ES2334896T3 - Generador para una central hidroelectrica. - Google Patents

Abstract

Generador, en particular para una central hidroeléctrica, con un estator (22) y un rotor (20) alojado de forma giratoria, con primeras palas (16) que actúan sobre el rotor (20) con un ángulo de incidencia que provoca una rotación del rotor (20) en una primera dirección de giro, en el que el estator (22) está alojado de forma giratoria y las segundas palas (24) que actúan sobre el estator (22) están previstas con un ángulo de incidencia que provoca una rotación del estator (22) en una dirección opuesta a la rotación del rotor (20), en el que las primeras palas (16) y/o las segundas palas (24) actúan a través de un árbol sobre el rotor (20) o el estator (22) y el árbol está recibido por un cojinete lubricado por agua, en el que las primeras y segundas palas (16, 24) están dispuestas en la carcasa (12, 14), en el que la carcasa (12, 14) está configurada en varias partes y las primeras y segundas palas (16, 24) están dispuestas en diferentes partes de carcasa (12, 14).

Description

Generador para una central hidroeléctrica.

La presente invención se refiere a un generador con un estator (stator) y un rotor alojado de forma giratoria, con primeras palas que actúan sobre el rotor y provocan una rotación del rotor, así como una central hidroeléctrica con un generador semejante.

Un generador para una central hidroeléctrica se conoce del estado de la técnica, por ejemplo, de los documentos CH 31 69 00, FR 1 082 831, DE-A1 199 07 180 así como US 4 289 971.

Este tipo de generadores se conoce en general y se emplea, por ejemplo, en centrales hidroeléctrica de salto de agua en embalses. En todos los generadores existe naturalmente un efecto recíproco entre tamaño constructivo y número de revoluciones. Cuanto mayor es el número de revoluciones del rotor (por ejemplo, turbina pelton), tanto menor puede construirse el generador con la misma potencia - expresado de otra forma: cuanto más lento gira el rotor (por ejemplo, turbina Francis), tanto mayor se construye el generador.

Naturalmente existe la posibilidad de prever entre el rotor del generador y las primeras palas que provocan una rotación del rotor un engranaje que proporciona una elevada velocidad de giro del rotor. Por ello el generador mismo podría quedar relativamente pequeño. Sin embargo, el engranaje reduce el rendimiento de la instalación, conforma una fuente potencial de averías y debe accionarse naturalmente con un momento de giro suficientemente grande que requiere de nuevo dispositivos correspondientemente grandes como palas o palas de rotor.

De la patente francesa FR 990 189, vista como estado de la técnica más próximo, se conoce un generador con un estator y un rotor alojado de forma giratoria, con primeras palas que actúan sobre el rotor y provocan una rotación del rotor en una primera dirección de giro, estando el estator alojado de forma giratoria y estando previstas segundas palas que actúan sobre el estator y provocan una rotación del estator en una dirección opuesta a la rotación del rotor. Del documento WO 01/14739 A1 se conoce un sistema generador eléctrico con una pluralidad de turbinas hidráulicas unitarias que están dispuestas coaxialmente unas respecto a otras. Del documento EP 0 222 352 A2 se conoce un generador que está instalado en un cauce y cuyo árbol está equipado de cojinetes lubricados por agua.

El objetivo de la presente invención es indicar un generador que evite las desventajas que acompañan la utilización de un engranaje, pero sin embargo se construye con pequeñas dimensiones.

Este objetivo se resuelve con un generador del tipo mencionado al inicio, puesto que el estator está alojado de forma giratoria y están previstas segundas palas que actúan sobre el estator y provocan una rotación del estator en una dirección opuesta a la rotación del rotor.

La presente invención se basa en este caso en el conocimiento de que el criterio para el tamaño constructivo del generador es la velocidad relativa entre el rotor y el estator del generador. En el caso de un estator fijo se produce ésta solamente a partir de la velocidad de rotación del rotor. Pero si el estator está alojado de forma giratoria y gira en una dirección opuesta a la dirección de giro del rotor se adicionan ambas velocidades, de forma que se vuelve efectiva la suma de las dos velocidades de rotación. Correspondientemente, con la misma potencia puede reducirse a la mitad el tamaño del generador.

Para hacer realidad una construcción sencilla del generador, en una forma de realización preferida de la invención, las primeras y/o segundas palas actúan a través de un árbol sobre el rotor o bien sobre el estator.

Para que sea posible un funcionamiento en un medio líquido como agua, el generador debe protegerse en una carcasa de forma segura frente a la humedad. Para hacer posible una configuración sencilla de la carcasa, ésta está configurada en varias partes y el estator está alojado en una parte final del generador estanca al agua, que está alojado de nuevo de forma giratoria y en cuyo lado exterior están dispuestas las segundas palas. De esta manera las dos palas pueden provocar una rotación de la carcasa con el estator instalado.

En esta carcasa puede estar alojado de nuevo de forma giratoria un árbol de rotor que, por un lado, soporta el rotor y, por otro lado, soporta en un tramo situado fuera de la carcasa otra sección de la carcasa, en la que están montadas las primeras palas para provocar una rotación del árbol y por consiguiente del rotor del generador.

En una ampliación en particular preferida de la invención, la distancia de las palas unas respecto a otras está dimensionada de forma que la fauna acuática sea puesta en peligro lo menos posible. Esto se refiere, por un lado, a la distancia de las primeras y segundas palas unas bajo las otras respectivamente en la dirección periférica y, por otro lado, a la distancia de las primeras y segundas palas unas respecto a oras para evitar que, por ejemplo, los peces se expongan al mismo tiempo a las primeras y segundas palas.

Formas de realización preferidas de la invención están indicadas en las reivindicaciones dependientes.

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A continuación la invención se explica detalladamente mediante las figuras adjuntas. En este caso muestran:

Figura 1 una representación simplificada de la sección transversal de un generador según la invención; y

Figura 2 un desarrollo de la presión en el agua al atravesar el generador.

La figura 1 muestra un generador dispuesto en un canal de flujo 10. La dirección de flujo del agua es en este caso en la figura de izquierda a derecha. El generador se soporta por apoyos 40 que son componentes del canal de flujo 10 en la figura. Estos apoyos 40 pueden instalarse naturalmente en un canal de flujo 10 existente junto con el generador incluso posteriormente.

En este caso el canal de flujo 10 está configurado en forma tubular y puede presentar en sus extremos bridas 15 con las que se puede establecer una conexión con secciones ya existentes (no representado). Esta forma de realización permite un montaje o una puesta en marcha del generador en el canal de flujo 10 extraído de las secciones de canal restantes. Puesto que sobre el canal de flujo 10 están previstos cáncamos de soporte 11, un intercambio o una extracción del canal de flujo 10 puede llevarse a efecto de forma correspondientemente sencilla a partir de las secciones de canal restantes.

El generador representado en el canal de flujo 10 presenta esencialmente dos secciones de carcasa, una sección 14 delantera y una sección 12 trasera. En este caso la sección de carcasa 14 delantera está configurada de forma favorable al flujo y evita una retención del agua que fluye por delante el generador.

La sección de carcasa 12 posterior aloja el generador con el rotor y el estator 22 y contiene además una máquina excitatriz 28 para la transmisión de la potencia de excitación al rotor 22 del generador.

Puesto que es necesario un movimiento relativo entre el rotor 20 y el estator 22, el rotor 20 está sujeto con un árbol de rotor 18 en la parte de carcasa 12 posterior y está alojado de forma giratoria. Este alojamiento se realiza aquí a modo de ejemplo a través de las uniones giratorias 30 y 31 como cojinete de rotor delantero y trasero. Para estanqueizar la sección de carcasa 12 posterior frente al agua está prevista una junta 38 que está representada de forma simplificada en la figura como labio obturador individual, no obstante, también puede ser realizada como cualquier otra junta apropiada.

El generador está dispuesto en los apoyos 40 con un cojinete 34 delantero lubricado por agua y un cojinete 36 posterior lubricado por agua. Estos cojinetes 34, 36 lubricados por agua se lubrican de forma segura por suministro permanente del medo lubricante -es decir agua- durante el funcionamiento. Además, no existe un peligro del agua que fluye por otros lubricantes, como grasa entre otros.

Mediante este alojamiento es posible una rotación del rotor 20 y estator 22 del generador en direcciones opuestas. Para suministrar la potencia de excitación y evacuar la potencia eléctrica generada, el árbol 19 alojado en el cojinete 36 posterior lubricado por agua debe estar realizado como árbol hueco, para así hacer posible un paso de los cables de un cuerpo de anillo colector 26 al interior de la sección de carcasa 12 posterior. Para no limitar innecesariamente la claridad de la figura no está representado el trazado de los cables.

A continuación se describe el modo de funcionamiento de este generador. El agua que fluye a través del canal de flujo 10 se encuentra en primer lugar con las primeras palas 16. Estas primeras palas 16 están unidas con un ángulo de incidencia semejante a través de un cubo 17 con el árbol de rotor 18 que se pone en rotación, por ejemplo, hacia la derecha. En este caso el cubo 17 y las palas 16 están dimensionadas de forma que absorben aproximadamente la mitad de la energía cinética del agua y la convierten en rotación.

Después de que el agua ha fluido ulteriormente en el canal de flujo 10 alcanza la sección de carcasa 12 posterior con las segundas palas 24. En este caso se elige el ángulo de incidencias de estas palas 24 y las palas 24 están dimensionadas de forma que el agua que fluye pone igualmente en rotación la sección de carcasa 12 posterior con el estator 22 fijado aquí del generador. En el ejemplo presente la dirección de giro es hacia la izquierda. Las palas 24 extraen del agua en este caso de nuevo aproximadamente la mitad de la energía cinética y ésta se convierte en energía de rotación.

Puesto que la sección de carcasa 12 posterior con el estator se gira respecto al canal de flujo 10 y la sección de carcasa 14 delantera con el rotor 20 se gira de nuevo respecto a la sección de carcasa 12 posterior, la potencia de excitación se suministra vía el cuerpo de anillo colector 26 a través del árbol 19 configurado como árbol hueco y una máquina excitatriz 28 al rotor 20 del generador y la potencia eléctrica inducida en el estator 22 del generador se evacua de nuevo a través del árbol hueco 19 y el cuerpo de anillo colector 26 ante el generador.

En la figura 2 está representado un desarrollo de presión en el agua en un canal de flujo 10. Puesto que las primera palas 16 y las segundas palas 24 están diseñadas de forma que sustraen respectivamente aproximadamente la mitad de la energía cinética, y puesto que las primeras palas 16 y las segundas palas 24 circulan con una velocidad relativamente pequeña, los efectos del generador según la invención sobre los peces en el canal de flujo 10 no son tan graves como los efectos de generadores convencionales comparables.

Esto se produce en particular porque en generadores convencionales está presente sólo un juego de palas que sustrae al agua en el caso más favorable toda la energía cinética y convierte ésta en energía de rotación. Correspondientemente al atravesar estos niveles aparece la caída de presión máxima posible. En el generador según la invención la caída de presión se divide en dos niveles con respectivamente aproximadamente la mitad del valor y por consiguiente efectos correspondientemente menos graves sobre la fauna acuática.

Mediante el diseño y disposición de las palas puede prescindirse de la instalación de planchas conductoras, que son necesarias en generadores convencionales para poner en rotación el agua que fluye a través del generador o compensar de nuevo la rotación provocada por un generador convencional. Esta función se asume aquí por las primeras palas 16 que giran opuestamente y las segundas palas 24. El agua que entra se pone en rotación hacia la derecha así por las primeras palas 16 conforme a la dirección de giro de las primeras palas 16. No obstante, ya que las segundas palas 24 realizan una rotación hacia la izquierda por ello se contrarresta de nuevo esta rotación hacia la derecha, de forma que el agua que sale deja el canal de flujo 10 ampliamente sin presión y en línea recta.

Claims (5)

1. Generador, en particular para una central hidroeléctrica, con un estator (22) y un rotor (20) alojado de forma giratoria, con primeras palas (16) que actúan sobre el rotor (20) con un ángulo de incidencia que provoca una rotación del rotor (20) en una primera dirección de giro,

en el que el estator (22) está alojado de forma giratoria y las segundas palas (24) que actúan sobre el estator (22) están previstas con un ángulo de incidencia que provoca una rotación del estator (22) en una dirección opuesta a la rotación del rotor (20),

en el que las primeras palas (16) y/o las segundas palas (24) actúan a través de un árbol sobre el rotor (20) o el estator (22) y el árbol está recibido por un cojinete lubricado por agua,

en el que las primeras y segundas palas (16, 24) están dispuestas en la carcasa (12, 14),

en el que la carcasa (12, 14) está configurada en varias partes y las primeras y segundas palas (16, 24) están dispuestas en diferentes partes de carcasa (12, 14).

2. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa (12, 14) está alojada de forma giratoria y porque el estator (22) está dispuesto en la carcasa (12) y porque el rotor (20) está alojado de forma giratoria en la carcasa (12).

3. Generador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la distancia entre las palas está dimensionada de forma que la fauna acuática se ponga en peligro lo menos posible.

4. Central hidroeléctrica con al menos un generador según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el generador está instalado en un canal de flujo (10) y porque el canal de flujo (10) presenta en la periferia de su abertura de entrada y/o salida bridas (15) para la conexión con otros tramos de canal.

5. Central hidroeléctrica según la reivindicación 4, caracterizada porque están previstos puntos de aplicación (11) para aparatos de elevación en posiciones predefinidas del canal de flujo (10).