ES2359057B2 - Métodos y útiles para fabricar la carcasa de una m�?quina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido. - Google Patents

Métodos y útiles para fabricar la carcasa de una m�?quina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido. Download PDF

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Métodos y útiles para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido (13) comprendiendo los siguientes pasos: proporcionar útiles (21, 22) para la fundición de la carcasa; proporcionar un macho de arena (25) apropiado para conformar dicho conducto (13) con la configuración elegida; colocar dicho macho de arena·(25) entre los útiles (21, 22); verter un metal fundido entre los útiles (21, 22); separar la carcasa (11) de los útiles (21, 22) y retirar de ella la arena. El útil es un macho de arena (25) que comprende uno o más pares de un primer y segundo bloques (34, 44) que tienen n, n-1 segmentos curvos paralelos (35, 45) dispuestos con un ángulo predeterminado de inclinación A, comprendiendo también elementos de soporte (36, 46) en forma de peine en sus extremos orientados hacia afuera en una dirección radial.

Description

-
Colocar dicho macho de arena entre los útiles
Métodos y útiles para fabricar la carcasa de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido. Campo de la invención
La invención se refiere a métodos y útiles para fabricar la carcasa de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido y más en particular, a métodos y útiles para fabricar la carcasa de un generador eléctrico de un aerogenerador con un conducto helicoidal de refrigeración embebido. Antecedentes
Los generadores y motores grandes y, particularmente, las máquinas síncronas de imanes permanentes generan calor durante su funcionamiento como resultado tanto de pérdidas eléctricas como mecánicas y por ello están refrigeradas para lograr un funcionamiento eficiente.
Un sistema conocido de refrigeración está basado en una “camisa de agua”, que incluye una serie de acanaladuras realizadas en la superficie exterior de la “camisa”, que está zunchada a la carcasa exterior de la máquina. Como norma general, el paquete estatórico con sus bobinas se cala lo más cerca posible de la “camisa de agua” para que se produzca un intercambio térmico tanto por conducción, y/o por convección si existe algún tipo de elemento capaz de mover el aire interior, y/o por radiación.
Otro sistema de refrigeración conocido está basado en conductos embebidos en la carcasa del generador configurados para formar un circuito de refrigeración que permite la circulación de un líquido refrigerante. ES 2302621, presentada por el mismo solicitante de esta solicitud, describe un sistema de este tipo con un circuito helicoidal embebido en la carcasa cilíndrica del generador y un circuito espiral embebido en los escudos del generador. El método contemplado en esa solicitud para fabricar la carcasa del generador con un conducto embebido es un proceso de fundición en el que un tubo con la forma del circuito de refrigeración se dispone en el molde en el que se vierte el hierro fundido para conformar la carcasa.
Este método tiene, entre otros, dos problemas:
-
Es un método caro y que requiere mucho tiempo.
-
Es muy difícil llegar a obtener una adherencia correcta entre el tubo y el hierro fundido por lo que no se alcanza normalmente el nivel deseable de intercambio térmico por conducción.
Esta invención está orientada a la solución de esos problemas. Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y útiles con una buena relación coste-eficiencia para fabricar la carcasa de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar métodos y útiles para fabricar la carcasa de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido que mejore el intercambio térmico por conducción entre la carcasa y el conducto de refrigeración.
En un aspecto, esos y otros objetos se consiguen con un método que comprende los siguientes pasos:
-
Proporcionar los útiles para la fundición de la carcasa.
-
Proporcionar un macho de arena apropiado para conformar dicho conducto con la configuración para la fundición de la carcasa.
-
Verter un metal fundido en los útiles para la fundición de la carcasa.
-
Separar la carcasa de los útiles para la fundición y retirar de ella la arena.
En una realización preferente, la configuración elegida para el conducto de refrigeración es una configuración helicoidal y el macho de arena comprende una primera mitad comprendiendo n segmentos curvados paralelos y una segunda mitad comprendiendo n-1 segmentos, estando dichos segmentos dispuestos con un predeterminado ángulo de inclinación A respecto a un plano radial a la carcasa de manera que cada segmento de la primera mitad pueda unirse a un segmento de la segunda mitad para constituir una unidad helicoidal continua de arena, comprendiendo también elementos de soporte con forma de peine en sus extremos orientados hacia el exterior en una dirección radial, cada uno de los cuales comprende dientes que se extienden desde dichos segmentos y un mango. Dichas mitades del macho de arena pueden estar formadas por uno o más bloques idénticos. Se consigue con ello un método para fabricar carcasas con un conducto de refrigeración embebido de forma helicoidal en una amplia gama de dimensiones con una buena relación coste-eficiencia.
En otro aspecto, los objetos mencionados más arriba se consiguen proporcionando un útil para la fabricación de una carcasa cilíndrica de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido de forma helicoidal que comprende uno o más pares de un primer y un segundo bloque de machos de arena comprendiendo n, n-1 segmentos curvados paralelos dispuestos con un ángulo predeterminado A de inclinación respecto de un plano radial a la carcasa, comprendiendo también elementos de soporte con forma de peine en sus extremos orientados hacia el exterior en una dirección radial, cada uno de los cuales comprende dientes que se extienden desde dichos segmentos y un mango, para conformar un macho de arena con una primera mitad comprendiendo n segmentos curvados paralelos y una segunda mitad comprendiendo n-1 segmentos curvados paralelos que pueden quedar unidos formando una unidad helicoidal continua de arena. Se consigue con ello un útil que, utilizado en el marco de un proceso convencional de fundición, permite implementar un método para fabricar carcasas con un conducto de refrigeración embebido de forma helicoidal en una amplia gama de dimensiones con una buena relación coste-eficiencia.
Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa pero no limitativa de su objeto, en relación con las figuras que se acompañan. Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista parcial en sección de un generador eléctrico con una carcasa cilíndrica con un conducto de refrigeración embebido.
Las Figuras 2a y 2b son, respectivamente, una vista lateral y una vista frontal del circuito de refrigeración embebido en la carcasa cilíndrica.
Las Figuras 3a, 3b y 3c son, respectivamente, vistas esquemáticas frontal y laterales de un macho de arena según la presente invención.
Las Figuras 4a, 4b y 4c muestran los pasos princi
3 ES 2359057A1 4
pales de método de fabricación según la presente invención.
La Figura 5a es una vista en perspectiva de una realización preferente de un macho de arena según la presente invención y las Figuras 5b y 5c son vistas en perspectiva de los dos bloques utilizados para conformar dicho macho de arena.
La Figura 6 es una vista en perspectiva de una carcasa cilíndrica obtenida con método de fabricación según la presente invención. Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra un generador eléctrico con una carcasa cilíndrica 11 y dos escudos 12 formando su cubierta externa. El paquete estatórico 14 con sus bobinas 18 queda situado cerca de la carcasa cilíndrica 11.
La carcasa cilíndrica 11 incluye un conducto embebido 13 configurado de manera que actúe como circuito de refrigeración del generador con vías de entrada y salida 15, 17 de un líquido refrigerante desde y hacia el exterior.
Los tipos principales de intercambio de calor también se muestran en la Figura 1. Las flechas F1 ilustran los flujos de conducción y las flechas F2 ilustran los flujos de radiación/convección.
En la realización que utilizaremos para la descripción detallada del método de fabricación según la presente invención el conducto de refrigeración 13 embebido en la carcasa 11 con una vía de entrada 15 y una vía de salida 17 tiene la forma helicoidal mostrada en las Figuras 2a y 2b. La forma de la sección transversal del conducto 13 es preferiblemente rectangular.
Describiremos ahora, siguiendo la Figura 4, los pasos principales del método de fabricación según la presente invención, cuya idea básica es la utilización, en el marco de un proceso convencional de fundición para la fabricación de la carcasa 11, de un macho de arena 25 para conformar el conducto de refrigeración 13 en lugar del tubo usado en la técnica anterior.
En el primer paso se proporcionan los útiles para la fundición de la carcasa 11, básicamente el molde externo de la carcasa 21 y el molde interno de la carcasa 22. La carcasa 11 tiene, preferentemente, forma cilíndrica.
En el segundo paso, se proporciona un macho de arena 25 con la configuración elegida para el conducto 13. La preparación del macho de arena 25 se lleva a cabo utilizando cualquier técnica conocida que resulte apropiada.
En el tercer paso, dicho macho de arena 25 se dispone entre el molde externo de la carcasa 21 y el molde interno de la carcasa 22.
En el cuarto paso se vierte el metal de fundición entre los útiles 21, 22. Entre otros, son apropiados como metales de fundición cualquier clase de hierro, cualquier clase de acero regular, acero inoxidable y aluminio aunque los metales preferentes para fundición son el hierro y el acero regular.
En el quinto paso, se separa la carcasa 11 de los útiles de fundición 21, 22 y se retira el macho de arena 25 por cualquier medio apropiado, preferentemente medios de vibración.
Describiremos ahora el macho de arena 25 utilizado en una realización preferente de la invención para un conducto 13 de forma helicoidal con vías de entrada y salida 15, 17 en los extremos del conducto.
Siguiendo la Figura 3 puede observarse que el macho de arena 25 comprende una primera mitad 33 comprendiendo un número n (cinco en la Figura 3b) de segmentos curvados paralelos 35 y una segunda mitad 43 comprendiendo n-1 (cuatro en la Figura 3c) segmentos curvados paralelos 45 dispuestos con un ángulo predeterminado A de inclinación respecto a un plano radial a la carcasa de manera que cada segmento 35 de la primera mitad 33 pueda quedar unido a un segmento 45 de la segunda mitad 43 para constituir una pieza unitaria helicoidal de arena. Ambas mitades 33, 43 también comprenden en sus extremos elementos de soporte 36, 46 en forma de peine extendiéndose hacia afuera en una dirección radial.
Las mitades 33, 43 pueden estar formadas por uno
o más bloques de idéntica configuración dependiendo de la técnica utilizada para la conformación de los machos de arena y de las dimensiones de la carcasa. Por otra parte, los números n, n-1 de dichos segmentos curvados 35, 45 dependen de la configuración del conducto 13 de forma helicoidal.
En el caso del macho de arena 25 ilustrado en las Figuras4y5,la primera mitad 33 está formada por tres bloques idénticos 34 comprendiendo ocho segmentos 35 y la segunda mitad 4 3 está formada por tres bloques idénticos 44 comprendiendo siete segmentos paralelos 45.
Cada bloque también comprende elementos de soporte 36, 46 en forma de peine extendiéndose hacia afuera en una dirección radial. Como puede verse por ejemplo en la Figura 5c en la que se representa el bloque 44 que comprende siete segmentos paralelos 45, el elemento de soporte 46 comprende un mango 47 y siete dientes 49 que se extienden desde los segmentos 45. Análogamente en el bloque 34 que comprende ocho segmentos paralelos 35, el elemento de soporte 46 comprende un mango 37 y ocho dientes 39 que se extienden desde los segmentos 35.
Estos elementos 36, 46 están dimensionados de manera que los dientes 39, 49 queden dentro del espacio de la carcasa entre los moldes 21, 22 mientras que los mangos 37, 47 quedan fuera de la superficie de la carcasa 11 en unos huecos previstos para ello en el molde 21.
Cuando la carcasa se separa de los útiles de fundición 21, 22 dichos mangos 36, 46 obviamente desaparecen. Por otra parte la arena que ocupa el conducto 13 se retira utilizando cualquier medio apropiado y preferentemente medios de vibración.
El espacio dejado por los dientes 39, 49 se cierra mediante los tapones 51 como se ilustra en la Figura 6 que muestra la carcasa resultante del método de fabricación que venimos de describir.
Una ventaja de este método es la reducción de los costes de fabricación de las carcasas de generadores de aerogeneradores u otras máquinas eléctricas con circuito de refrigeración embebido porque los machos de arena pueden obtenerse a un bajo coste especialmente para fabricación de series grandes de una misma máquina.
Otra ventaja del este método es que se mejora el intercambio térmico por conducción ya que no hay ninguna discontinuidad entre la carcasa y el líquido refrigerante.
Aunque la presente invención se ha descrito por entero en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones que estén comprendidas en el ámbito de la invención, no considerando como limitativas estas realizaciones, según las reivindicaciones siguientes.
5 ES 2359057A1 6

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido (13), caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
    a) proporcionar útiles (21, 22) para la fundición de la carcasa;
    b) proporcionar un macho de arena (25) apropiado para conformar dicho conducto (13) con la configuración elegida;
    c) colocar dicho macho de arena (25) entre los útiles (21, 22) para la fundición de la carcasa; d) Verter un metal fundido entre los útiles (21, 22) para la fundición de la carcasa. e) Separar la carcasa (11) de los útiles (21, 22) y retirar de ella la arena.
  2. 2. Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque la configuración de dicho conducto
    (13) es una configuración helicoidal con vías de entrada y salida (15, 17) en los extremos del conducto.
  3. 3.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según la reivindicación 2, caracterizado porque el macho de arena (25) proporcionado en el paso b) comprende una prima mitad (33) comprendiendo n segmentos curvados paralelos (35) y una segunda mitad (43) comprendiendo n-1 segmentos (45), estando dichos segmentos (35, 45) dispuestos con un predeterminado ángulo de inclinación A respecto a un plano radial a la carcasa de manera que cada segmento (35) de la primera mitad (33) pueda unirse a un segmento (45) de la segunda mitad (43) para constituir una unidad helicoidal continua de arena, comprendiendo también en sus extremos elementos de soporte (36, 46) con forma de peine orientados hacia el exterior en una dirección radial, cada uno de los cuales comprende dientes (39, 49) que se extienden desde dichos segmentos (35, 45) y un mango (37, 47).
  4. 4.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según la reivindicación 3, caracterizado porque dichas primera y segunda mitad (33, 43) están formadas por uno o más bloques (34, 44)
    que pertenecen.
  5. 5.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque en el paso e) la arena se retira sometiendo la carcasa (11) a la acción de medios de vibración.
  6. 6.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el metal de fundición es hierro.
  7. 7.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el metal de fundición es acero regular.
  8. 8.
    Un método para fabricar la carcasa (11) de una máquina eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque la máquina eléctrica es el generador de un aerogenerador.
  9. 9.
    Un útil para la fabricación de una carcasa (11) de una máquina eléctrica con un conducto de refrigeración embebido (13) de forma helicoidal, caracterizado porque comprende uno o más pares de un primer y un segundo bloque (34, 44) de machos de arena comprendiendo n, n-1 segmentos curvados paralelos (35, 45) dispuestos con un ángulo predeterminado A de inclinación respecto de un plano radial a la carcasa, comprendiendo también en sus extremos elementos de soporte (36, 46) con forma de peine orientados hacia el exterior en una dirección radial, cada uno de los cuales comprende dientes (39, 49) que se extienden desde dichos segmentos (35, 45) y un mango (37, 47), para conformar un macho de arena (25) con una primera mitad (33) comprendiendo n segmentos curvados paralelos (35) y una segunda mitad (43) comprendiendo n-1 segmentos curvados paralelos (45) que pueden quedar unidos formando una unidad helicoidal continua de arena.
  10. 10.
    Un útil según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha primera mitad (33) está conformada con tres bloques (34) comprendiendo ocho segmentos curvados (35) y una segunda mitad (43) conformadas con tres bloques (44) comprendiendo siete segmentos curvados (45).
    ES 2 359 057 A1
    ES 2 359 057 A1
    ES 2 359 057 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200901644
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 24.07.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H02K5/20 (2006.01)
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    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
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    US 5939808 A (ADAMES FERMIN) 17.08.1999, todo el documento. JP 11098783 A (TOSHIBA CORP) 09.04.1999, resumen; figuras. EP 2043233 A1 (GAMESA INNOVATION & TECH SL) 01.04.2009 1,9 1,9 1,9
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 05.05.2011
    Examinador A. Gómez Sánchez Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200901644
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H02K Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200901644
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 05.05.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200901644
    1. Documentos considerados.
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 5939808 A (ADAMES FERMIN) 17.08.1999
    D02
    JP 11098783 A (TOSHIBA CORP) 09.04.1999
    D03
    EP 2043233 A1 (GAMESA INNOVATION & TECH SL) 01.04.2009
  11. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La invención trata sobre un método de fundición, adecuado para carcasas de máquinas eléctricas, donde se utiliza un macho de arena para conseguir moldear el conducto de refrigeración interno de dicha carcasa.
    Los documentos citados tan sólo reflejan el Estado de la Técnica, y muestran diferentes métodos donde, en sus caso, se utiliza un macho de arena para moldear la superficie exterior de la carcasa, pero no para el conducto interior de refrigeración. Se considera nuevo y con actividad inventiva por tanto, al objeto definido por las reivindicaciones 1 y 9, independientes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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