ES2316417T3 - Bobinas de extremidad refrigeradas con gas para un rotor de maquina dinamoelectrica y procedimiento para refrigerar bobinas de extremidad. - Google Patents

Bobinas de extremidad refrigeradas con gas para un rotor de maquina dinamoelectrica y procedimiento para refrigerar bobinas de extremidad. Download PDF

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ES2316417T3 ES01271684T ES01271684T ES2316417T3 ES 2316417 T3 ES2316417 T3 ES 2316417T3 ES 01271684 T ES01271684 T ES 01271684T ES 01271684 T ES01271684 T ES 01271684T ES 2316417 T3 ES2316417 T3 ES 2316417T3
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Emil Donald Jarczynski
Todd Garrett Wetzel
Christian Lee Vandervort
Samir Armando Salamah
Wayne Nigel Owen Turnbull
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Abstract

Una máquina dinamoeléctrica refrigerada por gas, que comprende: un rotor (10) que tiene una porción (14) de cuerpo, teniendo dicho rotor bobinas (22) que se extienden de manera axial y bobinas (28) de extremidad que se extienden de manera axial más allá de al menos un extremo (18) de dicha porción (14) de cuerpo; una pluralidad de bloques separadores (140, 240) dispuesta entre dichas bobinas (28) de extremidad y orientada de manera radial con respecto al eje del rotor; una pluralidad de cavidades (142, 242, 342) definidas entre bobinas (28) de extremidad mutuamente adyacentes y bloques separadores (140, 240, 340, 440); teniendo al menos uno de dichos bloques separadores un conducto (144, 244, 344, 444) que se extiende de manera radial, definido en su interior, extendiéndose dicho conducto entre una abertura (150, 250, 350) de entrada y una abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida; en la que dicha abertura de salida está dispuesta en una superficie de dicho al menos un bloque separador que da a una cavidad adyacente al mismo; y en la que dicha abertura (150, 250, 350) de entrada está formada en una superficie orientada de manera circunferencial de dicho al menos un bloque separador (140, 240, 340, 440); caracterizada porque dicha abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida está definida en una sección media de dicho bloque separador (140, 240, 340, 440) de forma que emite dicho flujo de gas refrigerante en una dirección de una región central de dicha cavidad (142, 242, 342); y en la que hay una pluralidad de aberturas de salida, estando dirigida al menos una de dichas aberturas de salida según un ángulo menor de 90 grados con respecto al eje de dicho rotor, de forma que incide gas refrigerante en una bobina de extremidad adyacente a la misma.

Description

Bobinas de extremidad refrigeradas con gas para un rotor de máquina dinamoeléctrica y procedimiento para refrigerar bobinas de extremidad.
Antecedentes de la invención
La presente invención versa acerca de una estructura y un procedimiento para una refrigeración mejorada de rotores de generadores al dirigir múltiples chorros de gas refrigerante dentro de espacios de cavidad entre las bobinas de extremidad del rotor para crear múltiples celdas de circulación de acción mutua y chorros de flujo dirigidos.
La potencia nominal de salida de máquinas dinamoeléctricas, como grandes turbo-generadores, está limitada a menudo por la capacidad de proporcionar corriente adicional a través del devanado de campo del rotor debido a limitaciones de temperatura impuestas sobre el aislamiento del conductor eléctrico. Por lo tanto, una refrigeración efectiva del devanado del rotor contribuye directamente al rendimiento de la máquina. Esto es especialmente cierto de la región de extremidad del rotor, donde es difícil y cara la refrigeración forzada directa debido a la construcción habitual de estas máquinas. Dado que las tendencias del mercado predominante requieren mayor eficiencia y mayor fiabilidad en generadores de menor coste y de mayor densidad de potencia, refrigerar la región de extremidad del rotor se convierte en un factor limitante.
Los rotores de un turbo-generador consisten normalmente en bobinas rectangulares concéntricas montadas en ranuras en un rotor. Las porciones de extremidad de las bobinas (conocidas normalmente como "end windings"), que están más allá del soporte del cuerpo principal del rotor, están normalmente apoyadas contra las fuerzas rotacionales mediante un anillo de retención (véase la Figura 1). Se colocan bloques de soporte de manera intermitente entre las bobinas de extremidad de la bobina concéntrica para mantener la posición relativa y para aumentar la estabilidad mecánica para cargas axiales, como las cargas térmicas (véase la Figura 2). Además, las bobinas de cobre están restringidas de manera radial por el anillo de retención en el radio externo, que contrarresta las fuerzas centrífugas. La presencia de los bloques separadores y del anillo de retención resulta en un número de regiones refrigerantes expuestas a las bobinas de cobre. La vía primaria de refrigerante es axial, entre el eje y la parte inferior de las bobinas de extremidad. Se forman también cavidades diferenciadas entre las bobinas mediante las superficies delimitadoras de las bobinas, bloques y la superficie interna de la estructura del anillo de retención. Las bobinas de extremidad están expuestas al refrigerante que está impulsado por las fuerzas rotacionales desde abajo de las bobinas de extremidad, de manera radial, hasta estas cavidades (véase la Figura 3). Esta transferencia de calor tiende a ser pequeña. Esto es debido a que conforme a las vías computadas de flujo en una única cavidad de bobina de extremidad giratoria desde un análisis computacional de dinámica de fluido, el flujo de refrigerante entra en la cavidad, discurre a través de una circulación primaria y sale de la cavidad. Normalmente, la circulación resulta en coeficientes bajos de transferencia de calor especialmente cerca del centro de la cavidad. Así, aunque esto es un medio para la eliminación del calor de las bobinas de extremidad, es relativamente poco eficiente.
Se han utilizado diversos modelos para guiar gas refrigerante adicional a través de la región extrema del rotor. Todos estos modelos de refrigeración dependen de ya sea (1) crear vías de refrigeración directamente en los conductores de cobre mecanizando surcos o formando canales en los conductores, y luego bombeando el gas a alguna otra zona de la máquina y/o (2) crear regiones de presiones relativamente mayor y menor con el añadido de difusores, canales de flujo y elementos de bombeo para forzar al gas refrigerante a pasar por las superficies del conductor.
Algunos sistemas atraviesan el anillo de retención del rotor, sometido a mucha fatiga, con agujeros radiales para permitir que el gas refrigerante sea bombeado directamente al lado de las bobinas de extremidad del rotor y sea descargado en el entrehierro, aunque dichos sistemas pueden tener una utilidad limitada debido a las consideraciones de carga mecánica elevada y fatiga de vida en lo que respecta al anillo de retención.
Si se utilizan los modelos convencionales de refrigeración forzada del extremo del rotor, se añaden una complejidad y un coste considerables a la construcción del rotor. Por ejemplo, los conductores refrigerados directamente deben estar mecanizados o fabricados para formar las vías de refrigeración. Además, se debe proporcionar un colector de salida para descargar el gas en alguna parte en el rotor. Los modelos de refrigeración forzada requieren que la región extrema del rotor sea dividida en distintas zonas de presión, con el añadido de numerosos difusores, canales de flujo y elementos de bombeo - que de nuevo aumentan la complejidad y el coste.
Si no se utiliza ninguno de estos modelos de refrigeración forzada o directa, entonces las bobinas de extremidad del rotor son refrigeradas de manera pasiva. La refrigeración pasiva depende de las fuerzas centrífuga y rotacional del rotor para hacer circular gas en las cavidades sin salida o ciegas formadas entre las bobinas concéntricas del rotor. A la refrigeración pasiva de las bobinas de extremidad del rotor se la llama a veces una refrigeración de "convección libre".
La refrigeración pasiva proporciona la ventaja de una complejidad y un coste mínimos, aunque la capacidad de eliminación de calor se ve reducida cuando se compara con los sistemas activos de refrigeración directa y forzada. Cualquier cantidad de gas refrigerante que entre en las cavidades entre las bobinas concéntricas del rotor debe salir a través de la misma abertura, dado que estas cavidades están de otra manera rodeadas- las cuatro "paredes laterales" de una cavidad normal están formadas mediante conductores concéntricos y los bloques aislantes que las separan, estando la pared "inferior" (de manera radial hacia fuera) formada mediante el anillo de retención que soporta las bobinas de extremidad contra la rotación. El gas refrigerante entra desde el espacio anular entre los conductores y el eje del rotor. Se limita así la eliminación de calor mediante la baja velocidad de circulación del gas en la cavidad y la cantidad limitada de gas que puede entrar y salir de estos espacios.
En configuraciones típicas, el gas refrigerante en la región extrema no ha sido acelerado aún al máximo hasta la velocidad del rotor, o sea, el gas refrigerante está girando a parte de la velocidad del rotor. Dado que el fluido es impulsado dentro de una cavidad por medio del impacto de la velocidad relativa entre el rotor y el fluido, el coeficiente de transferencia de calor se encuentra típicamente en lo más alto cerca del bloque separador que está corriente abajo con respecto a la dirección del flujo - donde el fluido entra con un momento elevado y donde el refrigerante fluido se encuentra más frío. El coeficiente de transferencia de calor también es típicamente elevado alrededor de la periferia de la cavidad. El centro de la cavidad recibe la menor refrigeración.
El incremento de la capacidad de eliminación de calor de los sistemas pasivos de refrigeración aumentará la capacidad portadora actual del rotor proporcionando una capacidad nominal superior del generador en su conjunto, manteniendo la ventaja de una construcción de bajo coste, sencilla y fiable.
La revelación de la patente U.S. nº 5.644.179 que está incorporada por referencia describe un método para aumentar la transferencia térmica al aumentar la velocidad de flujo de la gran celda única de circulación de flujo al introducir flujo refrigerante adicional directamente en el flujo que se da en la celda de manera natural, y en la misma dirección que él, conforme al preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6. Esto se muestra en las Figuras 4 y 5. Aunque este método aumenta la transferencia de calor en la cavidad al aumentar la resistencia de la celda de circulación, la región central de la cavidad del rotor se deja con una baja velocidad y, por lo tanto, una baja transferencia de calor. Aún persiste la misma baja transferencia de calor en las regiones de las esquinas.
El documento DE 100 27 377 describe una máquina eléctrica, como por ejemplo un turbogenerador, que tiene un elemento aislante de soporte de bobina entre las secciones extremas que define un volumen abierto a una superficie de bobina de rotor y que está conectado a la abertura interna periférica de la bobina.
Resumen de la invención
La invención descrita en el presente documento supera las dificultades inherentes en una gran celda única de circulación para incrementar la transferencia de calor. En vez de inyectar un flujo refrigerante en la dirección de la única celda de circulación para aumentarla, como se describe en el documento USP 5.644.179, la invención describe un conjunto de bobina de extremidad y un procedimiento para crear múltiples celdas de circulación que penetran la región central de la cavidad, aumentando significativamente, por lo tanto, la transferencia de calor en una región que estaría desprovista, de lo contrario, de un flujo de refrigeración. También se extiende el mismo beneficio a las regiones de las esquinas de la cavidad.
Así, el conjunto de bobina de extremidad y el procedimiento de la invención aumentan sustancialmente el rendimiento de la transferencia de calor en todas las regiones de la cavidad de la bobina de extremidad del rotor al crear múltiples celdas de circulación y chorros refrigerantes. Al eliminar las zonas muertas en las actividades refrigerantes del rotor, la efectividad global refrigerante se ve aumentada significativamente, aumentando, por lo tanto, la capacidad nominal de potencia de la máquina. El sistema es de bajo coste, se instala fácilmente y es robusto, proporcionando, por lo tanto, una solución práctica a un problema complejo, contribuyendo al potencial de venta del generador.
En consecuencia, la invención está realizada en una máquina dinamoeléctrica refrigerada por gas, como se define en la reivindicación 1 adjunta.
La invención está realizada además en un procedimiento de refrigerar una máquina dinamoeléctrica como se define en la reivindicación 6 adjunta.
Breve descripción de los dibujos
Estos, al igual que otros objetos y ventajas de esta invención, se comprenderán y se apreciarán más completamente con el estudio minucioso de la siguiente descripción más detallada de las realizaciones ejemplares preferidas en estos momentos de la invención tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista de corte transversal de una porción de la región de las espiras de extremidad de un rotor de una máquina dinamoeléctrica con el estator en una orientación opuesta con respecto al mismo;
la Figura 2 es una vista superior de corte transversal del rotor de la máquina dinamoeléctrica tomada en la línea 2-2 de la Figura 1;
la Figura 3 es una ilustración esquemática que muestra un flujo de gas pasivo en y alrededor de las cavidades de bobina de extremidad;
la Figura 4 es una vista en perspectiva, parcialmente separada, de una porción de la región de la última espira del rotor conforme a una primera realización de la técnica anterior revelada en la patente U.S. nº 5.644.179;
la Figura 5 es una vista en perspectiva, parcialmente cortada, de una porción de la región de las espiras de rotor que muestra una segunda realización de la técnica anterior de la patente U.S. nº 5.644.179;
la Figura 6 es una vista de corte transversal parcial que ilustra un conjunto y un procedimiento para crear múltiples celdas de circulación en una realización de la invención;
la Figura 7 es una vista de corte transversal parcial que muestra un conjunto y un procedimiento alternativos para crear múltiples celdas de circulación para aumentar la transferencia de calor;
la Figura 8 es una vista de corte transversal parcial que muestra una realización alternativa adicional de la invención para crear múltiples chorros de flujo refrigerante para una transferencia mejorada de calor; y
la Figura 9 es una vista tomada en la línea 9-9 de la Figura 8 que muestra aún otra realización alternativa adicional de la invención.
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Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia a los dibujos en los que números de referencia idénticos denotan los mismos elementos en las distintas vistas, las Figuras 1 y 2 muestran un rotor 10 para una máquina dinamoeléctrica refrigerada por gas, que también incluye un estator 12 que rodea el rotor. El rotor incluye una porción 14 de cuerpo normalmente cilíndrica dispuesta de manera central en un eje 16 del rotor y que tiene caras extremas opuestas axialmente, de las que se muestra una porción 18 de una cara extrema en la Figura 1. La porción de cuerpo está provista de una pluralidad de ranuras 20 distanciadas de manera circunferencial que se extienden de manera axial para recibir bobinas 22 dispuestas de manera concéntrica, que forman la bobina del rotor. En aras de la claridad, solo se muestran cinco bobinas del rotor, aunque en la práctica se utilizan normalmente varias más.
Específicamente, están apilados un número de barras conductoras 24 que constituyen una porción de la bobina del rotor en cada una de las ranuras. Las barras conductoras adyacentes están separadas mediante capas de aislamiento eléctrico 22. Las barras conductoras apiladas se mantienen normalmente en las ranuras mediante cuñas 26 (Figura 1) y están hechas de un material conductor como el cobre. Las barras conductoras 24 están conectadas entre sí en cada extremo opuesto de la porción de cuerpo mediante espiras 27, que se extienden de manera axial más allá de las caras extremas para formar bobinas 28 de extremidad apiladas. Las espiras están también separadas mediante capas de aislamiento eléctrico.
Haciendo referencia específicamente a la Figura 1, está dispuesto un anillo 30 de retención alrededor de las espiras en cada extremo de la porción de cuerpo para sujetar a las bobinas de extremidad en su lugar contra las fuerzas centrífugas. El anillo de retención está fijado en un extremo de la porción de cuerpo y se proyecta sobre el eje 16 del rotor. Está fijado un anillo 32 de centrado al extremo distal del anillo 30 de retención. Se debería mencionar que el anillo 30 de retención y el anillo 32 de centrado pueden estar montados de otras formas, como se conoce en la técnica. El diámetro interno del anillo 32 de centrado está distanciado de manera radial del eje 16 del rotor de manera que se forme un conducto 34 de entrada de gas y las bobinas 28 de extremidad están distanciadas del eje 16 de forma que se define una región anular 36. Se proporcionan un número de canales refrigerantes 38 de manera axial formados en las ranuras 20 en comunicación fluida con el conducto 34 de entrada de gas mediante la región anular 36 para entregar gas refrigerante a las bobinas 22.
Volviéndonos a la Figura 2, las bobinas 28 de extremidad en cada extremo del rotor 10 están distanciadas de manera circunferencial y axial mediante un número de espaciadores o bloques separadores 40. (En aras de la claridad de la ilustración, no se muestran los bloques separadores en la Figura 1). Los bloques separadores son bloques alargados de un material aislante ubicado en los espacios entre las bobinas 28 de extremidad adyacentes y se extienden más allá de la profundidad radial total de las bobinas de extremidad en el hueco anular 36. En consecuencia, los espacios entre los conjuntos concéntricos de las espiras (en lo sucesivo bobinas de extremidad) están divididos en cavidades. Estas cavidades están delimitadas en la parte superior por el anillo 30 de retención y en los cuatro lados por bobinas 28 de extremidad adyacentes y bloques separadores 40 adyacentes. Como se ve mejor en la Figura 1, cada una de estas cavidades está en comunicación fluida con el conducto 34 de entrada de gas mediante la región anular 36. De esta forma una porción del gas refrigerante que entra en la región anular 36 entre la bobina 28 de extremidad y el eje 16 del rotor a través del conducto 34 de entrada de gas entra en las cavidades 42, circula por ellas, y luego vuelve a la región anular 36 entre la bobina de extremidad y el eje del rotor. En las Figuras 1 y 3 se muestra el flujo de aire mediante las flechas.
La acción de bombeo y las fuerzas rotacionales inherentes que actúan en una cavidad del generador rotatorio producen una gran celda única de circulación de flujo, como se muestra esquemáticamente en la Figura 3. Esta celda de circulación de flujo exhibe su mayor velocidad cerca de los bordes periféricos de la cavidad, dejando la región central refrigerada de modo inadecuado debido a la baja velocidad inherente en la región central de la cavidad. Como se puede ver en la Figura 3, también están refrigeradas de modo inadecuado grandes zonas de las regiones de las esquinas porque el movimiento de circulación de la celda de flujo no lleva flujo refrigerante a las esquinas.
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Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se ilustra una sección parcial de la bobina de extremidad del rotor que incorpora la invención, que muestra las cavidades 142 y con la dirección de rotación indicada mediante la flecha X. En la realización ilustrada en la Figura 6, cada bloque separador 140 está provisto de un conducto 144 interno de gas refrigerante que en esta realización tiene un puerto de descarga o una abertura 146 de salida en el bloque en la región central de la cavidad 142 respectiva de forma que el flujo refrigerante crea un par contrarrotante celdas circulares en la cavidad proporcionando esta forma un aumento en la transferencia de calor en todas las regiones de la cavidad, incluyendo tanto las regiones central como de esquina que normalmente han estado carentes de un flujo refrigerante.
Cada conducto refrigerante 144 discurre a lo largo de la longitud del bloque separador 140 y está orientado de esta forma de manera radial con respecto al eje del rotor. El conducto se extiende desde un punto hacia dentro de manera radial de las bobinas 28 de extremidad o bajo ellas hasta un punto normalmente central de la altura radial de la bobina de extremidad y proporciona así un conducto a través del que puede fluir un gas refrigerante desde la región anular 36 entre las bobinas 28 de extremidad y el eje 16 del rotor en las cavidades 142. Específicamente, cada conducto 144 se extiende desde una abertura 150 de entrada ubicada cerca del extremo hacia dentro de manera radial del bloque separador 140 hasta una abertura 146 de salida ubicada aproximadamente a la mitad de la longitud del bloque separador. La abertura 150 de entrada está dispuesta en una superficie orientada circunferencialmente corriente arriba del bloque separador para recibir el flujo refrigerante. Como se puede ver en la Figura 6, en esta realización ejemplar, la abertura de entrada está ubicada en la porción del bloque separador que se extiende por debajo de la bobina de extremidad de forma que está en comunicación fluida con la región anular 36 entre la bobina 28 de extremidad y el eje 16 del rotor. La abertura 146 de salida también está dispuesta en una superficie orientada de manera circunferencial del bloque separador y está en comunicación fluida con una de las cavidades 142 delimitada por el bloque
separador.
El flujo refrigerante está impulsado de manera radial a través del bloque mediante presión de impacto, que es un resultado de la velocidad relativa del gas que entra en la región extrema del rotor, y el bombeo centrífugo del rotor. Como se ha mencionado anteriormente, el flujo refrigerante está dirigido a través del o de los puertos 150 de descarga en los bloques separadores hacia la región central de las cavidades adyacentes. Este chorro dirigido de refrigerante crea un par contrarrotante de celdas de circulación en la cavidad. Luego este par de celdas drives celdas adicionales de circulación, proporcionando un aumento de la transferencia de calor en todas las regiones de la cavidad, incluyendo la región central y las esquinas de la cavidad que carecerían de lo contrario de flujo refrigerante. El chorro refrigerante principal incrementa el rendimiento de transferencia de calor y sale de la cavidad rotatoria como se muestra.
En funcionamiento, la rotación del rotor hará que el gas refrigerante sea atraído a través del conducto 34 de entrada de gas (Figura 1) en la región anular 36 entre la bobina de extremidad y el eje del rotor (Figura 6). El gas refrigerante está impulsado a través de las aberturas 150 de entrada hasta el conducto 144. El gas refrigerante en el conducto 144 está expulsado en la cavidad correspondiente desde la abertura 146 de salida respectiva. La abertura de salida está ubicada aproximadamente en un punto medio radial de la cavidad de forma que el flujo refrigerante está dirigido desde el conducto 144 en el bloque hasta la región central de la cavidad 142. Esto crea múltiples celdas de circulación en vez de solo una grande, proporcionando una transferencia mejorada de calor en el centro de la cavidad y todas las otras regiones de la cavidad. La generación de múltiples celdas de circulación facilita la eliminación de calor de todas las partes de la cavidad incluyendo la región central y las regiones de las esquinas que la única celda de circulación de la técnica anterior tendía a obviar.
La Figura 7 muestra otra realización de la invención en la que los bloques de soporte descargan chorros refrigerantes para entrar en cada cavidad desde direcciones opuestas, fortaleciendo por lo tanto las celdas contrarrotantes y proporcionando aún más flujo a través de las mismas. Más específicamente, la Figura 7 muestra una sección parcial de la bobina de extremidad del rotor que muestra las cavidades 242 con la dirección de rotación indicada mediante la flecha X. En esta realización, cada bloque separador 240 está provisto de un conducto interno 244 de gas refrigerante para crear múltiples celdas de circulación dentro de la cavidad para aumentar la eliminación de calor. Como los conductos de la primera realización, cada conducto 244 de gas refrigerante está orientado de manera radial con respecto al rotor y se extiende desde un punto hacia dentro de manera radial de la bobina 28 de extremidad o bajo la misma hasta un punto cercano a la región central del bloque separador. El conducto proporciona de esta forma vías hasta las que el gas refrigerante puede fluir desde una región anular 36 entre la bobina 28 de extremidad y el eje 16 del rotor hasta la región central de las cavidades 242. Específicamente, cada conducto 244 se extiende desde una abertura 250 de entrada ubicada cerca del extremo hacia dentro de manera radial del bloque separador hasta las aberturas 246, 248 primera y segunda de salida ubicadas cerca de la región central del bloque separador 240 y la cavidad respectiva. La abertura de entrada está dispuesta en una superficie orientada de manera circunferencial del bloque separador para recibir flujo refrigerante como se indica mediante la flecha A. Como se puede ver en la Figura 7, la abertura 250 de entrada está ubicada en una porción del bloque separador que se extiende por debajo de la bobina 28 de extremidad de forma que está en comunicación fluida con la región anular 36 entre la bobina 28 de extremidad y el eje 16 del rotor. Como se ha mencionado anteriormente, en esta realización, se proporcionan aberturas 246, 248 de salida primera y segunda, una dispuesta en cada superficie orientada de manera circunferencial del bloque separador 240 de forma que está en comunicación fluida con las cavidades 242 respectivas que están delimitadas por el bloque separador. En la realización ilustrada, además, se proporciona una partición 252 en el conducto radial 244 para definir unas porciones 254, 256 de conducto radial primero y segundo que son adyacentes de manera circunferencial en el bloque separador. Si se considera necesario o deseable, la partición puede extenderse hasta la porción circunferencial del conducto indicado mediante la referencia 258 de forma que se desvía de manera adecuada en cantidades generalmente iguales hasta las porciones 254, 256 de conducto respectivas para que fluya fuera de las aberturas 246, 248 de salida respectivas. El flujo refrigerante está dirigido desde el bloque 240 con conductos hasta la región central de cada cavidad 242 desde ambos lados circunferenciales de la cavidad. Esto crea múltiples celdas más resistentes de circulación, proporcionando una transferencia mejorada de calor en el centro de la cavidad y todas las demás regiones de la cavidad. Aquí de nuevo, el flujo refrigerante entra en el bloque con conductos impulsado mediante la presión de impacto y el bombeo
centrífugo.
la Figura 8 muestra una realización de la invención en la que múltiples puertos de salida proporcionan flujo refrigerante a todas las regiones de la cavidad, aumentando de nuevo la transferencia de calor al superar las dificultades inherentes de transferencia de calor resultantes de la gran celda única de circulación que se da de forma natural en la cavidad rotatoria.
Más en particular, la Figura 8 muestra una sección parcial de la bobina de extremidad del rotor que muestra cavidades 342 adyacentes de manera circunferencial, con una dirección de rotación indicada mediante la flecha X. Conforme a esta realización, cada bloque separador 340 está provisto de un conducto 344 interno refrigerante para dirigir el flujo refrigerante a todas las regiones en general de la cavidad para una transferencia mejorada de calor. Como los conductos de las realizaciones primera y segunda, cada conducto de gas refrigerante está orientado de manera radial con respecto al rotor y se extiende desde una abertura 350 de entrada dispuesta hacia dentro de manera radial de la bobina 28 de extremidad o bajo la misma. Sin embargo, a diferencia de las anteriores realizaciones, el conducto de gas refrigerante se extiende hasta un punto cercano al anillo 30 de retención y se definen a una pluralidad de salidas 360, 362, 364 en ubicaciones distanciadas a lo largo del conducto de gas refrigerante. Específicamente, cada conducto se extiende desde una abertura 350 de entrada ubicada cerca del extremo hacia dentro de manera radial del bloque separador hasta una pluralidad de aberturas de salida incluyendo una primera abertura 360 de salida dispuesta aproximadamente en un tercio de la longitud a lo largo del bloque separador 340, una segunda abertura 362 de salida dispuesta aproximadamente en dos tercios de la longitud a lo largo de la salida, y una tercera abertura 364 de salida dispuesta adyacente al anillo 30 de retención. Al dirigir el flujo refrigerante a través de los múltiples agujeros de salida, se generan múltiples chorros de flujo refrigerante en vez de una gran celda de circulación como con la técnica anterior, para proporcionar de ese modo una transferencia uniforme de calor en todas las regiones incluyendo la región central que estaría privada de lo contrario de flujo refrigerante.
También debería ser mencionado que mientras que se ilustran tres agujeros de salida en la realización de la Figura 8, conforme a esta realización se proporcionan al menos dos agujeros de salida tales y así se podrían proporcionar más o menos que los tres agujeros de salida. Como aún otra alternativa, similar a la segunda realización ilustrada en la Figura 7, pueden estar definidos una pluralidad de agujeros de salida para extenderse desde el conducto refrigerante en cada dirección circunferencial del bloque separador para dirigir flujo hacia cada una de las cavidades respectivas delimitadas por el bloque separador, para garantizar adicionalmente una distribución completa del flujo refrigerante a través de la cavidad.
En la realización de la Figura 8, los agujeros de salida o las aberturas 360, 362, 364 de salida dirigen el flujo refrigerante en general de manera circunferencial y están dispuestos así en un plano dispuesto a un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto al eje del rotor. La vista de corte transversal mostrada en la Figura 9 representa una forma alternativa de la realización de la Figura 8. La Figura 9 muestra una variación y una mejora de los múltiples chorros refrigerantes de la Figura 8 al dirigir los chorros de forma que inciden directamente en las paredes calentadas de la cavidad rotatoria, aumentando aún más por lo tanto la transferencia de calor.
Así, esta realización normalmente se corresponde con la realización de la Figura 8 excepto en que el o los conductos 462 de salida (solo uno de los cuales se muestra en la Figura 9) para el conducto 444 en el bloque separador 440 inclinado de forma que está definido en un plano que está dispuesto a un ángulo de < 90º con respecto al eje del rotor, para dirigir el chorro refrigerante para incidir directamente en la bobina 28 de extremidad aumentando así la transferencia de calor. Los conductos de salida pueden dirigir gas refrigerante a cualquiera de las bobinas de extremidad adyacentes del rotor, o uno o más de los conductos de salida pueden dirigir el chorro refrigerante hacia una bobina de extremidad adyacente de manera axial del rotor y uno o más de los agujeros de salida pueden dirigir sus chorros refrigerantes hacia la otra de las dos bobinas de extremidad del rotor que delimitan la cavidad. En la alternativa, los bloques separadores adyacentes de manera circunferencial pueden dirigir los chorros refrigerantes hacia las respectivas bobinas de extremidad de rotor alternantes. Se podrían adoptar otras permutaciones y combinaciones del flujo dirigido de chorro refrigerante, al igual que serán evidentes de una consideración de lo anterior.
Como se puede ver en la Figura 2, las cavidades entre las bobinas de extremidad comprenden cavidades orientadas de manera circunferencial o de "armadura final" y cavidades axiales del lateral de la bobina. Se debería mencionar que aunque las cavidades de la armadura final se muestran en las Figuras 6-8, la presente invención es igualmente aplicable a las cavidades axiales del lateral de la bobina. La diferencia principal entre dichas cavidades es que las cavidades axiales del lateral de la bobina están orientadas de manera transversal a la dirección de rotación, en vez de estar orientadas a lo largo de la dirección de rotación como lo están las cavidades de la armadura final. Esto significa que la relación del componente axial de velocidad y el componente circunferencial de velocidad a la cavidad sería invertida de forma que el componente circunferencial de velocidad sería perpendicular a la cavidad y el componente axial de velocidad sería paralelo a las cavidades. Así, en dicha orientación, la abertura de entrada y la abertura de salida estarían orientadas 90º entre sí de forma que la entrada está orientada en dirección circunferencial y la salida está orientada axialmente.
Aunque la invención ha sido descrita en conexión con lo que se considera en estos momentos la realización más práctica y preferida, se debe comprender que la invención no está limitada a las realizaciones reveladas, sino que,, al contrario, se pretende que abarque diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

1. Una máquina dinamoeléctrica refrigerada por gas, que comprende:
un rotor (10) que tiene una porción (14) de cuerpo, teniendo dicho rotor bobinas (22) que se extienden de manera axial y bobinas (28) de extremidad que se extienden de manera axial más allá de al menos un extremo (18) de dicha porción (14) de cuerpo;
una pluralidad de bloques separadores (140, 240) dispuesta entre dichas bobinas (28) de extremidad y orientada de manera radial con respecto al eje del rotor;
una pluralidad de cavidades (142, 242, 342) definidas entre bobinas (28) de extremidad mutuamente adyacentes y bloques separadores (140, 240, 340, 440);
teniendo al menos uno de dichos bloques separadores un conducto (144, 244, 344, 444) que se extiende de manera radial, definido en su interior, extendiéndose dicho conducto entre una abertura (150, 250, 350) de entrada y una abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida;
en la que dicha abertura de salida está dispuesta en una superficie de dicho al menos un bloque separador que da a una cavidad adyacente al mismo; y
en la que dicha abertura (150, 250, 350) de entrada está formada en una superficie orientada de manera circunferencial de dicho al menos un bloque separador (140, 240, 340, 440);
caracterizada porque
dicha abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida está definida en una sección media de dicho bloque separador (140, 240, 340, 440) de forma que emite dicho flujo de gas refrigerante en una dirección de una región central de dicha cavidad (142, 242, 342); y
en la que hay una pluralidad de aberturas de salida, estando dirigida al menos una de dichas aberturas de salida según un ángulo menor de 90 grados con respecto al eje de dicho rotor, de forma que incide gas refrigerante en una bobina de extremidad adyacente a la misma.
2. La máquina dinamoeléctrica de la reivindicación 1, en la que dicha abertura (150, 250, 350) de entrada está ubicada adyacente a un extremo hacia dentro de manera radial de dicho al menos un bloque separador (140, 240, 340, 440).
3. La máquina dinamoeléctrica de la reivindicación 1, en la que dicha abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida está formada en una superficie orientada de manera circunferencial de dicho al menos un bloque separador (140, 240, 340, 440).
4. La máquina dinamoeléctrica de la reivindicación 1, en la que una pluralidad de dichos bloques separadores (140, 240, 340, 440) tienen un conducto (144, 244, 344, 444) que se extiende de manera radial formado en los mis-
mos.
5. La máquina dinamoeléctrica de la reivindicación 1, en la que hay una pluralidad de aberturas (246, 248, 360, 362, 364, 462) de salida, emitiendo al menos una de dichas aberturas (246, 248, 362, 462) de salida dicho flujo de gas refrigerante de manera general en un dirección de una región central de dicha cavidad.
6. Un procedimiento para refrigerar bobinas de extremidad en una máquina dinamoeléctrica que comprende un rotor (10) que tiene una porción (14) de cuerpo, bobinas (22) que se extienden de manera axial y bobinas (28) de extremidad que se extienden de manera axial más allá de al menos un extremo (18) de dicha porción de cuerpo; una pluralidad de bloques separadores (140, 240, 340, 440) dispuestos entre dichas bobinas de extremidad y orientados de manera radial con respecto al eje del rotor; y estando definida una pluralidad de cavidades (142, 242, 342) entre bobinas de extremidad mutuamente adyacentes y bloques separadores; comprendiendo el procedimien-
to:
proporcionar al menos uno de dichos bloques separadores (140, 240, 340, 440) que tiene al menos un conducto (144, 244, 344, 444) que se extiende de manera radial definido en el mismo, extendiéndose dicho conducto entre una abertura (150, 250, 350) de entrada y una abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida, estando dispuesta dicha abertura de salida en una superficie de dicho al menos un bloque separador que da a una cavidad adyacente al mismo;
girar dicho rotor de forma que una carga de presión impulsa un gas refrigerante a través de dicha abertura (150, 250, 350) de entrada hasta dicho conducto (144, 244, 344, 444) que se extiende de manera radial y a través de dicha abertura (146, 246, 248, 362, 462) de salida hasta una cavidad (142, 242, 342) respectiva, de forma que emite dicho flujo de gas refrigerante de manera general en una dirección de una región central de dicha cavidad; caracterizado porque:
dicha abertura de salida está definida de manera radial en una sección media de dicho bloque separador; y
en el que hay una pluralidad de aberturas de salida, estando dirigida al menos una de dichas aberturas de salida según un ángulo menor de 90 grados con respecto a un eje de dicho rotor, de forma que incide gas refrigerante en una bobina de extremidad adyacente al mismo.
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