Acuerdo y método para enfriar una máquina eléctrica.

Una disposición para enfriar una máquina eléctrica, en la que la máquina eléctrica (1) comprende un rotor(2) y un estator (4) ubicados en el extremo de un espacio de aire o entrehierro (3) que se origina desde elrotor (2),

comprendiendo el rotor (2) al menos un canal de enfriamiento axial (7) que se origina desde elprimer extremo (6a) del rotor, cuyo canal de enfriamiento (7) está conectado con al menos dos canales deenfriamiento axialmente sucesivos (8) que son sustancialmente radiales (r) dentro del rotor, estando elestator (4) compuesto de láminas que utilizan módulos de núcleo axialmente sucesivos (4a-f) ycomprendiendo el estator (4) un canal de enfriamiento (9) radial (r) entre dos módulos de núcleo (4a-f) ysiendo el agente de enfriamiento gaseoso (15, 15a-b) conducido a los canales de enfriamiento (7, 8, 9) delrotor (2) y el estator (4) desde el extremo (6a) del rotor, caracterizada porque la superficie externa (12) delmódulo de núcleo del estator (4a-f) comprende una camisa de enfriamiento (10a-f) de una longitud máxima(L) del módulo de núcleo del estator (4a-f) y el agente de enfriamiento líquido (13, 13a-b) es llevado a lacamisa de enfriamiento (10a-f).

Acuerdo y método para enfriar una máquina eléctrica Alcance de la invención La invención se refiere a una disposición para enfriar una máquina eléctrica de conformidad con el Preámbulo de la reivindicación 1, a una máquina eléctrica de conformidad con el Preámbulo de la reivindicación 10 y a un procedimiento para enfriar una máquina eléctrica de conformidad con el Preámbulo de la reivindicación 11.

Antecedentes

Las máquinas eléctricas se enfrían para eliminar el calor que generan. El calor se genera mayormente en la parte activa de la máquina eléctrica, el estator y el rotor, por pérdidas magnéticas y de resistencia.

Las pérdidas en el cobre se crean en los conductores de resistencia de devanados de la máquina eléctrica cuando parte de la corriente eléctrica se transforma en calor. El flujo magnético variable genera pérdidas en el hierro en las partes de hierro del motor y generador, que incluyen pérdidas por corrientes parásitas y de histéresis.

Asimismo, se producen pérdidas mecánicas en máquinas eléctricas rotativas, como rodamientos, o como turbulencia en la superficie del rotor.

Las pérdidas de calor así creadas en las máquinas deben disiparse para evitar que las máquinas se calienten hasta alcanzar un equilibrio entre la energía térmica generada y la energía térmica disipada de la máquina.

Se diseñan máquinas eléctricas para cumplir con una clase de aislamiento particular. El aislamiento del devanado se selecciona para permitir una vida útil razonable en la clase de aislamiento elegida. Si la máquina eléctrica funciona en una condición recalentada debido a la sobrecarga o el deterioro del sistema de refrigeración, el tiempo de vida del aislamiento disminuirá rápidamente.

Normalmente se utiliza el aire como refrigerante en máquinas eléctricas pequeñas de menos de 1…2 MW. En máquinas eléctricas más grandes, se utiliza un refrigerante líquido; el refrigerante líquido más común es agua. En muchas disposiciones, el refrigerante real es aire que se enfría utilizando agua.

En máquinas eléctricas enfriadas con líquido, el agente de enfriamiento no entra en contacto directo con los componentes enfriados. El agente de enfriamiento ingresa en la máquina eléctrica en tubos o canales cerrados y sale de la máquina cuando se calienta. El circuito de enfriamiento es o bien un circuito cerrado, en cuyo caso el agente de enfriamiento calentado se enfría en un intercambiador de calor antes de volver a la máquina eléctrica, o un circuito abierto, en cuyo caso el agente de enfriamiento calentado sale del sistema.

En comparación con el enfriamiento del aire en la superficie externa, la eficiencia de la transferencia de calor del enfriamiento líquido es considerablemente mejor. Sin embargo, una desventaja del enfriamiento líquido es que el enfriamiento solo puede estar dirigido a un área pequeña.

El documento DE1231797B divulga una máquina eléctrica que comprende un rotor y un estator hechos de láminas, donde el estator y el rotor consisten de varios paquetes de láminas parciales que están separados por canales de enfriamiento radial. El agente de enfriamiento gaseoso va del extremo del rotor a los canales de enfriamiento radiales del rotor y estator y posteriormente al intercambiador de calor que rodea al estator. El agente de enfriamiento líquido se dirige a los tubos de enfriamiento del intercambiador de calor. Los tubos de enfriamiento se extienden desde un extremo del estator al otro extremo del estator y rodean al estator de manera concéntrica.

El documento EP 1286448 divulga un sistema de enfriamiento para máquinas eléctricas donde el gas de enfriamiento fluye a través de canales radiales hacia conductos anulares que rodean al estator y posteriormente a través de un intercambiador de calor y conductos de recirculación hacia el extremo de la máquina.

El Documento EP 0299908 muestra disposiciones de enfriamiento para máquinas eléctricas en las que el gas de enfriamiento fluye a través de intercambiadores de calor de canales radiales, y posteriormente hacia los extremos de la máquina.

Descripción de la invención El objetivo de la presente invención es crear una disposición y un procedimiento para enfriar una máquina eléctrica de manera eficiente.

Para lograrlo, la invención se caracteriza por los rasgos especificados en la sección de características de las 1. 10 y 11. Algunas de las realizaciones preferidas de la invención tienen las características especificadas en las reivindicaciones dependientes.

En la disposición de conformidad con la invención para enfriar una máquina eléctrica, la máquina eléctrica comprende un rotor y un estator ubicados en el extremo de un espacio de aire o entrehierro del rotor. El rotor comprende al menos un canal de enfriamiento axial que se origina desde el primer extremo del rotor que se conecta con al menos dos canales de enfriamiento axialmente sucesivos que son sustancialmente radiales en el rotor. El estator está constituido por láminas que utilizan módulos de núcleo axialmente sucesivos. El estator comprende un canal de enfriamiento radial entre dos módulos de núcleo. El agente de enfriamiento gaseoso pasa a través de los canales de enfriamiento del rotor y del estator desde el extremo del rotor. La superficie externa del módulo de núcleo del estator comprende una camisa de enfriamiento de, como máximo, la longitud del módulo de núcleo del estator y un agente de enfriamiento líquido es conducido a la camisa de enfriamiento.

Una máquina eléctrica de conformidad con la invención comprende un rotor y un estator ubicados en el extremo de un espacio de aire desde el rotor. El rotor comprende al menos un canal de enfriamiento axial que se origina desde el primer extremo del rotor que está conectado al menos a dos canales de enfriamiento axialmente sucesivos que son sustancialmente radiales en el rotor. El estator está compuesto de láminas que utilizan módulos de núcleo axialmente sucesivos. El estator comprende un canal de enfriamiento radial entre los dos módulos de núcleo. El agente de enfriamiento gaseoso es conducido a los canales de enfriamiento del rotor y el estator desde el extremo del rotor. La superficie externa del módulo de núcleo del estator comprende una camisa de enfriamiento de, como máximo, la longitud del módulo de núcleo del estator y un agente de enfriamiento líquido es conducido a la camisa de enfriamiento.

En el procedimiento de conformidad con la invención para enfriar una máquina eléctrica, la máquina eléctrica comprende un rotor y un estator ubicados en el extremo de un espacio de aire del rotor. En el procedimiento, el agente de enfriamiento gaseoso es conducido dentro del rotor hacia el canal de enfriamiento axial que se origina desde el primer extremo del rotor. El canal de enfriamiento está conectado con al menos dos canales de enfriamiento axialmente sucesivos que son sustancialmente radiales en el rotor. El agente de enfriamiento pasa además al estator, a un canal de enfriamiento radial ubicado entre dos módulos de núcleo axialmente sucesivos. El agente de enfriamiento líquido es conducido a una camisa de enfriamiento de, como máximo, la longitud del módulo de núcleo del estator ubicado en la superficie externa del módulo de núcleo del estator.

En la invención, el enfriamiento con líquido para una máquina eléctrica se combina con un enfriamiento con aire en base a los canales de enfriamiento radiales. El rotor y los extremos del devanado se enfrían con agente de enfriamiento gaseoso, y el estator se enfría con un agente de enfriamiento gaseoso y líquido. El estator se enfría a través de conducción hacia la camisa de enfriamiento ubicada contra la parte trasera del estator y a través de convección hacia el agente de enfriamiento gaseoso que circula dentro de la máquina a través de canales de aire radiales. El agente de enfriamiento gaseoso pasa a través del canal de enfriamiento radial del estator y prosigue entre los extremos de dos camisas de enfriamiento axialmente sucesivas.

La camisa de enfriamiento que rodea el estator está compuesta por módulos que son tan largos como un módulo de núcleo único del estator. El tamaño de las camisas de enfriamiento permite que el agente de enfriamiento gaseoso salga libremente de los canales de enfriamiento creados entre los módulos de núcleo del estator. Los tamaños del módulo de camisa de enfriamiento pueden estandarizarse; permitiendo así una fabricación en serie económica.

De conformidad con una realización de la invención, la circulación del agente de enfriamiento de al menos dos camisas de enfriamiento axialmente sucesivas está interconectada. Las camisas de enfriamiento... [Seguir leyendo]

1. Una disposición para enfriar una máquina eléctrica, en la que la máquina eléctrica (1) comprende un rotor

(2) y un estator (4) ubicados en el extremo de un espacio de aire o entrehierro (3) que se origina desde el rotor (2) , comprendiendo el rotor (2) al menos un canal de enfriamiento axial (7) que se origina desde el 5 primer extremo (6a) del rotor, cuyo canal de enfriamiento (7) está conectado con al menos dos canales de enfriamiento axialmente sucesivos (8) que son sustancialmente radiales (r) dentro del rotor, estando el estator (4) compuesto de láminas que utilizan módulos de núcleo axialmente sucesivos (4a-f) y comprendiendo el estator (4) un canal de enfriamiento (9) radial (r) entre dos módulos de núcleo (4a-f) y siendo el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) conducido a los canales de enfriamiento (7, 8, 9) del

rotor (2) y el estator (4) desde el extremo (6a) del rotor, caracterizada porque la superficie externa (12) del módulo de núcleo del estator (4a-f) comprende una camisa de enfriamiento (10a-f) de una longitud máxima (L) del módulo de núcleo del estator (4a-f) y el agente de enfriamiento líquido (13.

13. b) es llevado a la camisa de enfriamiento (10a-f) .

2. Una disposición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de enfriamiento gaseoso (15, 15a, b) conducido a través del canal de enfriamiento radial (9) del estator es hecho pasar entre los extremos (23a, b) de dos camisas de enfriamiento axialmente sucesivas (10a-f) .

3. Una disposición de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las circulaciones del agente de enfriamiento de al menos dos camisas de enfriamiento axialmente sucesivas (10a-f) están interconectadas.

4. Una disposición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) se enfría utilizando la camisa de enfriamiento (10a-f) .

5. Una disposición de conformidad con la Reivindicación 4, caracterizada porque la superficie externa (16) de la camisa de enfriamiento (10a-f) contiene nervios (17) para enfriar el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) .

6. Una disposición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) es conducido al rotor (2) desde ambos extremos (6a, 6b) del rotor.

7. Una disposición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los canales axiales (19a, 19b) se generan en la superficie externa (16) de la camisa de enfriamiento para el

agente de enfriamiento gaseoso y el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) fluye en sentidos opuestos en dos canales paralelos (19a, 19b) en dirección transversal.

8. Una disposición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la camisa de enfriamiento (10a-f) comprende un cuerpo hueco en forma de anillo.

9. Una disposición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el 35 sistema de circulación del agente de enfriamiento gaseoso (13.

13. b) es un sistema cerrado.

10. Una máquina eléctrica que comprende una disposición de conformidad con la reivindicación 1.

11. Un procedimiento para enfriar una máquina eléctrica, en el que la máquina eléctrica (1) comprende un rotor

(2) y un estator (4) ubicados en el extremo de un espacio de aire (3) que se origina desde el rotor (2) , siendo el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) dirigido a un canal de enfriamiento axial (7) que se 40 origina desde el primer extremo (6a) del rotor, cuyo canal de enfriamiento se conecta con al menos dos canales de enfriamiento axialmente sucesivos (8) que son sustancialmente radiales (r) dentro del rotor, y siendo el agente de enfriamiento (15) dirigido además al estator (4) a un canal de enfriamiento radial (9) entre dos módulos de núcleo axialmente sucesivos (4a-f) , caracterizado porque el agente de enfriamiento líquido (13.

13. b) es dirigido a la camisa de enfriamiento (10a-f) de una longitud máxima (L) del módulo de 45 núcleo del estator (4a-f) ubicado en la superficie externa (12) del módulo de núcleo del estator (4a-f) .

12. Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el agente de enfriamiento líquido (13.

13. b) es dirigido a la primera camisa de enfriamiento (10a-f) y, desde la primera camisa de enfriamiento (10a-f) a la segunda camisa de enfriamiento axialmente sucesiva (10a-f) .

13. Un procedimiento de conformidad con la Reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque el agente de

enfriamiento gaseoso (15.

15. b) fluye en el extremo del rotor (2) desde los canales radiales (9) del estator para que el agente de enfriamiento gaseoso (15.

15. b) esté en contacto de transferencia de calor con la camisa de enfriamiento (10a-f) .