ES2403191T3 - Dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa y de la parte estacionaria de una máquina de rotación - Google Patents

Dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa y de la parte estacionaria de una máquina de rotación

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ES2403191T3
ES2403191T3 ES07703429T ES07703429T ES2403191T3 ES 2403191 T3 ES2403191 T3 ES 2403191T3 ES 07703429 T ES07703429 T ES 07703429T ES 07703429 T ES07703429 T ES 07703429T ES 2403191 T3 ES2403191 T3 ES 2403191T3
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Abstract

Dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa (1, 2) y de la parte estacionaria (5, 6, 7) de unamáquina de rotación dinamoeléctrica, en el que este dispositivo presenta al menos una cáscara de rotación (4), quese puede fijar en un extremo en la carcasa (1, 2) de la máquina de rotación, y en el otro extremo en un anillo deretención (5) de la parte estacionaria (5, 6, 7) de la máquina de rotación, de manera que la cáscara de rotación (4)se extiende en el estado fijado en dirección axial, caracterizado porque la cáscara de rotación es una envolvente detronco de cono (11), o porque la cáscara de rotación (4) es una envolvente cilíndrica (10), que está fijada en unextremo en una nervadura de la carcasa (2), en el que existe un desplazamiento axial entre la nervadura de lacarcasa (2) y el anillo de retención (5), o porque la cáscara de rotación (4) está constituida por dos envolventescilíndricas concéntricas (4), existiendo un desplazamiento axial entre el anillo de retención (5) y un elementodistanciador (8) para el distanciamiento radial de las dos envolventes cilíndricas (4).

Description

Dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa y de la parte estacionaria de una máquina de rotación
La invención se refiere a un dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa y de la parte 5 estacionaria de una máquina de rotación dinamoeléctrica, a una utilización de este dispositivo así como a una máquina de rotación correspondiente.
La invención se refiere a máquinas de rotación, en las que una parte estacionaria (estator o paquete de chapas de estator) debe ser alojada en una carcasa, por lo tanto, se refiere a cualquier tipo de motor o generador. La parte de rotación, llamada también rotor, está dispuesta en este caso dentro del estator.
10 Esta unión entre el paquete de chapas del estator y la envolvente de la carcasa es especialmente ventajosa cuando existen grandes diferencias de temperatura y de rigidez radial entre la carcasa y el paquete de chapas.
Éste es el caso, por ejemplo, en generadores de turbinas de tubos, donde la carcasa es refrigerada a través del agua propulsora, en general refrigerada, que circula por delante de ella, pero el paquete de chapas del estator se calienta en el funcionamiento. Adicionalmente, la presión del agua que se encuentra en la envolvente de la carcasa
15 ejerce una carga radial sobre la carcasa y sobre el paquete de chapas del estator. Tanto la diferencia de la temperatura como también la eventual presión del agua provocan tensiones de presión tangencial en el paquete de chapas, que pueden conducir a la inestabilidad mecánica del paquete de chapas. La consecuencia de ello puede ser un pandeo de las chapas o bien de las capas de chapa del paquete de chapas del estator. Un pandeo fuerte puede conducir a daños de las chapas, del arrollamiento o de otras partes del generador.
20 En principio, existe ya un estado de la técnica muy anterior, que muestra un soporte de fijación no rígido del estator. Se conoce a partir del documento GB 800613 una máquina dinamoeléctrica, que presenta una carcasa cilíndrica con anillos interiores de bastidor, que están conectados a través de medios del tipo de resorte con anillos de bastidor del núcleo del estator. No se publica cómo están realizados estos medios del tipo de resorte. Sin embargo, a través de medios discrecionales del tipo de resorte discrecionales no se puede asegurar que la posición del paquete de
25 chapas esté asegurada en una medida suficiente en dirección axial y que se mantenga la alineación centrada.
La publicación DE 2852391 A1 publica una carcasa de estator con dos cilindros huecos, que están aislados térmicamente unos de los otros. A través de este aislamiento, el cilindro hueco interior tiene aproximadamente la misma temperatura que el núcleo del estator y, por lo tanto, se reducen al mínimo las tensiones de la presión condicionadas por la temperatura. No obstante, el cilindro hueco interior debe realizarse muy macizo, puesto que
30 está fijado sólo en los extremos y debe absorber todas las fuerzas.
La publicación JP 56107767 A publica un estator de 2 cilindros, que están conectados entre sí por medio de nervaduras que se extienden axialmente, que están dispuestas en forma de triángulo. Los listones de los paquetes de chapas están fijados entre las puntas interiores de los triángulos en el cilindro y consiguen más elasticidad radial.
El documento EP 0 755109 A2 publica un generador de tubos, que posibilita también en el caso de diámetros
35 grandes del anillo de la carcasa, una suspensión del estator rígida y que soporta todas las solicitaciones térmicas y magnéticas y se puede refrigerar de una manera óptima. A través de la aplicación del tipo de armazón de los elementos distanciadores que se extienden axialmente se refuerza la carcasa (por ejemplo, para la carga de la presión del agua). La dilatación térmica se posibilita en el documento EP 0 755 109 A2 por medio de intersticios.
El documento DE 11 95 401 B publica un generador de tubos para generadores de corriente alterna monofásica.
40 Con la ayuda de muelles se amortiguan en este caso las pulsaciones del par de torsión total en la dirección circunferencial. El documento DE 11 95 401 B se basa en el alojamiento giratorio elástico de la carcasa de estator, que es necesario en generadores de corriente eléctrica alterna monofásica y no en un desacoplamiento termomecánico eventual de rigideces radiales.
Un cometido de la presente invención consiste ahora en crear un dispositivo para el desacoplamiento
45 termomecánico de la carcasa y de la parte estacionaria (estator) de una máquina de rotación, con el que se consigue un alojamiento centrado, rígido contra desplazamiento lateral del estator, en particular del paquete de chapas del estator, mientras que se impide al menos especialmente el incremento térmico del estator.
Este cometido se soluciona por medio de un dispositivo de acuerdo con la invención según la reivindicación 1 de la patente. Otras formas de configuración de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
50 A través del empleo de la(s) cáscara(s) de rotación de acuerdo con la invención se consigue un desacoplamiento termomecánico, que reduce drásticamente las tensiones de la presión tangencial en el estator, por ejemplo en el paquete de chapas.
La cáscara de rotación es un cuerpo de rotación de pared fina, que se obtienen, desde el punto de vista geométrico (en el caso ideal) a través de la rotación de una generatriz alrededor de un eje de giro (en el estado montado, el eje de giro de la máquina de rotación). La cáscara de rotación puede estar configurada en forma de anillo continuo (= cerrado sobre la circunferencia), pero, naturalmente, también se consigue una acción similar cuando se utilizan solamente partes del anillo (segmentos anulares), es decir, que faltan segmentos individuales.
5 El dispositivo de acuerdo con la invención puede estar constituido solamente por una cáscara de rotación, pero también se pueden disponer varias cáscaras de rotación y se pueden conectar entre sí.
Es esencial que la cáscara de rotación se extienda desde la carcasa no sólo radialmente hacia dentro o hacia fuera (por lo tanto, en el estado incorporado con relación al eje de giro del rotor) – lo que sería el caso en un anillo circular
– sino también en dirección axial (en el estado incorporado paralelamente al eje de giro del rotor). Cuando ahora se
10 calienta el estator o se dilata radialmente, éste presiona radialmente contra la cáscara de rotación y ésta es presionada en la fijación hacia el estator hacia fuera, cediendo de esta manera como una lámina de resorte.
Por lo tanto, la cáscara de rotación está configurada, en general, de un material sólido con una elasticidad correspondiente, por lo tanto, por ejemplo, de chapa de acero.
La cáscara de rotación puede tener también orificios para la ventilación.
15 Como solución fácil de realizar, la cáscara de rotación puede ser una envolvente cilíndrica o una envolvente de tronco de cono. Tanto la envolvente cilíndrica como también la envolvente de tronco de cono se pueden aproximar por medio de configuraciones de facetas; se pueden omitir elementos de facetas individuales.
Evidentemente, la generatriz del eje de rotación se puede componer de líneas rectas o curvas.
También son posibles combinaciones de varias de las cáscaras de rotación mencionadas anteriormente para formar
20 un dispositivo de acuerdo con la invención, por lo tanto, por ejemplo dos envolventes cilíndricas concéntricas. Estas cáscaras de rotación están distancias entonces unas de las otras por medio de elementos distanciadores, como anillos distanciadores, en dirección radial. Los elementos distanciadores pueden ser en forma de anillo circular o poligonales en una forma de realización muy sencilla. También pueden tener orificios.
En el caso de utilización de al menos una envolvente de tronco de cono como cáscara de rotación, éstos se pueden 25 conectar con anillos distanciadores o directamente entre sí.
La cáscara de rotación puede presentar orificios, que posibilitan el paso de medio de refrigeración (como aire).
La máquina de rotación dinamoeléctrica de acuerdo con la invención, que comprende al menos una carcasa y una parte estacionaria, se caracteriza porque ésta presenta un dispositivo descrito anteriormente para el desacoplamiento termomecánico, estando conectado este dispositivo, por una parte, con la carcasa y, por otra parte,
30 con un anillo de retención de la parte estacionaria.
La carcasa puede presentar una envolvente de carcasa con nervaduras de carcasa dirigidas hacia dentro y el dispositivo para el desacoplamiento termomecánico puede estar fijado en las nervaduras de la carcasa.
La envolvente de la carcasa puede tener la forma de un contorno poligonal girado o puede estar aproximado a la forma de facetas. La envolvente de la carcasa puede contener orificios de ventilación. Transmite la carga de los
35 soportes de fijación para la fijación del estator hacia los cimientos.
Las nervaduras de la carcasa pueden estar aproximadas, en una forma de realización muy sencilla, por ejemplo, a la forma de anillo circular o también a la forma poligonal. Para la ventilación en dirección axial, las nervaduras de la carcasa pueden presentar orificios.
La configuración de las nervaduras de la carcasa se ajusta a las relaciones geométricas presentes y a los
40 requerimientos físicos y se puede realizar casi de manera independiente del estator. Sobre todo hay que tener en cuenta los requerimientos físicos: ventilación, inestabilidad mecánica, sobre todo pandeo, en virtud de la presión del agua existente en generadores de turbinas de tubos, ovalidad de la carcasa en virtud de la sustentación en generadores de turbinas de tubos, rigidez axial, rigidez radial, resistencia. En cualquier caso, debe existir la estabilidad de forma.
45 No tienen que estar presentes necesariamente nervaduras de la carcasa, el dispositivo para el desacoplamiento termomecánico puede estar fijado también directamente en la envolvente de la carcasa.
La parte estacionaria presenta anillos de retención y el dispositivo para el desacoplamiento termomecánico está fijado en los anillos de retención. También los anillos de retención pueden estar configurados en forma de anillo circular o en forma poligonal.
50 La configuración de los anillos de retención se ajusta a las relaciones geométricas existentes y a los requerimientos
físicos del paquete de chapas del estator y se puede realizar casi de forma independiente de la carcasa y, dado el caso, de las nervaduras de la carcasa. Los requerimientos físicos a este respecto son: orificios para la ventilación, estabilidad de forma, comportamiento de funcionamiento dinámico aceptable.
Los anillos de retención pueden estar configurados, como configuración especialmente sencilla, en forma de anillo circular o en forma poligonal. La altura radial y el espesor de los anillos de retención deben estar configurados de manera correspondiente, de tal manera que exista la estabilidad de forma (por ejemplo, el redondeo) del paquete de chapas. A tal fin, se pueden utilizar también anillos de retención adicionales, que no están conectados con cáscaras de rotación.
En el caso de utilización de una envolvente de tronco de cono como cáscara de rotación, se puede prescindir de las nervaduras de la carcasa.
Las nervaduras de la carcasa y los anillos de retención están desplazados axialmente unos de los otros. En el caso de utilización de más de dos nervaduras de la carcasa o bien anillos de retención, la distancia axial entre las nervaduras de la carcasa o bien entre los anillos de retención puede ser diferente. La forma, la altura axial y el espesor de chapa de las cáscaras de rotación pueden ser diferentes entre diferentes nervaduras de la carcasa o bien anillos de retención.
La parte estacionaria puede comprender un paquete de chapas, que está conectado por medio de listones de paquetes de chapas con los anillos de retención. El anillo de retención sirve para el alojamiento de los listones de paquetes de chapas y permite un distanciamiento radial con respecto a la carcasa de rotación. Los listones de paquetes de chapas sirven como elemento de unión entre la cáscara de rotación o bien el anillo de retención y el paquete de chapas. Además, sirven como guía para los segmentos individuales del paquete de chapas.
La maquina de rotación puede estar configurada como generador, por ejemplo como generador de turbinas de tubos.
El dispositivo de acuerdo con la invención para el desacoplamiento termodinámico está concebido más claramente para ser incorporado entre la carcasa y la parte estacionaria de una máquina de rotación dinamoeléctrica.
La máquina dinamoeléctrica de acuerdo con la invención se puede emplear de manera especialmente ventajosa como generador, en particular como generador de turbinas del rotor.
La invención se explica en detalle con la ayuda de las figuras anexas 1a, 1b y 2, que representan a modo de ejemplo y de forma esquemática una máquina dinamoeléctrica de acuerdo con la invención, y de la descripción siguiente. En este caso:
Las figuras 1a y 1b muestran una sección longitudinal a través de un generador de acuerdo con la invención a lo largo de la línea B-B en la figura 2.
La figura 2 muestra una sección transversal a través del generador a lo largo de la línea A-A en la figura 1a.
En el generador de las figuras 1a y 1b, en el lado interior de la envolvente de la carcasa 1 están fijadas unas nervaduras de carcasa 2 en forma de anillo circular. Éstas presentan orificios de ventilación 3 posibles para el transporte axial de medio de refrigeración a través de las nervaduras de la carcasa 2 para la refrigeración de la máquina dinamoeléctrica, en particular del paquete de chapas 7. La cáscara de rotación 4 está fijada con un extremo en la nervadura de la carcasa 2, con el otro extremo está fijada en el anillo de retención 5. El anillo de retención 5 está conectado con los listones de paquetes de chapas 6 que se extienden axialmente, que llevan el paquete de chapas 7 del estator. El polo 9 del rotor es giratorio alrededor de un eje de giro no representado del rotor, que se extiende en el plano del dibujo perpendicularmente desde arriba hacia abajo.
En la parte superior de la figura 1a, que está separada de la parte inferior de la figura 1a por medio de una sección de forma ondulada, la combinación formada por las nervaduras de la carcasa 2, la cáscara de rotación 4 y el anillo de retención 5 se repite a distancias constantes en la dirección axial. El anillo de retención 5 que pertenece a una cáscara de rotación 4 está desplazado axialmente con relación a la nervadura de la carcasa correspondiente 2. La cáscara de rotación 4 está constituida por dos elementos envolventes cilíndricos, que están conectados entre sí por medio de un elemento envolvente de tronco de cono.
En este caso, el diámetro de la cáscara de rotación 4 se reduce comenzando desde la nervadura de la carcasa 2. En principio, el diámetro de la cáscara de rotación 4 puede aumentar también comenzando desde la nervadura de la carcasa 2.
En la parte inferior de la figura 1a se muestran otros dispositivos ejemplares diferentes para el desacoplamiento termomecánico. Solamente se representa en cada caso un dispositivo, que se repetiría entonces también de nuevo axialmente. Diferentes formas de realización se pueden combinar en un generador.
Debajo de la sección de forma ondulada, la primera forma de realización de la invención está constituida por una cáscara de rotación en forma de una envolvente cilíndrica 10, que está conectada con una nervadura de la carcasa 2 y con un anillo de retención 5 desplazado axialmente con respecto a ella.
Debajo se representa un dispositivo con dos envolventes cilíndricas 10 concéntricas de la misma altura axial, que son retenidas a distancia por medio de dos elementos distanciadores 8 en forma de anillos circulares. El anillo de retención 5 y la nervadura de la carcasa 2 inciden en el centro de las envolventes cilíndricas 10 y están axialmente a la misma altura.
En la forma de realización de la invención, en la parte inferior solamente está previsto un elemento distanciador 8 cerca de un borde de la envolvente cilíndrica 10. El anillo de retención 5 y la nervadura de la carcasa 2 inciden en el otro borde de la envolvente cilíndrica 10.
En la forma de realización de la invención, en la parte inferior las dos envolventes cilíndricas 10 tienen axialmente alturas diferentes, peo el anillo de retención 5 y la nervadura de la carcasa 2 inciden de nuevo, respectivamente, cerca del borde de la envolvente cilíndrica 10, por lo que el anillo de retención 5 y la nervadura de la carcasa 2 están desplazados axialmente entre sí.
En la forma de realización de la invención más baja de la invención, la posición de las dos envolventes cilíndricas 10 tienen axialmente alturas diferentes, de manera correspondiente se modifican también las posiciones del anillo de retención 5 y de la nervadura de la carcasa 2.
En la figura 1b se muestran desde arriba hacia debajo de nuevo diferentes dispositivos para el desacoplamiento termomecánico, siendo representado de nuevo en cada caso solamente un dispositivo, que se puede repetir también de nuevo axialmente. Pero también aquí se pueden encontrar diferentes formas de realización en un generador.
En el ejemplo más alto se encuentra una envolvente cilíndrica 10’, que se extiende sobre dos nervaduras de la carcasa 2, que están dispuestas, respectivamente, cerca del borde de la envolvente cilíndrica 10’. En el centro de la envolvente cilíndrica incide un anillo de retención 5. La nervadura de la carcasa 2 presenta orificios de ventilación 3.
Debajo se representa una envolvente cilíndrica 10’, que es soportada por dos anillos de retención 5 y por una nervadura de la carcasa 2.
El ejemplo siguiente muestra una envolvente cilíndrica 10’, que está retenida por tres nervaduras de la carcasa 2 dispuestas a distancias iguales y por dos anillos de retención 5 en su posición. No obstante, también se pueden conectar entre sí varias nervaduras de la carcasa y anillos de retención a través de una envolvente cilíndrica: por ejemplo cuatro nervaduras de la carcasa 2 y tres anillos de retención 5.
Debajo se representa el caso inverso: dos nervaduras de la carcasa 2 retienen una envolvente cilíndrica 10’, que es retenida sobre el otro lado por tres anillos de retención 5 dispuestos a las mismas distancias. No obstante, también se pueden conectar entre sí varias nervaduras de la carcasa y anillos de retención a través de una envolvente cilíndrica: por ejemplo, tres nervaduras de la carcasa 2 y cuatro anillos de retención 5.
Sigue una cáscara de rotación en forma de una envolvente de tronco de cono sencilla, que está fijada sin nervaduras de la carcasa y sin anillos de retención directamente en la envolvente de la carcasa 1 o bien en los listones del paquete de chapas 6 y presenta de la misma manera orificios de ventilación.
Debajo se representan otras dos variantes, respectivamente, con una envolvente de tronco de cómo carcasa de rotación. En la representación superior de una forma de realización de la invención, la envolvente de tronco de cono 11 está fijada en su lado exterior directamente en la envolvente de la carcasa 1, pero en su lado interior con un anillo de retención 5 en listón del paquete de chapas 6. La envolvente de tronco de cono presenta orificios de ventilación.
En la representación inferior, la envolvente del tronco de cono 11 está fijada en su lado exterior en una nervadura de la carcasa 2, en su lado interior está conectada directamente con los listones del paquete de chapas 6. La nervadura de la carcasa presenta orificios de ventilación. En la forma de realización de la invención, en la parte inferior la envolvente de tronco de cono 11 está conectada con la nervadura de la carcasa 2 y con el anillo de retención 5. La nervadura de la carcasa 2 presenta orificios de ventilación.
El ejemplo más bajo muestra finalmente una cáscara de rotación 14 curvada varias veces, que está fijada de la misma manera directamente en la envolvente de la carcasa 1 o bien en los listones del paquete de chapas 6.
En la figura 2 se puede reconocer que la nervadura de la carcasa 2 esta dispuesta dentro de la envolvente de la carcasa 1 sobre toda la periferia, presentando la nervadura de la carcasa 2 posibles orificios de ventilación 3. La cáscara de rotación 4 está realizada continua alrededor de toda la periferia. En el anillo de retención 5 están fijados los listones del paquete de chapas 6 a las mismas distancias entre sí. En estos listones está fijado el paquete de chapas 7. Se ha prescindido de una representación de los arrollamientos eléctricos. El eje de giro del polo 9 no se representa.
Lista de signos de referencia
1 Envolvente de la carcasa 2 Nervadura de la carcasa
5 3 Orificio de ventilación 4 Cáscara de rotación 5 Anillo de retención 6 Listón del paquete de chapas 7 Paquete de chapas
10 8 Elemento distanciador 9 Polo del rotor 10 Envolvente cilíndrica 10’ Envolvente cilíndrica 11 Envolvente de tronco de cono
15 12 Cáscara de rotación curvada varias veces

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de la carcasa (1, 2) y de la parte estacionaria (5, 6, 7) de una máquina de rotación dinamoeléctrica, en el que este dispositivo presenta al menos una cáscara de rotación (4), que se puede fijar en un extremo en la carcasa (1, 2) de la máquina de rotación, y en el otro extremo en un anillo de 5 retención (5) de la parte estacionaria (5, 6, 7) de la máquina de rotación, de manera que la cáscara de rotación (4) se extiende en el estado fijado en dirección axial, caracterizado porque la cáscara de rotación es una envolvente de tronco de cono (11), o porque la cáscara de rotación (4) es una envolvente cilíndrica (10), que está fijada en un extremo en una nervadura de la carcasa (2), en el que existe un desplazamiento axial entre la nervadura de la carcasa (2) y el anillo de retención (5), o porque la cáscara de rotación (4) está constituida por dos envolventes
    10 cilíndricas concéntricas (4), existiendo un desplazamiento axial entre el anillo de retención (5) y un elemento distanciador (8) para el distanciamiento radial de las dos envolventes cilíndricas (4).
  2. 2.-Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la cáscara de rotación presenta orificios.
  3. 3.-Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la cáscara de rotación está configurada en forma de anillo continuo.
    15 4.-Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la cáscara de rotación está constituida por varios segmentos anulares.
  4. 5.-Máquina de rotación dinamoeléctrica, que comprende al menos una carcasa (1, 2) y una parte estacionaria (5, 6, 7), caracterizada porque esta máquina presenta un dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4.
    20 6.-Máquina de rotación de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque la carcasa presenta una envolvente de carcasa (1) con nervaduras de la carcasa (2) dirigidas hacia dentro y el dispositivo está fijado para el desacoplamiento termomecánico en las nervaduras de la carcasa (2).
  5. 7.-Máquina de rotación de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque la parte estacionaria comprende una chapa (7), que está conectada por medio de listones del paquete de chapas (6) con los anillos de
    25 retención (5).
  6. 8.-Máquina de rotación de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque ésta está configurada como máquina dinamoeléctrica, en particular como generador.
  7. 9.-Generador de turbinas de tubos, caracterizado porque éste presenta un generador de acuerdo con la reivindicación 8.
    30 10.-Utilización de un dispositivo para el desacoplamiento termomecánico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 para el montaje entre la carcasa (1, 2) y un anillo de retención (5) de la parte estacionaria (5, 6, 7) de una máquina de rotación dinamoeléctrica.
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