ES2601854T3 - Una turbina eólica y un método para la refrigeración de un componente que genera calor de una turbina eólica - Google Patents

Una turbina eólica y un método para la refrigeración de un componente que genera calor de una turbina eólica Download PDF

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Abstract

Una turbina eólica (1) que comprende uno o más componentes que generan calor (6), al menos un circuito de refrigeración (8) cerrado que comprende un medio de refrigeración en circulación, disponiéndose dicho circuito de refrigeración para refrigerar, directa o indirectamente, uno o más de dichos componentes que generan calor, y en la que un sistema de refrigeración (9) por eyector reduce la temperatura de dicho medio de refrigeración y en la que uno o más de dichos componentes que generan calor están dispuestos para proporcionar al menos una parte del calor para la operación de dicho sistema de refrigeración por eyector, y en la que dicho circuito de refrigeración está dispuesto para refrigerar un primer componente que genera calor de dichos uno o más componentes que generan calor y en la que al menos una parte de dicho calor para la operación de dicho sistema de refrigeración por eyector se proporciona, directa o indirectamente, mediante un segundo componente que genera calor de dichos uno o más componentes que generan calor.

Description

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DESCRIPCION
Una turbina eolica y un metodo para la refrigeracion de un componente que genera calor de una turbina eolica Antecedentes de la invencion
La invencion se refiere a una turbina eolica que comprende uno o mas componentes que generan calor y a un metodo para la refrigeracion de un componente que genera calor de una turbina eolica.
Descripcion de la tecnica relacionada
Una turbina eolica conocida en la tecnica comprende tipicamente una torre de turbina eolica y una gondola de turbina eolica colocada en la parte superior de la torre. Un rotor de turbina eolica, que comprende tres palas de turbina eolica, se conecta a la gondola a traves de un arbol de baja velocidad, que se extiende fuera del frontal de la gondola, como se ilustra en la figura 1.
El control de la temperatura de los componentes electricos y mecanicos que generan calor —particularmente durante el funcionamiento de los componentes— ha sido siempre un problema y especialmente dentro de la tecnica de las turbinas eolicas, este problema ha sido profundo.
Frecuentemente el mismo tipo de turbina eolica tiene que ser capaz de funcionar en areas tanto extremadamente calidas como extremadamente fnas del globo, lo que produce unas fuertes demandas sobre el sistema de la turbina eolica para el control de la temperatura, especialmente de engranajes, generador y equipo de manejo de la potencia situado en o junto a la turbina eolica, pero en algun grado tambien de otros equipos tales como las cabinas de control, cojinetes, sistemas hidraulicos, motores y otros componentes que generan calor.
Incluso aunque las modernas turbinas eolicas son cada vez mas eficientes en la conversion del giro del rotor de la turbina eolica en energfa electrica, este proceso dara siempre como resultado que parte de la energfa se convierta en calor en alguno de los componentes de la turbina eolica. Este exceso de calor debe eliminarse de los componentes para proteger los componentes y para que funcionen apropiadamente. Tradicionalmente esto se ha realizado creando un flujo de aire desde el aire exterior de la turbina eolica que pasa por los componentes y/o por medio de uno o mas sistemas de refrigeracion que comprenden un medio de refrigeracion en circulacion que pueda transportar el calor sustancialmente sin alterarlo desde los componentes que generan calor a un disipador de calor, por ejemplo en la forma de un radiador, que puede emitir el calor a los alrededores de la turbina eolica —tal como el aire— en donde posteriormente el medio de refrigeracion fno se devuelve sustancialmente sin alterar a los componentes.
Sin embargo, las modernas turbinas eolicas son cada vez mas grandes en su capacidad de potencia y, por lo tanto, tambien frecuentemente en la produccion de un exceso de calor y esto en coincidencia con el hecho de que el aire es un conductor relativamente pobre del calor, hace a estos tipos de sistemas de refrigeracion muy grandes, caros y pesados.
En relacion a las turbinas eolicas marinas se conoce por lo tanto el uso de agua marina para refrigerar diferentes componentes de la turbina eolica, pero si el sistema de refrigeracion esta abierto hay problemas graves en relacion con el hielo, obstrucciones, corrosion y otros, que son diffciles y caros de resolver, y si el sistema es cerrado, por ejemplo mediante la circulacion del medio de refrigeracion a traves de una manguera colocada en el agua del mar hay problemas de hielo, tormentas, descuido y otros a resolver. Los problemas de ambos de estos sistemas se complican y son caros de superar e independientemente de como se realicen, esta tecnica solo es factible en relacion a convertidores de energfa eolica marinos.
En el campo de la ingeniena de automocion se conoce (por ejemplo por el documento EP0020146) el uso de sistemas de refrigeracion por eyector para utilizar el calor, que de lo contrario se desperdiciana, del motor para producir la refrigeracion de la cabina sin requerir potencia adicional del arbol del motor.
Un objeto de la invencion es, por lo tanto, proporcionar una tecnica ventajosa para la refrigeracion de los componentes de una turbina eolica que generan calor.
La invencion
La invencion proporciona una turbina eolica que comprende uno o mas componentes que generan calor y, al menos, un circuito de refrigeracion cerrado que comprende un medio de refrigeracion en circulacion. El circuito de refrigeracion esta dispuesto para refrigerar un primer componente que genera calor de los uno o mas componentes que generan calor y al menos una parte de dicho calor para la operacion del sistema de refrigeracion por eyector se proporciona directa o indirectamente mediante un segundo componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
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El uso del calor generado por uno o mas de los componentes que generan calor de la turbina eolica para hacer funcionar el sistema de refrigeracion por eyector es ventajoso porque este calor es un producto de la turbina eolica en exceso que es diffcil y caro de eliminar. Adicionalmente, cuando mas refrigeracion se necesita, mas exceso de calor se produce por los componentes que generan calor y mas calor puede suministrarse para hacer funcionar el sistema de refrigeracion por eyector, es decir la capacidad de refrigeracion se incrementa con la demanda.
Debeffa remarcarse que mediante la expresion “dispuesto para refrigerar directa o indirectamente" se ha de entender que el circuito de refrigeracion puede comprender uno o mas componentes que generan calor que se refrigeran directamente por el fluido de refrigeracion en circulacion en el circuito de refrigeracion cerrado o el circuito de refrigeracion podffa disponerse para refrigerar un medio, objeto, dispositivo u otro adicional que se dispondffa entonces a su vez para refrigerar indirectamente los uno o mas componentes que generan calor.
En un aspecto de la invencion, dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un eyector para el incremento de la presion de dicho medio de refrigeracion en dicho al menos un circuito de refrigeracion cerrado y en el que dicho eyector incrementa la presion de dicho medio de refrigeracion entre 5 y 5000 %, preferentemente entre 50 y 1000 % y el mas preferido entre 100 y 500 %.
Si el eyector incrementa demasiado la presion del medio de refrigeracion, la temperatura del medio de refrigeracion tendra que reducirse por debajo de la temperatura ambiente en la mayor parte de los emplazamientos de turbina eolica alrededor del globo, haciendo diffcil y caro asegurar que el fluido de refrigeracion presurizado puede condensarse posteriormente. Si la presion del medio de refrigeracion se incrementa demasiado poco, la eficiencia del sistema de refrigeracion por eyector se reduce. Los actuales intervalos de presion por lo tanto presentan una relacion ventajosa entre coste y eficiencia.
En un aspecto de la invencion, dicho eyector comprende una entrada de fluido en movimiento y en el que un fluido en movimiento introducido a traves de dicha entrada de fluido en movimiento durante el funcionamiento normal de dicho eyector es una parte de dicho medio de refrigeracion o se crea a partir de una parte de dicho medio de refrigeracion.
El suministro del fluido en movimiento al eyector como una parte del medio de refrigeracion es ventajoso porque el diseno del eyector y de la disposicion del circuito de refrigeracion se hace mucho mas simple y barato.
Debeffa remarcarse que por la expresion “operacion normal" se debe entender que el medio de recirculacion esta circulando en el circuito de refrigeracion cerrado para refrigerar un componente que genera calor y el eyector esta incrementando la presion del medio de refrigeracion.
En un aspecto de la invencion, una presion de dicha parte de dicho medio de refrigeracion se incrementa por medio de una bomba.
El incremento de la presion del medio de refrigeracion por medio de una bomba es ventajoso porque el bombeo es una forma simple y barata de incrementar la presion de un medio de refrigeracion.
En un aspecto de la invencion, dicha presion de dicha parte se dispone para incrementarse mientras dicho fluido de refrigeracion esta en una fase lfquida.
Los lfquidos son por naturaleza sustancialmente incompresibles y en comparacion con los gases —que por naturaleza son compresibles— es por lo tanto mucho mas facil y eficiente incrementar la presion de un lfquido que de un gas.
En un aspecto de la invencion, dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un dispositivo de calentamiento dispuesto para el incremento de la presion de dicho fluido en movimiento antes de que entre en dicha entrada de fluido en movimiento.
El incremento de la presion del fluido en movimiento por medio de un dispositivo de calentamiento es ventajoso porque proporciona una forma simple y barata para el incremento de la presion del fluido en movimiento antes de que entre en el eyector mediante lo que se incrementa la eficiencia del eyector.
En un aspecto de la invencion, dicho circuito de refrigeracion se dispone para refrigerar un primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor y en el que al menos una parte de dicho calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona directa o indirectamente mediante dicho primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
El uso de calor para hacer funcionar el sistema de refrigeracion por eyector suministrado desde el mismo componente que genera calor que ha de ser refrigerado por el sistema de refrigeracion por eyector es ventajoso porque proporciona un diseno de circuito de refrigeracion mas simple y barato y porque cuanta mas refrigeracion se necesita, mas calor se produce para hacer funcionar el sistema de refrigeracion por eyector.
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De acuerdo con la invencion, dicho circuito de refrigeracion se dispone para refrigerar un primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor y en el que al menos una parte de dicho calor para el funcionamiento de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona directa o indirectamente mediante un segundo componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
Una turbina eolica tfpica contiene varios componentes principales que generan calor que son todos los que producen mas calor cuando la demanda para refrigeracion se incrementa. Puede ser ventajoso por lo tanto refrigerar uno o mas componentes que generan calor haciendo que estos proporcionen el calor para la operacion del sistema de refrigeracion por eyector para la refrigeracion de uno o mas componentes adicionales que generan calor.
En un aspecto de la invencion, dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un condensador para promover un cambio de fase de dicho medio de refrigeracion.
Un cambio de fase de un medio de refrigeracion demanda mucha energfa y por lo tanto reduce la temperatura del medio de refrigeracion significativamente a presion constante. Proporcionar al sistema de refrigeracion por eyector un condensador para promover un cambio de fase del medio de refrigeracion es por lo tanto ventajoso porque un condensador es una forma muy eficiente de reducir la temperatura del medio de refrigeracion.
En un aspecto de la invencion, dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende una valvula de expansion para el alivio de la presion de dicho medio de refrigeracion.
Una valvula de expansion es un medio simple y efectivo para el alivio de la presion del medio de refrigeracion y por lo tanto un medio simple y efectivo para reducir tambien la temperatura del medio de refrigeracion para proporcionar un sistema de refrigeracion por eyector mas eficiente.
En un aspecto de la invencion, dicho medio de refrigeracion es agua.
El agua no es toxica, es barata y facilmente disponible. Adicionalmente, el agua cambia las fases a presiones y temperaturas que hacen particularmente ventajoso el uso del agua como medio de refrigeracion en relacion a sistemas de refrigeracion por eyector.
En un aspecto de la invencion, dicha turbina eolica comprende el menos dos circuitos de refrigeracion cerrados y en el que un primer circuito de refrigeracion de dichos al menos dos circuitos de refrigeracion cerrados se disponen para refrigerar directamente dichos componentes que generan calor y un segundo circuito de refrigeracion de dichos al menos dos circuitos de refrigeracion cerrados comprende dicho sistema de refrigeracion por eyector y en el que dicho primer circuito de refrigeracion y dicho segundo circuito de refrigeracion se disponen para intercambiar calor.
Por ejemplo, si el componente que genera calor a ser refrigerado es una caja de engranajes, el medio de refrigeracion sena ventajosamente el aceite en circulacion en la caja de engranajes. Sin embargo, el aceite no es un medio de refrigeracion ventajoso en relacion con los sistemas de refrigeracion por eyector y por lo tanto, si el medio de refrigeracion del componente que genera calor no es ventajoso en relacion con el sistema de refrigeracion por eyector, es ventajoso proporcionar dos circuitos de refrigeracion separados que intercambian calor.
En un aspecto de la invencion, dichos uno o mas componentes que generan calor se seleccionan de entre un grupo que consiste en: cajas de engranajes de la turbina eolica, generadores de la turbina eolica, equipo de manejo de la potencia electrica y cabinas de control.
La caja de engranajes, el generador, el equipo de manejo de potencia electrica y las cabinas de control son tfpicamente los componentes de la turbina eolica que generan calor que estan produciendo la mayor parte del exceso de calor y es por lo tanto particularmente ventajoso usar un sistema de refrigeracion por eyector para refrigerar uno o mas de estos componentes.
La invencion proporciona adicionalmente un metodo para la refrigeracion de un componente que genera calor de una turbina eolica, comprendiendo dicho metodo las etapas de:
• hacer circular un fluido de refrigeracion en un circuito de refrigeracion cerrado,
• refrigerar directa o indirectamente dicho componente que genera calor por medio de dicho fluido de refrigeracion,
y
• reducir la temperatura de dicho medio de refrigeracion por medio de un sistema de refrigeracion por eyector, en el que al menos una parte del calor para el funcionamiento de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona directa o indirectamente mediante un componente que genera calor de dicha turbina eolica.
El uso del calor de uno o mas componentes que generan calor para hacer funcionar un sistema de refrigeracion por eyector para la refrigeracion de un componente que genera calor es ventajoso, porque cuanto mas calor se produce, mas refrigeracion se necesita y mas calor puede proporcionarse al sistema de refrigeracion por eyector, haciendole asf mas eficiente cuanto mayor sea la demanda.
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En un aspecto de la invencion, dicha turbina eolica es una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de lo anteriormente mencionado.
Figuras
Invencion se describira en lo que sigue con referencia a las figuras en las que
La fig. 1 ilustra una turbina eolica moderna grande como se sabe en la tecnica,
la fig. 2 ilustra una vista en seccion simplificada de una gondola, segun se ve desde el lateral,
la fig. 3 ilustra una seccion transversal de una realizacion de un eyector, segun se ve desde el lateral,
la fig. 4 ilustra un sistema de coordenadas de presion respecto a posicion de los fluidos en el eyector,
la fig. 5 ilustra una primera realizacion de un circuito de refrigeracion cerrado que comprende un sistema de
refrigeracion por eyector,
la fig. 6 ilustra una segunda realizacion de un circuito de refrigeracion cerrado que comprende un sistema de refrigeracion por eyector, y
la fig. 7 ilustra una tercera realizacion de un circuito de refrigeracion cerrado que comprende un sistema de refrigeracion por eyector.
Descripcion de la tecnica relacionada
La fig. 1 ilustra una turbina eolica 1 moderna y grande como se sabe en la tecnica, que comprende una torre 2 y una gondola 3 de turbina eolica colocada en la parte superior de la torre 2. El rotor 4 de la turbina eolica comprende tres palas 5 de turbina eolica montadas sobre un buje 6 comun que se conecta a la gondola 3 a traves del arbol de baja velocidad que se extiende fuera del frontal de la gondola 3. En otra realizacion el rotor 4 de la turbina eolica podna comprender otro numero de palas 5 tal como una, dos, cuatro, cinco o mas.
La fig. 2 ilustra una seccion transversal simplificada de una gondola 3 de una turbina eolica 1 de la tecnica anterior, segun se ve desde el lateral. Las gondolas 3 existen en una multitud de variaciones y configuraciones pero en la mayor parte de los casos el tren de accionamiento de la gondola 3 comprende casi siempre uno o mas de los siguientes componentes: una caja de engranajes 15, un acoplamiento (no mostrado), alguna clase de sistema de frenado 16 y un generador 17. Una gondola 3 de una turbina eolica 1 moderna puede incluir tambien un convertidor 18 (tambien llamado inversor) y equipo periferico adicional, tal como equipo adicional para el manejo de la potencia, cabinas de control, sistemas hidraulicos y otros mas.
El peso de toda la gondola 3 que incluye los componentes de la gondola 15, 16, 17, 18 es soportado por una estructura 19 de la gondola. Los componentes 15, 16, 17, 18 se colocan normalmente sobre y/o se conectan a esta estructura 19 de la gondola de soporte de carga comun.
La mayor parte de los componentes en la gondola 3 son componentes 6 que generan calor porque estan electrica y/o mecanicamente activos al menos algun tiempo durante la operacion en vacfo o normal de la turbina eolica 1. En esta realizacion los componentes 6 que generan calor son la caja de engranajes 15, generador 17, equipo de manejo de la potencia electrica, tal como el convertidor 18, y cabinas de control (no mostradas) pero en otra realizacion los componentes 6 que generan calor podnan incluir adicionalmente cojinetes, sistemas de lubricacion, motores de orientacion o cambio de paso y otros motores.
Tradicionalmente, los componentes 6 que generan calor de la turbina eolica 1 se refrigeran por aire o se refrigeran mediante un circuito de refrigeracion cerrado. Algunas cabinas de control se refrigeran, por ejemplo, por aire, proporcionando simplemente un ventilador que genera un flujo de aire a partir del aire de la gondola 3 o de aire desde el exterior de la turbina eolica 1 haciendo que el flujo de aire pase por el interior de la cabina antes de que se expulse al interior de la gondola 3 o al exterior de la gondola 3.
Un circuito de refrigeracion cerrado comprende tfpicamente un disipador de calor por ejemplo en la forma de un radiador con un ventilador montado en el exterior de la gondola 3 o dispuesto de modo que el ventilador pueda dirigir aire desde el exterior de la gondola 3 a traves del radiador. El circuito comprende adicionalmente una bomba para la circulacion del fluido de refrigeracion en el circuito de refrigeracion cerrado permitiendo de ese modo que el fluido fluya desde el radiador y pasando o a traves de uno o mas componentes 6 que generan calor, elevando de ese modo la temperatura del fluido de refrigeracion antes de que el fluido de refrigeracion calentado vuelva al disipador de calor para ser refrigerado de nuevo.
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Descripcion detallada de la invencion
La fig. 3 ilustra una seccion transversal de una realizacion de un eyector 7, segun se ve desde el lateral.
Un eyector 7 es un dispositivo similar a una bomba que usa el efecto Venturi de una tobera 10, 11 convergente- divergente para convertir la energfa de presion de un fluido 21 en movimiento en ene^a de velocidad que crea una zona de baja presion que arrastra al interior y dispersa un fluido en succion 22. Despues del paso a traves de la garganta 12 del eyector 7, el fluido mezclado 21, 22 se expande y la velocidad se reduce lo que da como resultado una recompresion de los fluidos mezclados 21, 22 mediante la conversion de la energfa de velocidad de vuelta a energfa de presion.
En esta realizacion el fluido en movimiento 21 es un vapor a alta presion pero en otra realizacion el fluido en movimiento 21 puede ser cualquier clase de lfquido o gas.
En esta realizacion el fluido 22 de succion de entrada dispersado es vapor a baja presion pero en otra realizacion el fluido 22 de entrada puede ser un gas, un lfquido, una suspension, o una corriente de gas cargada con polvo.
El eyector 7 consiste en una tobera de entrada 13 de fluido en movimiento y una tobera de salida 10, 11 convergente-divergente. El efecto Venturi, un caso particular del principio de Bernoulli, es aplicable al funcionamiento del eyector 7. El fluido 21, 22 bajo alta presion se convierte en un chorro a alta velocidad en la garganta 12 de la tobera 10, 11 convergente-divergente lo que crea una baja presion en ese punto. La baja presion arrastra el fluido 22 de succion de entrada en la tobera 10, 11 convergente-divergente en donde se mezcla con el fluido en movimiento 21.
En esencia, la energfa de presion del fluido en movimiento 21 se convierte en energfa cinetica en la forma de calor velocidad en la garganta 12 de la tobera 10, 11 convergente-divergente. Cuando el fluido mezclado se expande a continuacion en el difusor 11 divergente, la energfa cinetica se convierte de vuelta a energfa de presion en la salida 14 del eyector de acuerdo con el principio de Bernoulli.
La fig. 4 ilustra un sistema de coordenadas de presion PR respecto a posicion PO de los fluidos 21,22 en el eyector
7. El eje de abscisas muestra la presion PR y el eje de ordenadas se refiere a la posicion PO en el eyector 7 indicada por las lmeas de puntos que se extienden desde la fig. 3. La presion PO del fluido en movimiento 21 se ilustra por el grafico en una lmea de puntos y el fluido de entrada 22 se ilustra por el grafico en la lmea continua.
El diagrama muestra que el fluido 21 en movimiento de alta presion entra en el eyector 7 en la entrada de fluido en movimiento 20 en donde es empujado a traves de la tobera de entrada de fluido en movimiento 13 bajo una presion creciente. Bajo una presion en reduccion el fluido en movimiento 21 sale de la tobera de entrada 13 y se expande mientras se mueve al interior de la tobera convergente 10. El fluido de succion 22 entra en el eyector 7 en la entrada 23 de fluido de succion y se mezcla con el fluido en movimiento 21 a traves de la tobera convergente 10. Tanto el fluido en movimiento 21 como el fluido de succion 22 se recomprimen a continuacion a traves del difusor divergente 11 hacia la salida 14 del eyector.
La fig. 5 ilustra una primera realizacion de un circuito de refrigeracion 8 cerrado que comprende un sistema de refrigeracion 9 por eyector.
En esta realizacion de la invencion se proporciona una turbina eolica 1 con un circuito de refrigeracion 8 cerrado dispuesto para refrigerar directamente un componente 6 que genera calor que en este caso es el generador 17 de la turbina eolica que transforma la energfa de rotacion del rotor 4 en energfa electrica a ser suministrada a una red electrica.
En esta realizacion de la invencion el circuito de refrigeracion 8 cerrado se dispone para refrigerar solamente el generador 17 de la turbina eolica pero en otra realizacion de la invencion el circuito de refrigeracion 8 cerrado podna disponerse para refrigerar otros componentes 6 que generan calor de la turbina eolica 1 tal como la caja de engranajes o cajas de engranajes 15 de la turbina eolica, el equipo de manejo de la potencia electrica tal como el convertidor 18, resistencias de potencia, tarjetas base, cabinas de control u otros, o el circuito de refrigeracion 8 cerrado podna disponerse para refrigerar mas de uno de estos componentes 6.
En esta realizacion de la invencion se hace circular agua como el medio de refrigeracion en el circuito de refrigeracion 8 pero en otra realizacion de la invencion el medio de refrigeracion podna ser cualquier clase de agua o salmuera a prueba de congelacion, amomaco, CO2, gases freones o cualquier otra clase de lfquido o gas adecuado para el transporte de calor en un sistema de refrigeracion en dos fases cerrado.
En esta realizacion de la invencion el medio de refrigeracion pasa por el componente 6 que genera calor para absorber algo del calor generado por el componente 6 y lo transporta fuera del componente 6. Cuando el medio de refrigeracion entra en el generador 17 esta en fase lfquida L pero cuando la temperatura del agua se incrementa a traves del generador 17 comienza a suceder un cambio de fase y cuando el agua sale del generador 17 parte del
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Despues de la bomba, una parte del medio de refrigeracion se extrae y dirige en la direccion de la entrada de fluido en movimiento 20 del eyector 7. Antes de que esta parte alcance al eyector 7 pasa por un dispositivo de calentamiento 27 que incrementa significativamente la presion de esta parte del medio de refrigeracion haciendole el fluido movimiento 21 del eyector. Para asegurar que el medio de refrigeracion se mueve en la direccion correcta a traves del dispositivo de calentamiento en la direccion del eyector 7, el circuito de refrigeracion 8 o el dispositivo de calentamiento 27 podnan estar provistos adicionalmente con una valvula anti-retorno.
En esta realizacion el dispositivo de calentamiento 27 es simplemente un elemento de calentamiento electrico dispuesto de modo que la parte del medio de refrigeracion se caliente significativamente cuando pasa por el dispositivo 27 pero en otra realizacion el dispositivo de calentamiento 27 podna ser una bomba de calor, un dispositivo que comprende una llama abierta tal como un horno o cualquier otro dispositivo adecuado para elevar la temperatura y la presion del fluido el movimiento 21.
Por su parte, el resto del medio de refrigeracion —en la forma de un vapor a baja presion— se dirige hacia la entrada de fluido de succion 23 para convertirse en la entrada de fluido de succion 22 del eyector 7. En el eyector 7 los dos fluidos 21, 22 se mezclan ahora y cuando salen del eyector 7, la presion y temperatura del medio de refrigeracion es significativamente mas alta que cuando salen de la bomba 27.
Desde el eyector 7 el vapor se dirige a traves del condensador 25 dispuesto para promover que el medio de refrigeracion cambie de fase de vuelta a la forma lfquida. El condensador 25 podna ser, por ejemplo, un radiador o un intercambiador de calor dispuesto para expulsar calor al entorno de la turbina eolica 1 de modo que el aire circundante o, en caso de una turbina eolica marina 1, el mar circundante.
Desde el condensador 25 el medio de refrigeracion lfquido relativamente fno se dirige a traves de una valvula de expansion 26 que alivia la presion del lfquido para reducir adicionalmente la temperatura del medio de refrigeracion antes de que entre de nuevo en el componente 6 que genera calor.
La fig. 6 ilustra una segunda realizacion de un circuito de refrigeracion 8 cerrado que comprende un sistema de refrigeracion 9 por inyector.
El principio de este sistema de refrigeracion 9 por eyector funciona en la misma forma que el divulgado en la fig. 5 pero en esta realizacion la presion de la parte del medio de refrigeracion extrafdo antes de que entre en el eyector 7 se incrementa haciendo que la parte pase a traves de un intercambiador de calor 28 de fluido en movimiento. Este intercambiador de calor 28 es una parte de un circuito de calentamiento 29 cerrado para el transporte de calor desde un componente 6 adicional que genera calor de la turbina eolica 1 al fluido en movimiento 21 en el circuito de refrigeracion 8 cerrado.
En esta realizacion el componente 6 que genera calor es un convertidor de la turbina eolica 1 pero en otra realizacion este componente 6 adicional que genera calor podna ser cualquiera de los componentes 6 o cualquiera de los componentes 6 previamente listados como los componentes 6 que generan calor.
En esta realizacion de la invencion el componente 6 que genera calor se dispone para intercambiar calor solo con el fluido en movimiento 21 pero en otra realizacion el circuito de calentamiento 29 cerrado podna disponerse adicionalmente para expulsar calor al entorno de la turbina eolica o a otro equipo de la turbina eolica.
La fig. 7 ilustra una tercera realizacion de un circuito de refrigeracion 8 cerrado que comprende un sistema de refrigeracion 9 por eyector.
En esta realizacion de la invencion la turbina eolica comprende un primer circuito de refrigeracion 8, 31 cerrado dispuesto para intercambiar calor con un segundo circuito de refrigeracion 32 cerrado por medio de un intercambiador de calor 30 del circuito de refrigeracion.
En esta realizacion de la invencion el componente 6 que genera calor es una caja de engranajes 16 de la turbina eolica dispuesta entre el rotor 4 y el generador 17 para incrementar la velocidad de rotacion del arbol principal.
Dado que el componente 6 que genera calor es la caja de engranajes 16, la circulacion del medio de refrigeracion en el segundo circuito de refrigeracion 32 cerrado es en este caso al menos una parte del aceite de la caja de engranajes 16 proporcionado para lubricar los cojinetes, engranajes y otros componentes mecanicos de la caja de engranajes y para refrigerar la caja de engranajes 16. Sin embargo, en otra realizacion de la invencion, el medio de refrigeracion que circula en el segundo circuito de refrigeracion 32 cerrado podna ser cualquiera de los tipos de medio de refrigeracion previamente mencionado.
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Al menos durante la operacion de la caja de engranajes el aceite de la caja de engranajes se hace circular constantemente en el segundo circuito de refrigeracion 32 cerrado, por ejemplo, por medio de una bomba (no mostrada) que permite que la temperatura del primer aceite se reduzca pasando por el intercambiador de calor 28 de fluido en movimiento y posteriormente mediante el paso por el intercambiador de calor 30 del circuito de refrigeracion.
En principio el sistema de refrigeracion 9 por eyector del primer circuito de refrigeracion 8, 31 cerrado funciona en la misma forma que el divulgado en la fig. 5 y la fig. 6, pero en esta realizacion la parte del medio de refrigeracion que se usa como el fluido en movimiento 21 del eyector 7 se extrae despues de que el medio de refrigeracion pase por el condensador 25 y antes de que llegue a la valvula de expansion 26.
Es evidente para un experto en la materia que las presiones y temperaturas del medio de refrigeracion han de variar alrededor del circuito de refrigeracion 6 para hacer que el sistema de refrigeracion en dos fases funcione efectivamente y que estas temperaturas y presiones senan diferentes para diferentes medios de refrigeracion y que podnan variar bajo diferentes condiciones de operacion, por ejemplo, si la turbina eolica fna esta arrancando,
parando o funcionando en circunstancias normales. En esta realizacion el medio de refrigeracion es agua lo que
requiere que el sistema de refrigeracion 9 por eyector y los circuitos de refrigeracion 8, 31, 32 cerrado funcionen como sigue:
Cuando la parte de agua se extrae despues de que sale del condensador 25, el agua es lfquida, la temperatura es de aproximadamente 10 °C y la presion es de aproximadamente 34 mbar (34 milesimas de un bar). El agua se conduce a continuacion a traves de una bomba 24 que incrementa la presion a 400 mbar y la temperatura
ligeramente a alrededor de 12 °C. El agua es aun lfquida hasta que pasa al intercambiador de calor 28 de fluido en
movimiento que en este caso funciona como un evaporador porque eleva la temperatura del agua haciendola que se evapore a vapor caliente a 75 °C listo para entrar en el eyector 7 como el fluido en movimiento 21.
La parte principal del agua —que no se ha extrafdo despues del condensador 25— continua a traves de la valvula de expansion 26 lo que reduce la presion a aproximadamente 11 mbar y la temperatura a aproximadamente 0 °C. El agua muy fna continua a continuacion a traves del intercambiador de calor 30 del circuito de refrigeracion que en este caso funciona como un evaporador porque eleva la temperatura del agua a 8 °C haciendola que se evapore en vapor a baja presion listo para entrar en el eyector 7 como el fluido de entrada de succion 22.
En el eyector 7 los dos fluidos se mezclan y salen del eyector 7 como un vapor caliente a 26 °C y a una presion de 34 mbar. El vapor se condensa entonces en el condensador 25 haciendo que el fluido de refrigeracion salga del condensador 25 como agua lfquida a 10 °C.
En el segundo circuito de refrigeracion 32 cerrado el aceite sale de la caja de engranajes 16 a una temperatura de por ejemplo 90 °C antes de que se refrigere a por ejemplo 50 °C en el intercambiador de calor 28 de fluido en movimiento. Posteriormente, el aceite pasa al intercambiador de calor 30 del circuito de refrigeracion lo que reduce adicionalmente la temperatura del aceite a por ejemplo 30 °C antes de que entre en la caja de engranajes 16.
La invencion se ha ejemplificado anteriormente con referencia a ejemplos espedficos de eyector 7, circuitos de refrigeracion 8, 29, 31, 32 cerrados, sistemas de refrigeracion 9 por eyector y otros. Sin embargo, debe entenderse que la invencion no esta limitada a los ejemplos particulares descritos anteriormente sino que puede disenarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invencion, como se especifica en las reivindicaciones.
Lista
1. Turbina eolica
2. Torre
3. Gondola
4. Rotor
5. Pala
6. Componente que genera calor
7. Eyector
8. Circuito de refrigeracion cerrado
9. Sistema de refrigeracion por eyector
10. Tobera convergente
11. Difusor divergente
12. Garganta
13. Tobera de entrada de fluido en movimiento
14. Salida del eyector
15. Caja de engranajes
16. Sistema de frenado
17. Generador
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18. Convertidor
19. Estructura de la gondola
20. Entrada de fluido en movimiento
21. Fluido en movimiento
22. Fluido de entrada de succion
23. Entrada del fluido de succion
24. Bomba
25. Condensador
26. Valvula de expansion
27. Dispositivo de calentamiento
28. Intercambiador de calor del fluido en movimiento
29. Circuito de calentamiento cerrado
30. Intercambiador de calor del circuito de refrigeracion
31. Primer circuito de refrigeracion cerrado
32. Segundo circuito de refrigeracion cerrado
PO. Posicion
PR. Presion

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una turbina eolica (1) que comprende
    uno o mas componentes que generan calor (6),
    al menos un circuito de refrigeracion (8) cerrado que comprende un medio de refrigeracion en circulacion, disponiendose dicho circuito de refrigeracion para refrigerar, directa o indirectamente, uno o mas de dichos componentes que generan calor, y
    en la que un sistema de refrigeracion (9) por eyector reduce la temperatura de dicho medio de refrigeracion y en la que uno o mas de dichos componentes que generan calor estan dispuestos para proporcionar al menos una parte del calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector, y en la que dicho circuito de refrigeracion esta dispuesto para refrigerar un primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor y en la que al menos una parte de dicho calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona, directa o indirectamente, mediante un segundo componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
  2. 2. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un eyector (7) para el incremento de la presion de dicho medio de refrigeracion en dicho al menos un circuito de refrigeracion cerrado y en la que dicho eyector incrementa la presion de dicho medio de refrigeracion entre 5 y 5000 %, preferentemente entre 50 y 1000 % y lo mas preferido entre 100 y 500 %.
  3. 3. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 2, en la que dicho eyector comprende una entrada (13) de fluido en movimiento y en la que un fluido en movimiento introducido a traves de dicha entrada de fluido en movimiento durante la operacion normal de dicho eyector es una parte de dicho medio de refrigeracion o se crea a partir de una parte de dicho medio de refrigeracion.
  4. 4. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 3, en la que una presion de dicha parte de dicho medio de refrigeracion se incrementa por medio de una bomba (24).
  5. 5. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 4, en la que dicha presion de dicha parte se dispone para incrementarse mientras dicho fluido de refrigeracion esta en una fase lfquida.
  6. 6. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en la que dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un dispositivo de calentamiento (27) dispuesto para incrementar la presion de dicho fluido en movimiento antes de que entre en dicha entrada de fluido en movimiento.
  7. 7. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho circuito de refrigeracion esta dispuesto para refrigerar un primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor, y en la que al menos una parte de dicho calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona, directa o indirectamente, mediante dicho primer componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
  8. 8. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende un condensador (25) para promover un cambio de fase de dicho medio de refrigeracion.
  9. 9. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho sistema de refrigeracion por eyector comprende una valvula de expansion (26) para el alivio de la presion de dicho medio de refrigeracion.
  10. 10. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho medio de refrigeracion es agua.
  11. 11. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha turbina eolica comprende el menos dos circuitos de refrigeracion cerrados y en la que un primer circuito de refrigeracion (31) de dichos al menos dos circuitos de refrigeracion cerrados esta dispuesto para refrigerar directamente dichos componentes que generan calor y un segundo circuito de refrigeracion (32) de dichos al menos dos circuitos de refrigeracion cerrados comprende dicho sistema de refrigeracion por eyector y en la que dicho primer circuito de refrigeracion y dicho segundo circuito de refrigeracion estan dispuestos para intercambiar calor.
  12. 12. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que uno o mas componentes (6) que generan calor se seleccionan de entre el grupo que consiste en: cajas de engranajes de la turbina eolica, generadores de la turbina eolica, equipo de manejo de la potencia electrica y cabinas de control.
  13. 13. Un metodo para la refrigeracion de un componente que genera calor de una turbina eolica, comprendiendo dicho metodo las etapas de:
    • hacer circular un fluido de refrigeracion en un circuito de refrigeracion cerrado,
    5 • refrigerar directa o indirectamente dicho componente que genera calor por medio de dicho fluido de
    refrigeracion, y
    • reducir la temperature de dicho medio de refrigeracion por medio de un sistema de refrigeracion por eyector, en el que al menos una parte del calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona, directa o indirectamente, mediante un componente que genera calor de dicha turbina eolica,
    10
    en el que dicho circuito de refrigeracion esta dispuesto para refrigerar un primer componente que genera calor de los uno o mas componentes que generan calor y en el que al menos una parte de dicho calor para la operacion de dicho sistema de refrigeracion por eyector se proporciona, directa o indirectamente, mediante un segundo componente que genera calor de dichos uno o mas componentes que generan calor.
    15
  14. 14. Un metodo para la refrigeracion de un componente que genera calor de una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que dicha turbina eolica es una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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