ES2260654T3 - Dispositivo para refrigerar una unidad de generador electrico. - Google Patents

Abstract

Unidad de generador eléctrico de generador y motor alternativo de combustión interna como accionamiento, especialmente de generador síncrono y motor diesel, con un dispositivo de refrigeración previsto para la refrigeración común de generador y motor alternativo de combustión interna con una rueda de ventilador (2) que aspira el aire frío (L) axialmente desde el lado del motor y lo expulsa radialmente, que comprende un primer paso (49) en la zona radial exterior del alabeado (4) y un segundo paso (50) radialmente dentro del alabeado (4), en el que una parte menor (S2) del aire frío (L) (¿aire frío del generador¿) sólo se suministra al generador en el lado del motor a través del primer paso (49) y a través del segundo paso (50) se expulsa de nuevo, y en el que la parte principal (S1) del aire frío (L) (¿aire frío del motor¿) se suministra al motor alternativo de combustión interna.

Description

Dispositivo para refrigerar una unidad de generador eléctrico.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la refrigeración común de generador y motor alternativo de combustión interna que acciona una unidad de generador eléctrico.

Son conocidos dispositivos de refrigeración de este tipo. Por ejemplo, el documento EP1054144A2 describe una unidad de motor-generador, en la que está dispuesta una rueda de ventilador principal para la refrigeración común de generador y motor, que gira junto con el rotor del generador accionado por motor. Mediante el giro de la rueda del ventilador principal se aspira aire frío fresco a través de aberturas dispuestas en la carcasa del generador en forma de taladros y ranuras y para la refrigeración del generador se suministra un trayecto de refrigeración del generador, y para la refrigeración del motor, un trayecto de refrigeración del motor. Además de la rueda principal del ventilador se prevé otra rueda auxiliar de ventilador, mediante la que a través de más aberturas de la carcasa del generador se aspira aire frío hacia el generador, que sirve especialmente para la refrigeración del estator y de las bobinas. El aire frío aspirado mediante la rueda de ventilador auxiliar se mezcla con el aire frío aspirado por la rueda de ventilador principal y se suministra al motor para su refrigeración.

Asimismo, el documento DE10010248A1 del actual solicitante describe un dispositivo de refrigeración de este tipo para un generador eléctrico como unidad del motor de accionamiento y del generador. Para la refrigeración de aire común del motor de accionamiento y del generador sirve, en el caso de este dispositivo, una rueda de ventilador. La rueda de ventilador gira mediante el cigüeñal del motor de accionamiento, aspirándose aire frío fresco a través de las aberturas previstas de la carcasa del generador. El aire frío pasa al compartimento interior del generador para la refrigeración del generador y se suministra al motor de accionamiento para su refrigeración.

A pesar de que con los dispositivos de refrigeración conocidos del estado de la técnica pueden conseguirse potencias de refrigeración satisfactorias, se ha comprobado como desventajoso que para aspirar el aire frío fresco mediante la carcasa del generador, ésta debe estar configurada con aberturas de paso correspondientemente grandes para el aire frío, como es el caso, por ejemplo, también de la unidad de generador eléctrico del documento EP0893586A2 y US5433157 mediante aberturas de aspiración del lado del generador. Esto es aún más válido cuando -como es habitual- todo el aire frío para el generador y el motor de accionamiento se aspira a través de la carcasa del generador, porque en el motor de accionamiento debe conseguirse una potencia de refrigeración superior, en torno al factor 10 a 20, en comparación con el generador.

Si la unidad de generador eléctrico debe cerrarse ampliamente hacia fuera en el lado del generador, por ejemplo, para conseguir el elevado nivel de protección de los dispositivos eléctricos según DIN 40050, lo consigue sólo de forma condicionada debido a las grandes aberturas de paso del aire. Hasta ahora para ello deben tenerse en cuenta disposiciones costosas y caras. Así, el generador, además de su carcasa de generador real, debe alojarse en una funda de protección fija mecánicamente y estanca al agua y al polvo. Para la refrigeración del generador, la funda de protección se circunda desde fuera de medio de refrigeración, lo que presupone que se garantiza un transporte de calor suficiente desde el generador a la funda de protección. Adicionalmente, debe tenerse en cuenta una guía de cable del generador asegurada correspondientemente. Además de las dificultades técnicas vinculadas y de los elevados costes, una solución de este tipo requiere espacio suficiente para el montaje, lo que ya representa en muchos casos un obstáculo insalvable.

El objetivo de la presente invención es superar las desventajas de los dispositivos conocidos del estado de la técnica para la refrigeración común de generador y motor alternativo de combustión interna. Este objetivo se alcanza según una propuesta de la invención a través de las características de la reivindicación independiente. Configuraciones ventajosas de la invención existen a través de las características de las reivindicaciones subordinadas.

Según la invención se propone una unidad de generador eléctrico a partir de generador y motor alternativo de combustión interna como accionamiento, especialmente de generador síncrono y motor diesel, con un dispositivo de refrigeración previsto especialmente para la refrigeración común de generador y motor alternativo de combustión interna, en el que a través de una rueda de ventilador que aspira axialmente el aire frío y lo expulsa radialmente, que comprende al menos un primer paso en la zona radial exterior del alabeado y, al menos, un segundo paso radialmente dentro del alabeado, una parte menor del aire frío ("aire frío del generador") se suministra sólo al generador por el lado del motor a través del primer paso exterior y a través del segundo paso interior se expulsa de nuevo, mientras que una parte amplia del aire frío ("aire frío del motor") se suministra al motor alternativo de combustión interna mediante la rueda del ventilador.

Puesto que el segundo paso interior está dispuesto en la sección que aspira el aire frío de la rueda de ventilador (la rueda de ventilador aspira el aire frío esencialmente en su centro axial), mediante el efecto de aspiración local se aspira el aire frío del generador desde el generador. En conjunto, se forma en el generador una corriente de aire frío de generador, en el que el aire frío del generador que sale radialmente de la rueda de ventilador se suministra a través del primer paso exterior al generador y a través del segundo paso interior de la rueda de ventilador se expulsa de nuevo del compartimento del generador. El aire frío del generador que circula a través del segundo paso interior de la rueda del ventilador se mezcla a continuación con el aire frío fresco aspirado por la rueda del ventilador, suministrándose el aire calentado ligeramente en menor parte al generador y en mayor parte al motor de accionamiento.

El primer paso exterior para la entrada del aire frío del generador en el generador se encuentra, preferentemente, en forma de una ranura de forma circular. La ranura puede presentar, por ejemplo, una anchura de abertura de 2-5 mm, especialmente de aprox. 3 mm. El aire frío del generador que entra en el generador mediante la ranura de forma circular se aspira a través del segundo paso interior de la rueda de ventilador de nuevo fuera del compartimento del generador. El segundo paso interior se encuentra, preferentemente, en forma de aberturas de forma circular de la rueda de ventilador. Estas aberturas, por ejemplo de 5 a 7 en número, tienen preferiblemente un diámetro en la zona de 20 a 50 mm, especialmente de 30 mm. Es esencial que con el taladro de las aberturas esté unida una debilitación mecánica de la rueda de ventilador, de forma que la rueda de ventilador, según la dimensión de las fuerzas mecánicas que aparecen, sólo debe presentar un determinado número de taladros de paso, puesto que en caso contrario sería necesario un incremento del grosor de pared de la rueda de ventilador en esta zona.

A diferencia de los dispositivos de refrigeración conocidos se renuncia a utilizar todo el aire frío aspirado a través de la rueda de ventilador para la refrigeración del generador -además se deriva sólo una parte menor suficiente del aire frío aspirado para la refrigeración del generador que requiere menos potencia de refrigeración al compartimento del generador.

Debido al calor de pérdida esencialmente superior en general del motor de accionamiento, el aire frío calentado por el generador puede usarse para la refrigeración siguiente del motor de accionamiento. El generador de la unidad de generador eléctrico según la invención presenta, preferentemente, un grado de efectividad de al menos 90% -a diferencia de los generadores del estado de la técnica, que en general disponen sólo de un grado de efectividad en el intervalo del 75-85%. El aire frío calentado por el generador se mezcla constantemente también con el aire frío aspirado por la rueda del ventilador para la refrigeración del motor, de forma que se garantiza en cualquier caso una expulsión de calor de pérdida del motor de accionamiento.

Los diámetros del primer paso exterior y el segundo paso interior deben dimensionarse de forma correspondiente a las potencias de refrigeración necesarias. Un calor de pérdida del generador mayor requiere una cantidad mayor de aire frío del generador suministrado y viceversa.

Para garantizar que el aire frío del generador entre con una velocidad de circulación casi igual en el generador y lo abandone de nuevo, es preferible que la superficie en sección transversal del primer paso y la superficie en sección transversal del segundo paso sean esencialmente iguales.

De forma especialmente ventajosa, la unidad de generador eléctrico según la invención no debe presentar aberturas de aire en la carcasa del generador, y por este motivo en el lado del generador puede estar realizada de forma estanca, especialmente, de forma estanca al agua y al polvo. A diferencia de las disposiciones conocidas en el estado de la técnica para la estanqueidad al polvo y al agua, esta protección puede conseguirse ahorrando espacio, sin medios costosos técnicamente y de forma económica. Así mismo, es preferible que el generador tenga un grado de protección para la protección frente a roce y cuerpos extraños según DIN 40050 (primer índice) de, al menos, el nivel 6. Además, es preferible que el generador tenga un grado de protección para protección frente al agua según DIN 40050 (segundo índice) de, al menos, el nivel 4. En relación a la carga mecánica es preferible que la carcasa del generador tenga un grado de protección según DIN 40050 (tercer índice) de, al menos, el nivel 3. Para ello, se ha constatado no obstante que la capacidad de carga mecánica de la carcasa del generador depende esencialmente de la elección del material y, por este motivo, ampliamente se encuentra a la discreción del experto.

Una forma de realización especialmente ventajosa del dispositivo según la invención prevé que al generador -de forma correspondiente a la necesidad de refrigeración menor en general respecto al motor de accionamiento- se suministra al menos 5% y como máximo 10% del aire frío expulsado por la rueda del ventilador como aire frío del generador.

De forma ventajosa, el aire frío del generador se desvía antes de entrar en el generador, consiguiéndose que con el aire frío las impurezas aspiradas sólidas y líquidas se separen debido a su inercia de masa en las paredes de la guía de aire frío, antes de que el aire frío del generador entre en el generador. De este modo, de forma sencilla puede producirse una limpieza del aire frío, que en caso contrario debería tener lugar mediante disposiciones caras y técnicamente costosas, como sistemas de filtro y similares.

La invención se explica en detalle a continuación mediante un ejemplo de realización, haciéndose referencia al dibujo adjunto.

Fig. 1 muestra una sección axial de la unidad de motor/generador.

La máquina eléctrica que forma un generador eléctrico representado en la fig. 1 se refiere a una unidad de un motor de accionamiento y un generador síncrono. Como motor de accionamiento entra en cuestión preferentemente un motor diesel, del que sencillamente se muestra a trazos el extremo del lado de conexión de su cigüeñal 1.

En el lado frontal, en el cigüeñal 1 está montada una rueda de ventilador 2 mediante tornillos 3. La rueda de ventilador 2 tiene una alabeado 4, a través del que el aire frío según la flecha L en el lado del motor se aspira en sentido axial y se expulsa en sentido radial para generar corrientes de aire según la flecha S1 para la refrigeración del motor o según la flecha S2 para la refrigeración del generador. La corriente de aire frío S2 se dirige mediante un primer paso 49 exterior representado en la fig. 1 en forma de una ranura anular (véase la flecha orientada hacia la izquierda S2 en la fig. 1) hacia el compartimento del generador. El aire frío S2 dirigido hacia el compartimento del generador se aspira desde el compartimento del generador mediante los taladros de paso 50 dispuestos radialmente dentro del alabeado 4 de la rueda del ventilador 2 (véase la flecha S2 en la fig. 1 dirigida hacia la derecha) mediante el efecto de aspiración de la rueda de ventilador 2 dominante.

Dentro del compartimento del generador pueden configurarse, en función de las resistencias de corriente de los posibles trayectos de corriente, diversas corrientes de aire frío. En el ejemplo de realización mostrado, se forman esencialmente 2 corrientes de aire frío distintas, un trayecto de corriente menor entre la ranura 49 y los taladros de paso 50, en el que la bobina del estator se refrigera en la cabeza de bobina del lado del motor, así como un trayecto de corriente más largo, en el que el aire frío del generador refrigera la bobina del estator 28 en toda su extensión espacial. Debido a la buena conducción de calor del material de bobina usado, la proporción de cantidad relativa de las distintas corrientes de aire frío del generador desempeña un papel distinto en el compartimento del generador.

En el ejemplo mostrado, el sentido de entrada del aire frío del generador en el compartimento del generador es aprox. perpendicular al sentido radial de la rueda del ventilador 2. De este modo, se garantiza que las impurezas sólidas y líquidas transportadas con el aire frío se separan de la corriente de aire frío del generador debido a su inercia de masa.

La anchura de abertura de la ranura 49 asciende aprox. a 3 mm. En la rueda del ventilador 2 están taladradas 6 aberturas de paso 50 con un diámetro de aprox. 30 mm. La superficie de sección transversal de la ranura 49 se selecciona de forma que es aprox. igual al total de las superficies de sección transversal de las 6 aberturas de paso 50, pudiendo garantizarse una entrada y salida de aire frío regular del generador.

Mediante la anchura de abertura de la ranura 48 puede regularse la proporción de la corriente de aire frío del generador derivada hacia el compartimento del generador. Debido al grado de efectividad muy bueno del generador mostrado en el ejemplo de realización, que en general se encuentra por encima del 90%, es suficiente que el 5-10% del aire frío L aspirado por la rueda del ventilador 2 se suministre al generador como aire frío de generador a través de la rueda del ventilador.

Una carcasa de conexión 5 del lado del motor circunda el espacio, en el que se aloja la rueda del ventilador 2, radialmente hacia fuera; está abierta hacia el motor y tiene en su lado opuesto una pestaña anular 6 con taladros roscados para roscar los tornillos de fijación 7 para la conexión de la carcasa del generador 8 cilíndrica, tensándose esta a ambos lados frontales en toda su superficie. Los tornillos de fijación 7 están dispuestos distribuidos en el contorno y tensan toda la longitud de la carcasa. En el extremo izquierdo en el plano de la carcasa del generador 8 se prevé una cubierta de carcasa de generador 9, en la que está fijado el estator 11 del generador. Los mangos de los tornillos de fijación 7 atraviesan los taladros en la cubierta de la carcasa del generador 9.

Aunque repartidos por el contorno según el ejemplo de realización existente se prevén ocho tornillos de fijación 7, para la fijación del estator son suficientes seis tornillos de estator 17, que se dirigen a través de taladros del paquete de chapa del estator 11 y están atornillados mediante casquillos distanciadores 20.

El estator 11 aloja las cuerdas de la bobina de la bobina de corriente trifásica 28 del generador.

El estator 11 está circundado por el rotor 29, que está construido igualmente a partir de un paquete de chapa, que se sujeta unido mediante tornillos de sujeción 30, que estar atornillados con un extremo de rosca 31 en el lado del motor en taladros roscados correspondientes de la rueda del ventilador 2. Entre la rueda del ventilador y el lado asignado del rotor 29 están tensados en los casquillos de apoyo 32 deslizados sobre los tornillos de sujeción 30. De este modo, el rotor 29 está unido de forma fija frente a giro con la rueda del ventilador 2. En su contorno interior forma una holgura 33 estrecha de aprox. 2 mm respecto al estator 11. Además, el rotor 29 tiene bolsillos que atraviesan en sentido axial que discurren aprox. de forma circular dentro de dos segmentos, en los que desde ambos lados están introducidos elementos magnéticos 35, que son responsables de la excitación magnética del generador.

Claims (13)

1. Unidad de generador eléctrico de generador y motor alternativo de combustión interna como accionamiento, especialmente de generador síncrono y motor diesel, con un dispositivo de refrigeración previsto para la refrigeración común de generador y motor alternativo de combustión interna con una rueda de ventilador (2) que aspira el aire frío (L) axialmente desde el lado del motor y lo expulsa radialmente, que comprende un primer paso (49) en la zona radial exterior del alabeado (4) y un segundo paso (50) radialmente dentro del alabeado (4), en el que una parte menor (S2) del aire frío (L) ("aire frío del generador") sólo se suministra al generador en el lado del motor a través del primer paso (49) y a través del segundo paso (50) se expulsa de nuevo, y en el que la parte principal (S1) del aire frío (L) ("aire frío del motor") se suministra al motor alternativo de combustión interna.

2. Unidad. de generador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizada porque el paso exterior (49) es una ranura de forma circular.

3. Unidad de generador eléctrico según la reivindicación 2, caracterizada porque la ranura de forma circular presenta una anchura de abertura en el intervalo de 2 a 5 mm, especialmente, 3 mm.

4. Unidad de generador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizada porque el paso interior (50) se presenta en forma de aberturas de forma circular de la rueda de ventilador.

5. Unidad de generador eléctrico según la reivindicación 4, caracterizada porque la abertura de forma circular presenta un diámetro en el intervalo de 20 a 50 mm, especialmente 30 mm.

6. Unidad de generador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie de sección transversal del paso exterior (49) y la superficie de sección transversal del paso interior (50) es esencialmente igual.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aire frío del generador (S2) es al menos 5% y como máximo 10% del aire frío (L).

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el sentido de circulación del aire frío del generador (S2) se desvía antes de entrar en el generador.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el sentido de circulación del aire frío del generador se desvía en un ángulo de aprox. 90º.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador tiene un grado de protección para la protección frente a roce y cuerpos extraños según DIN 40050 (primer índice) de al menos el nivel 6.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador tiene un grado de protección para la protección frente a agua según DIN 40050 (segundo índice) de al menos el nivel 4.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador tiene un grado de protección para la protección frente a carga mecánica según DIN 40050 (tercer índice) de al menos el
nivel 3.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el generador presenta un grado de efectividad de al menos 90%.