ES2229839B1 - Sistema para ensayos mecanicos del conjunto eje de baja, bastidor delantero y corona de giro de un aerogenerador. - Google Patents

Abstract

Sistema para ensayos mecánicos del conjunto eje de baja, bastidor delantero y corona de giro de un aerogenerador, que permite simular de forma simultánea cargas dinámicas y movimiento relativo al espécimen. Consta de un sistema de simulación de giro del espécimen de ensayo, formado por una microtorre, una corona, cojinetes de fricción y motorreductoras montadas de forma especular a las motorreductoras del espécimen de ensayo y un sistema de aplicación de cargas que permitirá la aplicación de los tres momentos y las tres cargas necesarias para la realización de la simulación dinámica en el espécimen de ensayo, formado por una cruz de carga montada sobre el buje del bastidor sometido a ensayo, sobre la cual cruz de carga actúan pares de actuadores hidráulicos, soportados por un conjunto de columnas universales de anclaje de actuadores y por vigas metálicas. De aplicación en ensayos de bastidores de aerogeneradores o especímenes de otros sectores.

Description

Sistema para ensayos mecánicos del conjunto eje de baja, bastidor delantero y corona de giro de un aerogenerador.

La aplicación prioritaria de la invención puede asociarse al ensayo de especímenes sometidos a cargas dinámicas múltiples y continuas y con movimiento relativo al espécimen, de tal forma que se facilite la ejecución de los ensayos simulando la realidad de la vida en servicio del espécimen a ensayar en un solo banco de ensayos. El campo de aplicación es el del ensayo de bastidores de aerogeneradores pero puede tener una aplicación práctica en el ensayo de especímenes de otros sectores como son el aeronáutico, la automoción, la industria ferroviaria y otros sectores.

La principal novedad que presenta esta invención es la introducción de la cinemática y del movimiento relativo en los ensayos estáticos o dinámicos de componentes y productos industriales. Esta introducción facilita la simulación de la realidad y la integración con los métodos de cálculo computacionales. El desarrollo de este tipo de bancos de ensayo reduce el número de ensayos y mejorará la fiabilidad de los mismos, dado que en la actualidad y en la mayoría de los casos, salvo pequeñas excepciones, la cinemática se simula por un lado y las cargas dinámicas por otro lado, con lo que la correlación ensayos-realidad es más difícil de interpretar. La capacidad de simular ambos conceptos de forma simultánea exige evaluar distintas configuraciones de ensayo para que se realice el ensayo de forma óptima con un impacto en el precio de los ensayos. Estas soluciones pueden incluir bastidores móviles, actuadores móviles o especímenes móviles comandados electrónicamente e hidráulicamente de bancos de ensayo para aplicación de cargas múltiples.

Esta tecnología es innovadora e introduce todas las variables reales de operación de especímenes, de tal forma que con un ensayo se puedan verificar el comportamiento ante cargas y cinemáticas reales de los componentes a ensayar. Actualmente, estos ensayos se realizan por separado, ensayando por un lado la cinemática y por otro la aplicación de cargas, validando el comportamiento por separado, lo que de alguna forma no tiene una buena correlación con la realidad.

En el desarrollo tecnológico de aerogeneradores, es un factor determinante desarrollar los elementos estructurales de acuerdo a la dirección y a las cargas reales del viento por lo que es fundamental conocer las posiciones de un aerogenerador según la dirección del viento considerando el cambio del ángulo de las palas respecto a la velocidad del viento o la variación de la posición relativa del aerogenerador con la dirección del viento.

Estos cambios de posición o geometría producen cargas variables en dirección e intensidad y es extremamente complejo su determinación precisa con las modernas herramientas de cálculo existentes, y por lo tanto el proyecto de estas estructuras estará siempre sujeto a la comprobación estructural mediante ensayos de cargas dinámicas (fatiga) y la simulación del movimiento relativo. Este tipo de ensayos en el que se introducen el movimiento relativo y las cargas sobre los componentes a ensayar requieren unos diseños específicos de este tipo de bancos de ensayos, dada la complejidad debida fundamentalmente a la introducción de movimientos relativos y cargas variables sobre el espécimen a ensayar. Sin embargo, este tipo de sistemas novedosos en la tecnología de ensayos tienen unas características comunes que facilitan el diseño del utillaje de ensayo, diseño del ensayo, programación de cargas variables y movimientos relativos, montaje y ejecución y supervisión del ensayo.

El desarrollo de un banco de ensayos de estas características es posible con la aplicación de un complejo sistema electrónico de comando y control que supervisa en todo instante y en tiempo real las cargas y desplazamientos programados. Los movimientos o cambios de geometría son realizados mediante la aplicación de los conceptos de imagen especular, giro relativo o variación controlada de la dirección de las cargas aplicadas controladas con el citado sistema electrónico.

Este tipo de bancos de carga múltiples exigen también el empleo de varios actuadores hidráulicos de distintas capacidades de carga acoplados a células de carga electrónicas y de un grupo hidráulico que suministra el aceite bajo presión para los actuadores. Así mismo, la generación de movimientos relativos puede realizarse no sólo con la aplicación de actuadores hidráulicos sino que a veces es necesario la utilización de motores eléctricos asíncronos.

El sistema objeto del invento permite solucionar los problemas anteriormente expuestos, la simulación simultánea de cargas dinámicas y cinemáticas, y añade una ventaja con respecto a los sistemas utilizados hasta ahora: Este sistema de ensayos mecánicos tiene la capacidad de simular las cargas y los momentos flectores actuantes y las simulaciones de inercia en giro combinado por efecto del viento sobre las palas de aerogeneradores.

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se representa en los planos una forma preferente de realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.

En la figura 1 se muestra el conjunto banco de ensayos y espécimen de ensayo. El espécimen de ensayo (4) que se ensayará en este banco de ensayos consiste en un sistema de giro de la corona que actúa como una placa de deslizamiento entre el bastidor y la torre del aerogenerador. El sistema transmite las fuerzas de la turbina a la torre. Como se observa en la figura 3, el sistema de giro de la corona (4) está montado sobre las patas del bastidor (4_{1}) y tiene cuatro placas de deslizamiento axiales, cuatro radiales y veinte discos de teflón precargados embutidos en las mordazas. Todos ellos conforman un cojinete de fricción que desliza sobre la correspondiente corona (4_{2}) y es solidario al bastidor. El control de giro de la corona (4_{2}) se realiza mediante los engranajes de dos motorreductoras (4_{3}) que también forman parte del sistema de giro de la corona (4_{2}). Este espécimen estará anclado en un conjunto formado por una corona (10), sus cojinetes de fricción y dos motorreductoras (9) que se encuentran montadas en posición especular o invertida. Las otorreductoras del espécimen (4_{3}) y las motorreductoras (9) del conjunto debidamente acopladas, garantizan el movimiento cinemático que se quiere simular, manteniendo el bastidor (4_{1}) fijo para poder aplicar las cargas sobre un punto fijo y moviendo únicamente las coronas (4_{2}) y (10) y la microtorre (7) que se encuentra entre ambas coronas. Esta microtorre (7) es de forma cilíndrica y representativa de la rigidez de la torre real del aerogenerador. Todo este conjunto irá montado sobre una base metálica (11) formada por una base cuadrangular (11_{1}) con agujeros para su anclaje al suelo técnico, un cuerpo cilíndrico (11_{2}) y unos rigidizadores (11_{3}) soldados a la placa base y al cuerpo cilíndrico.

El suelo técnico del hangar tiene como finalidad el anclaje al mismo de los útiles empleados en los diversos ensayos.

Para el anclaje, y según se aprecia en la figura 4, además del hormigón con su correspondiente armadura, se han dispuesto longitudinalmente y a una cierta distancia, una pareja de perfiles (12) a los que se ha soldado en la parte inferior una chapa doblada (12a) definiendo unos raíles.

En la figura 4 se muestra una sección de uno de los raíles y el sistema de anclaje.

La forma de anclaje es mediante varilla roscada (13) y anclajes (14) que se introducen en la ranura del raíl.

En la fase de diseño de útiles, habrá que tener en cuenta tanto la distancia entre raíles, como la métrica de la varilla roscada (13).

La aplicación de cargas dinámicas, se realiza mediante un sistema mecánico o cruz de carga (3) -ver figura 2-, montado sobre el buje del bastidor sometido a ensayo (4), que permitirá la aplicación de los tres momentos y las tres cargas necesarias para la realización de la simulación dinámica en el conjunto mecánico. Estos momentos y cargas se aplicarán sin interferencias o sin interacciones parasitarias entre sí. Para garantizar los momentos en las direcciones X, Y y Z serán definidos tres conjuntos de dos actuadores hidráulicos con control automático (5) -ver figura 1- de forma que introduzcan cargas compensadas con las cargas uniaxiales pero en sentido contrario. Las tres cargas uniaxiales serán aplicadas, a través de la cruz de carga (3) en el centro de gravedad del conjunto formado por la pala de aerogenerador y el bastidor (4) y actuarán sin interacciones entre ellas. La cruz de carga (3) está formada por un cubo de carga (3_{1}) de base cuadrada y de cuerpo cuadrangular sobre el cual se atornillan dos vigas longitudinales de carga (3_{2}) y dos vigas transversales de carga (3_{3}). Sobre la cruz de carga (3), actúan un total de diez conjuntos de dos actuadores hidráulicos (5) cada uno, posicionados mediante 4 columnas universales de anclaje de actuadores de 2 metros (2) -ver figura 1- y 4 columnas universales de anclaje de actuadores de cinco metros (1).

Claims (1)

1. Sistema para ensayos mecánicos del conjunto eje de baja, bastidor delantero y corona de giro de un aerogenerador, que permite simular de forma simultánea cargas dinámicas y movimiento relativo al espécimen, caracterizado porque consta de:

a) un sistema de simulación de giro del espécimen de ensayo, formado por una microtorre, una corona, cojinetes de fricción y motorreductoras montadas de forma especular a las motorreductoras del espécimen de ensayo.

b) un sistema de aplicación de cargas que permitirá la aplicación de los tres momentos y las tres cargas necesarias para la realización de la simulación dinámica en el espécimen de ensayo, formado por una cruz de carga montada sobre el buje del bastidor sometido a ensayo, sobre la cual cruz de carga actúan pares de actuadores hidráulicos, soportados por un conjunto de columnas universales de anclaje de actuadores y por vigas metálicas.