Un rotor ventilado (1) un turbo generador de alta potencia para la producción de electricidad comprende un árbol (2) que se extiende a lo largo de un eje (A);

una pluralidad de ranuras que se extienden axialmente (7) dispuestas en la circunferencia del árbol (2); una pluralidad de barras conductoras huecas (14) dispuestas al menos parcialmente en las ranuras (7); una pluralidad de canales axiales (18) formados por dichas barras conductoras huecas y adaptados para ventilar las barras conductoras (14); y una pluralidad de subranuras (9), cada una de las cuales se dispone por debajo de una ranura (7) para distribuir un gas de ventilación, donde cada canal axial (18) se divide en una pluralidad de porciones axiales por las que se desplazan flujos de gas de ventilación respectivos originados desde cada una de las subranuras (9) y en el que el rotor comprende además al menos un canal radial (26), el cual cuando está en uso conduce directamente el gas de ventilación desde una de las subranuras (9) hasta la superficie externa del rotor (1) a través de las barras conductoras (14) y se dispone entre dos porciones axiales adyacentes consecutivas de un canal axial (18), dicho al menos un canal radial (26) cruza los canales axiales (18) y estando el rotor caracterizado porque dicho canal radial (26) se aísla de dichos canales axiales (18) mediante una serie de oclusiones que se extienden radialmente (27) dispuestas en cada canal axial (18) de modo que se concentre dicha acción de ventilación directa desde dicha subranura (9) hasta la superficie externa del rotor (1) únicamente en las áreas inmediatamente adyacentes al canal radial (26).

Rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia para la producción de electricidad

5 CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia.

En particular, la presente invención se refiere a un rotor ventilado con dos o cuatro polos, con ventilación directa del 10 devanado eléctrico del rotor mediante gas de ventilación, generalmente aire o hidrógeno.

TÉCNICA ANTERIOR

El desarrollo de los turbogeneradores de alta potencia para la producción de electricidad ha evolucionado con el objetivo de aumentar la potencia unitaria, para un gas de ventilación dado, hasta que se alcancen unas dimensiones y peso máximos para la manipulación, el transporte y la instalación de los turbogeneradores.

Por lo tanto, habiéndose establecido el tipo de gas de ventilación y habiéndose alcanzado los límites dimensionales, se puede obtener un aumento del rendimiento mediante la mejora de los procedimientos de ventilación y, por lo 20 tanto, el enfriamiento del devanado eléctrico del rotor. Un procedimiento de ventilación conocido proporciona, en un rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia para la producción de electricidad que comprende un árbol que se extiende a lo largo de un eje, una pluralidad de ranuras axiales dispuestas en el árbol, una pluralidad de barras conductoras dispuestas al menos parcialmente en las ranuras, una pluralidad de canales axiales adecuados para ventilar las barras conductoras y una pluralidad de subranuras, para que el gas de ventilación sea distribuido por las subranuras a los canales axiales y expulsado de éstos últimos al nivel de la superficie externa del rotor.

El rotor ventilado del tipo descrito tiene el inconveniente de que, con el fin de aumentar la potencia del turbogenerador, es necesario aumentar las dimensiones del rotor, por ejemplo la longitud, alargándose como consecuencia los canales axiales y aumentándose la temperatura de las barras conductoras.

Con el fin de no exceder las temperaturas establecidas por los reglamentos actuales, el aumento de la longitud de los canales axiales debe estar acompañado por una reducción apropiada de las pérdidas por unidad de longitud y, por lo tanto, de la corriente del rotor. Esto significa que la potencia específica que puede ser entregada por el generador en términos de MVA/m3 (potencia del generador/volumen de partes activas) disminuye a medida que aumentan las dimensiones. En otras palabras, el aumento de potencia del turbogenerador no está directamente correlacionado con el aumento de las dimensiones. Se han propuesto diversos tipos de rotores ventilados para los devanados en la cabeza o bien los devanados completos, por ejemplo en los documentos EP-166.990; US5.777.406; EP-652.623; US-6.087, 745; y EP-889.572. No se demostró que los rotores ventilados identificados anteriormente fueran enfriados de forma eficaz de modo que se permitiera un mayor aumento de las dimensiones.

40 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es producir un rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia destinado a optimizar y aumentar la ventilación necesaria para enfriar el devanado eléctrico del rotor con el fin de contener el valor medio y el valor máximo de la temperatura dentro de los límites prescritos por los reglamentos actuales 45 también para un rotor de grandes dimensiones.

Al mismo tiempo, un objeto adicional de la presente invención es solucionar el objeto precedente de manera simple y económica.

50 Según la presente invención un rotor ventilado de un turbogenerador de alta potencia para la producción de electricidad se proporciona según la reivindicación 1 y comprende un árbol que se extiende a lo largo de un eje; una pluralidad de ranuras axiales dispuestas en el árbol; una pluralidad de barras conductoras dispuestas al menos parcialmente en las ranuras; una pluralidad de canales axiales adecuados para ventilar las barras conductoras; y una pluralidad de subranuras, cada una de las cuales se dispone por debajo de una ranura para distribuir un gas de 55 ventilación; a lo largo de cada canal axial una pluralidad de porciones axiales por las que se desplazan flujos de gas de ventilación respectivos; y al menos un canal radial que es adecuado para conducir directamente el gas de ventilación desde la subranura hasta la superficie externa del rotor a través de las barras conductoras y se dispone entre dos porciones axiales adyacentes consecutivas de un canal axial; estando caracterizado el rotor porque el canal radial cruza los canales axiales y se aísla de éstos últimos mediante una serie de oclusiones de modo que se concentre la acción de ventilación únicamente en las áreas inmediatamente adyacentes al canal radial.

Según la presente invención las barras conductoras son ventiladas principalmente por los canales axiales divididos en porciones en los que por cada porción se desplaza un flujo respectivo. Cuanto más se divide cada canal axial en porciones adyacentes consecutivas, mayor es la eficacia de ventilación. El canal radial que conecta directamente la subranura a la superficie externa del árbol se dispone entre dos porciones adyacentes consecutivas de un canal axial con el fin de producir una ventilación concentrada en un área crítica particular en términos de sobrecalentamiento.

Según una forma de realización preferida de la invención cada canal axial se divide en al menos seis porciones axiales, cada una de las cuales está dotada de un gas de ventilación respectivo, descargando cada porción axial el gas de ventilación al exterior del rotor.

Un gran número de porciones axiales, mayor de o igual a seis, permite la creación de porciones axiales relativamente cortas, capaces por tanto de proporcionar una ventilación más eficaz también en rotores relativamente largos.

Según una forma de realización preferida adicional de la presente invención el canal radial se dispone al nivel de la parte media del árbol.

En otras palabras, el área central del árbol está identificada como el área más crítica desde el punto de vista térmico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para un mejor entendimiento de la presente invención, una forma de realización preferida se describirá a continuación, puramente como un ejemplo no excluyente y con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

- la figura 1 es una vista esquemática en sección longitudinal, con partes retiradas por motivos de claridad, de una porción de un rotor de un turbogenerador según la presente invención;

- la figura 2 es una vista en sección transversal, en una escala ampliada y con partes retiradas por motivos de claridad, del rotor de la figura 1; y

- la figura 3 es una vista en perspectiva, en una escala aún más ampliada y con partes retiradas por motivos de 35 claridad, de un detalle del rotor de la figura 1.

MEJOR MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN

Con referencia a la figura 1, (1) indica, en conjunto, un rotor de un turbogenerador. El rotor (1) se extiende a lo largo de un eje (A) y tiene una simetría especular con respecto a un plano de simetría (S) . El rotor (1) comprende un árbol (2) ; dos anillos de cierre (3) (sólo uno de los cuales se ilustra en la figura 1) ; y devanados eléctricos (4) . El árbol (2) está hecho de acero y tiene dos chumaceras extremas (5) (sólo una de las cuales se ilustra en la figura 1) y un cuerpo central (6) , en el cual se proporcionan ranuras (7) que se extienden por toda la longitud del cuerpo central (6) y están destinadas a alojar una parte del devanado eléctrico (4) . En la práctica, cada devanado eléctrico (4) se 45 extiende a lo largo de un circuito cerrado que comprende dos porciones rectas, cada una de las cuales se dispone en una ranura (7) respectiva, y dos porciones en forma de U, cada una de las cuales se une a las dos porciones rectas y se dispone entre una chumacera (5) y un anillo (3) respectivo en un área del rotor (1) que se define normalmente como la cabeza.

50 El cuerpo central (6) tiene subranuras (9) , cada una de las cuales se extiende por debajo de una ranura (7) correspondiente por toda la longitud del cuerpo central (6) en una dirección axial, cuya función es conducir y distribuir un gas de ventilación que es generalmente aire o hidrógeno. Cada subranura (9) tiene una porción central (10) y dos porciones extremas (11) , que tienen una sección transversal mayor que la sección transversal de la porción central (10)... [Seguir leyendo]

1. Un rotor ventilado (1) de un turbogenerador de alta potencia para la producción de electricidad comprende un árbol (2) que se extiende a lo largo de un eje (A) ; una pluralidad de ranuras que se extienden 5 axialmente (7) dispuestas en la circunferencia del árbol (2) ; una pluralidad de barras conductoras huecas (14) dispuestas al menos parcialmente en las ranuras (7) ; una pluralidad de canales axiales (18) formados por dichas barras conductoras huecas y adaptados para ventilar las barras conductoras (14) ; y una pluralidad de subranuras (9) , cada una de las cuales se dispone por debajo de una ranura (7) para distribuir un gas de ventilación, donde cada canal axial (18) se divide en una pluralidad de porciones axiales por las que se desplazan flujos de gas de 10 ventilación respectivos originados desde cada una de las subranuras (9) y en el que el rotor comprende además al menos un canal radial (26) , el cual cuando está en uso conduce directamente el gas de ventilación desde una de las subranuras (9) hasta la superficie externa del rotor (1) a través de las barras conductoras (14) y se dispone entre dos porciones axiales adyacentes consecutivas de un canal axial (18) , dicho al menos un canal radial (26) cruza los canales axiales (18) y estando el rotor caracterizado porque dicho canal radial (26) se aísla de dichos canales axiales (18) mediante una serie de oclusiones que se extienden radialmente (27) dispuestas en cada canal axial (18) de modo que se concentre dicha acción de ventilación directa desde dicha subranura (9) hasta la superficie externa del rotor (1) únicamente en las áreas inmediatamente adyacentes al canal radial (26) .

2. Rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada canal axial (18) se divide en al menos seis porciones axiales, a cada una de las cuales se suministra un flujo de gas de ventilación respectivo, descargando cada canal axial el gas de ventilación al exterior del rotor (1) .

3. Rotor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque cada canal axial (18) tiene al menos tres porciones consecutivas de cada canal axial (18) en las que el flujo de gas de ventilación es dirigido hacia la parte media del árbol (2) en una primera dirección (D1) , y al menos tres porciones consecutivas de canal axial (18) en las que el flujo de gas de ventilación es dirigido hacia la parte media del árbol en una segunda dirección (D2) opuesta a la primera dirección (D1) .

4. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el 30 canal radial (26) se posiciona al nivel de la parte media del árbol (2) .

5. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende una pluralidad de canales radiales (26) dispuestos entre dos porciones adyacentes consecutivas de cada canal axial

(18) al nivel de la parte media del árbol (2) . 35

6. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada barra conductora (14) está definida por un tubo hueco; posicionándose cada canal axial (18) en el interior de la barra conductora (14) .

40 7. Rotor de acuerdo con las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque cada barra conductora (14) tiene una sección transversal rectangular y está delimitada por dos paredes más cortas (15) y dos paredes más largas (16) .

8. Rotor de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque cada barra conductora (14) está

45 definida por un tubo hueco que tiene dos cavidades paralelas adyacentes; conteniendo cada barra conductora (14) un par de canales axiales paralelos adyacentes (18) .

9. Rotor de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque cada barra conductora (14) tiene una sección transversal rectangular y está delimitada por dos paredes más cortas (15) , dos paredes más largas (16) y 50 una partición (17) .

10. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque cada canal axial (18) tiene oclusiones (27) para interrumpir el flujo axial del gas de enfriamiento.

55 11. Rotor de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque cada oclusión (27) se obtiene por medio de una deformación plástica local de la barra conductora (14) .

12. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por comprender canales de suministro (20) para alimentar el gas de ventilación a las porciones de canal axial (18) y

canales de salida (21) para descargar el gas de ventilación de las porciones de canal axial (18) .

13. Rotor de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque cada canal de suministro (20) está

definido por al menos una primera apertura (22) , la cual se obtiene a través de una barra conductora (14) . 5

14. Rotor de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque cada canal de salida (21) está definido por al menos una primera apertura (22) obtenida a través de la barra conductora (14) .

15. Rotor de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende una chaveta (12) para

bloquear las barras conductoras (14) en una ranura (7) respectiva, comprendiendo cada chaveta (12) una pluralidad de segundas aperturas (24) a las que desembocan los canales de salida (21) .

16. Rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el árbol (2) comprende un cuerpo central (6) que se extiende entre las cabezas opuestas del rotor (1) ; extendiéndose 15 cada subranura (9) por toda la longitud axial del cuerpo central (6) que conecta las dos cabezas opuestas.

17. Rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada subranura (9) tiene una porción central (10) y dos porciones extremas (11) , las cuales tienen una mayor sección transversal que la sección transversal de la porción central (10) .