, con lo cual el diámetro de la construcción puede limitarse, y realizarse con un

tamaño sustancialmente correspondiente al diámetro de entrehierro.

Esta finalidad se consigue, según la presente invención, con un generador peculiar porque cada módulo de estator individual está contenido individualmente en un receptáculo con un grado de sellado sustancialmente correspondiente al grado de sellado que se desea en el generador acabado, y porque un número dado de receptáculos yuxtapuestos adyacentes unos otros forman un anillo cerrado de módulos de estator....

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Generador, preferiblemente una para turbina eólica y especialmente del tipo accionado directamente por el rotor de la turbina eólica sin caja (5) de engranajes instalada entre el rotor y el generador, en el que al menos el estator del generador (12) está realizado con al menos dos módulos (20) que están completamente encerrados y sellados, y en el que estos al menos dos módulos (20) pueden montarse y desmontarse independientemente uno de otro, uno o más cada vez sin desmontar todo el devanado (25), caracterizado porque cada módulo (20) de estator individual está contenido individualmente en un receptáculo (23) con un grado de sellado sustancialmente correspondiente al grado de sellado que se desea en el generador (12) acabado, y porque un número dado de receptáculos (23) yuxtapuestos unos adyacentes a otros forman un anillo cerrado de módulos

(20) de estator. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque cada módulo (20) de estator individual, cuando se instalan en un estator, forman juntos un anillo cerrado de módulos de estator que tiene un diámetro que no supera sustancialmente el diámetro del entrehierro del generador. Generador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque cada módulo (20) de estator individual puede desplazarse radialmente en la estructura de estator con el fin de ajustar el entrehierro (A). Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el circuito magnético en cada módulo de estator individual se proporciona completa o sustancialmente por hierro con propiedades magnéticas direccionales. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el generador (12) está montado sobre un árbol (14), y el estator durante el trabajo de montaje y reparación puede girarse con respecto al árbol (8)

principal de la turbina eólica sin que esto requiera un desmontaje sustancial más allá del soporte del momento del generador.

6. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el generador (12) durante los trabajos de montaje y reparación puede girarse con respecto a un árbol (8) principal de una turbina eólica, de tal manera que cada módulo (20) de estator individual esencialmente puede descenderse en vertical al suelo o a la superficie marina.

7. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el estator comprende entre 2 y 48 módulos (20), preferiblemente 24 módulos.

8. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque los receptáculos (23) yuxtapuestos tienen una superficie interna dirigida internamente hacia el rotor (15) y que forma la periferia interna (D) para el estator, porque la periferia interna (D) del estator es circular, porque el rotor tienen una periferia externa (d) que también es circular, y porque el entrehierro (A) entre la periferia externa (D) del rotor y la periferia interna (d) del estator sustancialmente tienen una anchura constante entre 2 mm y 10 mm, preferiblemente 5 mm.

9. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque la anchura del entrehierro (A) entre el rotor y el estator puede ajustarse individualmente para cada módulo (20) de estator e independientemente entre sí mediante medios de ajuste adecuados, por ejemplo cuñas (26), ajustando una distancia entre una periferia externa

(d) de la estructura de estator y una periferia interna (D) de un módulo (20) de estator dado.

10. Módulo de estator para su uso en un generador según cualquier reivindicación anterior, módulo de estator que comprende al menos dos polos y varios devanados alrededor de los polos, caracterizado porque el módulo de estator

está previsto para constituir una parte de un estator completo, y porque el módulo de estator está contenido en un receptáculo con un grado de sellado correspondiente a un grado deseado dado del receptáculo.

11. Uso de un generador según cualquier reivindicación anterior en una turbina eólica.