Procedimiento para la refrigeración de un generador de turbina tubular hidráulica y generador de turbina tubular hidráulica.

Procedimiento para la refrigeración de un estator (4) y de un rotor (3) con arrollamiento de polos de patillas (5) de un generador de turbina tubular (1),

en el que se hace circular un medio de refrigeración gaseoso en el generador de turbina tubular (1) por medio de al menos un ventilador (10) accionado desde el exterior, en el que el medio de refrigeración es aspirado a través del ventilador (10) desde el generador de turbina tubular (1) y se conduce entre el estator (4) y la carcasa (2) hacia el estator (4), de manera que el medio de refrigeración es refrigerado a través del agua de impulsión fría que circula en el exterior por delante de la carcasa (2) del generador de turbina tubular (1), caracterizado porque el medio de refrigeración es transportado a través del ventilador (10) hacia una instalación de refrigeración (12), donde se refrigera el medio de refrigeración caliente, y el medio de refrigeración refrigerado es conducido entre el estator (4) y la carcasa (2) hacia el estator (4) y allí es conducido a través de ranuras radiales del estator (28) del paquete de chapas de estator (25) radialmente hacia dentro se calienta y una parte del medio de refrigeración es conducida bajo calentamiento adicional a través del intersticio de aire (23) entre el estator (4) y el rotor (3) axialmente hacia fuera y una parte del medio de refrigeración que sale desde el estator (4) es comprimida en huecos polares (20) del rotor (3) y es conducida a través e los huecos polares (20) axialmente hacia fuera.

Procedimiento para la refrigeración de un generador de turbina tubular hidráulica y generador de turbina tubular hidráulica

La presente invención se refiere a un procedimiento para la refrigeración de un estator y de un rotor de un generador

de turbina tubular hidráulica, en el que se hace circular un medio de refrigeración gaseoso por medio de un ventilador accionado desde el exterior en el circuito de ventilación. La invención se refiere también a un generador de turbina tubular hidráulica correspondiente.

En los generadores refrigerados por aire se distingue, en principio, entre los llamados sistemas de refrigeración de flujo hacia delante y los sistemas de refrigeración de flujo de retorno, es decir, en principio, entre la dirección en la 10 que se conduce el aire de refrigeración a través del generador. En el caso de flujo hacia delante, se aspira por medio de ventiladores aire de refrigeración frío desde intercambiadores de calor y se comprime a través del rotor o bien a través del intersticio de aire y a continuación a través del estator, donde sale aire de refrigeración caliente y se hace circular de nuevo a través de los intercambiadores de calor. En el flujo de retorno se aspira aire de refrigeración caliente desde el generador y se alimenta a un intercambiador de calor, desde donde el aire de refrigeración frío

circula a través del estator hacia el rotor o bien hacia el intersticio de aire.

Se conocen sistemas de refrigeración de flujo de retorno para turbo generadores, ver, por ejemplo US 5 633 543 A, US 5 652 469 A, US 6 346 753 B1 y EP 1 006 644 A2. El documento JP 58 123 348 publica un dispositivo y un procedimiento para la refrigeración de una máquina eléctrica con ventiladores accionados desde el exterior. En este caso, sin embargo, la instalación de refrigeración se encuentra directamente sobre el estator, con lo que ciertas

partes del estator se encuentran en la zona de aire caliente. Esto puede repercutir negativamente sobre la anchura del intersticio de aire entre el estator y el rotor, puesto que especialmente las zonas marginales del estator son mal refrigeradas.

El documento FR 1022783 publica un generador de turbina tubular, en el que el aire de refrigeración calentado a través del estator y el rotor es aspirado a través de un ventilador y es alimentado a través de un canal a lo largo de la

envolvente de la carcasa de nuevo al estator y al rotor. El aire de refrigeración es refrigerado en este caso a través de la envolvente de la carcasa.

Una característica principal del sistema de refrigeración de flujo de retorno es, como se ha descrito anteriormente, una refrigeración por aspiración del generador, en la que se aspira aire caliente desde el generador por medio de un ventilador y el aire de refrigeración es alimentado desde los refrigeradores directamente a los canales de 30 refrigeración del estator del generador. Los refrigeradores están dispuestos en la mayoría de los casos sobre el lado de presión de los ventiladores, de manera que resulta la ventaja de que la elevación de la temperatura generada por los ventiladores se realiza antes de la entrada al refrigerador y no actúa como calefacción previa para el generador. La circulación en el estator está dirigida en este caso principalmente radialmente desde el exterior hacia el interior y, puesto que los turbo generadores presentan, en general, rotores de polos completos, se aspira, en general,

axialmente a lo largo del intersticio de aire. En virtud de los rotores que funcionan rápidamente en los turbo generadores se dispone un ventilador propio para la generación de la circulación necesaria para la refrigeración sobre el árbol del rotor y es accionado por éste.

En el caso de hidro-generadores que funcionan lentamente, que están realizados, en general, con polos de patillas, como por ejemplo generadores de turbinas tubulares, se contemplan en primer término solamente ventiladores

accionados desde el exterior, es decir, ventiladores que no están dispuestos sobre el árbol del rotor, puesto que la velocidad de rotación del árbol del rotor no sería suficiente para conseguir la circulación de aire de refrigeración necesaria con un ventilador colocado encima. Los hidro-generadores con ambos sentidos de giro (por ejemplo un generador de motor) pueden ser un caso de aplicación para ventiladores externos.

Los hidro-generadores han sido accionados hasta ahora exclusivamente con un sistema de refrigeración de flujo

45 hacia delante, como se muestra, por ejemplo, en el documento JP 06 237 554 A2, en el que los refrigeradores están dispuestos sobre el lado de aspiración y el generador está dispuesto sobre el lado de compresión de los ventiladores y la circulación en el estator está dirigida principalmente radialmente desde dentro hacia fuera. En el caso de aplicación de ventiladores propios, un sistema de refrigeración de flujo hacia delante tiene ventajas con respecto a la circulación de entrada y de salida. La circulación de entrada se realiza la mayoría de las veces casi libre de torsión,

50 lo que simplifica el diseño del ventilador. La circulación de salida afectada por torsión provoca una torsión previa para el rotor y, por lo tanto, una reducción de la pérdida de presión a la entrada del rotor (por ejemplo entrada de huecos polares) .

En el caso de la aplicación de ventiladores externos en lugar de ventiladores propios, se suprimen en gran medida estas ventajas. A aparecen inconvenientes adicionales en conexión con el flujo de retorno: en el caso de hidro55 generadores, especialmente en generadores de patillas, hay que contar con una pérdida de presión grande a la entrada de huecos polares, que se produce radialmente fuera en la zona del intersticio de aire, en lugar de radialmente en el centro en los lados extremos axiales como en el caso del lujo hacia delante. En virtud de las

pérdidas de presión más elevadas previsibles, se necesita un ventilador con potencia más alta, lo que reduce de nuevo el rendimiento general del generador. Además, en función de la disposición de los ventiladores puede permanecer una torsión previa durante la entrada al ventilador o la circulación de entrada al ventilador puede ser más complicada en para el flujo hacia delante. La circulación más compleja en la entrada del ventilador hace necesarias en este caso en determinadas circunstancias unas instalaciones de guía o unos rectificadores, lo que hace más costoso el diseño del sistema de refrigeración. Por este motivo, hasta ahora no se emplean hidrogeneradores con un sistema de refrigeración de flujo de retorno, sino exclusivamente con flujo de avance.

La presente invención, que lleva a cabo una circulación de flujo de inversión no considerada hasta ahora con ventiladores externos de acuerdo con las reivindicaciones independientes, contradice estos prejuicios predominantes y proporciona el resultado sorprendente de que en el caso de aplicación de ventiladores externos no se agravan los inconvenientes esperados de una circulación de flujo de inversión, tal como sería de temer normalmente o se compensan en exceso ya a partir de las ventajas que resultan de ello.

En particular, a través de la aplicación de la circulación de flujo de inversión resulta la posibilidad de un aprovechamiento mayor del estator a través de una temperatura más reducida del aire de refrigeración en las ranuras del estator, por ejemplo hasta 20 K, aunque la transmisión de calor en la zona dentada de las ranuras del estator es menor. Esto significa que con la misma potencia se posibilita un ahorro de material de cobre intensivo de costes de las barras del estator manteniendo el nivel de temperatura permitido. A pesar de todo, a este respecto, en casos individuales, en particular en máquinas de polos de patillas, debido a la temperatura elevada del aire en la zona polar del rotor, puede ser necesaria una sección transversal mayor del cobre del arrollamiento polar, siendo, sin embargo, el material de cobre polar para el rotor más económico que para el arrollamiento del estator. En suma, de esta manera resulta, por lo tanto, una primera ventaja de la refrigeración de flujo de retorno. Además, a través de la temperatura más baja del aire en el estator con la misma potencia, se puede ahorrar hiero del estator, lo que reduce de nuevo los costes de la máquina eléctrica. Si no se incrementa el aprovechamiento de la máquina eléctrica,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la refrigeración de un estator (4) y de un rotor (3) con arrollamiento de polos de patillas (5) de un generador de turbina tubular (1) , en el que se hace circular un medio de refrigeración gaseoso en el generador de turbina tubular (1) por medio de al menos un ventilador (10) accionado desde el exterior, en el que el medio de refrigeración es aspirado a través del ventilador (10) desde el generador de turbina tubular (1) y se conduce entre el estator (4) y la carcasa (2) hacia el estator (4) , de manera que el medio de refrigeración es refrigerado a través del agua de impulsión fría que circula en el exterior por delante de la carcasa (2) del generador de turbina tubular (1) , caracterizado porque el medio de refrigeración es transportado a través del ventilador (10) hacia una instalación de refrigeración (12) , donde se refrigera el medio de refrigeración caliente, y el medio de refrigeración refrigerado es conducido entre el estator (4) y la carcasa (2) hacia el estator (4) y allí es conducido a través de ranuras radiales del estator (28) del paquete de chapas de estator (25) radialmente hacia dentro se calienta y una parte del medio de refrigeración es conducida bajo calentamiento adicional a través del intersticio de aire (23) entre el estator (4) y el rotor (3) axialmente hacia fuera y una parte del medio de refrigeración que sale desde el estator (4) es comprimida en huecos polares (20) del rotor (3) y es conducida a través e los huecos polares (20) axialmente hacia fuera.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de refrigeración que sale desde la instalación de refrigeración (12) es alimentado al estator (4) a través de un canal de alimentación (13) .

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque una parte del medio de refrigeración que sale axialmente desde el intersticio de aire (23) y, dado el caso, desde los huecos polares (20) , es conducida a través de una cabeza de arrollamiento (6) del estator (4) .

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el medio de refrigeración que sale axialmente desde el intersticio de aire (23) y, dado el caso, desde los huecos polares (20) es conducido a través de la cabeza de arrollamiento (6) del estator (4) .

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque una parte del medio de refrigeración que sale axialmente desde el intersticio de aire (23) y, dado el caso, desde los huecos polares (20) es conducida a través de orificios (11) en una estrella de cubo (8) del rotor (3) desde uno hacia el otro lado del rotor (3) .

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una parte del medio de refrigeración que sale desde las ranuras del estator (28) es conducida a través de canales radiales en el rotor (3) .

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una parte del medio de refrigeración que sale desde la instalación de refrigeración (12) es conducida directamente a las cabezas de arrollamiento (6) del arrollamiento de estator.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio de refrigeración caliente, que sale desde el intersticio de aire (23) y, dado el caso, desde los huecos polares (20) es aspirado sobre ambos lados de la máquina eléctrica (1) , respectivamente, a través de un ventilador (10) accionado desde el exterior.

9. Generador de turbina tubular (1) , que comprende:

- un estator (4) ,

- un rotor (3) con arrollamientos de polos de patillas (5) y huecos polares (20) ,

- una carcasa (2) rodeada por la circulación de agua de impulsión fría,

- al menos un ventilador (10) accionado desde el exterior para la circulación de un medio de refrigeración gaseoso en el circuito de la carcasa (2) ,

en el que con el ventilador (10) se puede aspirar axialmente un medio de refrigeración caliente que sale desde un intersticio de aire (23) entre el estator (4) y el rotor (3) y el estator (4) está dispuesto distanciado raídamente desde la carcasa (2) del generador de turbina tubular (1) , en el que el rotor (3) y el estator (4) están dispuestos sobre el lado de aspiración del ventilador (10) , caracterizado porque está prevista una instalación de refrigeración (12) para la refrigeración de medio de refrigeración caliente, en el que el medio de refrigeración, que sale desde la instalación de refrigeración (12) , es conducido entre el estator (4) y la carcasa (2) , y en el que la instalación de refrigeración (12) está dispuesta sobre el lado de presión del ventilador (10) y en el que con el ventilador (10) se puede aspirar medio de refrigeración, que entra a través de ranuras radiales del estator (28) en los huecos polares (20) , axialmente desde los huecos polares (20) .

10. Generador de turbina tubular de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque entre la instalación de refrigeración (12) y el estator (4) está previsto un canal de alimentación (13) .

11. Generador de turbina tubular de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque está previsto un medio, con el que se puede conducir el medio de refrigeración frío que sale desde la instalación de refrigeración (12) directamente hacia una cabeza de arrollamiento (6) de un arrollamiento de estator.

12. Generador de turbina tubular de acuerdo con la reivindicación 9, 10 u 11, caracterizado porque en el rotor (3) 5 están previstos unos canales radiales que pueden ser atravesados por la corriente de medio de refrigeración.

13. Generador de turbina tubular de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque un arrollamiento de rotor (5) está dispuesto sobre una estrella de cubo (8) del rotor (3) y en la estrella de cubo (8) está previsto un orificio (11) que puede ser atravesado axialmente por la corriente.

14. Generador de turbina tubular de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque en cada 10 lado de la máquina eléctrica (1) está previsto al menos un ventilador (10) accionado desde el exterior.