Turbogenerador.

Turbogenerador (10) con un rotor (11) y un estator (12) que rodea concéntricamente al rotor (11) y esta separadode dicho rotor (11) por un entrehierro (14),

así como con un dispositivo de refrigeración en el que un ventiladorprincipal (33) aspira un refrigerante gaseoso que circula por canales de refrigeración correspondientes del rotor (11)y el estator (12) y lo impulsa de vuelta a los canales de refrigeración a través de un refrigerador (22, 23, 24),circulando el refrigerante por el rotor (11) en dirección axial, pasando en estado calentado al entrehierro (14) ysiendo conducido de vuelta al ventilador principal (33) desde el entrehierro (14), caracterizado por que elrefrigerante calentado por el rotor (11), procedente del entrehierro (14), es conducido radialmente hacia fuera porcanales de salida (15) del estator (12) y, fuera de dicho estator (12), es devuelto al ventilador principal (33) a travésde un retorno de aire de refrigeración (21).

Turbogenerador.

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de las máquinas dinamoeléctricas. Concierne a un turbogenerador con un rotor y un estator que rodea concéntricamente al rotor y que está separado de dicho rotor por un entrehierro, así como con un dispositivo de refrigeración en el que un ventilador principal aspira un refrigerante gaseoso que circula por canales de refrigeración correspondientes en el rotor y en el estator y lo impulso a través de un refrigerador para devolverlo a los canales de refrigeración, circulando el refrigerante por el rotor en dirección axial, pasando en estado calentado al entrehierro y siendo hecho retornar desde el entrehierro hasta el ventilador principal.

Un turbogenerador de esta clase es conocido, por ejemplo, por el documento US-A 4, 379, 975.

Estado de la técnica

Los turbogeneradores grandes tienen que refrigerarse para garantizar un funcionamiento sin perturbaciones y para aprovechar el pleno potencial de su capacidad a fin de evacuar el calor de pérdida producido en los devanados y en el hierro del rotor y el estator. Para la refrigeración se emplea la mayoría de las veces un refrigerante gaseoso tal como aire o bien hidrógeno, que se envía a través de taladros o hendiduras correspondientes del rotor y el estator y a continuación se enfría nuevamente en un refrigerador. Se presta aquí especial atención a las cabezas de bobina del devanado del estator, en las que se produce una cantidad especialmente grande de calor de pérdida a causa de la geometría de los conductores y de los campos de dispersión ligados a ésta. Si el refrigerante que circula por el rotor y el estator es aspirado aquí hacia fuera de la zona de refrigeración por ventiladores principales asentados sobre los extremos del rotor y es forzado nuevamente hacia la zona de refrigeración a través de un refrigerador pospuesto, se habla de una refrigeración por aspiración ("reverse flow cooling") .

En el rotor el refrigerante circula axialmente hacia dentro desde los extremos en taladros correspondientes del conductor del rotor, después de absorber el calor de pérdida del rotor pasa radialmente al entrehierro entre el rotor y el estator y de nuevo circula axialmente hacia fuera en el entrehierro hasta los ventiladores principales. El refrigerante que sale del rotor tiene aquí, especialmente también en las zonas extremas del rotor, una temperatura netamente más alta que la del estator.

El entrehierro entre el rotor y el estator es de dimensión relativamente estrecha, de modo que resulta para la refrigeración del rotor una resistencia al flujo relativamente alta que dificulta la circulación del refrigerante y, por tanto, limita la acción de refrigeración. Además, el refrigerante sometido a un calentamiento relativamente fuerte en el rotor cede calor al estator al deslizarse a lo largo de la pared del ánima del estator o al chocar con ella, con lo que se perjudica la refrigeración del estator.

En el documento citado al principio se propone instalar en el entrehierro, en la zona extrema del estator, una corta pieza cilíndrica de entrehierro de forma anular que sea bañada en el lado posterior por aire frío procedente de varias hendiduras radiales y que en el lado delantero haga que la corriente de gas relativamente caliente que sale de la zona extrema del rotor sea apartada o desviada de manera que no choque con la superficie interior del ánima del estator. Debido a la limitación de la pieza cilíndrica de entrehierro a las zonas extremas del estator se evita o reduce ciertamente la desventajosa influencia del gas refrigerante calentado con especial fuerza, procedente de la zona de las cabezas de bobina del rotor, sobre el estator, si bien la zona restante del estator está expuesta todavía al refrigerante relativamente caliente que circula en el entrehierro, de modo que justamente en la zona del estator próxima al eje, en donde se encuentran los devanados del estator, la refrigeración resulta más bien perjudicada. En particular, debido a esta medida ocurre igualmente que más bien se empeora que se mejora la circulación del refrigerante a través del rotor.

El documento GB-A-730 515 revela una máquina dinamoeléctrica refrigerada por gas con un rotor hendido con devanado de rotor que está rodeado concéntricamente por un estator laminado hendido con un devanado de rotor

(14) y que está separado por un entrehierro. Para la refrigeración del rotor y el estator están previstos un soplante sobre el árbol del rotor en un extremo y unos ventiladores en ambos extremos. El soplante se utiliza para la refrigeración del rotor, mientras que los ventiladores se hacen cargo de la refrigeración del estator. La refrigeración está concebida como una refrigeración a presión.

Se conoce por el documento DE-A1-40 32 944 una máquina eléctrica refrigerada por gas que es refrigerada también a presión y en la que se forman en el centro del paquete de chapas del estator por medio de paquetes parciales distanciados unos canales de rotor radiales para devolver el refrigerante calentado del rotor y el entrehierro a los refrigeradores.

Exposición de la invención El cometido de la invención consiste en crear un turbogenerador que se caracterice por una refrigeración mejorada

del rotor y que haga posible al mismo tiempo de manera sencilla un desacoplamiento térmico de la refrigeración del rotor y el estator.

El problema se resuelve en un turbogenerador de la clase citada al principio por el hecho de que el refrigerante calentado por el rotor es conducido radialmente hacia fuera del entrehierro por canales de salida del estator y, fuera del estator, es devuelto al ventilador principal a través de un retorno de aire de refrigeración. Gracias a que, según la invención, el refrigerante que sale del rotor es hecho retornar desde el entrehierro a través de canales de salida radiales del estator, se puede optimizar la circulación del refrigerante a través del rotor con independencia del entrehierro.

Una primera forma de realización preferida del turbogenerador según la invención se caracteriza por que dentro de los canales de salida están dispuestos unos medios separadores que impiden que el refrigerante calentado conducido hacia fuera por los canales de salida entre en contacto con el estator, y por que los medios separadores son paquetes de chapa separadoras orientados transversalmente al eje del turbogenerador y comprenden almas distanciadoras entre los paquetes de chapas separadoras que están orientadas en dirección normal al eje del turboalimentador. Gracias a los medios separadores se impide que las corrientes del refrigerante relativamente caliente que viene del rotor cedan calor al estator durante su retorno al ventilador principal y perjudiquen así la refrigeración del estator. Gracias a la utilización de paquetes de chapas separadoras como medios separadores se simplifica considerablemente la construcción, ya que los paquetes de chapas separadoras pueden construirse exactamente igual que la propia chapa del estator y son parte integrante del circuito magnético. Como quiera que las almas distanciadoras necesarias de todos modos para la formación de los canales de salida se emplean al mismo tiempo como medios separadores, se obtiene una simplificación adicional.

Una segunda forma de realización preferida del turbogenerador según la invención se caracteriza por que en el estator están dispuestas entre los canales de salida unas hendiduras de entrada radiales a través de las cuales entra refrigerante de fuera a dentro para refrigerar el estator, y por que están dispuestos unos taladros en la culata del estator y unos canales de refrigeración en el diente del estator, los cuales, discurriendo transversalmente a las hendiduras de entrada y los canales de salida, unen mutuamente las respectivas hendiduras de entrada y canales de salida contiguos. Los canales de salida existentes para hacer retornar el refrigerante desde el rotor pueden emplearse así simultáneamente de manera sencilla para hacer que retorne también de dentro a fuera el refrigerante que circula por el estator. Si no se prevén unos medios separadores en los canales de salida, se reúnen allí las dos corrientes de refrigerante procedentes del rotor y el estator.

Sin embargo, en un perfeccionamiento preferido de esta forma de realización están dispuestos dentro de los canales de salida unos medios separadores que impiden que el refrigerante calentado procedente del rotor y conducido hacia fuera por los canales de salida entre en contacto con el estator y que comprenden paquetes de chapas separadoras orientados transversalmente al eje del turbogenerador. Los paquetes de chapas separadoras están distanciados de las paredes del... [Seguir leyendo]

1. Turbogenerador (10) con un rotor (11) y un estator (12) que rodea concéntricamente al rotor (11) y esta separado de dicho rotor (11) por un entrehierro (14) , así como con un dispositivo de refrigeración en el que un ventilador principal (33) aspira un refrigerante gaseoso que circula por canales de refrigeración correspondientes del rotor (11) y el estator (12) y lo impulsa de vuelta a los canales de refrigeración a través de un refrigerador (22, 23, 24) , circulando el refrigerante por el rotor (11) en dirección axial, pasando en estado calentado al entrehierro (14) y siendo conducido de vuelta al ventilador principal (33) desde el entrehierro (14) , caracterizado por que el refrigerante calentado por el rotor (11) , procedente del entrehierro (14) , es conducido radialmente hacia fuera por canales de salida (15) del estator (12) y, fuera de dicho estator (12) , es devuelto al ventilador principal (33) a través de un retorno de aire de refrigeración (21) .

2. Turbogenerador según la reivindicación 1, caracterizado por que dentro de los canales de salida (15) están dispuestos unos medios separadores (16, 17) que impiden que el refrigerante calentado conducido hacia fuera por los canales de salida (15) entre en contacto con el estator (12) .

3. Turbogenerador según la reivindicación 2, caracterizado por que los medios separadores comprenden unos paquetes de chapas separadoras (16, 17) orientados transversalmente al eje del turbogenerador (10) y unas almas distanciadoras (48) orientadas en sentido normal al eje del turbogenerador (10) y dispuestas entre los paquetes de chapas separadoras (16, 17) .

4. Turbogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los canales de salida (15) están configurados con una sección transversal de canal que se agranda hacia fuera.

5. Turbogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en el estator (12) están dispuestas entre los canales de salida (15) unas hendiduras de entrada radiales (18) a través de las cuales afluye de fuera a dentro un refrigerante para refrigerar el estator (12) , y por que están dispuestos unos taladros (34, 35) en la culata (13) del estator y unos canales de refrigeración (36, 37) en el diente del estator, los cuales, discurriendo transversalmente a las hendiduras de entrada (18) y los canales de salida (15) , unen mutuamente las respectivas hendiduras de entrada (18) y canales de salida (15) contiguos.

6. Turbogenerador según la reivindicación 5, caracterizado por que dentro de los canales de salida (15) están dispuestos unos medios separadores (16, 17; 48, 49) que impiden que el refrigerante calentado conducido hacia fuera por los canales de salida (15) , procedente del rotor (11) , entre en contacto con el estator (12) y que comprenden unos paquetes de chapas separadoras (16, 17) orientados transversalmente al eje del turbogenerador (10) , por que los paquetes de chapas separadoras (16, 17) están distanciados de las paredes del estator (12) y forman entre ellos y las paredes unas hendiduras de refrigeración (15a, b) , y por que los taladros (34, 35) de la culata

(13) del estator y los canales de refrigeración (36, 37) del diente del estator desembocan, por sus extremos vueltos hacia los canales de salida (15) , en las respectivas hendiduras de refrigeración (15a, b) .

7. Turbogenerador según la reivindicación 6, caracterizado por que las hendiduras de refrigeración (15a, b) y las hendiduras de entrada (18) están unidas en sus extremos próximos al eje con las prerranuras (38) del estator, por que las prerranuras (38) del estator están cerradas a haces contra el entrehierro (14) por unos medios de cierre (44) y forman canales de refrigeración que son recorridos por el refrigerante, por que las hendiduras de entrada (18) están cerradas a haces hacia el entrehierro (14) por una respectiva primera pieza inserta (39) , y por que las hendiduras de refrigeración (15a, b) de cada canal de salida (15) están cerradas hacia el entrehierro (14) por una segunda pieza inserta (40) que presenta la forma de un perfil rectangular abierto con aristas redondeadas hacia dentro.

8. Turbogenerador según la reivindicación 7, caracterizado por que los paquetes de chapas separadoras (16, 17) de los canales de salida (15) se mantienen a cierta distancia de las paredes del estator (12) por medio de unas primeras almas distanciadoras (49) , cuyas almas distanciadoras (49) limitan lateralmente las hendiduras de refrigeración (15a, b) entre ranuras de estator contiguas, por que en las hendiduras de entrada (18) están dispuestas unas segundas almas distanciadoras (41) que limitan lateralmente las hendiduras de entrada (18) entre ranuras de estator contiguas, y por que en las almas distanciadoras primeras y segundas (49 y 41) están previstas unas aberturas (50 y 46) mediante las cuales los canales de salida (15) y las hendiduras de entrada (18) están unidos con las prerranuras contiguas (38) del estator.

9. Turbogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado por que los medios de cierre comprenden cuerpos de desplazamiento (44) que penetran en las prerranuras (38) del estator y reducen la sección transversal de flujo dentro de dichas ranuras (38) del estator.

10. Turbogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que en los paquetes de chapas separadoras (16, 17) están previstas unas aberturas (51) para homogeneizar el flujo.

11. Turbogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que los paquetes de chapas

separadoras (16, 17) presentan en la zona de los conductores (53) del devanado (32, 32a) del estator unas ranuras a través de las cuales se extienden los conductores (53) , y por que la anchura de las ranuras se ha elegido de modo que entre los conductores (53) y los paquetes de chapas separadoras (16, 17) queden libres unas hendiduras (52) para la circulación del refrigerante.