ES2252084T3 - Ajuste de palas individuales para instalaciones de energia eolica. - Google Patents

Abstract

Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica, habiendo colocado como mínimo una pala de rotor en un cubo de la instalación de energía eólica, caracterizado por dos accionamientos (14, 18) generadores cada uno de un alargamiento lineal y colocados en como mínimo un balancín (10, 20; 30) esencialmente en el plano de intersección de la conexión de las palas, formando con el balancín (10, 20; 30) un mecanismo de palanca, estando provisto cada uno de los extremos del mecanismo de palanca de una unión giratoria (16, 24), con una articulación con el cubo transmisora de fuerza y un elemento en la pala que hay que ajustar

Description

Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica.

La invención se refiere a un ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según la definición de la reivindicación 1.

Las modernas instalaciones de energía eólica suelen equiparse con sistemas de ajuste del ángulo de las palas del rotor para regular o controlar la potencia generada. Junto a la función de regulación o control, los sistemas de ajuste de las palas tienen también siempre la misión de ser un freno de seguridad al ajustarse las hojas del rotor a un ángulo positivo o negativo grande y generando con ello el rotor un momento de frenado.

Los ajustes del ángulo de las palas conocidos hasta la fecha para las instalaciones de energía eólica grandes pueden dividirse en sistemas accionados eléctricamente e hidráulicamente. Común a todos los sistemas es el alojamiento de las palas del rotor en el lugar de conexión con el cubo por medio de un rodamiento antifricción.

Los sistemas accionados eléctricamente constan por regla general de un motor reductor por cada pala del rotor, que a través de un piñón y una corona dentada genera un momento de giro en la base de la pala. El motor puede estar fijado a la pala del rotor y engranar con una corona dentada unida al cubo, o estar fijado en el cubo y engranar con el cojinete de la pala en una corona dentada del lado de la pala del rotor. La alimentación eléctrica de los motores se realiza a través de sistemas de anillos colectores. Para el caso en que el sistema de anillos colectores o toda la alimentación de corriente fallen, los motores se alimentan mediante baterías.

Los sistemas accionados hidráulicamente utilizan cilindros hidráulicos para ajustar el ángulo de las palas. En el caso del ajuste colectivo de palas, un único cilindro hidráulico transmite las fuerzas de ajuste al cubo y, a través de un sistema mecánico de ajuste, a espigas situadas en la base de las palas del rotor. Los ajustes hidráulicos de palas individuales tienen para cada pala del rotor un cilindro hidráulico, que actúa directamente sobre las espigas de la pala del rotor. La presión hidráulica se transmite entonces al cubo a través de una conducción giratoria. En caso de fallo de la conducción giratoria, los cilindros hidráulicos se alimentan mediante depósitos de presión del cubo.

Un dispositivo hidráulico de ajuste de palas de este tipo se conoce del documento DE C2 31 10 263, que describe un sistema hidráulico seguro en situaciones de emergencia, en el que dos accionamientos de ajuste actúan sobre elementos de unión articulados con palancas. En cualquier caso, la sincronización del ajuste cero es compleja. Para mantener la posición de vela se necesitan además elementos de enclavamiento accionados mecánicamente.

En el documento DE C2 31 10 265 del mismo solicitante, que se solicitó al mismo tiempo, se ven los detalles de un dispositivo de ajuste de palas que mantiene las palas formando el mismo ángulo, aunque sin impedir que también se las pueda accionar por separado.

Hay que citar además el documento DE A1 42 21 783, en el que se describe un dispositivo para ajustar palas de rotor, en el que un engranaje dispuesto coaxial con respecto al cubo del rotor produce, con un motor y a través de una unión de segmentos dentados, el ajuste de las palas.

Por último, en el documento DE A1 198 11 952 se describe un procedimiento para la fijación de las palas del rotor de una instalación de energía eólica de rotor horizontal, así como un dispositivo para la realización del procedimiento, que se caracteriza por medios para el bloqueo permanente de una zona prefijada del ángulo de ajuste de las palas del rotor alrededor de su eje longitudinal. Estos medios están formados por un trinquete que sobresale hacia el exterior.

La invención tiene como objeto aumentar la fiabilidad de un sistema de ajuste del ángulo de las palas. La fiabilidad es determinante para la seguridad de una instalación de energía eólica. De lo contrario pueden producirse circunstancias incontrolables en las que no puedan frenarse las revoluciones del rotor mediante la instalación de ajuste de las palas.

Por consiguiente, la seguridad de funcionamiento y de fallos de un sistema de este tipo tiene la máxima importancia. Los sistemas eléctricos de ajuste del ángulo de las palas tienen la principal desventaja de que en caso de un fallo en la alimentación de corriente, por ejemplo en caso de un fallo de la red o la rotura de un cable, los motores de ajuste dependen de un depósito de energía en forma de acumuladores. Primero hay que conectarlos a ellos. Por consiguiente un sistema eléctrico de ajuste depende, incluso en caso de avería, del funcionamiento de varios componentes eléctricos que pueden resultar dañados por sobretensiones de la red o impactos de rayos, que con frecuencia son simultáneos a fallos de la red.

Por otro lado, debido al tamaño de los cilindros hidráulicos y a las proporciones geométricas, los sistemas hidráulicos de ajuste de las palas conocidos hasta la fecha requieren interrupciones en la estructura portante del cubo del rotor. Naturalmente estas interrupciones no son deseables ya que, por un lado, reducen la capacidad de carga dinámica del cubo y, por otro lado, dificultan o imposibilitan la estanqueidad frente a la humedad entrante o las atmósferas salinas, en especial en las instalaciones de energía eólica en alta mar. La utilización de un único cilindro hidráulico para el ajuste preciso del ángulo de las palas y al mismo tiempo para el ajuste de ángulos grandes en caso de una desconexión, conduce en su proyecto a compromisos a cargo de la precisión de ajuste.

La invención consigue este objeto con las características de la reivindicación principal. Las otras reivindicaciones reproducen formas de realización ventajosas de la invención.

Resulta especialmente ventajoso que, para mejorar la regularidad y reducir las dimensiones de un sistema hidráulico de ajuste de las palas, las funciones de regulación y de desconexión están desacopladas entre sí. Un cilindro regulador ajusta la pala del rotor sólo en el dominio angular necesario para regular la potencia o las revoluciones, mientras que un cilindro de desconexión mueve el cilindro regulador, a través de una mecánica de ajuste, a la posición de regulación o de desconexión.

En esta configuración, el cilindro regulador puede diseñarse sólo para la función reguladora. La reducida carrera del cilindro regulador conduce adicionalmente a una resolución claramente superior del necesario sistema de medición de recorridos.

Por otro lado, el cilindro de desconexión puede diseñarse de manera óptima para la función de ajuste, igualmente con respecto a la fuerza y velocidad de ajuste, sin tener en cuenta la regularidad.

Otra ventaja esencial del sistema es la reducción de las dimensiones totales. Utilizando dos cilindros, cuya disposición viene determinada por la geometría de un varillaje de ajuste, el sistema puede colocarse totalmente dentro del cubo. Con ello, el cubo puede encapsularse por completo o ventilarse de manera controlada.

Además, la estructura del cubo puede construirse para que haya un flujo de fuerzas óptimo, ya que no se necesitan interrupciones para el sistema de ajuste.

Se muestra:

Fig. 1 el sistema en la posición de desconexión, es decir, con un ángulo de palas de 90º,

Fig. 2 el balancín principal en posición de servicio, es decir, por ejemplo con un ángulo de palas de 30º,

Fig. 3 el balancín de pala con el cilindro regulador totalmente extraído con un ángulo de palas de aprox. 0º,

Fig. 4 el sistema en una segunda configuración en la posición de desconexión,

Fig. 5 el sistema en la realización de la Fig. 2 en una posición de servicio, es decir, con un ángulo de palas de 30º,

Fig. 6 el sistema de la Fig. 5 con el cilindro regulador totalmente extraído y un ángulo de palas de aprox. 0º, y

Fig. 7 el cuadro de conexiones hidráulicas en una visión global esquemática.

En el ajuste de palas representado en la Fig. 1 hay un balancín principal 10 fijado a un saliente 12 del lado del cubo y a través de un cilindro de desconexión 14, que formando ángulo con el balancín principal 10 está fijado igualmente en el cubo del rotor, es sujetado pudiendo bascular alrededor de su punto de apoyo 16. Tal como se representa (compárese con la Fig. 2), alargando el cilindro de desconexión 14 el balancín principal 10 puede bascular un ángulo mayor.

Al final del balancín principal 10 y esencialmente paralelo a una sección ligeramente acodada del balancín principal 10, se encuentra un cilindro regulador 18 fijado sobre el balancín principal que actúa sobre un balancín de pala 20, que en una zona media del balancín principal 10 puede colocarse de modo basculante cerca de la zona en la que el cilindro de desconexión 14 actúa sobre el balancín principal.

A través de una barra de acoplamiento 22 -que está dispuesta para compensar las diferencias de longitud- el balancín de pala 20, con un pivote de pala 24, está unido por su parte y de manera basculante a la pala que hay que ajustar. De este modo pueden hacerse ajustes de palas tanto alargando el cilindro regulador 18 como también el cilindro de desconexión 14. En caso de fallo de uno de los cilindros, haciendo funcionar el otro se puede recorrer como mínimo una parte del recorrido deseado y hacerse así, por lo menos de una manera aproximada, un ajuste grueso al ángulo de pala deseado.

Para conseguir el éxito deseado según la invención, el ajuste individual de palas necesita como mínimo dos accionamientos 14, 18 generadores de un alargamiento lineal y colocados en un balancín, dispuesto esencialmente en el plano de intersección de la conexión de las palas, estando provisto cada uno de los extremos del balancín, a través de una unión giratoria 16, 24, de una articulación con el cubo transmisora de fuerza y un elemento en la pala que hay que ajustar. Con ello es realizable un engranaje de palanca.

Para hacer el ajuste fino y el procedimiento para desconectar la pala, hay que disponer de dos accionamientos generadores de distinto alargamiento. Uno puede estar configurado como accionamiento eléctrico por husillo. Esto se propone en particular para el accionamiento regulador con carrera pequeña. No obstante, los dos accionamientos lineales pueden estar configurados también como cilindros hidráulicos 14, 18.

Las variantes mostradas en las anteriores figuras tienen la ventaja de que en la posición de servicio, el punto de giro del balancín de pala se sitúa exactamente sobre el eje de la pala del rotor. En esta disposición, los pivotes de pala 24 y los balancines se mueven alrededor del mismo eje durante los procesos reguladores. Esto y la disposición geométrica del cilindro regulador 18 hacen posible tanto un momento de ajuste de la pala casi constante en todo el dominio de regulación, como también una introducción exclusivamente tangencial de las fuerzas en los pernos de la pala.

La segunda variante, mostrada en las Figuras 4-6, posee un único balancín 30, en la que el cilindro regulador 18 acciona directamente los pivotes de pala 24 de modo que es posible la realización con poco gasto constructivo.

La conexión hidráulica representada en la Fig. 7 hace posible asignar los cilindros de desconexión y regulador a sistemas de almacenamiento de presión independientes, que hacen que las pérdidas de presión debidas a fugas o rotura de conducciones en un circuito no afecten al funcionamiento de los restantes circuitos. Se asegura de esta manera que en caso del fallo de un circuito pueda ajustarse siempre la pala del rotor, por medio del accionamiento hidráulico separado y la geometría elegida de la barra de accionamiento, a un ángulo de la pala que no sea crítico para la seguridad de la instalación.

El suministro de presión de los cilindros regulador y de desconexión representado en la Fig. 7 puede desconectarse por separado, en caso de una avería, mediante las válvulas 28. Estas válvulas están realizadas como válvulas 2/2. Ambos circuitos disponen de depósitos de presión 32 separados que están dimensionados de modo que la bomba hidráulica 34 puede desplazar completamente los cilindros a partir de los depósitos de presión sin una alimentación adicional.

El cilindro regulador es controlado a través de una válvula proporcional 36, que en la posición media está separada del cilindro por dos válvulas 2/2 38.

El cilindro de desconexión es controlado por una válvula 4/2 40. Con ello, el cilindro de ajuste sólo puede ser desplazado a su posición final y en caso de fallo de la tensión de alimentación para la válvula, el cilindro de desconexión se desplaza automáticamente a la posición de desconexión.

Claims (8)

1. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica, habiendo colocado como mínimo una pala de rotor en un cubo de la instalación de energía eólica, caracterizado por dos accionamientos (14, 18) generadores cada uno de un alargamiento lineal y colocados en como mínimo un balancín (10, 20; 30) esencialmente en el plano de intersección de la conexión de las palas, formando con el balancín (10, 20; 30) un mecanismo de palanca, estando provisto cada uno de los extremos del mecanismo de palanca de una unión giratoria (16, 24), con una articulación con el cubo transmisora de fuerza y un elemento en la pala que hay que ajustar.

2. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizado porque el balancín consta de como mínimo dos balancines parciales, un balancín principal (10) y un balancín de pala (20), que pueden girar entre sí en el plano del mecanismo de palanca.

3. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque hay previstos dos accionamientos lineales (14, 18) generadores de alargamientos distintos.

4. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el accionamiento lineal (18) de menor carrera está configurado como accionamiento eléctrico por husillo.

5. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según la reivindicación 3, caracterizado porque ambos accionamientos (14, 18) están configurados como cilindros hidráulicos.

6. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque un accionamiento lineal (14) se apoya sobre el cubo.

7. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque un accionamiento lineal (18) gira entre sí los dos balancines parciales (10, 20) del balancín.

8. Ajuste de palas individuales para instalaciones de energía eólica según una de las anteriores reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por dos circuitos hidráulicos separados con dos depósitos de presión (32) que pueden desconectarse por separado mediante válvulas 2/2, estando controlado el cilindro de desconexión (14) por una válvula 4/2 .