ES2248422T3 - Sistema de engranajes con division de potencia. - Google Patents

Sistema de engranajes con division de potencia.

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ES2248422T3 ES02000580T ES02000580T ES2248422T3 ES 2248422 T3 ES2248422 T3 ES 2248422T3 ES 02000580 T ES02000580 T ES 02000580T ES 02000580 T ES02000580 T ES 02000580T ES 2248422 T3 ES2248422 T3 ES 2248422T3
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Abstract

Sistema de engranaje con una división de potencia interior, que comprende una rueda dentada (1), unida con un árbol de entrada o árbol de salida, dotada de un dentado exterior, que está rodeado por varios árboles de piñón (2), cuyos piñones dentados engranan con la rueda dentada grande (1), llevando cada árbol de piñón (2) una rueda dentada (3a, 3b) y dos ruedas dentadas (3a, 3b), formando cada uno de ellos una pareja de ruedas dentadas y estando dispuestos alternativamente delante y detrás de la rueda dentada grande (1) y están dotados de un dentado inclinado de diferente sentido de paso, y engranan con un árbol de piñón (4) de doble dentado montado axialmente libre, caracterizado porque - la rueda dentada grande (1) está rodeada por ocho árboles de piñón (2), cuyas ruedas dentadas (3a, 3b) engranan con cuatro árboles de piñón (4) axialmente libre y forman con estos una primera etapa de la división de potencia, - que los cuatro árboles de piñón (4) de la primera etapa de la división de potencia están unidos con cuatro árboles de piñón (6) de una segunda etapa de la división de potencia, - que los cuatro árboles de piñón (6) de la segunda etapa de la división de potencia llevan a su vez cada uno una rueda dentada (7) y dos ruedas dentadas (7) una pareja de ruedas dentadas. - y las ruedas dentadas (7) de una pareja de ruedas dentadas conjuntamente con una pareja de ruedas dentadas engranan con árboles de piñón de montados libremente.

Description

Sistema de engranajes con división de potencia.
La presente invención se refiere a un sistema de engranajes con una división de potencia interna con las características del preámbulo de la reivindicación 1 y es conocido por el documento DE 19514361A.
Se conocen sistemas de engranajes adaptables con un ramificación de potencia en forma de una etapa planetaria o con una rueda dentada axial ajustable libremente con dentado inclinado doble, teniendo el sistema de engranajes, en general, un eje de entrada y uno de salida. Tales sistemas de engranajes adaptables, que entre otros se emplean para el accionamiento de generadores mediante rotores de generadores eólicos, se unen generalmente mediante una unión a presión con el eje del rotor. Con este tipo de realización conocida el cubo de la unión a presión, en la mayor parte de casos, es un componente de un soporte planetario y está montado en la caja del sistema de engranajes. Las ruedas planetarias del soporte planetario giratorio ruedan en una rueda dentada fija en la caja con dentado interior y engranan al mismo tiempo con una rueda principal a través del cual se suma la potencia. Tales etapas planetarias pueden contener 3, 4, 5 o incluso 6 ruedas planetarias. Desde el árbol de la rueda principal de esta primera etapa se toma la potencia a través de otra etapa planetaria, con etapas en serie de ruedas dentadas cilíndricas o a través de dos etapas en serie de ruedas dentadas, cada una de ellas en una realización con dentado inclinado y conducidas a un generador.
Las disposiciones de sistemas de engranajes conocidos son demasiado complejas para clases de potencia elevadas, demasiada pesadas y sometidas, como consecuencia de las grandes dimensiones en combinación con los elevados momentos a transformar, a grandes deformaciones y de ello resultan distribuciones de carga desequilibradas. Presentan grandes longitudes constructivas. Además, en el caso de una reparación del sistema de engranajes en la torre de una instalación cólica, en general no se puede cambiar ninguna pieza dentada ni cojinete de la etapa planetaria. Un desmontaje del sistema de engranajes completos o grandes grupos constructivos de un sistema de engranajes exige sobre todo en el montaje Offshore capacidades de grúa muy caras. Otra desventaja es que con sistemas de engranajes cada vez mayores y generadores de 4 polos en un servicio de 60 Hertzios es siempre más difícil realizar, con los rodamientos habituales del comercio, valores de duración suficientes para árboles de elevadas velocidades, sin sobrepasar el número de revoluciones máximo indicado por el fabricante de los cojinetes.
La presente invención tiene por objetivo desarrollar el sistema de engranajes de esta clase, de tal manera que se origine una construcción más compacta y ligera, que, además, sea fácil de montar y de desmontar.
Este objetivo se consigue con un sistema de engranajes, según la invención por las propiedades caracterizantes de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas de la invención son objeto de las subreivindicaciones.
El sistema de engranajes se puede utilizar tanto como accionamiento multiplicador como reductor. El sistema de engranajes con una transmisión más rápida tiene un eje de accionamiento y dos ejes de salida. En caso de una reducción a más lenta, accionan dos motores a través de un árbol de entrada un árbol de salida. El sistema de engranajes que se realiza preferentemente como sistema de engranajes acoplables, con una conversión a más rápida se prefiere para el accionamiento de generadores eólicos. Para este caso de aplicación aporta el accionamiento según la invención las mayores ventajas. Con una reducción a más lento, puede utilizarse el sistema de engranajes, por ejemplo, para el accionamiento de molinos de tambor o de cabezales de corte de dragas.
Mediante la posición especial de los diferentes árboles, entre ellos se originan un sistema de engranajes simétrico con un centro de gravedad en el eje principal. Hasta dos árboles de piñón unidos con la rueda dentada grande se pueden colocar todas las ruedas y cojinetes en una caja del sistema de engranajes con tres juntas de unión de la caja. Con una utilización del sistema de engranajes en una instalación eólica es con esto posible un desmontaje casi completo o un cambio casi completo de piezas en la torre de la central eólica, empleando capacidades de grúa reducidas.
Mediante la división de potencia, según la invención, y la disposición de ruedas se utiliza la rueda dentada grande con relación a la capacidad de carga de los dientes y con ello para conversión del par de forma óptima.
Mediante la disposición de los rodamientos de los ocho árboles de piñón unidos con la rueda grande en dos paredes de caja unidos paralelas y entre sí de forma solidaria, que al mismo tiempo se han previsto como apoyos del paso, se originan un sistema de engranajes muy rígido, donde no se dan las deformaciones desventajosas de un sistema de engranajes planetario.
La presente invención permite un acceso óptimo a todos los puntos del cojinete y ataques de los dientes con el fin de una lubricación y un control de temperatura en los puntos de apoyo.
Mediante el carácter repetitivo de muchas piezas interiores del sistema de engranajes, se da una fabricación económica con reducidos costes de preparación y una mantenimiento de piezas de recambio económico.
La posición de los árboles de salida de marcha rápida, se ha elegido de tal manera que los dos generadores de la instalación eólica se adaptan óptimamente, uno con el otro. La separación de los generadores es adaptable.
El sistema de engranajes permite, al contrario de un sistema de engranajes planetario, un disco de contracción para la transmisión del par del árbol rotor al árbol hueco del sistema de engranajes, tanto en el lado receptor como en el lado de accionamiento del sistema de engranajes. Con una disposición del disco de contracción en el lado receptor, que no es posible con un sistema de engranajes planetario, se originan la longitud constructiva más corta.
En el concepto de accionamiento según la invención es posible utilizar el sistema de engranajes como engranaje acoplable para utilizar un árbol rotor montado por separado doble o, al mismo tiempo, también como segundo cojinete del árbol rotor como hasta ahora es habitual. Como engranaje acoplable sin función de soporte, se puede disponer el sistema de engranajes también entre los cojinetes del rotor. Esto tiene la ventaja que son posibles grandes separaciones de cojinetes en el eje del rotor.
Un orificio para los conductores de mando para el ajuste de las hojas del rotor del generador eólico se puede aplicar directamente en el eje del rotor, de tal manera que desaparece un conducto tubular especial, el tubo Pitch, como era hasta ahora habitual, para el ajuste de las hojas.
En caso de que falle un generador el sistema de engranajes es capaz de funcionar plenamente, porque la suma de las potencias de los diferentes tramos del engranaje tienen lugar independientemente uno del otro.
Mediante la bifurcación de la potencia y/o la suma de potencia mediante dos árboles receptores de elevada velocidad, montados axialmente libres con el dentado inclinado doble las dimensiones del árbol son menores que con un accionamiento mono-generador. Debido a la falta de cojinetes axiales de los árboles, se puede utilizar incluso con elevado número de revoluciones los rodamientos habituales para estos árboles, que aportan para estos casos de aplicación una duración teórica suficiente del cojinete.
Varios ejemplos de realización de la invención se han representado en el dibujo y se explicarán con mayor detalle a continuación. En el dibujo muestran:
la figura 1, la vista en perspectiva de un sistema de engranajes para una instalación eólica en el lado del rotor del sistema de engranajes,
la figura 2, la vista en perspectiva del sistema de engranajes según la figura 1, desde el lado del generador del sistema de engranajes,
la figura 3, la vista en perspectiva del sistema de engranajes desde delante,
la figura 4, una sección del árbol de salida del sistema de engranajes al generador,
la figura 5, la vista lateral del sistema de engranajes, según la figura 1, desde el lado del rotor del sistema de engranajes,
la figura 6, la vista lateral del sistema de engranajes según la figura 1, desde el lado del generador del sistema de engranajes,
la figura 7, la vista lateral de otro sistema de engranajes desde el lado del generador del sistema de engranajes,
la figura 8, la vista en planta de la figura 7 en la dirección A,
la figura 9, la vista lateral de la caja del sistema de engranajes,
la figura 10, la vista en planta parcial de la figura 9 y
la figura 11, la sección por el árbol de salida, de un sistema de engranajes, según otra forma de realización.
El sistema de engranajes representado es un sistema de engranajes acoplable, y se utiliza como una transmisión en una instalación eólica para el accionamiento de, por ejemplo, dos generadores (figuras 1 a 6) de un rotor y está dispuesto en la torre de la instalación eólica entre el rotor y los generadores. El sistema de engranajes contiene una rueda grande 1 dentada por el exterior. La rueda dentada grande 1 está fijada solidaria en un árbol hueco, que está apoyado por ambos lados en una caja de sistema de engranajes que envuelve y está unido con un árbol de entrada del árbol rotor.
Alrededor de la rueda dentada grande 1 se han dispuestos mecánicamente ocho árboles de piñones 2, cuyos piñones encajan con la rueda dentada grande 1. Los cojinetes de los árboles de piñón 2 se han colocado en dos paredes laterales opuestas de la caja del sistema de engranajes. Mediante esta disposición simétrica de los árboles de piñón 2 el montaje del árbol hueco que lleva la rueda dentada grande el, aparte del peso propio de la rueda grande 1 y el árbol hueco, con una carga uniforme del generador, está exento de esfuerzos radiales.
En cada árbol de piñón 2 se ha fijado una rueda dentada 3a o 3b. Cada dos ruedas dentadas 3a, 3b forman un pareja de ruedas dentadas y se han dispuesto alternativamente delante o detrás de la rueda dentada grande 1. Las ruedas dentadas 3a y 3b presentan un dentado inclinado, que según su disposición, delante y detrás de la rueda dentada grande 1, es una vez creciente hacia la izquierda y otro creciente hacia la derecha.
Las ruedas dentadas 3a y 3b, que forman una pareja de ruedas dentadas de los árboles de piñón 2, engranan con un piñón dentado de un árbol del piñón 4, que posee un dentado inclinado doble y está montado axialmente libre. Esta exención de desplazamiento axial proporciona que las fuerzas del molino del engrane del dentado inclinado sean iguales, de tal manera que también el par motor en los árboles de piñón 2 son iguales. Estos cuatro árboles de piñón comunes 4 forman conjuntamente con los ocho árboles de piñón 2, dispuestos alrededor de la rueda dentada grande 11, una primera etapa en que tiene lugar una primera suma de potencia. Con esta primera suma de potencia se transforma la potencia de los ocho árboles de piñón 2 uniformemente en los cuatro árboles de piñón comunes 4.
Los cuatro árboles de piñón 4 comunes llevan cada uno una rueda dentada 5, que cada una de engrana con otro árbol de piñón 6 y lo acciona, para conseguir otro incremento de la velocidad. Cada uno de los cuatro árboles de piñón 6 lleva una rueda dentada 7 que está unida solidariamente con el árbol de piñón 6 y está dotada de un dentado inclinado. Los dentados inclinado de las ruedas dentadas 7 presentan una dirección de paso diferente, que según sea la disposición de ruedas dentadas 7 en el sistema de engranajes se ha realizado con crecimiento a la izquierda o a la derecha. Cada dos ruedas dentadas 7 con una dirección de paso diferente de dentado inclinado forman una pareja de ruedas dentadas, que engranan cada una de ellas con un piñón dentado de un árbol de piñón de salida común 8. Estos dos árboles de piñón de salida 8 se han representado en la figura 1 en una forma de realización del sistema de engranaje cada uno de ellos unido a un generador. Los árboles de piñón de salida 8 se han realizado asimismo como los árboles de piñón 4 con un dentado inclinado doble y montados axialmente libres. Los cuatro árboles de piñón 6 forman conjuntamente con dos árboles de piñón de salida 8 una segunda etapa, en la que tiene lugar otra suma y conversión de la potencia. La potencia total transmitida a la rueda dentada 1 por el rotor está concentrada ahora en dos árboles, los árboles del piñón de salida 8, y se puede transmitir así a los dos generadores.
Las ruedas y árboles del sistema de engranajes descrito se han montado en una caja de engranajes, que preferentemente está dividida en cuatro partes mediante dos juntas de unión 12 paralelas y una que discurre inclinada. Estas juntas de unión se indican en la figura 5 y 6 por líneas rectas. En la caja del sistema de engranajes se han montado a ambos lados de las juntas de unión verticales 11 cuatro de los ocho árboles de piñón 2 de la primera etapa, los cuatro árboles de piñón 6 de la segunda etapa y ambos árboles de piñón de salida 8. La rueda dentada grande 1 y otros dos de los ocho árboles de piñón 2 de la primera etapa se encuentran a ambos lados de las juntas de unión inclinadas 12. Todos estos árboles y ruedas se pueden extraer radialmente después de una abertura de la caja de engranajes a lo largo de las juntas de unión 11, 12. Esto puede tener lugar en la torre de la instalación eólica sin gran capacidad de grúa. Sólo dos de los ocho árboles de piñón 2, que se han dispuesto en el lado dirigido al generador de la rueda dentada grande 1, no se encuentran en una de las juntas de unión 11, 12. Estos dos árboles de piñón 2 no se pueden por ello sacar radialmente y por ello deben sacarse axialmente.
En la forma de realización representada en las figuras 7 y 8 de un sistema de engranajes sigue a los dos árboles de piñón de salida 8 una tercera etapa de la ramificación de potencia de un único árbol de salida 13. Para ello se han dispuesto en cada uno de los árboles de piñones de salida 8 una rueda dentada 14, que engrana en una rueda dentada 7 del árbol de piñón 6, y una rueda dentada 15. Estas ruedas dentadas 15 se encuentran engranadas con una rueda dentada 16, que flota dispuesta entre ellas y se mantiene sólo por el engrane con los dientes. Esta rueda dentada 16 está unida mediante un acoplamiento de compensación angular 17 solidario con una rueda dentada 18. Esta rueda dentada 18 engrana en un piñón dentado 19, que está fijado solidario en el único árbol de salida 13 de este sistema de engranajes. Ese árbol de salida 13 está montado en la caja del sistema de engranajes y acoplado con el generador.
Mediante una unión de aceite a presión entre él árbol de piñón 2 y la rueda dentada 3a o 3b pueden girar las ruedas dentadas 3a, 3b para el ajuste continuo entre ellas. De esta manera se pueden llevar sin dificultades los flancos de dientes de estas ruedas dentadas con la posición axial correcta con la correspondiente contrapieza para llevar a la posición axial correcta. Esto es una práctica técnica conocida a la que se puede recurrir en este caso. Mediante esta técnica se pueden juntar y separar también los árboles de piñón 2 que no se encuentran en una junta de unión 11, 12 y las ruedas dentadas 3a y 3b.
Con los árboles del piñón de salida 8 se une una mitad de la rueda dentada 9 mediante disco de contracción 10 con el árbol de piñón de salida 8, de tal manera que también en este caso es posible un ajuste continuo. De este modo se puede desmontar también el árbol de piñón de salida 8 y su cojinete, sin una separación de las juntas de unión 11, 12 de la caja.
La unión de la rueda grande 1, con el árbol del rotor puede tener lugar directamente mediante un asiento de contracción desmontable hidráulicamente o mediante chavetas tangenciales. El asiento puede ser cilíndrico o común. Para ello se ha montado el cojinete principal del sistema de engranajes directamente sobre él árbol del rotor. Una unión de montaje más cómoda es una unión directa de la rueda dentada 1 con el árbol del rotor mediante un árbol hueco que pertenece al sistema de engranajes que está unido solidariamente con la rueda dentada grande 1. La transmisión del par entre él árbol hueco y el árbol del rotor puede realizarse mediante ajuste en caliente, cuñas tangenciales o mediante discos de contracción adicionales.
Las paredes de la caja 20 de la caja del engranaje opuestas y unidas entre ellas de forma rígida contraria a la rotación alojan los árboles de piñón 2 rodeados por la rueda dentada grande 1 y se han conformado como soportes del momento de torsión. Para esta finalidad, se han previsto lateralmente en los extremos de las paredes de la caja 20 escotaduras 21 abiertas lateralmente. En estas escotaduras 21 abiertas lateralmente se han dispuesto piezas de acoplamiento 23 apoyadas mediante elementos de goma pretensada 22, que están unidos con un marco base desmontarle. Después de un desmontaje de las piezas de acoplamiento 23 se puede girar 360º el sistema de engranajes, con el eje del rotor apoyado doblemente, alrededor del eje principal del sistema de engranajes.
En la forma de realización mostrada en la figura 11 se encuentran las dos ruedas dentadas 7 que forman parte ambas de una pareja de ruedas dentadas, que pueden engranar tanto con un dentado recto como un dentado inclinado con un piñón 24 no montado radialmente. El piñón 24 está unido mediante un acoplamiento de doble articulación 25 con un árbol de salida 26. Para que se proporcione una compensación de carga, se han desplazado 180º las ruedas dentadas 7 de cada pareja de ruedas dentadas referidas a la cruz del eje del piñón 24. De este modo, la suma de todas las fuerzas para el piñón 24 es igual a cero. Los dos ataques de dientes y la disposición flotante del piñón 24 proporcionan, con un juego radial suficiente y una holgura de dientes, que el piñón 24 esté sometido a una compensación de fuerzas y sólo desplazamientos mínimos limitados, que son debidos a los errores de división y de marcha concéntrica de las ruedas dentadas en la transmisión. El piñón 24 no puede con ello abandonar el ataque y quedar fuera de control. Con un piñón dentado inclinado 24 y las ruedas dentadas 7 con dentado inclinado correspondiente, los componentes axiales de las fuerzas de dentado, que actúan en el mismo sentido, se soportan mediante un cojinete axial que dificulta mínimamente este movimiento de piñón 24.

Claims (10)

1. Sistema de engranaje con una división de potencia interior, que comprende una rueda dentada (1), unida con un árbol de entrada o árbol de salida, dotada de un dentado exterior, que está rodeado por varios árboles de piñón (2), cuyos piñones dentados engranan con la rueda dentada grande (1), llevando cada árbol de piñón (2) una rueda dentada (3a, 3b) y dos ruedas dentadas (3a, 3b), formando cada uno de ellos una pareja de ruedas dentadas y estando dispuestos alternativamente delante y detrás de la rueda dentada grande (1) y están dotados de un dentado inclinado de diferente sentido de paso, y engranan con un árbol de piñón (4) de doble dentado montado axialmente libre, caracterizado porque
- la rueda dentada grande (1) está rodeada por ocho árboles de piñón (2), cuyas ruedas dentadas (3a, 3b) engranan con cuatro árboles de piñón (4) axialmente libre y forman con estos una primera etapa de la división de potencia,
- que los cuatro árboles de piñón (4) de la primera etapa de la división de potencia están unidos con cuatro árboles de piñón (6) de una segunda etapa de la división de potencia,
- que los cuatro árboles de piñón (6) de la segunda etapa de la división de potencia llevan a su vez cada uno una rueda dentada (7) y dos ruedas dentadas (7) una pareja de ruedas dentadas.
- y las ruedas dentadas (7) de una pareja de ruedas dentadas conjuntamente con una pareja de ruedas dentadas engranan con árboles de piñón de montados libremente.
2. Sistema de engranajes, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la segunda etapa de la división de potencia las ruedas dentadas (7) de una pareja de ruedas dentadas están dotados de un dentado inclinado de diferente dirección de paso, y cada uno de ellos engrana con una pareja de ruedas dentadas común de dentado doble, en un árbol de piñón montadas axialmente libres, que se utilizan como árboles de salida (8) o árboles de entrada.
3. Sistema de engranajes, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la segunda etapa de la división de potencia, las ruedas dentadas (7) de una pareja de ruedas dentadas engranan conjuntamente con piñones montados libremente (24), que referidas a las ruedas dentadas (7) de una pareja de ruedas dentadas, están dispuestos desplazadas 180º con relación al eje de la cruz del eje del piñón (24) y porque el piñón (24) está unido a través de un acoplamiento de doble articulación (25) con un árbol de salida (26).
4. Sistema de engranajes, según la reivindicación 1, caracterizado porque las ruedas dentadas (7) y el piñón (24) asignado a ellas son de dentado inclinado, y porque el piñón (24) se apoya mediante un cojinete que contrarresta ligeramente los esfuerzos
axiales (27).
5. Sistema de engranajes, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque entre la primera y la segunda etapa de la división de potencia se ha dispuesto una etapa de la rueda frontal (ruedas dentadas 5) para la modificación de la velocidad de rotación.
6. Sistema de engranajes, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la rueda dentada grande (1) está unida con el árbol del rotor de una instalación eólica y porque los dos árboles de salida (8) están unidos cada uno de ellos con un generador.
7. Sistema de engranajes, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sistema de engranajes está colocado en una caja dividida por dos juntas de unión paralela (11) y una junta de unión que discurre inclinada (12) y porque a ambos lados de las juntas de unión paralela (11) se han montado cuatro de los ocho árboles de piñón (2) de la primera etapa, los cuatro árboles de piñón común (4) de la primera etapa, los cuatro árboles de piñón (6) de la segunda etapa y los dos árboles de salida (8) y a ambos lados de las juntas de unión inclinadas (12), la rueda dentada grande (1) y otros dos árboles de piñones (2) de los ocho de la primera etapa.
8. Sistema de engranajes, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los árboles de piñón de salida (8) se encuentran engranados a través de una tercera etapa de la desviación de potencia, con un único árbol de salida (13).
9. Sistema de engranajes, según la reivindicación 8, caracterizado porque en cada uno de los árboles de los piñones de salida (8) se han dispuesto en una rueda dentada (14), en la que cada una encaja una rueda dentada (7) del árbol de piñones (6), porque en cada árbol de piñón de salida (8) se ha dispuesto una rueda dentada (15), en los árboles del piñón de salida (8) flotante una rueda dentada (16), que la rueda dentada (16) que se ha dispuesto flotante está unida rígidamente a través de un acoplamiento de compensación angular solidario (17) con una rueda dentada (18), y unida móvil angularmente y que esta rueda dentada (18), que encaja en un piñón dentado (19), está dispuesto en el árbol de salida (13), que está montado en la caja del sistema de engranajes.
10. Sistema de engranajes, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el montaje de los árboles de piñón (2) que rodean la rueda dentada grande (1) están dispuestos en dos paredes de la caja (20) opuestas de una caja que rodea el sistema de engranajes, porque las paredes de la caja (20) están formadas como soportes de par y porque lateralmente en los extremos presentan escotaduras (21), en las que se han dispuesto sin juego y desmontadas piezas de acoplamiento (23), que están unidas con un marco base separado.
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