MXPA02008086A - Devanados extremos enfriados con gas para motor de maquina dinamoelectrica y metodo de enfriamiento de devanados extremos. - Google Patents

Abstract

Se provee una maquina dinamoelectrica enfriada por gas que incluye un rotor que tiene una porcion de cuerpo, bobinas que se extienden axialmente, devanados extremos y una pluralidad de bloques de espacio dispuestos entre los devanados extremos, por lo que una pluralidad de cavidades estan definidas entre devanados extremos y bloques de espacio mutuamente adyacentes; para enfriar los devanados extremos, por lo menos uno de los bloques de espacio tiene un conducto que se extiende radialmente con una abertura de salida dispuesta para dirigir el gas de enfriamiento que fluye a traves del mismo generalmente en la direccion de la region central de la cavidad adyacente.

Description

DEVANADOS EXTREMOS ANTE® ES DE bA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una* estructura y método para • mejorar el enfriamiento de rolares de generador dirigiendo corrientes múltiples de gas de enfriamiento hacia los espacios de cavfdÉd entre los devanados de 10 bobinas extremas para crear múltiples celdas de circulación ínteraccionatofes y chorros de flujo dirigido. La potencia de salida de las máquinas dinamoeléctricas, tales como * turbogeneradores grandes, a menudo es limitada por la capacidad para proveer corriente adicional a través del devanado del campo del rotor debido a 15 limitaciones de temperatura impuestas sobre el aislamiento del conductor eléctrico. Por lo tanto, el enfriamiento efectivo del devanado de rotor contribuye directamente a la capacidad de salida de la máquina. Esto es especialmente cierto para la región extrema del rotor, en donde el enfriamiento forzado directo es difícil y costoso debido a la construcción típica de estas máquinas. Puesto 20 que las tendencias de mercado prevalecientes requieren mayor eficiencia y mayor confiabilidad en generadores de densidad de mayor potencia y menor costo, el enfriamiento de las regiones extremas del rotor se vuelve un factor limitante. turbogeneradores típicamente consisten de bobinas guiares concéntricas montadas en ranuras en un rotor. Las porciones extremas de las bobinas (comúnmente referidas como devanados extremos), que están más allá del soptíffe del cuerpo del rotor principal, son típicamente § soportados contra fuerzas de rotación por un anillo de retención (véase figura 1). Los bloques de soporte se colocan intermitentemente entre los devanados extremos de bobinas concéntricas para mantener la posición relativa y añadir • estabilidad mecánica para cargas axiales, tales como cargas térmicas (véase figura 2). Además, los devanados de cobre son radialmente restingidos por el 10 anillo de retención sobre su radio externo, que contrarresta las fuerzas centrífugas. La presencia de los bloques de espacio y anillo de retención da por resultado un número de regiones de enfriador expuestas a los devanados de # cobre. La trayectoria de enfriador primaria es axial, entre el huso y el fondo de los devanados extremos. También, se forman cavidades discretas entre las 15 bobinas por las superficies limitantes de los devanados, bloques y superficie interna de la estructura de anillo de retención. Los devanados extremos se exponen a enfriador que es impulsado por fuerzas de rotación radialmente desde abajo de los devanados extremos hacia estas cavidades (véase figura 3). Esta ^ ^ transferencia de calor tiende a ser baja. Esto es porque de acuerdo con las 20 ifneas de trayectoria de flujo computarizadas en una sola cavidad de devanado extremo giratorio a partir de un análisis dinámico de fluido computacional, el flujo del enfriador entra a la cavidad, atraviesa una circulación primaria y sale de la cavidad. Típicamente, la circulación da por resultado coeficientes de bajos especialmente cerca del centro de la cavidad. Por lo o unque este es un medio para remover calor en los devanados extremos, es relativamente ineficiente. Se han usado Varlost#squemas para dirigir el gas de enfriamiento ' 'íí 5 adicional a través de la región extrema del rotor. Todos estos esquemas de enfriamiento se basan ya sea en (1 ) hacer pasajis de enfriamiento en los conductores de cobre maquinando ranuras o formando canales en tos # conductores, y después bombeando el gas a alguna otra región de la máquina, y/o (2) creando regiones de presiones relativamente mayores o inferiores con la 10 adición de deflectores, canales de flujo y elementos de bombeo para forzar al gas de enfriamiento a pasar sobre las superficies conductoras. Algunos sistemas penetran el anillo de retención del rotor altamente • tensado con agujeros radiales para permitir que el gas de enfriamiento sea bombeado directamente a lo largo de los devanados extremos del rotor y 15 descargados en el espacio de aire, aunque dichos sistemas pueden tener sólo utilidad limitada debido a las consideraciones de esfuerzo mecánico elevado y vida de fatiga elevada en relación con el anillo de retención.

Si se usan los esquemas de enfriamiento de extremo de rotor forzado convencionales, se añade complejidad y costos considerables a la 20 construcción del rotor. Por ejemplo, los conductores directamente enfriados deben ser maquinados o fabricados para formar los pasajes de enfriamiento.

Además, un múltiple de salida se debe proveer para descargar el gas a algún lado en el rotor. Los esquemas de enfriamiento forzado requieren que la región extrema del rotor sea dividida en zonas de presión separadas, con la adición de numerosos deflectores, canales de flujo y elementos de bombeo -que nuevamente añaden complejidad y costo. Si ninguno de estos esquemas de enfriamiento forzado o directo se 5 usa, entonces los devanados extremos del rotor son pasivamente enfriados. El enfriamiento pasivo se basa en la fuerza centrífuga y la fuerza de rotación del rotor para hacer circular gas hacia las cavidades de extremo muerto, ciego, formadas entre los devanados de rotor concéntricos. El enfriamiento pasivo de devanados extremos de rotor algunas veces se denomina enfriamiento por 10 "convección" libre. El enfriamiento pasivo provee la ventaja de mínima complejidad y costo, aunque la capacidad de remoción de calor es disminuida cuando se • compara con los sistemas activos de enfriamiento directo y forzado. Cualquier gas de enfriamiento que entre a las cavidades entre los devanados de rotor 15 Concéntricos debe salir a través de la misma abertura ya que estas cavidades son de otra manera encerradas -las cuatro "paredes laterales" de una cavidad típica son formados por los conductores concéntricos y los bloques aislantes que los separan, con la pared del "fondo" (radialmente hacia fuera) formada por A el anillo de retención que soporta los devanados extremos contra rotación. El gas 20 de enfriamiento entra al espacio anular entre los conductores y el huso del rotor. La remoción de calor es por lo tanto limitada por la velocidad de circulación baja del gas en la cavidad y la cantidad limitada del gas que puede entrar y dejar estos espacios.

En c?nfiguracic es típicas, el gas leiafriamiento en la región e rema no te sido completamente acelerada a la vefScidad del rotor, es decir, el gas de enfriamiento está girando a una parte de la v loci ad del rotor. A medida que el fluido es impulsado #?á^suna cavidad por medio del impacto de la velocidad relativa entre el rotor y el fluido, el coeficiente de transferencia de calor es típicamente mayor cerca del bloque de espacio q?e está corriente abajo en relación con la dirección del flujo -en donde el fluido entra con un momento elevado y en donde el enfriador de fluido es más frío. El coeficiente de transferencia de calor también es típicamente alto alrededor de la periferia de la cavidad. El centro de la cavidad recibe el menor enfriamiento. Al incrementar la capacidad de remoción de calor de los sistemas dé enfriamiento pasivos se incrementará la capacidad de transportar corriente del rotor proveyendo una capacidad de velocidad incrementada del generador manteniendo la ventaja de una construcción de bajo costo, senciHa y confiable. La patente de E.U.A. No. 5,644,179, cuya descripción se incorpora aquí por referencia, describe un método para aumentar la transferencia de calor incrementando la velocidad de flujo de la celda de circulación de un solo flujo al introducir flujo de enfriamiento adicional directamente hacia y en la misma dilección que la celda de flujo que ocurre naturalmente. Esto se muestra en las figuras 4 y 5. Aunque estos métodos incrementan la transferencia de calor en la cavidad al aumentar la resistencia de la celda de circulación, la región central de la cavidad del rotor aún se quedó con baja velocidad y por lo tanto baja transferencia de calor. La misma transferencia de calor baja persiste en las regiones de esquina.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 5 La ¡nvención que aquí se describe contrarresta las dificultades inherentes en una sola celda de circulación grande para incrementar la transferencia de calor. En lugar de inyectar flujo de enfriamiento en la dirección de la celda de circulación individual para aumentarla, como se describe en el documento USP 5,644,179, la invención describe varios métodos para crear 10 múltiples celdas de circulación que penetren la región central de la cavidad, incrementando así significativamente la transferencia de calor en una región que de otra manera estaría desprovista de flujo de enfriamiento. El mismo beneficio • se extiende también a las regiones de esquina de la cavidad. Por lo tanto, el ensamble de devanado extremo y el método de la 15 invención sustancialmente hacen que incremente el rendimiento de transferencia de calor en todas las regiones de la cavidad de devanado extremo del rotor creando múltiples celdas de circulación y chorros de enfriamiento. Al eliminar las Zonas muertas en las actividades de enfriamiento del rotor, la efectividad general del enfriamiento se incrementa en forma significativa incrementando así la # 20 potencia de salida de la máquina. El sistema es de bajo costo, de instalación fácil y fuerte, proveyendo así una solución práctica a un problema complejo, contribuyendo a la facilidad de venta del generador de potencia. Por consiguiente, la invención está modalizada en una máquina enfriada por gas, que comprende un rotor que tiene una porción dß cuerpo, el rotor teniendo devanados que s© extienden axialmente y devanados extremos que se extienden axialmente más allá de por lo menos un extremo de la porción del cue^o; por lo menos un bloque de espacio ubicado 5 entre el primer y segundo devanados extremos, el bloque de espacio teniendo un conducto que se extiende radialmente dispuesto en el mismo que se extiende erttre una abertura de entrada y una abertura de salida; y en donde la abertura de salida del conducto está dispuesta en una superficie circunferencial del btoque de espacio en una sección media del bloque de espacio para emitir el 10 flujo de gas de enfriamiento generalmente en una dirección de una región central de una cavidad definida adyacente a la misma. La invención también se modaliza en un método de enfriamiento de una máquina dinamoeléctrica que comprende un rotor que tiene una porción de cuerpo, bobinas que se extienden axialmente y devanados extremos que se 15 extienden axialmente más allá de por lo menos un extremo de la porción del cuerpo, y por lo menos un bloque de espacio ubicado entre el primer y segundo devanados extremos. El método consiste en dirigir el gas de enfriamiento radialmente a través de un conducto que se extiende radialmente en por lo menos un bloque de espacio y después generalmente en forma circunferencial 20 hacia una cavidad de enfriamiento circunferencialmente adyacente al bloque de espacio, generalmente en la dirección de una porción central de la cavidad de enfriamiento.

Estos y otros objetos y ventajas de la invención se entenderán en forma más completa y se apreciarán mediante urf estadio cuidadoso de la 5 descripción más detallada siguiente de las modalidades ilustrativas actualmente preferidas de la invención, tomadas junto con los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista en sección transversal de una porción de la región de vuelta extrema de un rotor de máquina dinamoeléctrica con estator en relación opuesta al mismo; 10 la figura 2 es una vista superior en sección transversal del rotor de la máquina dinamoeléctrica tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1 ; la figura 3 es una ilustración esquemática que muestra el flujo de gas pasivo hacia y a través de las cavidades de devanado extremo; la figura 4 es una vista en perspectiva, parcialmente descubierta de 15 una porción de la región de vuelta extrema del rotor de acuerdo con una primera modalidad descrita en la patente de E.U.A. No. 5,644,179; la figura 5 es una vista en perspectiva, parcialmente descubierta de una porción de la región de vuelta extrema del rotor que muestra una segunda <A¡ modalidad de la invención de la patente de E.U.A. No. 5,644,179; 20 la figura 6 es una vista en sección transversal parcial que ilustra un ensamble y método para crear celdas de circulación múltiples en una modalidad de la invención; la figura 7 es una vista en sección transversal parcial que muestra u ensamble alterno y método para crear celdas de* circulación múltiples para incrementar la transferencia de calor; la figura 8 es una vista en sección transversal parcial que muestra una modalidad alterna adicional de la ¡nvención para crear múltiples corrientes de flujo de enfriamiento para incrementar la transferencia de calor; y la figura 9 es una vista tomada a lo largo de la línea 9-9 de la figura 8 que muestra una modalidad alterna adicional de la invención. # DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 10 Haciendo referencia a los dibujos en donde los números de referencia idénticos denotan los mismos elementos en todas las vistas, las figuras 1 y 2 muestran un rotor 10 para una máquina dinamoeléctrica enfriada por gas, que también incluye un estator 12 que rodea al rotor. El rotor incluye 15 una porción de cuerpo generalmente cilindrica 14 dispuesta centralmente sobre un huso de rotor 16 y que tiene caras extremas axialmente opuestas, de la cuales una porción 18 de una cara extrema se muestra en la figura 1. La porción extrema se provee de una pluralidad de ranuras 20 circunferencialmente • separadas, que se extienden axialmente para recibir bobinas concéntricamente 20 dispuestas 22 que constituyen el devanado del rotor. Para claridad, sólo se muestran cinco bobinas del rotor, aunque en la práctica comúnmente se ilustran algunas más. Específicamente, un número de barras conductoras 24 que Cfmstituyen una porción del devanado del rotor están apiladas en cada una.dd IS ranuras. Las barras conductoras adyacentes están separadas por capas de 4telamiento eléctrico 22. Las barras conductoras apiladas se mantienen tíficamente dentro de las ranuras por medio de cuñas 26 (figura 1) y están ßechas de un material conductor tal como cobre. Las barras conductoras 24 están interconectadas en cada extremo opuesto de la porción del cuerpo por vueltas extremas 27 que se extienden axialmente más allá de las caras extremas para formar devanados extremos apilados 28. Las vueltas extremas también son separadas por capas de aislamiento eléctrico. Haciendo referencia específicamente a la figura 1 , un anillo de retención 30 está dispuesto alrededor de las vueltas extremas en cada extremo de la porción de cuerpo para sostener los devanados extremos en su lugar contra las fuerzas centrífugas. El anillo de retención se fija en un extremo a la porción del cuerpo y se extiende sobre el huso del rotor 16. Un anillo centrador 32 está fijado al extremo distal del anillo de retención 30. Se debe notar que el anillo de retención 30 y el anillo centrador 32 pueden estar montados de otras maneras, como se conoce en la técnica. El diámetro interno del anillo centrador 3¿ está radiatmente separado del otro huso 16 para formar un pasaje de entrada dé gas 34 y los devanados extremos 28 son separados det huso 16 para definir una región anular 36. Un número de canales de enfriamiento axiales 38 formados a lo largo de las ranuras 20 se proveen en comunicación de fluido con el pasaje de entrada de gas 34 a través de la región anular 36 para suministrar gas de enfriamiento a las bobinas 22.

Pasando a la figura 2, los devanados extremos 28 ,en cada extremo del rotor 10 están circunferencialmente y axialmente éeparados por un número de separadores de bloques de espacio 40 (para claridad de ilustración, los bloques de espacio se muestran en la figura 1 ). Los bloques de espacio son 5 bloques alargados de un material aislante ubicados en los espacios entre los devanados extremos adyacentes 28 y se extienden más allá de la profundidad radial completa de los devanados extremos hacia el espacio anular 36. Por ^^ consiguiente, los espacios entre las pilas concéntricas de las vueltas extremas (de aquí en adelante devanados extremos) se dividen en cavidades. Estas 10 cavidades están delimitadas en la parte superior por el anillo de retención 30 y en cuatro lados por devanados extremos adyacentes 28 y bloques de espacio adyacentes 40. Como se ve mejor en la figura 1 , cada una de estas cavidades # está en comunicación de fluido con el pasaje de entrada de gas 34 por medio de la región anular 36. Una porción del gas de enfriamiento que entra a la región 15 anular 36 entre el devanado extremo 28 y el huso del rotor 16 a través del pasaje de entrada de gas 34 entra así a las cavidades 42, circula en ellas y después regresa a la región anular 36 entre los devanados extremos y el huso del rotor. El flujo de aire se muestra por medio de las flechas en las figuras 1 y 3. La acción de bombeo inherente y las fuerzas de rotación que 20 actúan en una cavidad del generador de rotación producen una gran celda de circulación de flujo individual, como se muestra esquemáticamente en la figura 3. Esta celda de circulación de flujo tiene su velocidad más alta cerca de los bordes periféricos de la cavidad, dejando la región central inadecuadamente enfriada a la velocidad inherentemente baja en la región central de la cavid^qif e puede ver a partir de la figura 3, las áreas grandes de las regiones de esquina también son enfriadas de manera inadecuada debido a que el movimiento circular de la cefóa>*d flujo no lleva flujo de enfriamiento a las esquinas. Haciendo referencia a la figura 6, se ilustra una sección parcial del devanado del rotor que modaliza la invención, mostrando cavidades 142 y con la • dirección de rotación indicada por la flecha X. En la modalidad ilustrada en la figura 6, cada bloque de espacio 140 se provee de un conducto de gas de 10 enfriamiento interno 144 que en esta modalidad tiene un puerto de descarga o una abertura de salida 146 en el bloque en la región central de la cavidad respectiva 142 por lo que el flujo de enfriamiento crea un par de contrarrotación # de celdas circulares en la cavidad proveyendo así transferencia de calor incrementada en todas las regiones de la cavidad, incluyendo tanto las regiones 15 centrales como de esquina que han sido típicamente desprovistas de flujo de enfriamiento. Cada conducto de enfriamiento 144 se tiende a lo largo de la longitud del bloque de espacio 140 y por lo tanto está orientado radialmente con respecto al eje del rotor. El conducto se extiende desde un punto radialmente # 20 hacia adentro o por debajo de los devanados extremos 28 hasta un punto generalmente central de la altura radial del devanado extremo y por lo tanto provee un pasaje a través del cual puede fluir el gas de enfriamiento desde la región anular 36 entre los devanados extremos 28 y el huso del rotor 16 hacia ms cavidades 142. Específicámet?e, cada conducto 144 se extiende desde una abertura de entrada 150 ubicada cerca del extremo radialmente hacia adentro del bloque de espacio 140 hasta una abertura de salida 146 ubicada alrededor de la parte media a lo largo de la longitud del bloque de espacio. La abertura de entrada 150 está dispuesta sobre una superficie corriente arriba circunferencialmente orientada del bloque de espacio para recibir el flujo de enfriamiento. Como se ve en la figura 6, en esta modalidad ilustrativa, la abertura de entrada está ubicada sobre la porción del bloque de espacio que se extiende por abajo del devanado extremo para que esté en comunicación de fluido con la región anular 36 entre el devanado extremo 28 y los husos de rotor 16. La abertura de salida 146 también está dispuesta sobre una superficie círcunferencialmente orientada del bloque de espacio y está en comunicación de fluido con una de las cavidades 142 delimitadas por el bloque de espacio. El flujo de enfriamiento es impulsado radialmente a través del bloque por presión de impacto, que resulta de la velocidad relativa del gas que entra a la región extrema del rotor, y el bombeo centrífugo del rotor. Como se señalo anteriormente, el flujo de enfriamiento es dirigido a través del puerto(s) de descarga 150 en el bloque(s) de espacio en la región central de la cavidad(es) adyacente(s). El chorro de enfriamiento dirigido crea un par de contrarrotación de celdas circulantes en la cavidad. Este par de celdas después impulsa las celdas de circulación adicionales, proveyendo transferencia de calor incrementada en todas las regiones de la cavidad, incluyendo la región central y las esquinas de cavidad que de otra manera estarían desprovistas del flujo de enfriamiento. El chorro de enfriamiento principal se añade al rendimiento de transferencia de calor y sale áésde la cavidad de rotación como se muestra. Durante el funcionamiento, la rotación del rotor hará que el gas de enfriamiento sea llevado a través del pasaje de entrada de gas 34 (figura 1) 5 hacia la región anular 36 entre el devanado extremo y el huso del rotor (figura 6). El gas de enfriamiento es impulsado a través de aberturas de entrada 150 hacia et conducto 144. El gas de enfriamiento en el conducto 144 es expulsado hacia la cavidad correspondiente de la abertura de salida respectiva 146. La abertura de salida está ubicada aproximadamente en un punto medio radial de la cavidad 10 por lo que el flujo de enfriador es dirigido hacia el conducto 144 en el bloque hacia la región central de la cavidad 142. Esto crea múltiples celdas de circulación en lugar de sólo una grande, proveyendo transferencia de calor ^ incrementada en el centro de la cavidad y todas las demás regiones de la cavidad. La generación de celdas de circulación múltiples facilita la remoción del 15 calor de todas las partes de la cavidad incluyendo la región central y las regiones de esquina por las cuales tiende a desviarse la celda de circulación única de la técnica anterior. La figura 7 muestra otra modalidad de la ¡nvención en donde los ^ Moques de soporte descargan chorros de enfriamiento para que entren a cada 20 cavidad desde direcciones opuestas, reforzando así las celdas de contrarrotación y proveyendo aún más el flujo pasante. Muy específicamente, la figura 7 muestra una sección parcial del devanado extremo del rotor que muestra las cavidades 242 con la dirección de rotación indicada por la flecha X. En esta modalidad, cada bloque de espacio 240 se provee de un conducto de gas de enfriamiento interno 242 para crear múltiples celdas de circulación dentro dé ta olvidad para incrementar la remoción del calor. Igual que los conductos de la primera modalidad, cada conducto de gas de enfriamiento 244 es orientado radialmente con respecto al rotor y se extiende desde un punto radialmente Na a adentro de o por abajo del devanado extremo 28íhasta un punto cercano a 4% región central del bloque de espacio. Los conductos por lo tanto proveen pasajes a los cuales el gas de enfriamiento puede fluir desde la región anular 36 etitre el devanado extremo 28 y el huso del rotor 16 hacia la región central de las cavidades 242. Específicamente, cada conducto 244 se extiende desde una afeertura de entrada 250 ubicada cerca del extremo radialmente hacia adentro dil bloque de espacio hasta la primera y segunda aberturas de salida 246, 248 tincadas cerca de la región central del bloque de espacio 240 y la cavidad respectiva. La abertura de entrada está dispuesta sobre una superficie circunferencialmente orientada del bloque de espacio para recibir flujo de enfriamiento como se indica mediante la flecha A. Como se ve en la figura 7, la abertura de entrada 250 está ubicada sobre la porción del bloque de espacio que e extiende por abajo del devanado extremo 28 para que esté en comunicación de fluido con la región anular 36 entre el devanado extremo 28 y el huso de rotor f6. Como se señaló antes, en esta modalidad, se proveen primera y segunda áfcerturas de salida 246, 248, una dispuesta sobre cada superficie circunferencialmente orientada del bloque de espacio 240 para estar en comunicación de fluido con las cavidades respectivas 242 que son delimitadas por el bloque de espacio. En la modalidad ilustrada, además, una división 252,se provee en el conducto radial 244 para definir primera y segunda porciones de pasaje de conducto radial 254, 256 que están circunferencíalmente adyacentes en el bloque de espacio. Si se considera necesario o deseable, la división se puede extender hacia la porción circunferencial def pasaje indicado por la referencia 258 de modo que el flujo de enfriador es adecuadamente desviado en cantidades generalmente iguales a las porciones de pasaje respectivas 254, 256 para que fluyan hacia fuera de las aberturas de salida respectivas 246, 248. El flujo de enfriador es dirigido desde el bloque de espacio 240 hasta la región central de cada cavidad 242 desde ambos lados circunferenciales de la cavidad. Esto crea múltiples celdas de circulación más fuertes, proveyendo transferencia de calor incrementada en el centro de la cavidad y todas las demás regiones de la cavidad. Nuevamente aquí el flujo de enfriador entra al bloque de espacio impulsado por la presión del impacto y el bombeo centrífugo. La figura 8 muestra una modalidad de la invención en donde múltiples puertos de descarga proveen flujo de enfriador a todas las regiones de la cavidad, incrementando nuevamente la transferencia de calor superando las dificultades de transferencia de calor inherentes que resultan de la celda de circulación grande única que ocurre naturalmente en la cavidad de rotación. Muy particularmente, la figura 8 muestra una sección parcial del devanado extremo del rotor que muestra cavidades circunferencialmente adyacentes 342 con una dirección de rotación indicada por la flecha X. De acuerdo con esta modalidad, cada bloque de espacio 340 está provisto de un conducto de enfriamiento Werno 344 para dirigir el flujo de enfriamiento generalmente a todas las regiones de la cavidad para transferencia de calor incrementada. Igual que los conductos de la primera y segunda modalidades, cada conducto de gas de enfriamiento está orientado radialmente con respecto at rotor y se extiende desde una abertura de entrada 350 dispuesta radialmente hacia adentro de o por abajo de los devanados extremos 28. A diferencia de las modalidades anteriores, sin embargo, el conducto de gas de enfriamiento se extiende hasta un punto cercano al anillo de retención 30 y una pluralidad de salidas 360, 362, 364 se definen en ubicaciones espaciadas a lo largo de la 10 longitud del conducto de gas de enfriamiento. Específicamente, cada conducto se extiende desde una abertura de entrada 350 ubicada cerca del extremo radialmente hacia adentro del bloque de espacio a una pluralidad de aberturas de salida incluyendo una primera abertura de salida 360 dispuesta aproximadamente a una tercera parte de la longitud a lo largo del bloque de 15 espacio 340, una segunda abertura de salida 362 dispuesta aproximadamente a dos terceras partes de la longitud a lo largo de la salida, y una tercera abertura de salida 364 dispuesta adyacente al anillo de retención 30. Al dirigir el flujo de enfriador a través de los agujeros de escape múltiples, se generan múltiples corrientes de flujo en lugar de una sola celda de circulación que con la técnica 20 anterior, para proveer así transferencia de calor más uniforme en todas las regiones incluyendo la región central que de otra manera estaría desprovista de flujo de enfriador. También se debe señalar que mientras que se ilustran tres agujeros de escape en la modalidad de fe figura 8s,|cft& ©rdo con esta modalidad, por lo menos dos de esos agujeros Jlf5| cape se proveen y por lo tanto se podrían proveer más o menos de los tres agujeros de escape mostrados. Como otra alternativa más, de manera similar a la segunda modalidad ilustrada en la figura 7, una pluralidad de agujeros de escape se pueden definir para que se extiendan desde el conducto de enfriamiento en cada direccióff oircünferencial del bloque de espacio para dirigir el flujo hacia cada una de las cavidades respectivas delimitadas por el bloque de espacio, para asegurar así la distribución completa del flujo de enfriamiento a través de la cavidad. 10 En la modalidad de la figura 8, los agujeros de escape o abertura de salida 360, 362, 364 dirigen el flujo de enfriamiento generalmente en forma circunferencial y por lo tanto están dispuestos en un plano dispuesto en un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto al eje del rotor. La vista en sección transversal mostrada en la figura 9 representa una forma alterna de la 15 modalidad de la figura 8. La figura 9 muestra una variación y mejora sobre los chorros de enfriamiento múltiples de la figura 8 dirigiendo los chorros de tal manera que incidan directamente sobre las paredes calentadas de la cavidad giratoria, incrementando así aún más la transferencia de calor. Por lo tanto, esta modalidad generalmente corresponde a la 20 modalidad de la figura 8 excepto que el pasaje(s) de escape 462 (sólo uno de los cuales se muestra en la figura 9) para el pasaje 444 en el bloque de espacio 440 inclinado de manera que esté definido en un plano que esté dispuesto a un ángulo de <90° con respecto al eje del rotor, para hacer que el chorro de enfriamiento incida directamente sobre ér devanado extremo 28 incrementando así la transferencia de calor. Los pasajes de escape pueden dirigir el gas de enfriamiento a cualquiera de los devanados extremos del rotor axialmente adyacentes, o uno o más de los pasajes de escape pueden dirigir el chorro de 5 enfriamiento hacia un devanado extremo del rotor axialmente adyacente y uno o más de otros de los agujeros de escape pueden dirigir su chorro de enfriamiento respectivo hacia el otro de los dos devanados extremos del rotor que delimitan la # cavidad. Como alternativa, bloques de espacio circunferencialmente adyacentes pueden dirigir los chorros de enfriamiento a devanados extremos del rotor 10 respectivamente alternantes. Otras permutaciones y combinaciones del flujo dirigido por el chorro de enfriamiento podrían adoptarse como es evidente a partir de una consideración de lo anterior. Como se puede ver en la figura 2, las cavidades entre los devanados extremos comprenden cavidades circunferencialmente orientadas o 15 "de trampa de extremo" y cavidades laterales de bobina axial. Se debe observar que aunque las cavidades de trampa de extremo se muestran en las figuras 6-8, la presente invención es igualmente aplicable a las cavidades laterales de la bobina axial. La principal diferencia entre dichas cavidades es que las cavidades laterales de la bobina están orientadas transversalmente a la dirección de 20 rotación, en lugar de estar orientadas a lo largo de la dirección de rotación como lo están las cavidades de trampa de extremo. Esto significa que la relación del componente de velocidad axial y el componente de velocidad circunferencial a la cavidad se revertiría de tal manera que el componente de velocidad »S *£ oircunferendfel fuera perpendieuiar^a f!í%jfÉÍHdad y el componente de velocidad a?íal fuera í paralelo a las cavidades. Por lo tanto, en dicha orientación, la abertura de entrada y la abertura de salida se orientarían 90° una en relación con ta otra de modo que la entrada mire hacia la dirección circunferencial y la salida n#e en la dirección axial. Aunque la invención se ha descrito en relación con lo que actualmente se considera que es la modalidad más práctica y preferida, se debe entender que la invención no se limita a las modalidades descritas, sino por el contrario pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones equivalentes 10 incluidas dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas.

A ev'ímsimi-'

Claims (1)

1. NOVEEtA PÜÉÁ INVENCIÓN REIVINDICACIONES 5 1.- Una máquina dinamoeléctrica enfriada con gas caracterizada porque comprende: un rotor que tiene una porción de cuerpo, dicho rotor teniendo bobinas que se extienden axialmente y devanados extremos que se extienden axialmente más allá de por lo menos una de dicha porción del cuerpo; una pluralidad de bloques de espacio dispuestos entre los devanados extremos; 10 una pluralidad de cavidades estando definidas entre devanados extremos y bloques de espacio mutuamente adyacentes; por lo menos un bloque de espacio teniendo un conducto que se extiende radialmente definido en el mismo, dicho conducto extendiéndose entre una abertura de entrada y una abertura de salida; y en donde la abertura de salida está dispuesta en una superficie de por lo 15 menos un bloque de espacio que mira hacia una cavidad adyacente al mismo, dicha abertura de salida estando definida en una sección media del bloque de espacio para emitir el flujo de gas de enfriamiento generalmente en una dirección de una región central de dicha cavidad. 2.- La máquina dinamoeféctrica de conformidad con fa 20 reivindicación 1, caracterizada además porque la abertura de entrada está ubicada adyacente al extremo radialmente hacia adentro del bloque de espacio (por lo menos uno). 3.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada ade ^ ilque dicha abertura de salida está formada sobre una superficie circunferencialmente orientada del bloque de espacio (por lo menos uno). 4.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha abertura de entrada está formada sobre una superficie circunferencialmente orientada del bloque de espacio (por lo menos uno). 5.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque una pluralidad de dichos bloques de espacio tienen un conducto que se extiende radialmente formado en los mismos. 6.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque hay una pluralidad de aberturas de salida, por lo menos una de dichas aberturas de salida emitiendo dicho flujo de gas de enfriamiento generalmente en una dirección de una región central de dicha cavidad. 7.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque dichas aberturas de salida están definidas en una superficie común del bloque de espadio (por lo menos uno). 8.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque dichas aberturas de salida están definidas en por lo menos una primera y segunda superficies del bloque de espacio (por lo menos uno). 9.- La máquÉRá eSna#§lilfetrÍca de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque -ujfi miembro de división está dtópuesto en el conducto para definir una primera y segunda porciones de pasaje 5 10.- Una máquina dinamoeléctrica enfriada por gas caracterizada porque comprende: un rotor que tiene un huso y una porción de cuerpo; un devanado de rotor que comprende bobinas que se extienden axialmente dispuestas sobre dicha porción de cuerpo y devanados extremos concéntricos separados que se extienden axialmente más allá de por lo menos un extremo de 10 dicha porción del cuerpo; dichos devanados extremos y dicho huso definiendo un espacio entre los mismos; una pluralidad de bloques de espacio ubicados entre loé adyacentes de los devanados extremos, por lo menos uno de los bloques de espacio teniendo un conducto interno, incluyendo una abertura de entrada y una abertura de salida, extendiéndose desde ei espacio entre los devanados 15 extremos y el huso hasta una cavidad ubicada entre devanados extremos respectivos, dicha abertura de salida del conducto dispuesta en el bloque de espacio para emitir el flujo de gas de enfriamiento en una dirección de una región central de dicha cavidad. 11.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con ta 20 reivindicación 10, caracterizada además porque una pluralidad de bloques de espacio tienen un conducto interno formado en los mismos. 12.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque hay una pluralidad de aberturas de salida, por lo menos una de cfclia&l wuras de salida emitiendo el flujo de gas de enfriamiento generalmente en una dirección de una región central de dicha cavidad. 13.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con ?é 5 reivindicación 12, caracterizada además porque dichas aberturas de salida están definidas en una superfície común del bloque de espacio (por lo menos uno). 14.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque dichas aberturas de salida están definidas en por lo menos una primera y segunda superficies del bloque de 10 espacio (por lo menos uno). 15.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque comprende un anillo de retención dispuesto alrededor de los devanados extremos, y en donde el conducto interno se extiende desde un punto radialmente hacia adentro de los 15 devanados extremos hasta un punto cercano al anillo de retención. 16.- La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque por lo menos la abertura de salida está dirigida a un ángulo de menos de 90 grados con respecto a un eje del rotor para hacer incidir el gas de enfriamiento sobre un devanado extremo 20 adyacente al mismo. 17.- Un método de enfriamiento de devanados extremos en una máquina dinamoeléctrica que comprende un rotor que tiene una porción de cuerpo, bobinas que se extienden axialmente y devanados extremos que se allá de por lo menos un extremo de la porción del ferpo; una pluralidad de bloques de espacio dispuestos entre los devanafs extremos; y una pluralidad de cavidades estando definidas entre devanados*. , extremos y bloques de espacio mutuamente adyacentes; dicho método * Üaracterizado porque comprende los pasos de: proveer por lo menos un bloque dé espacio téhiendo un conducto que se extiende radialmente definido en el lsmo, dicho conducto extendiéndose entre una abertura de entrada y una %? wK " abertura de salida, la abertura de salida está dispuesta en una superficie de por 10 menos un bloque de espacio que mira hacia una cavidad adyacente al mismo, 10 dicha abertura de salida estando definida en una sección media del bloque de fjipacío; y hacer girar el rotor para que una cabeza de presión impulse un gas de ?$Sfriamiento a través de la abertura de entrada hacia el conducto que se - extiende radialmente y a través de la abertura de salida hacia una cavidad respectiva, para emitir el flujo de gas de enfriamiento en una dirección de una 15 repon central de dicha cavidad. 18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque hay una pluralidad de aberturas de salida por las que el gas de enfriamiento es dirigido hacia cavidades en cada lado de dicho bloque de espacio (por lo menos uno). 20 19.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque hay una pluralidad de aberturas de salida por las que el gas de enfriamiento es dipgido en regiones radialmente externas, radial ente internas y centrales de la cavidad. 20.- Ei caracterizado además menos una de las aberturas de salida siendo dirigida a un ángulo de menos def 90 grados con respecto a un eje del rotor para hacer incidir el gas de 5 enfriamiento sobre un devanado extremo adyacente al mismo. A w» i . f i 1 1 f 1* Se provee una máquina dinamoeléctrica enfriada por gas que incluye un rotor que tiene unál*pjfc¡ón de cuerpo, bobinas que se extienden I 5 axialmente, devanados extremos y una pluralidad de bloques de espacio dispuestos entre los devanados extremos, por lo que una pluralidad de cavidades están definidas entre devanados extremos y bloques de espacio mutuamente adyacentes; para enfriar los devanados extremos, por lo menos uno de los bloques de espacio tiene un conducto que se extiende radialmente con 10 una abertura de salida dispuesta para dirigir el gas de enfriamiento que fluye a través del mismo generalmente en la dirección de la región central de la cavidad adyacente. «¡ " PA/a/ 2002 \ &o& 9B/cgt* P02/1200F