Ventilación de los turbogeneradores - Rosalina Alvarado Tirado

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Ventilación de los turbogeneradores
El problema de refrigeración del turbogenerador es uno de los
más complicados en ingeniería eléctrica, ya que las dimensiones de
los turbogeneradores, en comparación con las de los hidrogeneradores.
Fig. 6-9. — Sistema de ventilación radial de circuito cerrado de turbogenerador refri
gerado por aire:
/.ventilador; 2, cAmara de aire callente en el extremo del extractor; 3, cámara común de aire
callente; 4, cámara de aire trio; 5, cAmara Intermedia de aire callente; 6, cAmara de toma de
aire callente.
por ejemplo, son mucho menores. La figura 6-9 representa un turbogenerador con refrigeración por aire y sistema de ventilación de circuito cerrado. El aire es alimentado al generador por dos ventiladores dúplex 1 colocados en ambos lados del rotor. Parte del aire forzado del ventilador pasa sobre los conectores de extremo de los devanados del estator, por el entrehierro, y es expulsado a través de los conductos radiales cerca de las superficies extremas del estator en
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CALENTAMIENTO-REFRIGERACIÓN DE MÁQUINAS ROTATORIAS
las cámaras laterales de aire caliente 2 que comunican con una cámara común de aire caliente 3. La otra parte del aire pasa entre la cámara 2 y el alojamiento del generador en las cámaras 4 y es eyectado a través de los conductos de ventilación en la cámara central de aire caliente, y luego a la cámara común. En la cámara 3 el aire caliente entra por el refrigerador de aire situado debajo del generador y, después de enfriarse y pasar por la cámara común de aire frío 6, vuelve al generador.
El sistema de ventilación representado en la figura 6-9 se denomina de tres flujos, debido al número de trayectorias del aire caliente que sale del generador. Este sistema se suele emplear en turbogeneradores de potencia media (25.000 a 50.000 kW); en turbogeneradores más pequeños (6.000 a 12.000 kW) se emplea un sistema de ventilación de dos flujos; en turbogeneradores de potencia muy grande se emplean sistemas de ventilación de varios flujos.
En un sistema de ventilación de circuito cerrado se pueden utilizar el aire u otros gases. Hoy día se utiliza el hidrógeno para este fin. La refrigeración por hidrógeno tiene numerosas ventajas con respecto a la refrigeración por aire. La conductividad térmica del hidrógeno es 6,7 veces mayor que la del aire, debido a lo cual el coeficiente de transferencia térmica desde una superficie hasta el hidrógeno es 1,4 veces mayor que el aire. Por consiguiente, el hidrógeno enfría una máquina más intensamente y, a igualdad de dimensiones, la potencia de salida de la máquina puede ser aumentada. Además, el hidrógeno es 14 veces más ligero que el aire. Por consiguiente, las pérdidas por ventilación, que constituyen en las máquinas de gran velocidad la parte más importante de las pérdidas totales, disminuyen aproximadamente 10 veces, con el consiguiente aumento de rendimiento.
Los cálculos demuestran que en los turbogeneradores de 50 y 100 MW el rendimiento a 3.000 rpm aumenta aproximadamente 0,8 % con cargas que alcanzan valores de 99,0 a 99,2 por ciento.
La aplicación de la refrigeración de hidrógeno alarga la vida del aislamiento, porque aunque se produzca un fenómeno corona no puede haber oxidación intensa del aislamiento por ozono ni pueden aparecer compuestos deletéreos de nitrógeno.
Actualmente se utiliza mucho la refrigeración por hidrógeno en los turbogeneradores y en los condensadores sincrónicos.
La figura 6-10 es la sección transversal de un turbogenerador refrigerado por hidrógeno. En la sección transversal del generador aparece el refrigerador de gas G, el cual tiene dimensiones notablemente menores que las de los refrigeradores de aire. Los escudos
VENTILACIÓN DE LOS TURBOGENERADORES
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extremos y los cojinetes deben estar provistos de cierres especiales.
Una de las partes más difíciles de ventilar del turbogenerador es el rotor. En los diseños convencionales de los talleres Elektrosila, la ventilación del rotor se realiza por insuflación de gas sobre las superficies exteriores del tambor del rotor y de los bandajes o zunchos de los devanados. Para refrigerar mejor el motor, las superficies del
Fig. 6-11.— Refrigeración interior
del devanado por hidrógeno.
Fig. 6-10. — Sistema de ventilación ra-
dial de circuito cerrado de un turbo-
generador refrigerado por hidrógeno.
tambor están provistas de ranuras helicoidales especiales cortadas en un plano perpendicular al eje de la máquina.
Por diversas razones relacionadas principalmente con las posibi lidades de la moderna metalurgia, se puede suponer que el diámetro límite del rotor es 110 cm aproximadamente, y la longitud límite del rotor 650 cm. Estas dimensiones han sido ya alcanzadas en los turbogeneradores con potencias de salida de 100 y 150 MW. Por consiguiente, sólo es posible aumentar la salida del turbogenerador con mejor refrigeración interna del cobre del devanado y, ante todo, del devanado del rotor. Las figuras 6-11 a y b representan tres métodos diferentes de refrigeración interna del devanado del rotor utilizados en los proyectos de turbogenerador. Uno de los diseños más eficaces es el tercero, con conductores huecos (método utilizado por Westinghouse y los Talleres Electrotécnicos Kharkov). Los cálculos demuestran que, utilizando velocidades más altas del gas en los canales del devanado y una presión del gas más alta en la carcasa del turbogenerador, es posible aumentar la f.m.m. del rotor de 2 a 4 veces y la salida del turbogenerador en 400 a 500 MW. En este caso el devanado del estator debe ser también refrigerado internamente con hidrógeno, agua o aceite.