MXPA02008138A - Bloques separadores de flujo pasante con deflectores y metodo para un enfriamiento de arrollamiento de extremo del generador electrico. - Google Patents

Abstract

Se proporciona una maquina dinamoelectrica la cual incluye un rotor (10) que tiene una porcion (14) de cuerpo, bobinas (22) extendidas axialmente, arrollamientos (28) de extremo, y una pluralidad de bloques separadores (150, 152, 154, 156, 158) dispuestos entre los arrollamientos de extremo, para que se defina una pluralidad de cavidades (142, 144, 146, 148) entre los arrollamientos de extremo y los bloques separadores mutuamente adyacentes. Para aumentar el enfriamiento del arrollamiento de extremo, por lo menos uno de los bloques separadores (150, 152, 154, 156, 158) tiene un pasaje (160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186) extendidos entre la primera y la segunda cavidades adyacentes para proporcionar la comunicacion del flujo de enfriamiento entre la primera y segunda cavidades a traves del bloque separador. Un deflector (188, 190) de flujo, de preferencia, esta provisto adyacente al extremo radialmente interno de una, o ambas superficies confrontadas del bloque separador para dirigir el flujo dentro o fuera de la primera y segunda cavidades, respectivamente.

Description

BLOQUES SEPARADORES DE FLUJO PASANTE CON DEFLECTORES Y MÉTODO PARA UN ENFRIAMIENTO DE ARROLLAMIENTO DE EXTREMO DEL GE N ERADOR ELÉCTRICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con una estructura y método para aumentar la proporción de transferencia de calor particularmente en el centro y esquinas de las cavidades del arrollamiento de extremo para aumentar la efectividad del enfriamiento total en el generador y en el arrollamiento de extremo del rotor.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La proporción de emisión de energía de las máquinas dinamoeléctricas, como grandes turbo-generadores, con frecuencia se ve limitada por la capacidad de proporcionar corriente adicional a través del arrollamiento del campo del rotor debido a las limitaciones de temperatura impuestas en el aislamiento conductor eléctrico. Por lo tanto, el enfriamiento efectivo del arrollamiento del rotor contribuye directamente con la capacidad de emisión de la máquina.

Esto es especialmente real en la región de extremo del rotor, en donde el enfriamiento forzado, directo es difícil y caro debido a la típica construcción de estas máquinas. Debido a que las tendencias del mercado requieren gran efectividad y alta confiabilidad a menor costo, en los generadores de densidad de alta potencia el enfriamiento de la región de extremo del rotor se vuelve un factor limitante. Típicamente, los rotores turbo-generadores consisten de bobinas rectangulares concéntricas montadas en ranuras en un rotor. Las porciones de extremo de las bobinas (comúnmente llamadas como arrollamientos de extremo), que están más allá del soporte del cuerpo principal del rotor, típicamente están apoyadas contra las fuerzas de rotación por un anillo de retención (consultar la Figura 1). Los bloques de soporte están colocados en forma intermitente entre los arrollamientos de extremo de la bobina concéntrica para mantener la posición relativa y para añadir estabilidad mecánica para cargas axiales, como las cargas térmicas (consultar Figura 2). Adicionalmente, las bobinas de cobre están restringidas en forma radial por el anillo de retención en su radio externo, el cual contrarresta las fuerzas centrífugas. La presencia de los bloques separadores y del anillo de retención da como resultado un número de regiones de enfriamiento expuestas a las bobinas de cobre. El trayecto de enfriamiento principal es axial, entre el eje y el fondo de los arrollamientos de extremo. También, se forman cavidades discontinuas entre las bobinas por las superficies de unión de las bobinas, los bloques y la superficie interna de la estructura del anillo de retención. Los arrollamientos de extremo quedan expuestos al enfriamiento que es activado por las fuerzas de rotación desde radialmente por debajo de los arrollamientos de extremo dentro de estas cavidades (consultar Figura 3). La transferencia de calor tiende a ser baja. Esto se debe a que de conformidad con las líneas de trayecto de flujo computadas en una única cavidad de arrollamiento de extremo de rotación a partir de un análisis detector dinámico de fluid computacional, el flujo de enfriamiento entra en la cavidad, atraviesa a través de una circulación primaria y sale de la cavidad. Típicamente, la circulación resulta en coeficientes bajos de transferencia de calor especialmente cerca del centro de la cavidad. De este modo, mientras que este es un medio para la remoción de calor en los arrollamientos de extremo, es relativamente poco efectivo. Se han utilizado varios esquemas para enrutar el gas de enfriamiento adicional a través de la región de extremo del rotor. Todos estos esquemas de enfriamiento confían en cualquiera de (1) hacer pasajes de enfriamiento directamente en los conductores de cobre al maquinar ranuras o formar canales en los conductores, y después bombear el gas en alguna otra región de la máquina, y/o (2) crear regiones de presiones relativamente altas o bajas con la adición de deflectores, canales de flujo y elementos de bombeo para forzar al gas de enfriamiento para pasar sobre las superficies conductoras. Algunos sistemas penetran el anillo de retención del rotor altamente tensado con orificios radiales para permitir que el gas de enfriamiento sea bombeado directamente a lo largo del lado de los arrollamientos de extremo del rotor y descargarse dentro del espacio de aire, aunque algunos sistemas pueden tener una utilidad limitada debido a las consideraciones de servicio de altas tensiones y de fatigas mecánicas del anillo de retención. Cuando se utilizan los esquemas de enfriamiento de extremo del rotor forzado convencionales, se añade una complejidad considerable y se añaden costos a la construcción del rotor. Por ejemplo, los conductores enfriados directamente deben estar fresados o fabricados para formar los pasajes de enfriamiento. Además, una tubería de salida debe ser provista para descargar el gas en algún lugar en el rotor. Los esquemas de enfriamiento forzado requieren que la región de extremo del rotor se divida en zonas de presión separadas, con la adición de varios deflectores, canales de flujo y elementos de bombeo, los cuales también añaden complejidad y costos. En ninguno de los esquemas de enfriamiento directo o forzado, entonces los arrollamientos de extremo del rotor se enfrían en forma pasiva. El enfriamiento pasivo confía en las fuerzas de rotación y centrífugas del rotor para circular el gas en las cavidades de extremo ciego, formadas entre los arrollamientos concéntricos del rotor. El enfriamiento pasivo de los arrollamientos de extremo del rotor algunas veces es llamado enfriamiento "de convección libre". El enfriamiento pasivo proporciona la ventaja de una complejidad y costos mínimos, aunque la capacidad de remoción de calor se disminuye cuando se compara con los sistemas activos de enfriamiento directo y forzado. Cualquier gas de enfriamiento que se introduce en las cavidades entre los arrollamientos concéntricos del rotor, debe salir a través de la misma abertura ya que estas cavidades están encerradas de alguna otra forma, las cuatro "paredes laterales" de una cavidad típica están formadas por los conductores concéntricos y los bloques aisladores que las separan, con la pared del "fondo" (radialmente externa") formado por el anillo de retención que da soporte a los arrollamientos de extremo contra la rotación. El gas de enfriamiento entra desde el espacio anular entre los conductores y el eje del rotor. Por lo tanto, la remoción de calor queda limitada por la baja velocidad de circulación de gas en la cavidad y la cantidad limitada de gas que puede introducirse y abandonar estos espacios. En configuraciones típicas, el gas de enfriamiento en la región de extremo no ha sido acelerado por completo a la velocidad del rotor, esto es, el gas de enfriamiento gira a parte de la velocidad del rotor. Conforme el fluido es arrastrado dentro de la cavidad por medio del impacto de velocidad relativo entre el rotor y el fluido, el coeficiente de transferencia de calor es típicamente más alto cerca del bloque separador de los que es corriente abajo con relación a la dirección de flujo, en donde el fluido entra con un alto momento y en donde el fluido de enfriamiento está 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 aumentar la capacidad de remoción de calor de los sistemas de enfriamiento pasivo aumentará la capacidad de llevar corriente del rotor al proporcionar una capacidad de proporción aumentada del generador mientras se mantiene la ventaja del bajo costo, y de una construcción simple y confiable. La Patente de Estados Unidos No. 5,644,179 cuya exposición se incorpora aquí como referencia, describe un método para aumentar la transferencia de calor al aumentar la velocidad de flujo de la gran única celda de circulación de flujo, al introducir flujo de enfriamiento adicional directamente dentro y en la misma dirección como la celda de flujo de origen natural. Esto se muestra en las Figuras 4 y 5. Mientras que este método aumenta la transferencia de calor en la cavidad al aumentar la resistencia de la celda de circulación, la región central de la cavidad del rotor se queda con una baja velocidad y por lo tanto con una baja transferencia de calor. La misma baja transferencia de calor persiste en las regiones de esquina.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las necesidades antes mencionadas son dirigidas por la presente invención, en donde se logrará una mejora en el enfriamiento de los rotores del generador mediante el uso de bloques separadores de flujo pasante para promover una mejor circulación de flujo en el centro de la cavidad y en las esquinas normalmente secas, lo cual aumenta la proporción de transferencia de calor de flujo. La invención también se relaciona con el uso de deflectores de flujo de enfriamiento para mejorar el flujo de enfriamiento y desde las cavidades de enfriamiento. De conformidad con ello, como una modalidad de la invención, una máquina dinamoeléctrica es provista, la cual comprende un rotor que tiene bobinas extendidas en forma axial, arrollamientos de extremo, y por lo menos un bloque separador ubicado entre los arrollamientos de extremo adyacentes para así definir una primera y segunda cavidades adyacentes a los bloques separadores entre los arrollamientos de extremo mutuamente adyacentes. Por lo menos uno de los bloques separadores tiene por lo menos un pasaje definido a través del mismo para proporcionar la comunicación de flujo de enfriamiento entre la primera y segunda cavidades a través del bloque separador. El número de pasajes en cada bloque separador puede determinarse adecuadamente por la posición circunferencial del bloque separador. Al proporcionar un flujo de gas de enfriamiento entre las cavidades mutuamente adyacentes, los pasajes pasantes de flujo mejoran los patrones de flujo de gas inherentes generados por los arrollamientos de extremo giratorios. Esto da como resultado una capacidad aumentada de remoción de calor, mientras mantiene bajo costo, simplicidad y una construcción confiable. Además, el sistema mejorado de enfriamiento pasivo aumentará la capacidad de llevar corriente del rotor, producir una proporción de salida aumentada para el generador. De conformidad con otra característica de la invención, un detector de flujo está provisto en cualquiera del lado corriente arriba o el lado corriente abajo, o ambos lados, de los bloques separadores para dirigir el flujo de fluido de enfriamiento hacia afuera dentro de la cavidad de enfriamiento respectiva, en el caso de un deflector de flujo corriente arriba, o para propiciar un flujo de retorno continuo y suave hacia la región anular, en el caso de un deflector de flujo corriente abajo. La combinación de pasajes pasantes de flujo y de deflectores, de conformidad con una modalidad preferida en la actualidad de la invención, promoverá el flujo de un enfriamiento de momento alto en las cavidades, lo cual reduce o elimina las regiones de flujo de momento bajo o estancadas en las esquinas o centro de las cavidades, en particular.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estos y otros objetivos y ventajas de esta invención, se entenderán más completamente y se apreciarán mediante el meticuloso estudio de la siguiente descripción detallada de la modalidad preferida en la actualidad de la invención tomadas junto con los dibujos acompañantes, en los cuales: la Figura 1 es una vista en sección transversal de una porción de la región de vuelta de extremo de un rotor de una máquina dinamoeléctrica con el estator en una relación opuesta confrontada al mismo; 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 pasivo de gas dentro y a través de las cavidades de arrollamiento de extremo; la Figura 4 es una vista en perspectiva, en corte parcial de una porción de la región de vuelta de extremo del rotor de conformidad con una primera modalidad de la invención expuesta en la Patente de Estados Unidos No. 5,644,179; la Figura 5 es una vista en perspectiva, en corte parcial de una porción de la región de vuelta de extremo del rotor que muestra una segunda modalidad de la invención de la Patente de Estados Unidos No. 5,644,179; y la Figura 6 es una sección parcial de un arrollamiento de extremo del rotor que muestra bloques separadores que tienen pasajes pasantes de flujo y deflectores de flujo de conformidad con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a los dibujos, en donde los números de referencia similares señalan los elementos similares a través de las diferentes 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 una porción 14 de cuerpo generalmente cilindrico dispuesto en el centro de un eje 16 del rotor y que tiene caras de extremo opuestas axialmente, cuya porción 18 de una cara de extremo se muestra en la Figura 1. La porción del cuerpo está provista con una pluralidad de ranuras 20 extendidas axialmente, separadas circunferencialmente para recibir las bobinas 22 arregladas en forma concéntrica, que forman el arrollamiento del rotor. Para claridad, solamente se muestran cinco bobinas del rotor, aunque en la práctica se utilizan más. Específicamente, varias barras 24 conductoras constituyen una porción del arrollamiento del rotor están apiladas en cada una de las ranuras. Las barras conductoras adyacentes están separadas por capas de aislamiento 22 eléctrico. Las barras conductoras apiladas típicamente se mantienen en las ranuras por las cuñas 26 (figura 1) y están hechas de un material conductor como el cobre. Las barras 24 conductoras están interconectadas en cada extremo opuesto de la porción del cuerpo por vueltas de extremo, que se extienden axialmente más allá de las caras de extremo para formar arrollamientos de extremo 28 apilados. Las vueltas de extremo también están separadas por capas de aislamiento eléctrico. Con referencia específica a la Figura 1, un anillo 30 de retención está dispuesto alrededor de las vueltas de extremo en cada extremo de la porción de cuerpo para sostener los arrollamientos de extremo en su lugar contra las fuerzas centrífugas. El anillo de retención está fijo en un extremo de la porción de cuerpo y se extiende fuera sobre el eje 16 del rotor. Un anillo 32 de centrado está acoplado con el extremo distal del anillo 30 de retención. Se debe notar que el anillo 30 de retención y el anillo 32 central se pueden montar en otras formas, como es conocido en la técnica. El diámetro interno del anillo 32 de centrado está separado radialmente del eje 16 del rotor para así formar un pasaje 34 de entrada de gas y los arrollamientos de extremo 28 están separados del eje 16, para definir una región 36 anular. Un número de canales 38 de enfriamiento axial formados a lo largo de las ranuras 20 están provistos en comunicación fluida con el pasaje 34 de entrada de gas a través de una región 36 anular para entregar el gas de enfriamiento a las bobinas 22. Con referencia a la Figura 2, los arrollamientos de extremo 28 en cada extremo del rotor 10 están separados en forma circunferencial y axial por un número de separadores o bloques 40 separadores. (Para claridad de ilustración, los bloques separadores no se muestran en la Figura 1). Los bloques separadores son bloques alargados de un material aislante ubicado en los espacios entre los arrollamientos de extremo 28 adyacentes y se extienden más allá de la profundidad total radial de los arrollamientos de extremo dentro del espacio 36 anular. De conformidad con ello, los espacios entre las pilas concéntricas de las vueltas de extremo (de aquí en adelante, arrollamientos de extremo) se dividen en cavidades. Estas cavidades están unidas en la parte superior por el anillo 30 de retención y en los cuatro lados por arrollamientos de extremo 28 adyacentes y bloques 40 separadores adyacentes. Como se puede observar mejor en la Figura 1, cada una de estas cavidades está en comunicación fluida con el pasaje 34 de entrada de gas a través de una región 36 anular. Una porción del gas de enfriamiento que se introduce en la región 36 anular entre el arrollamiento de extremo 28 y el eje 16 del rotor a través del pasaje 34 de entrada de gas, así entra en las cavidades 42, circula en las mismas y después regresa a la región 36 anular entre el arrollamiento de extremo y el eje del rotor. El flujo de aire se muestra por las flechas en las Figuras 1 y 3. La acción inherente de bombeo y las fuerzas de rotación que actúan en una cavidad del generador giratorio produce una celda de circulación de flujo único, como se muestra esquemáticamente en la Figura 3. Esta celda de circulación de flujo exhibe su más alta velocidad cerca de los bordes periféricos de la cavidad, lo cual deja la región central inadecuadamente enfriada debido a la baja velocidad inherente en la región central de la cavidad. Como se puede observar de la Figura 3, las áreas grandes de las regiones de esquina también se enfrían inadecuadamente debido a que el movimiento circular de la celda de flujo no lleva flujo de enfriamiento hacia las esquinas. Con referencia a la Figura 6, se ilustra una sección parcial del arrollamiento de extremo del rotor que muestra las cavidades de arrollamiento de extremo 142, 144, 146, 148 con la dirección de rotación indicada por la flecha X. En una modalidad de la invención, cada bloque separador 150, 152, 154, 156, 158 están provistos con por lo menos un pasaje de flujo pasante 160, 162, 164, 166, 168, 1780, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186 para proporcionar un flujo de comunicación entre las cavidades de enfriamiento mutuamente adyacentes, con mayor preferencia, por lo menos en las regiones de esquina de centro y radialmente externas de las cavidades de enfriamiento para aumentar la remoción de calor. Los pasajes de flujo pasante de preferencia, se extienden entre las porciones centrales radiales respectivas de las cavidades de enfriamiento mutuamente adyacentes. Otra área preferida del flujo de enfriamiento es adyacente al extremo radialmente externo del bloque separador para comunicar el flujo entre las regiones de esquina generalmente estancadas de las cavidades de enfriamiento respectivas. Como se describe con más detalle a continuación, los pasajes se extienden desde el lado corriente debajo de cada cavidad adyacente corriente arriba respectiva al lado corriente arriba de la cavidad adyacente corriente abajo respectiva y así proporciona pasajes a través del cual el flujo de enfriamiento puede fluir entre las cavidades mutuamente adyacentes. De este modo, cada pasaje de flujo pasante yace generalmente transversal a la longitud de su bloque separador, generalmente circunferencialmente con respecto al rotor. Como se puede observar en la modalidad ilustrada, la ubicación y número preferidos de los pasajes de flujo pasante en cada bloque separador depende de la posición circunferencial del bloque separador con respecto a los extremos delantero y trasero del arrollamiento de extremo. También como se muestra claramente en la Figura 6, la orientación preferida de los pasajes de flujo pasante también depende de la ubicación circunferencial. De este modo, en la modalidad ilustrada, los bloques separadores 150, 158 más externos circunferencialmente de la unidad de arrollamiento de extremo, incluyen respectivamente, primer y segundo pasajes de flujo pasante, uno 162, 186 para dirigir el flujo de enfriamiento desde/hacia dentro de la porción central generalmente radial de la cavidad 142, 148 de enfriamiento y uno 160, 184 para dirigir el flujo de enfriamiento desde/hacia las regiones de esquina radialmente externas de la cavidad 142, 148 de enfriamiento adyacente. En la modalidad ilustrada en la Figura 6, estos pasajes de flujo pasante están inclinados a un ángulo menor a 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque 150, 158 separador respectivo para dirigir el flujo generalmente en forma circunferencial y radial hacia afuera en el caso de un bloque 150 separador guía y hacía adentro en el caso de un bloque 158 separador trasero. Con referencia otra vez a la modalidad de la Figura 6, el bloque 152 separador corriente abajo desde el bloque 150 separador tiene tres pasajes 164, 166, 168 definidos a través del mismo, un pasaje 164 para el flujo de enfriador de las regiones de esquina radialmente externas de la cavidad 144, y los pasajes 166, 168 dispuestos para el flujo enfriador hacia/desde la región central de las cavidades 142, 144 adyacentes respectivas. En este ejemplo, los pasajes de flujo pasante del segundo bloque separador 152 están orientados generalmente en forma circunferencial del eje del rotor, a un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque 152 separador. En la modalidad ilustrada, también, un deflector de flujo de corriente ascendente 188, como se describe con más detalle abajo, está provisto en una superficie 194 corriente arriba del bloque 152 separador para desviar el flujo desde la región 36 anular dentro de la cavidad 142, para aumentar el flujo de enfriamiento en la misma. El siguiente bloque 154 separador intermedio, medio o adyacente incluye cuatro pasajes 170, 172, 174, 176 de flujo pasante dispuestos circunferencialmente, tres de ellos dispuestos en posiciones generalmente correspondientes a aquéllas del segundo bloque separador y el cuarto pasaje 176 de flujo pasante circunferencial provisto adyacente al límite radialmente interno del arrollamiento de extremo 28. En la modalidad ilustrada, los deflectores 188, 190 de flujo corriente abajo y corriente arriba, como se describe con más detalle a continuación, están provistos en las superficies 196, 198 corriente abajo y corriente arriba, del bloque 154 separador intermedio y el pasaje 176 radialmente más interno está dispuesto justo radialmente fuera del límite radialmente externo de las estructuras 188, 190 del deflector. El cuarto bloque 156 separador adyacente de la modalidad ilustrada incluye tres pasajes 178, 180, 182 de flujo pasante que están dispuestos en posiciones radiales generalmente correspondientes a las del segundo bloque separador 154. En la modalidad preferida en la actualidad, estos pasajes están generalmente dispuestos circunferencialmente a un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque 156 separador. Como se describirá con más detalle a continuación, un deflector 190 de flujo corriente abajo está provisto en la superficie 200 corriente abajo del cuarto bloque separador para guiar y dirigir por lo menos cierto flujo desde el pasaje 182 a una región 36 anular, para fluir debajo y sobre el bloque 158 adyacente corriente abajo. Como se mencionó antes, el aumento en el flujo de enfriamiento dentro de las cavidades de arrollamiento de extremo respectivas, de conformidad con otra característica de la modalidad preferida en la actualidad de la invención, por lo menos uno de los bloques separadores está provisto con un deflector 188 de flujo en la superficie corriente arriba o confrontada hacia adelante del mismo, que está en el lado corriente debajo de la cavidad adyacente corriente arriba y/o un deflector 190 de flujo en la superficie corriente abajo o confrontada hacia abajo del mismo, que está en el lado corriente arriba de la cavidad adyacente corriente abajo, con respecto a la dirección del flujo de enfriamiento a través del fondo de la cavidad. Los deflectores de flujo están provistos en el extremo radialmente hacia adentro del bloque separador respectivo. El deflector 188 de flujo corriente arriba o confrontado hacia adelante está provisto para aumentar el fluido de enfriamiento forzado dentro de la cavidad, lo cual aumenta el flujo de enfriamiento dentro de la cavidad, para así aumentar la remoción de calor desde la cavidad respectiva. En la modalidad ilustrada, el deflector de flujo corriente arriba se extiende en una dirección corriente arriba desde el bloque separador a una distancia de por lo menos aproximadamente 20% y con más preferencia de aproximadamente 20-40% de la dimensión circunferencial del extremo radialmente interno de la cavidad respectiva. Además, en la modalidad ilustrada, el deflector 188 de flujo se extiende hacia abajo, esto es radialmente hacia adentro para capturar aproximadamente un medio de la dimensión radial del espacio 37, que está definido entre el bloque separador y el eje 16. Más específicamente, cada deflector de flujo corriente arriba incluye una superficie 202 superior continuamente curva que termina en el borde 204 radialmente interno. Como se ilustra, el borde radialmente interno del deflector de flujo, el cual define una línea interceptora de flujo a lo largo de por lo menos una porción de la profundidad del bloque separador, se extiende por debajo de la superficie radialmente interna del bloque separador para así interceptar y redirigir el flujo destinado de otra forma para el espacio 37 entre el bloque separador y el eje 16. La superficie 206 del deflector de flujo corriente abajo del borde 204 radialmente interno define una transición generalmente gradual a la superficie radialmente interna del bloque separador respectivo. Para guiar y dirigir el flujo dentro de la cavidad respectiva y a lo largo del bloque separador respectivo, como se muestra por las flechas A del flujo de enfriamiento, la superficie 202 superior curva del deflector 188 de flujo se extiende hacia arriba a lo largo de la superficie corriente arriba del bloque separador una distancia mayor que la distancia por la cual el deflector de flujo se extiende por debajo de la superficie radialmente interna del bloque separador. En la modalidad ilustrada, cada deflector 190 de flujo corriente abajo, lo mismo que los deflectores de flujo corriente arriba, se extiende en una dirección corriente abajo desde la superficie del bloque separador a una distancia de por lo menos aproximadamente 20% y con más preferencia de aproximadamente 20-40% de la dimensión circunferencial del extremo radialmente interno de la cavidad. Además, en la modalidad ilustrada, los deflectores 190 de flujo se extienden hacia abajo, esto es radialmente hacia adentro a un borde 208 corriente abajo que es aproximadamente un medio de la dimensión radial del espacio 37 que está definido entre el bloque separador y el eje, para guiar y dirigir el flujo de enfriamiento al mismo y alrededor y aproximadamente al extremo radialmente interno del bloque separador adyacente, como se muestra por las flechas B de flujo de enfriamiento. En una modalidad preferida en la actualidad, cada deflector 188, 190 de flujo está provisto para expandir una porción substancial de la profundidad o una dimensión axial de la cavidad, por ejemplo, por lo menos aproximadamente 70% y con mayor preferencia dentro del orden de 100% de la profundidad de la cavidad. Sin embargo, como una alternativa, cada deflector de flujo se puede extender solamente una parte de la profundidad y parte axialmente del bloque separador para sí dejar por lo menos una región de flujo de desviación para el flujo hacia la siguiente cavidad adyacente corriente abajo. De conformidad con esta alternativa, un deflector de flujo de profundidad parcial puede estar dispuesto para expandir parte de la profundidad de la cavidad desde la pared del arrollamiento de extremo adyacente a la cavidad, adyacente a la otra pared del arrollamiento de extremo de la cavidad o generalmente en forma centrada de su bloque separador asociado. En una modalidad ejemplificativa, un único deflector 188, 190 de flujo está provisto para expandir por lo menos aproximadamente un medio de la profundidad del bloque separador asociado. De conformidad con otra modalidad alternativa, dos o más deflectores de flujo alineados axialmente pueden estar provistos, cada uno expande una porción de la dimensión axial o profundidad de la cavidad. De esta forma, por lo menos la región de flujo de desviación está provista para el flujo hacia la siguiente cavidad adyacente corriente abajo. Durante la operación, la rotación del rotor provocará que el gas de enfriamiento sea arrastrado a través de la entrada 34 de gas dentro de la región 36 anular entre los arrollamientos de extremo 28 y el eje 16 del rotor, Una cabeza de presión cinética estará presente, la cual activará el enfriamiento del gas a lo largo del deflector 188 de flujo. De este modo, con referencia a la Figura 6, el gas de enfriamiento fluye a lo largo del deflector 188 de flujo del bloque 150 separador y a lo largo de la superficie 192 corriente arriba del bloque separador. Por lo menos una porción del gas de enfriamiento fluye dentro de los pasajes 162, 160 de flujo pasante definidos en el bloque 150 separador. Como se mencionó antes, los pasajes de flujo pasante corriente arriba de los bloques separadores del arrollamiento de extremo están dispuestos ventajosamente a un ángulo menor a 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque separador para que estén inclinados. Esto facilita el flujo radialmente hacia afuera dentro de la cavidad 142 adyacente corriente abajo. Además del flujo de enfriamiento dentro de la cavidad 142 a través de los pasajes 160, 162 en el bloque 150 separador, el flujo de enfriamiento es arrastrado dentro y desviado hacia la cavidad 142 desde la región 36 anular como se muestra por la flecha A en la misma. Debido a que el deflector 188 intercepta el flujo que puede continuar de otra forma dentro y a través del espacio 37 entre el bloque 152 separador y el eje 16, el flujo de enfriamiento a través de la cavidad 152 respectiva aumenta para sí aumentar la transferencia de calor. El flujo de enfriamiento desde los pasajes 160, 162 fluye generalmente circunferencialmente en la modalidad ilustrada con el bloque 152 separador, en donde fluye dentro y a través de los pasajes 164, 166, 168. Como se mencionó antes, en la modalidad ilustrada el bloque 152 separador tiene tres pasajes de flujo pasante, dos 164, 166 para recibir el flujo desde la región central y la región radialmente externa de la cavidad, y uno 168 dispuesto para recibir el flujo desde las regiones central y radialmente interna de la cavidad. Como será evidente, el flujo circunferencial provisto en la modalidad ilustrada, elimina las regiones de esquina y central agotado de gas de enfriamiento de la cavidad 142 visto con el flujo circulatorio convencional. Con referencia a la siguiente cavidad 144 adyacente corriente abajo, una vez más, además del flujo de enfriamiento dentro de la cavidad a través de los pasajes 164, 166, 168 en el bloque 152 separador, el flujo de enfriamiento es arrastrado dentro y desviado hacia la cavidad 144 desde la región 36 anular como se muestra por la flecha A en la misma. Debido a que el deflector 188 intercepta el flujo que puede de otra forma continuar dentro y fuera del espacio 37 entre el bloque 154 separador y el eje 16, el flujo de enfriamiento a través de la cavidad respectiva aumenta para así aumentar la transferencia de calor. Mientras tanto, el flujo de enfriamiento desde los pasajes 164, 166, 168 fluye generalmente en forma circunferencial en la modalidad ilustrada al bloque 154 separador, en donde fluye dentro y a través de los pasajes 170, 172, 174, 176. En esta modalidad, el bloque 154 separador tiene cuatro pasajes, uno 170 para recibir el flujo desde la región radialmente externa de la cavidad, dos 172, 174 para recibir el flujo generalmente desde la región central de la cavidad y uno 176 dispuesto para recibir el flujo desde la región radialmente interna de la cavidad 144. Con referencia a la siguiente cavidad 146 corriente abajo, en la modalidad ilustrada, el flujo de enfriamiento está generalmente limitado por el flujo de enfriamiento dentro de la cavidad a través de los pasajes 170, 172, 174, 176 en el bloque separador 154. En esta modalidad, el bloque 156 corriente abajo tiene tres pasajes 178, 180, 182, uno 178 para recibir el flujo desde la región radialmente externa de la cavidad, y dos 180, 182 para recibir el flujo generalmente desde la región central de la cavidad 146. Una vez más el flujo de enfriamiento desde los pasajes 170, 172 y 174 fluye generalmente en forma circunferencial en la modalidad ilustrada hacia el bloque separador en donde fluye dentro y a través de los pasajes 178, 180, 182. Sin embargo, en la modalidad ilustrada, por lo menos una porción del flujo de enfriamiento desde el pasaje 176 radialmente más interno fluye a lo largo del deflector 190 de flujo corriente abajo dentro de la región anular para el flujo por debajo, alrededor y sobre el extremo radialmente interno del bloque 156 separador. Finalmente, con referencia a la siguiente cavidad 148 adyacente corriente abajo, en la modalidad ilustrada, el flujo de enfriamiento queda generalmente limitado al flujo de enfriamiento dentro de la cavidad a través de los pasajes 178, 180, 182 en el bloque 156 separador. En esta modalidad, el bloque 158 separador corriente abajo, como se observó antes, tiene dos pasajes 184, 186 inclinados, uno 184, para recibir el flujo desde la región radialmente externa de la cavidad y uno 186 para recibir el flujo generalmente desde la región central de la cavidad. Una vez más, el flujo de enfriamiento desde los pasajes 178, 180, fluye generalmente en forma circunferencial en la modalidad ilustrada al bloque 158 separador, en donde fluye dentro y a través de los pasajes 184, 186. Sin embargo, en la modalidad ilustrada, por lo menos una porción del flujo de enfriamiento desde el pasaje 182 fluye a lo largo del deflector 190 de flujo corriente abajo dentro de la región anular 36 para fluir por debajo, alrededor y sobre el extremo radialmente interno del bloque 158 separador. Como se ilustra, el flujo de salida desde los pasajes 184, 186 fluye generalmente radialmente hacia adentro a lo largo de la superficie 210 corriente abajo del bloque 158 separador y a lo largo del deflector 190 de flujo dentro de la región 36 anular. Como se puede observar con la combinación de flujo a través de los bloques 150, 152, 154, 156, 158 separadores y los deflectores 188, 190 para promover el flujo dentro de las cavidades 142, 144, 146, 148 se proporciona el flujo de enfriamiento, particularmente a las regiones agotadas de flujo de enfriamiento de las cavidades, incluyendo las regiones centrales y las regiones radialmente externas de las cavidades. Mientras que la invención ha sido descrita en conexión con lo que se considera actualmente la modalidad más práctica y preferida, se debe entender que la invención no está limitada a la modalidad expuesta, sino por el contrario, tiene la intención de cubrir las diferentes modificaciones y arreglos equivalentes incluidos dentro del espíritu y alcance de la invención.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Una máquina dinamoeléctrica enfriada por gas, caracterizada porque comprende: un rotor que tiene una porción de cuerpo, el rotor tiene bobinas extendidas en forma axial y arrollamientos de extremo extendidos axialmente más allá de por lo menos un extremo de la porción del cuerpo; por lo menos un bloque separador ubicado entre los arrollamientos de extremo adyacente para así definir una primera y segunda cavidades adyacentes al bloque separador y entre los arrollamientos de extremo mutuamente adyacentes; por lo menos un bloque separador que tiene un pasaje definido a través del mismo, el pasaje se extiende entre la primera superficie del bloque separador confrontado a la primera cavidad adyacente al mismo y una segunda superficie del bloque separador está confrontada a la segunda cavidad adyacente al mismo, lo cual proporciona la comunicación de flujo de enfriamiento entre la primera y segunda cavidades a través del bloque separador.

2. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el pasaje se extiende a través de la sección media radial del bloque separador para así enfriar por flujo de gas generalmente entre las regiones centrales de la primera y segunda cavidades.

3. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera y la segunda superficies del bloque separador son superficie orientadas circunferencialmente respectivas del bloque separador.

4. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un deflector de flujo provisto adyacente al extremo radialmente interno de por lo menos una de la primera y segunda superficies, para dirigir el flujo de uno dentro y fuera de la primera y segunda cavidades, respectivamente.

5. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque por lo menos un bloque soporte tiene un deflector de flujo dispuesto en cada una de la primera y segunda superficies del mismo.

6. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque una pluralidad de bloques separadores tienen un pasaje formado a través del mismo.

7. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pluralidad de pasajes definidos a través del bloque separador, por lo menos uno de los pasajes fluye gas de enfriamiento generalmente entre las regiones centrales de la primera y segunda cavidades.

8. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque por lo menos uno de la pluralidad de pasajes está inclinado a un ángulo menor que 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque separador.

9. Una máquina dinamoeléctrica enfriada por gas, caracterizada porque comprende: un rotor que tiene un eje y una porción de cuerpo; un arrollamiento del rotor que comprende bobinas extendidas axialmente dispuestas en la porción del cuerpo y arrollamientos de extremo concéntricos, separados extendidos axialmente más allá de por lo menos un extremo de la porción del cuerpo, los arrollamientos de extremo y el eje definen un espacio entre ellos; una pluralidad de bloques separadores ubicados entre los adyacentes de los arrollamientos de extremo; una pluralidad de cavidades que están definidas entre los arrollamientos de extremo mutuamente adyacentes y los bloques separadores; por lo menos uno de los bloques separadores tiene un pasaje definido a través del mismo, el pasaje se extiende entre la primera superficie del bloque separador y está confrontado a la primera cavidad adyacente al mismo y una segunda superficie del bloque separador está confrontada a una segunda cavidad adyacente al mismo, así se proporciona la comunicación de flujo de enfriamiento entre la primera y segunda cavidades a través del bloque separador.

10. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el pasaje se extiende a través de una media sección radial del bloque separador para así enfriar por flujo de gas generalmente entre las regiones centrales de la primera y segunda cavidades.

11. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque además comprende un deflector de flujo provisto adyacente a un extremo radialmente interno de por lo menos la primera y la segunda superficies, para dirigir el flujo de uno dentro y fuera de la primera y segunda cavidades, respectivamente.

12. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque por lo menos uno de los bloques separadores tiene un deflector de flujo dispuesto en cada una de la primera y segunda superficies del mismo.

13. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la pluralidad de bloques separadores tiene un pasaje formado a través de la misma.

14. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque existe una pluralidad de pasajes definidos a través de los bloques separadores en por lo menos un pasaje que fluye gas de enfriamiento entre las regiones centrales de la primera y segunda cavidades.

15. La máquina dinamoeléctrica de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque por lo menos uno de la pluralidad de pasajes está inclinado a un ángulo menor que 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque separador.

16. Un método para enfriar arrollamientos de extremo en una máquina dinamoeléctrica, caracterizado porque comprende un rotor que tiene una porción de cuerpo, bobinas extendidas axialmente y arrollamientos de extremo extendidos axialmente más allá de por lo menos un extremo de la porción del cuerpo, una pluralidad de bloques separadores dispuestos entre los arrollamientos de extremo, y una pluralidad de cavidades definidas entre los arrollamientos de extremo mutuamente adyacentes a los arrollamientos de extremo y los bloques separadores, el método comprende: proporcionar por lo menos un pasaje a través de por lo menos un bloque separador, el pasaje se extiende entre una primera superficie del bloque separador confrontado a una primera cavidad adyacente al mismo y una segunda superficie del bloque separador confrontada a la segunda cavidad adyacente al mismo; y girar el rotor de modo que una cabeza de presión arrastre el gas de enfriamiento dentro de la primera cavidad, dentro del pasaje y dentro de la segunda cavidad, lo cual proporciona una comunicación de flujo de enfriamiento entre la primera y segunda cavidades a través del bloque separador.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el pasaje se extiende a través de una sección media radial del bloque separador, por lo cual se proporciona la comunicación de flujo de enfriamiento entre las regiones centrales de la primera y segunda cavidades.

18. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el rotor también comprende un deflector de flujo provisto adyacente al extremo radialmente interno de por lo menos una de la primera y segunda superficies y también comprende fluir el gas de enfriamiento dentro y fuera de la primera y segunda cavidades, respectivamente, a lo largo del deflector de flujo.

19. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el bloque separador tiene un deflector de flujo dispuesto en cada una de la primera y segunda superficies del mismo y también comprende fluir el gas de enfriamiento dentro de la primera cavidad a lo largo del deflector de flujo en la primera superficie y fluir el gas de enfriamiento fuera de la segunda cavidad a lo largo del deflector de flujo en la segunda superficie.

20. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque existe una pluralidad de pasajes definida a través de los bloques separadores y en donde el gas de enfriamiento se dirige a través de los pasajes a por lo menos el extremo radialmente externo y a las regiones centrales de la segunda cavidad.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque por lo menos uno de la pluralidad de pasajes está inclinado a un ángulo menor que 90 grados con respecto al eje longitudinal del bloque separador por lo cual el flujo de enfriamiento se dirige a un ángulo dentro de la segunda cavidad.