ES2214745T3 - Instalacion de energia eolica. - Google Patents

Instalacion de energia eolica.

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ES2214745T3 ES98954052T ES98954052T ES2214745T3 ES 2214745 T3 ES2214745 T3 ES 2214745T3 ES 98954052 T ES98954052 T ES 98954052T ES 98954052 T ES98954052 T ES 98954052T ES 2214745 T3 ES2214745 T3 ES 2214745T3
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Abstract

Instalación de energía eólica con palas del rotor (1) giratorias alojadas en un cubo del rotor (3), cuyo centro de gravedad está fuera de su eje de giro (34), con un accionamiento de desplazamiento (12) respectivamente para el giro separado de cada pala del rotor (1) y con un bloqueo (19) unido respectivamente con una pala del rotor (1), caracterizada porque los bloqueos son bloqueos que se pueden activar (19) en caso de que se produzca una avería del suministro de potencia del accionamiento (12), los cuales, en estado activado, evitan un giro de las palas del rotor (1) a la posición de funcionamiento, si bien permiten un giro de las palas del rotor a la posición en bandera.

Description

Instalación de energía eólica.
La invención trata de una instalación de energía eólica con palas del rotor giratorias sobre rodamientos en un cubo del rotor, cuyo centro de gravedad está fuera de su eje de giro, con un accionamiento respectivamente para el giro separado de cada pala del rotor y con un bloqueo unido respectivamente con una pala del rotor.
Las instalaciones de energía eólica son instalaciones que están sometidas a elevados requerimientos. Un método para reducir las fuerzas que actúan sobre la instalación es el empleo de un desplazamiento de las palas del rotor. Junto al efecto de la reducción de carga, el desplazamiento de las palas del rotor también se puede emplear como sistema de freno, haciendo para ello que las palas del rotor se giren en la dirección de la posición en bandera para desconectar la instalación de energía eólica, y de esta manera que la instalación pierda potencia o disminuya el número de revoluciones por unidad de tiempo.
Fundamentalmente, las palas del rotor, mientras que estén sujetas de modo fijo, tienen la tendencia de girar condicionadas por las fuerzas de gravitación o por las fuerzas de gravedad (el centro de gravedad de las palas del rotor se encuentra fuera de su eje de giro) y de fuerzas del viento exteriores. La energía eólica provoca en este caso un giro de las palas del rotor en la dirección de la posición en bandera, y las fuerzas gravitatorias provocan un giro en ambas direcciones, de modo correspondiente a las posiciones respectivas de las palas del rotor durante un giro del rotor, en la que las fuerzas gravitatorias suelen predominar. Un giro de las palas del rotor más allá de la posición en bandera se limita normalmente a través de un tope mecánico. Debido a ello, en caso de que las palas del rotor no se sujeten de modo fijo, entonces éstas realizan durante el transcurso de un giro del rotor un movimiento oscilatorio oscilante alrededor de su eje de giro, a través de lo cual, la instalación de energía eólica no puede ser llevada a una posición de reposo condicionada por la energía eólica.
En las instalaciones según el estado de la técnica, las cuales tienen en su mayor parte tres palas del rotor, el desplazamiento de las palas del rotor se lleva a cabo en la mayoría de las ocasiones a través de un accionamiento lineal central en combinación con una biela mecánica. Los sistemas más modernos se sirven de un desplazamiento individual de las palas mecánico/eléctrico o bien mecánico/hidráulico. En estos sistemas, cada pala del rotor es desplazada de modo individual, y el acoplamiento mecánico del desplazamiento de las palas del rotor se realiza por medio de una unidad de control. La ventaja de un desplazamiento individual de las palas reside en el hecho de que en caso de que falle una unidad de accionamiento, el resto de unidades de accionamiento todavía pueden funcionar para girar estas palas del rotor a la posición en bandera, para así llevar a la instalación de un modo seguro a una posición de reposo.
Para garantizar el frenado de la instalación por medio del desplazamiento de las palas del rotor incluso en el caso de que se produzca un fallo del suministro de potencia, éste está equipado en las instalaciones del estado de la técnica, por ejemplo, con un suministro de corriente de emergencia de batería, o bien las palas del rotor son llevadas a la posición de trabajo contra una fuerza elástica o una presión hidráulica, con lo cual se garantiza una vuelta de las palas del rotor a la posición en bandera en cualquier caso.
El equipamiento de un desplazamiento de las palas del rotor con un suministro de corriente de emergencia de batería está unido con unos costes relativamente altos, ya que las baterías necesarias para el giro de las palas del rotor en la posición en bandera hasta la posición de reposo, o el mantenimiento en ésta, deben presentar una potencia o una capacidad considerable.
En caso de un desplazamiento de las palas del rotor contra una fuerza elástica o una presión hidráulica, se requieren, correspondientemente, costosos dispositivos mecánicos e hidráulicos, en los que el desplazamiento de las palas del rotor también se ha de diseñar para cargas elevadas, ya que también se ha de superar la fuerza elástica o la fuerza del sistema hidráulico.
Del documento US-A-4,653,982 se conoce una instalación de energía eólica con un dispositivo de desplazamiento genérico para palas del rotor, en el que las palas del rotor, al alcanzar un número máximo determinado de revoluciones del rotor por unidad de tiempo son giradas, soportadas por un electroimán, a la posición en bandera, y son sujetas en esta posición hasta que el número de revoluciones del rotor por unidad de tiempo vuelva a caer por debajo de un número determinado de revoluciones por unidad de tiempo, y las palas del rotor giran de nuevo a la posición de funcionamiento.
Del documento US-A-4,701,104 se conoce un dispositivo de desplazamiento con un bloqueo para las palas del rotor de una turbina de presión dinámica, en el que el bloqueo se mantiene abierto en el funcionamiento de la turbina por medio de un electroimán. En caso de que se active el bloqueo a través de la interrupción del suministro de corriente al electroimán, entonces las palas del rotor se giran a través del dispositivo de desplazamiento a la posición en bandera y se mantienen en esta posición.
En el documento US-A-5,452,988 se describe un ventilador de una turbina de gas con un desplazamiento de las palas del rotor que presenta un dispositivo de desplazamiento para el giro de las palas del rotor a la posición de funcionamiento o bien a la posición en bandera, y para la sujeción de las palas del rotor en la posición ajustada respectivamente.
Una instalación de energía eólica con las características del preámbulo de la reivindicación 1 se conoce del documento DE-C-19 634 059.
La invención se basa en el objetivo de proporcionar una instalación de energía eólica en la que el giro de las palas del rotor en caso de avería del suministro de potencia a la posición en bandera sea posible con un coste técnico reducido.
Este objetivo se alcanza con un dispositivo con las características de la reivindicación 1.
El bloqueo está desactivado en el funcionamiento normal, y se activa en caso de avería del suministro de potencia, a través de lo cual las palas del rotor se pueden girar únicamente a la posición en bandera y se pueden mantener allí hasta que la instalación llegue a la posición de reposo.
Otras características y ventajas de la invención se extraen de las reivindicaciones secundarias y de la siguiente descripción de ejemplos de realización de la invención tomando como referencia los dibujos.
Se muestra:
Fig. 1 y 2 dos formas de realización de dispositivos de desplazamiento de las palas del rotor según el estado de la técnica,
Fig. 3 una forma de realización del desplazamiento de las palas del rotor según la presente invención,
Fig. 4 una forma de realización del bloqueo de la inversión del giro de la Fig. 3
Fig. 5 otra forma de realización del bloqueo de la inversión del giro de la Fig. 3 y
Fig. 6 una forma de realización de un alojamiento de las palas de rotor y una pala del rotor para conseguir un mayor momento de retorno de las palas del rotor.
La Fig. 1 muestra la forma de realización usada en la mayoría de ocasiones en instalaciones de energía eólica de un desplazamiento de las palas del rotor. Una pala del rotor 1 está sujeta en un anillo interior de un cojinete de pivote 2. Por razones de visibilidad sólo se muestra una pala del rotor 1. Normalmente, sin embargo, se prevén más de una pala del rotor 1, en la mayoría de los casos se prevén tres palas del rotor 1. El anillo exterior de este cojinete de pivote 1 está atornillado con un cubo del rotor 3 giratorio. Por medio de una biela mecánica 4 se transforma el movimiento lineal de una biela de empuje 5 en un movimiento giratorio de las palas del rotor 1. La biela de empuje 5 que gira junto con el rotor está alojada en un eje del rotor 6 y en una transmisión 7. Un cilindro hidráulico 8 que no gira introduce el movimiento lineal contra la fuerza de un resorte 9 en la biela de empuje 5, en la que un rodamiento de empuje 10 desacopla la biela de empuje 5 que gira de las partes constructivas que no giran, como resortes 9 y cilindros hidráulicos 8 en la dirección de giro. En caso de avería en el suministro de potencia de la instalación, las palas del rotor 1 son giradas por el resorte 9 a través de las bielas 4, 5 a la posición en bandera.
La Fig. 2 muestra otra forma de realización de un desplazamiento de las palas del rotor del estado de la técnica. La pala del rotor 1 está sujeta a rodamientos giratorios 11 con un dentado interior. El anillo exterior de estos rodamientos giratorios 11 está atornillado con un cubo del rotor 3 que gira. A cada pala del rotor 1 está asignado un motor reductor 12 con un piñón 13 que hace girar la pala del rotor 1. Cada motor reductor 12 se controla respectivamente a través de un convertidor de frecuencia 14. El suministro de potencia se lleva a cabo en el funcionamiento normal para todas las unidades de accionamiento a través de una línea 15 y un anillo de deslizamiento 16. En caso de una avería de este suministro de potencia, a cada convertidor de frecuencia 14 se le suministra de modo separado por parte de un suministro de corriente de emergencia de batería 17, gracias a lo cual las palas del rotor 1 también se pueden llevar en este caso a la posición en bandera.
La Fig. 3 muestra una primera forma de realización de un desplazamiento de las palas del rotor según la presente invención. La pala del rotor 1, tal y como se conoce, está fijada en un cojinete de pivote 2 con un dentado interior 11. El anillo exterior de este cojinete de pivote 2 está atornillado con el cubo del rotor 3 que gira. Por medio del motor reductor 12 y del piñón 13, cada pala del rotor 1 (normalmente tres palas del rotor 1) es girada de modo separado. Cada motor reductor 12 se controla respectivamente a través de un transformador de frecuencia 14. El suministro de potencia se lleva a cabo para todas las unidades de accionamiento a través de la línea 15 y del anillo de deslizamiento 16. En el caso de una avería de este suministro de potencia, un bloqueo 19 unido con el motor reductor 12 provoca que las palas del rotor sólo puedan girar en la dirección de la posición en bandera.
La Fig. 4 muestra una primera forma de realización conforma a la invención del bloqueo 19 de la Fig. 3 que está realizado como bloqueo de la inversión del giro. El motor reductor 12 presenta una transmisión 20, un estator 21 y un rotor con un eje del rotor 22 prolongado. El bloqueo de la inversión del giro 19 presenta una carcasa 23 unida de modo fijo con el estator 21, y una parte inferior 24 de una rueda libre unida igualmente de modo fijo con el estator 21. Una parte superior 41 de la rueda libre presenta una pieza de acoplamiento 25 con un forro de frenos 26 sobre la parte opuesta a la parte inferior 24. La pieza de acoplamiento 25 rueda sobre rodamientos de modo libre y de manera que se puede desplazar de modo axial sobre el eje del rotor 22. La pieza de acoplamiento 25 y la parte inferior 24 presentan en los lados opuestos entre ellos un perfil 38 en forma de diente de sierra que permite un giro opuesto únicamente en una dirección. La parte superior 41 presenta además un disco de freno 27 que, del mismo modo, se puede desplazar de manera axial pero que, sin embargo, está unido de modo fijo con el eje del rotor 22. El eje de rotor 22 tiene un extremo 28 en forma de placa. Un resorte 29 está pretensado a presión entre el extremo en forma de placa 28 y el disco de freno 27. Para el desplazamiento de las palas del rotor en el funcionamiento normal, se eleva el disco de frenos 27 desde el forro de frenos 26 por parte de un electroimán 30 contra la fuerza del resorte 29, gracias a lo cual el motor reductor 12 se puede girar libremente en las dos direcciones. Fundamentalmente también se puede pensar que se prescinda del disco de freno 27 y del forro de frenos 26 y que el resorte 29 presione sobre la pieza de acoplamiento 25, así como que la pieza de acoplamiento 25 sea atraída directamente por el electroimán 30. En este caso, evidentemente, la pieza de acoplamiento 25 ha de estar unida con el eje 22 de modo resistente a la torsión.
En caso de avería del suministro de potencia, se desactiva automáticamente el electroimán 30, gracias a lo cual se presiona el disco de freno 27 a través de la fuerza del resorte 29 contra el forro de frenos 26, de manera que la pieza de acoplamiento 25 de la rueda libre está unida con el eje del rotor 22 de modo resistente a la torsión. A través del perfil 38 en forma de diente de sierra de la pieza de acoplamiento 25 y de la parte inferior 24 de la rueda libre, así como a través de la capacidad de desplazamiento de la pieza de acoplamiento 25 de modo axial contra la fuerza del resorte 29, se puede girar el eje del rotor 22 del motor 12 y como consecuencia la pala del rotor 1 únicamente en la dirección de la posición en bandera hasta un tope mecánico.
La Fig. 5 muestra otra forma de realización conforme a la invención del bloqueo de la inversión del giro de la Fig. 3. El motor reductor 12 presenta de nuevo una transmisión 20, un estator 21 y un rotor con un eje del rotor 22 prolongado. El bloqueo 19 presenta la carcasa 23 unida de modo fijo con el estator 21 y una parte inferior 24 unida igualmente de modo fijo con el estator 21 a la que está fijada un forro de frenos 31. El disco de frenos 27 que conforma la parte superior 41 del bloqueo está unido aquí, igualmente, de modo que se puede desplazar axialmente y de manera resistente a la torsión con el eje del rotor 22. El eje del rotor 22 tiene un extremo en forma de placa 28, y el resorte 29 está pretensado a presión entre el extremo en forma de placa 28 y el disco de freno 27. El electroimán 30 eleva el disco de freno 27 en funcionamiento normal contra la fuerza del resorte 29 desde el forro de frenos 31, gracias a lo cual el motor reductor 12 se puede girar libremente en las dos direcciones. En caso de que se desactive el electroimán 30, el disco de freno 27 es presionado a través de la fuerza del resorte 29 contra el forro de frenos 31, con lo que éste ó el estator 21 está unido de modo fijo con el eje del rotor 22, gracias a lo cual se evita un giro del eje del rotor 22. Al electroimán 30 del bloqueo de cada uno de los motores reductores 12 se le suministra corriente de modo separado y se acciona, también de modo individual, por medio de una unidad de control. En el caso de avería del suministro de potencia para los motores reductores, durante la vuelta del rotor, se activa el rotor del electroimán 30 únicamente, y con ello se eleva el disco de freno 27 del forro de frenos 31, únicamente en la región en la que las palas del rotor - condicionadas a través de la combinación de fuerzas exteriores del viento y fuerzas gravita-
torias - se mueven en la dirección de la posición en bandera. Con esto se consigue que las palas del rotor sólo se muevan en la dirección de la posición en bandera, y que de este modo se realice un frenado continuado del rotor. Para el suministro de potencia del electroimán 30 y del control se prevé en este caso un suministro de corriente de emergencia en forma de una batería 17, la cual, sin embargo, debido al requerimiento de potencia relativamente pequeño, puede ser menor que la batería 17 del estado de la técnica, en el que la batería 17 ha de suministrar la energía para el giro activo de las palas del rotor 1 hasta la posición en bandera y para la sujeción de las palas del rotor 1 en esta posición hasta la parada completa de la instalación.
En una forma de realización de la invención también se puede prever que una batería 17 (que está prevista de cualquier manera en la forma de realización de la fig. 5) se use para girar las palas del rotor 1, por lo menos parcialmente, por ejemplo de 10º a 20º, partiendo de la posición de funcionamiento en la dirección de la posición en bandera, para evitar un frenado lo más rápido posible o bien, en caso de que el viento sople fuertemente, una aceleración adicional del rotor. Al mismo tiempo, en la forma de realización de la Fig. 4 se activa el bloqueo de la inversión del giro 19 que evita que a continuación las palas del rotor 1 vuelvan a girar a la posición de funcionamiento. En la forma de realización de la Fig. 5, después de este giro de las palas del rotor 1 de preferentemente 10º a 20º, dependiendo de si las fuerzas gravitatorias provocan en ese momento un giro a la posición en bandera o no, el bloqueo 19 se mantiene abierto o activado.
En lugar de los forros de los frenos 26, 31 representados y descritos que actúan conjuntamente con un disco de frenos 27, se pueden prever naturalmente también medios de unión positiva, como por ejemplo acoplamientos de gancho, a través de los cuales el resorte 29, y correspondientemente también el electroimán 30, se pueden realizar de un modo más débil.
La Fig. 6 muestra formas de realización de rodamientos de palas del rotor y una pala del rotor en posición en bandera, con los que se puede alcanzar un elevado momento de retorno de las palas del rotor 1. La pala del rotor 1 está fijada a un cojinete de pivote 32. El anillo exterior de este cojinete de pivote 32 está atornillado con el cubo del rotor 3 que gira 3. El cojinete de pivote 32 tiene una superficie de atornillamiento para las palas del rotor 1 ligeramente inclinada (aprox. de 1º a 2º) respecto a la superficie de atornillamiento del cubo del rotor 3. Con ello, el cojinete de pivote 32 está inclinado igualmente ese ángulo \alpha. Gracias a ello se consigue que el vector de fuerzas 35 resultante de las fuerzas exteriores del viento actúa fuera del eje de giro 34, gracias a lo cual se provoca un momento de giro adicional 36 alrededor del eje de giro 34 en la dirección de la posición en bandera.
Alternativamente, o de modo adicional, se puede fijar en el borde del extremo de las palas del rotor 1 un peso adicional 37 que provoque también un momento de giro adicional alrededor del eje de giro 34, el cual provoca, dependiendo de la posición de la pala del rotor 1 durante un giro del rotor, un giro en la dirección de la posición de trabajo o de la posición en bandera. Puesto que en el caso de avería del suministro de potencia el bloqueo sólo permite un giro de las palas del rotor 1 en la dirección de la posición en bandera y bloqueo la dirección opuesta, estas medidas provocan un giro acelerado de las palas del rotor 1 en la dirección de la posición en bandera, y con ello un frenado acelerado del rotor.

Claims (19)

1. Instalación de energía eólica con palas del rotor (1) giratorias alojadas en un cubo del rotor (3), cuyo centro de gravedad está fuera de su eje de giro (34), con un accionamiento de desplazamiento (12) respectivamente para el giro separado de cada pala del rotor (1) y con un bloqueo (19) unido respectivamente con una pala del rotor (1), caracterizada porque los bloqueos son bloqueos que se pueden activar (19) en caso de que se produzca una avería del suministro de potencia del accionamiento (12), los cuales, en estado activado, evitan un giro de las palas del rotor (1) a la posición de funcionamiento, si bien permiten un giro de las palas del rotor a la posición en bandera.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el bloqueo (19) es un bloqueo de la inversión del giro que evita un giro de la pala del rotor (1) a la posición de funcionamiento.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el bloqueo (19) está asignado al accionamiento (12) para la pala del rotor (1).
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el bloqueo (19) presenta una parte (24) unida con el cubo del rotor (3) y una parte (41) unida con la pala del rotor (1) que se pueden unir entre ellas para evitar el giro de la pala del rotor (1).
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la parte (41) del bloqueo (19) unida con la pala del rotor (1) está unida de modo resistente a la torsión con el eje del rotor (22) del accionamiento (12).
6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la parte (24) del bloqueo (19) unida con el cubo del rotor (3) está unida preferentemente de modo fijo con la carcasa del estator (21) o de la transmisión (20) del accionamiento (12), y porque la parte (41) que está unida con la pala del rotor (1) está alojada en el eje del rotor (22) de modo que se puede desplazar de manera axial.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la parte (41) unida con la pala del rotor (1) y la parte (24) unida con el cubo del rotor (3) se pueden unir entre ellas mediante una unión positiva.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque en las partes asignadas entre ellas de la parte (41) unida con la pala del rotor (1) y de la parte (24) unida con el cubo del rotor (3) se prevé un perfil (38) aproximadamente en forma de diente de sierra que puede hacer que se engranen entre ellas.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la parte (41) unida con la pala del rotor (1) y la parte (24) unida con el cubo del rotor (3) se pueden unir entre ellas de modo accionado por fricción.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque se prevé un dispositivo (30) para separar entre ellas la parte (41) unida con la pala del rotor (1) y la parte (24, 31) unida con el cubo del rotor (3), y porque la parte (41) unida con la pala del rotor (1) es presionada por la fuerza de un resorte (29) en todo momento en la dirección hacia la parte (24) unida con el cubo del rotor (3).
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el dispositivo (30) es un electroimán.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque la parte (41) unida con la pala del rotor (1) presenta un disco de freno (27).
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7, 8 ó 10 a 12, caracterizado porque la parte (41) unida con la pala del rotor (1) presenta un disco de freno (27) unido con el eje del rotor (22), así como una pieza de acoplamiento (25) que presenta en la parte opuesta a la parte (24) unida con el cubo del rotor (3), por ejemplo, el perfil (38) fundamentalmente en forma de diente de sierra, y que presenta en la parte opuesta al disco de freno (27) un forro de frenos (26), y porque la pieza de acoplamiento (25) está alojada de modo que puede girar y se puede desplazar de manera axial sobre el eje del rotor (22).
14. Dispositivo según la reivindicación 9 y 12, caracterizado porque en la parte (24) unida con el cubo del rotor (3) en la parte opuesta al disco de freno se prevé un forro de frenos (31).
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el resorte (29) se apoya, por un lado, en la pieza (41) unida con la pala del rotor (1), y por otro lado se apoya en una pieza (28) en el eje del rotor (22).
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque se prevé un suministro de corriente de emergencia (17) en forma de una batería o de un acumulador que se prevé para hacer girar las palas del rotor (1) a la posición en bandera y, dado el caso, para la activación del electroimán (30).
17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el eje longitudinal (33) de la pala del rotor (1) está inclinado respecto al eje de giro (34) de la pala del rotor (1).
18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado porque la pala del rotor (1) está unida a través de un cojinete de pivote (32) con el cubo del rotor (3), en el que la superficie frontal (39) del anillo exterior del cojinete de pivote (32) que está unido con el cubo del rotor (3) está inclinado en ángulo (\alpha) respecto a la superficie frontal (40) del anillo interior del cojinete de pivote (32) que está unido con la pala del rotor (1).
19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque en la pala del rotor (1), preferentemente en el borde del extremo de la pala del rotor (1), está fijado un peso adicional (37).
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