Rotor para una máquina dinamoeléctrica.

Rotor (6) para una máquina dinamoeléctrica (7) con:

un cuerpo de rotor (10) que rota alrededor de un eje de rotación (R) que se extiende en el sentido de la fuerza de gravedad (g),

elementos de bobina (14) dispuestos en ranuras (13) que se extienden axialmente en el cuerpo de rotor (10), dos cabezas de bobina (9) dispuestas en sentido axial por debajo y por encima del cuerpo de rotor (10), y en la zona de las cabezas de bobina (9) los elementos de bobina (14) salen de las ranuras (13) en sentido axial y están unidos a otros elementos de bobina (14),

un soporte de cabeza de bobina (15) para cada una de las cabezas de bobina (9) que está dispuesto radialmente dentro de la cabeza de bobina (9) y coaxialmente con respecto al eje de rotación (R) y que está fijado de forma no giratoria y de forma desplazable en el sentido del eje de rotación (R) sobre el cuerpo de rotor (10) o sobre un componente que rota junto con este,

caracterizado por que

en la zona de la fijación están previstos elementos de muelle (19) que actúan en sentido axial, en sentido contrario la fuerza de gravedad (g), entre el cuerpo de rotor (10) y/o un componente que rota junto con este y el soporte de cabeza de bobina (15),

cada uno de los soportes de cabeza de bobina. (15) presenta al menos un aro de soporte (15.1, 15.2) en una sola pieza o segmentado en el sentido circunferencial,

cada uno de los aros de soporte (15.1, 15.2) está soportado a través de elementos de muelle (19) en sentido axial, al menos indirectamente con respecto al cuerpo de rotor (10).

Rotor para una máquina dinamoeléctrica La presente invención se refiere a un rotor para una máquina dinamoeléctrica, por ejemplo un generador eléctrico, según el tipo definido en detalle en el preámbulo de la reivindicación 1.

Para la fijación de las cabezas de bobina de bobinas de rotor es habitual entre otras cosas apoyar las cabezas de bobina mediante un soporte anular de cabeza de bobina y fijar las cabezas de bobina sobre dicho soporte de bobina con la ayuda de bandajes. Para ello, se remite por ejemplo al documento US3, 073, 004A. Especialmente en el caso de máquinas más grandes, en lugar de un bandaje también se puede usar un aro dividido de forma múltiple que con capas aislantes intermedias están en contacto con las cabezas de bobina y se fija con la ayuda de tornillos al soporte de bobina. En caso de fuerzas centrífugas especialmente grandes también es posible colocar caperuzas sobre las cabezas de bobina. Dichas caperuzas son habituales especialmente para la fijación de las cabezas de bobina del rotor de turbogeneradores (libro "Leitfaden der Elektrotechnik" -tomo 3 -"Konstruktions-und Festigkeitsberechnungen elektrischer Maschinen" editor: Dr. C. von Dobbler, 1962, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, páginas 25 a 29 y 58 a 62; documentos DE2629574B2; DE-PS701612) . Asimismo, se conoce el modo de absorber las fuerzas centrífugas procedentes de la bobina excitadora de una máquina sincrónica con la ayuda de puentes de sujeción que están en contacto con el lado frontal exterior de la bobina excitadora y que a su vez se sujetan mediante pernos fijados en el cuerpo rotatorio de la máquina y solicitado a tracción. (documento DE-PS950659) .

El objetivo de la fijación de cabezas de bobina de un rotor se plantea especialmente en máquinas de anillos colectores con alimentación de inducido como las que se emplean para generadores de motor de fuerza hidráulica de número de revoluciones regulable para el funcionamiento de acumulación por bombeo. Para este tipo de motores de generador es característico entre otras cosas que el rotor puede presentar un diámetro de 3 a 8mm. Para la fijación de las cabezas de bobina de un rotor de este tipo es conocido el modo de disponer en el cuerpo de rotor a través de caballetes de apoyo aros de sujeción en los que están fijados los extremos de pernos de tracción en forma de U. Respectivamente un perno de tracción agarra por arriba con su zona en forma de U una cabeza de bobina (informe 11 -104 "Development and achieved commercial operation â? for a pumped storage power plant", del congreso CIGRE 1992, del 30 de agosto al 5 de septiembre) . Una fijación de cabeza de bobina de este tipo es muy complicada en cuanto a la construcción y al montaje.

El documento DE19519127C1 describe una máquina dinamoeléctrica del tipo de construcción mencionado. El dispositivo de protección contra fuerzas centrífugas comprende barras de tracción que con sus extremos radialmente interiores atacan en un soporte de cabeza de bobina, por ejemplo de un aro de soporte, y que con sus extremos radialmente exteriores atacan en cuerpos de soporte que en la parte radialmente exterior están en contacto con las cabezas de bobina.

Por el estado más próximo de la técnica en forma del documento DE102009016516A1 es conocido además el modo de apoyar una cabeza de bobina en sentido radial a través de tirantes de anclaje que, dado el caso, también pueden estar realizados como muelles de tracción.

Por las cabezas de bobina fluye corriente. Por lo tanto, se calientan a temperaturas más elevadas y se dilatan. Por el soporte de cabeza de bobina en cambio no fluye corriente y por tanto se mantiene frío. Para evitar tensiones mecánicas resultantes, por el documento WO2010/115483A1, al igual que por el documento GB1, 112, 129 se conoce el modo de fijar las cabezas de bobina sobre aros de soporte montados, de forma no giratoria y de forma desplazable en el sentido axial del eje de rotación del rotor, sobre el rotor o sobre un cubo que soporta el rotor. Por lo tanto, el soporte de cabeza de bobina, por ejemplo en forma de los aros de soporte descritos, es libremente móvil en el sentido axial al menos entre un tope superior y un tope inferior. Cuando los elementos de bobina se dilatan ahora por el calentamiento dentro de las ranuras del cuerpo de rotor y en la zona de la cabeza de bobina, el soporte de cabeza de bobina realiza un movimiento de compensación en sentido axial.

La problemática consiste en que, especialmente en el caso de máquinas muy grandes, normalmente del orden de 30MVA o superior, el eje de rotación de la máquina dinamoeléctrica se extiende normalmente en el sentido de la fuerza de gravedad. De esta manera, el peso total acumulación bombeada tiene que ser soportado por acumulación bombeada y, en caso de una dilatación térmica de los elementos de bobina, ser desplazado por estos. Dado que debido a los diámetros típicos antes descritos de este tipo de máquinas, el soporte de cabeza de bobina es correspondientemente pesado, frecuentemente han de superarse fuerzas de peso muy grandes, Esto puede conducir a tensiones muy altas en la zona de los elementos de bobina que pueden comprimir y/o deformar correspondientemente el material de los elementos de bobina. Además, se puede producir la situación de que los elementos de bobina que normalmente están realizadas de forma chaveteada en la zona de las ranuras no pueden soportar a largo plazo el peso total del soporte de cabeza de bobina, de modo que con el paso del tiempo se puede producir un descenso de la bobina en su conjunto con respecto al cuerpo de rotor hacia abajo en el sentido de la fuerza de gravedad.

El objetivo de la presente invención consiste en contrarrestar esta problemática y proporcionar un rotor que esté realizado con una construcción tal que una dilatación térmica de los elementos de bobina en el sentido axial no conduzca a una carga mecánica innecesariamente alta de los elementos de bobina.

Según la invención, este objetivo se consigue mediante las características mencionadas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Variantes ventajosas del rotor según la invención así como usos preferibles para este resultan de las demás reivindicaciones dependientes o de las reivindicaciones relativas al uso.

La estructura del rotor con las cabezas de bobina corresponde a la estructura tal como es habitual también en el estado de la técnica. Para cada una de las cabezas de bobina está previsto un soporte de cabeza de bobina que está dispuesto radialmente dentro de la cabeza de bobina y coaxialmente con respecto al eje de rotación. Cada uno de los soportes de cabeza de bobina está fijado al menos indirectamente en el cuerpo de rotor de forma no giratoria y de forma desplazable en el sentido del eje de rotación. Según la invención está previsto que en la zona de dicha fijación están previstos elementos de muelle que actúan en sentido axial contra la fuerza de gravedad, entre el cuerpo de rotor y/o un componente que rota junto a este y el soporte de cabeza de bobina. Por lo tanto, los elementos de muelle soportan la o las piezas del soporte de cabeza de bobina en el sentido axial. Por tanto, para desplazar el soporte de cabeza de bobina en sentido axial ya no es necesario compensar su fuerza de gravedad total, sino que basta con compensar la fuerza que resulta de la diferencia entre la fuerza de muelle y la fuerza de gravedad del soporte de cabeza de bobina o de la pieza afectada del soporte de cabeza de bobina. De esta manera, se minimizan las fuerzas que han de ejercerse sobre el soporte de cabeza de bobina en caso de la dilatación térmica de los elementos de bobina y se puede evitar eficazmente una carga demasiado grande de los elementos de bobina. Los elementos de muelle apoyan el soporte de cabeza de bobina o bien sobre el cuerpo de rotor mismo o bien sobre un componente que rota junto a este, por ejemplo el cubo. También es posible disponer los elementos de muelle de tal forma que estos se apoyen tanto sobre el cuerpo de rotor como sobre el componente que rota junto a este y soporten el soporte de cabeza de bobina.

Según una variante especialmente favorable y ventajosa del rotor según la invención está previsto que los elementos de muelle están elegidos de tal forma que compensen en gran parte el peso de los soportes de cabeza de bobina. Esta aplicación principal de la idea según la invención con los elementos de muelle sirve para poder mover el soporte de cabeza de bobina de forma relativamente libre en sentido axial, de modo que en caso de la dilatación de los elementos de bobina es posible de manera sencilla un movimiento del soporte de cabeza de bobina, sin que su fuerza de gravedad total tenga que ser compensada por los elementos de bobina que se dilatan... [Seguir leyendo]

1. Rotor (6) para una máquina dinamoeléctrica (7) con:

un cuerpo de rotor (10) que rota alrededor de un eje de rotación (R) que se extiende en el sentido de la fuerza de gravedad (g) , elementos de bobina (14) dispuestos en ranuras (13) que se extienden axialmente en el cuerpo de rotor (10) , dos cabezas de bobina (9) dispuestas en sentido axial por debajo y por encima del cuerpo de rotor (10) , y en la zona de las cabezas de bobina (9) los elementos de bobina (14) salen de las ranuras (13) en sentido axial y están unidos a otros elementos de bobina (14) , un soporte de cabeza de bobina (15) para cada una de las cabezas de bobina (9) que está dispuesto radialmente dentro de la cabeza de bobina (9) y coaxialmente con respecto al eje de rotación (R) y que está fijado de forma no giratoria y de forma desplazable en el sentido del eje de rotación (R) sobre el cuerpo de rotor (10) o sobre un componente que rota junto con este, caracterizado por que en la zona de la fijación están previstos elementos de muelle (19) que actúan en sentido axial, en sentido contrario la fuerza de gravedad (g) , entre el cuerpo de rotor (10) y/o un componente que rota junto con este y el soporte de cabeza de bobina (15) , cada uno de los soportes de cabeza de bobina. (15) presenta al menos un aro de soporte (15.1, 15.2) en una sola pieza o segmentado en el sentido circunferencial, cada uno de los aros de soporte (15.1, 15.2) está soportado a través de elementos de muelle (19) en sentido axial, al menos indirectamente con respecto al cuerpo de rotor (10) .

2. Rotor (6) según la reivindicación 1, caracterizado por que cada uno de los soportes de cabeza de bobina (15)

presenta al menos dos, preferentemente exactamente dos, aros de soporte (15.1, 15.2) en una sola pieza o segmentados en el sentido circunferencial.

3. Rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que los elementos de muelle (19) están elegidos y dispuestos de tal forma que compensan al menos en gran parte el peso del soporte de cabeza de bobina 30 (15) .

4. Rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que los elementos de muelle (19) están elegidos y dispuestos de tal forma que pretensan el soporte de cabeza de bobina (19) con respecto al cuerpo de rotor (10) en el sentido de la fuerza de gravedad (g) .

5. Rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que los elementos de muelle (19) están realizados como muelles de disco o muelles helicoidales.

6. Rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los elementos de muelle (19) están 40 realizados como muelles elastoméricos.

7. Uso de un rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 6 en una máquina asincrónica (7) con inducido de anillos colectores para el uso con un número de revoluciones variable.

8. Rotor (6) según la reivindicación 7, caracterizado por que la máquina asincrónica (7) está realizada como máquina asincrónica de doble alimentación.

9. Juego de máquina para una instalación hidroeléctrica (1) con una turbina de agua (3) o una turbina de bombeo y con una máquina dinamoeléctrica (7) , con un rotor (6) según una de las reivindicaciones 1 a 6, que está en unión de 50 propulsión con la turbina de agua (3) o la turbina de bombeo.

10. Juego de máquina según la reivindicación 9, caracterizado por que la máquina dinamoeléctrica (7) está realizada como máquina asincrónica, especialmente como máquina asincrónica de doble alimentación, con inducido de anillos colectores para el uso con un número de revoluciones variable.