ES2266833T3 - Dispositivo para ajustar las palas del rotor de una turbina de energia eolica. - Google Patents

Dispositivo para ajustar las palas del rotor de una turbina de energia eolica. Download PDF

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Abstract

Un dispositivo para ajustar una pala de un rotor de una turbina de energía eólica, que comprende - un dispositivo motriz (12) para impulsar un elemento (24) de ajuste para hacer girar selectivamente la pala (26) del rotor en ambas direcciones alrededor de su eje longitudinal (28) y - una unidad (30) de almacenamiento de energía, que se caracteriza por - un medio (32) de funcionamiento autónomo adaptado para ser selectivamente activado, permitiendo dicho medio (32) de funcionamiento autónomo, en su estado activado, la rotación de la pala (26) del rotor por medio de la energía almacenada en la unidad (30) de almacenamiento de energía solamente en una de las dos direcciones de rotación hasta una posición rotacional deseada, - en donde el medio (32) de funcionamiento autónomo comprende un primer elemento (18) adaptado para moverse libremente en dos direcciones opuestas y un segundo elemento (34) adaptado para colocarse en y fuera de acoplamiento con el primer elemento (18), en donde el segundoelemento (34), cuando está en acoplamiento con el primer elemento (18), permite que el primer elemento (18) se mueva solamente en una de sus dos direcciones.

Description

Dispositivo para ajustar las palas del rotor de una turbina de energía eólica.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo para ajustar las palas del rotor de una turbina de energía eólica. En particular, la invención se refiere a un dispositivo para ajustar (girar) una pala de rotor de una turbina de energía eólica a la posición rotacional deseada (posición de la pala del rotor) sin que la pala del rotor pueda girar hacia atrás, en particular la pala del rotor puede bloquearse en la posición final o en cualquier otra posición del rotor.
Descripción de la técnica relacionada
Por razones de seguridad, las turbinas de energía eólica requieren que las palas del rotor sean capaces de ajustarse en una posición deseada (de aparcamiento) y bloquearse en dicha posición cuando se produce un incidente. Para este propósito existen sistemas en los cuales las palas del rotor se ajustan a través de sus dispositivos de impulsión eléctrica, que en casos de emergencia se accionan a través de acumuladores o dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica similares, a la posición de aparcamiento. Estos sistemas se describen en los documentos DE-A-19720025, DE-A-19644705 y DE-A-4221783. Además, se conocen sistemas en los cuales la energía para ajustar las palas del rotor en la posición de aparcamiento se suministra mediante dispositivos de almacenamiento de energía mecánicos, tales como dispositivos de almacenamiento de resorte.
Por los documentos WO-A-99/23384 y US-B-6.428.274 se conoce un dispositivo para ajustar una pala de rotor en el cual un elemento de bloqueo actúa directamente sobre el eje impulsor de un motor para impulsar las palas del rotor.
Resumen de la invención
Es un objeto de la invención suministrar un dispositivo para ajustar una pala de rotor de una turbina de energía eólica, por medio del cual, en caso de emergencia, la pala del rotor pueda ajustarse de forma segura en la posición deseada y bloquearse en dicha posición si fuera necesario.
De acuerdo con la invención, este objeto se consigue con un dispositivo para ajustar una pala de rotor de una turbina de energía eólica según se define en la reivindicación 1. Las reivindicaciones subordinadas se refieren a realizaciones individuales de la invención.
De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende un medio de funcionamiento autónomo adaptado para activarse selectivamente, que por ejemplo en caso de emergencia se conecta activa o pasivamente (en el último caso como un sistema a prueba de fallos) de forma que la pala del rotor pueda girar por medio de la energía procedente de un dispositivo de almacenamiento de energía solamente en una dirección de rotación hasta la posición (de aparcamiento) deseada. En cada posición de giro, se inhibe el giro hacia atrás de la pala del rotor ya que el medio de funcionamiento autónomo produce una conexión selectiva no positiva de la dirección entre la pala del rotor, o un elemento directa o indirectamente conectado con la pala del rotor, y el elemento de bloqueo. El elemento de funcionamiento autónomo está configurado por ejemplo como un mecanismo de trinquete que comprende un elemento dentado cuyos dientes engranan con un fiador de bloqueo o un elemento de bloqueo similar. El elemento dentado puede ser en particular un disco de freno de un freno de bloqueo de un mecanismo de ajuste de la pala del rotor.
El medio de funcionamiento autónomo evita que la pala del rotor, una vez que haya asumido la posición de aparcamiento (o cualquier otra posición), pueda girar hacia atrás. Así los momentos de ajuste aplicados sobre la pala del rotor por el viento o las fuerzas másicas no tienden a hacer girar hacia atrás la pala del rotor.
En la invención puede usarse un dispositivo de almacenamiento de energía mecánico, por ejemplo un dispositivo de almacenamiento de resorte y en particular un dispositivo de almacenamiento de tipo de resorte helicoidal, dicho dispositivo de almacenamiento es impulsado mediante una unidad motriz. El medio de funcionamiento autónomo engrana apropiadamente con el eje (motriz o impulsado) de un engranaje que gira con más rapidez que está normalmente dispuesto en lo sistemas de ajuste de la pala del rotor. El engranaje puede configurarse por ejemplo como una rueda dentada y/o una transmisión por correa.
Generalmente, el medio de funcionamiento autónomo comprende un primer elemento adaptado para moverse en dos direcciones opuestas, en particular direcciones de rotación, y un segundo elemento adaptado para ser colocado en y fuera de acoplamiento con el primer elemento, en donde el segundo elemento, cuando está en acoplamiento con el primer elemento permite que el primer elemento se mueva solamente en una de sus dos direcciones. Por razones de seguridad se prefiere que el segundo elemento sea desviado a su posición, en la cual está en acoplamiento con el primer elemento, por medio de un elemento de desviación y que esté adaptado a moverse a la posición de desacoplamiento en contra de la fuerza de desviación por medio de un dispositivo de accionamiento. Así, en el caso de un fallo de alimentación, la activación del medio de funcionamiento autónomo no requiere energía eléctrica ya que la sola desactivación automática del dispositivo de accionamiento, que se produce en el caso de un fallo de alimentación, activa el medio de funcionamiento autónomo.
Las ventajas del dispositivo de acuerdo con la invención pueden resumirse como sigue:
-
la pala del rotor puede fijarse dentro de la banda total de ajuste (se aplica sin restricciones al freno, pero solo de forma restringida al medio de funcionamiento autónomo ya que el medio de funcionamiento autónomo permite aún el movimiento rotacional en una dirección),
-
el movimiento de la pala del rotor en la dirección (no deseada) opuesta a la dirección de la rotación se inhibe durante la rotación de la pala del rotor hacia la posición deseada,
-
debido a la alta relación de transmisión, una baja fuerza de retención del medio de funcionamiento autónomo es necesaria sobre el eje que gira rápidamente lo que requiere un menor gasto de construcción y una estructura menos estable y de esta forma más barata que en el caso de bloquear la pala del rotor directamente sobre el cojinete de la pala,
-
la pala del rotor está siempre "retenida" en una posición de aparcamiento comparativamente de baja carga (en la cual la pala de rotor asume una posición en bandera), mediante lo cual la totalidad de la turbina de energía eólica y en particular la torre y las palas del rotor están libres de cargas,
-
es posible la activación a prueba de fallos.
Breve descripción de los dibujos
En el dibujo se muestra de forma esquemática una realización preferida de la invención.
De aquí en adelante la invención se describe en detalle con referencia al dibujo.
Descripción detallada de la invención
En el dibujo se muestra un mecanismo 10 de ajuste de la pala de rotor que comprende un dispositivo 12 de impulsión eléctrica que impulsa giratoriamente el eje motriz 14 de un engranaje 16. Este eje 14 soporta el disco 18 de freno de un dispositivo 20 de freno de bloqueo configurado como un freno pasivo o activo a prueba de fallos. El eje impulsado 22 del engranaje 16 impulsa una rueda dentada 24 que engrana con una corona 25 internamente dentada de una pala 26 de rotor que puede girar alrededor de su eje longitudinal 28. A través del engranaje 16 se suministra un dispositivo 30 de almacenamiento de energía mecánica (de tipo de resorte). El mecanismo 10 de ajuste de la pala del rotor está provisto además de un amortiguador de fin de carrera y de un tope, que no es absolutamente necesario para la invención y por ello no se muestra en el dibujo con el objeto de proporcionar una mayor claridad a la invención.
El disco 18 de freno forma parte de un medio 32 de funcionamiento autónomo, conmutable que comprende un elemento 34 de bloqueo que se mueve entre una posición de bloqueo y una posición de liberación. En su posición de bloqueo el elemento 34 de bloqueo está en acoplamiento con el disco 18 de freno para evitar que este último gire en una de las dos direcciones de rotación. Por lo tanto en esta realización, el disco 18 de freno está provisto de un dentado 36 que engrana con un extremo 38 de engranado del elemento 34 de bloqueo (que está por ejemplo soportado de manera que pueda pivotar alrededor de un eje 39) en la posición de bloqueo. El elemento 34 de bloqueo es desviado a la posición de bloqueo por medio de un resorte 40 y puede moverse fuera de dicha posición de bloqueo y a la posición de liberación y mantenerse en esta posición con la ayuda de un actuador 42.
Normalmente, el freno 20 de bloqueo está liberado y mediante el accionamiento del dispositivo motriz 12 la pala 26 del rotor puede ajustarse en una posición adecuada para el funcionamiento de la turbina de energía eólica. La energía mecánica, que no se suministra al sistema, se almacena en el dispositivo 30 de almacenamiento de energía y el medio 32 de funcionamiento autónomo se desactiva, es decir el elemento 34 de bloqueo está fuera de acoplamiento con el disco 18 de freno. En caso de emergencia, el dispositivo motriz 12 se desactiva de forma que la pala 26 del rotor se hace girar a la posición de aparcamiento deseada (por ejemplo a la posición de bandera o de 90º o a la posición de bandera contraria) mediante la energía procedente del dispositivo 30 de almacenamiento de energía. El medio 32 de funcionamiento autónomo se activa desconectando el actuador 42 de forma que el elemento 34 de bloqueo engrane automáticamente con el dentado 36 del disco 18 de freno. Debido a la estructura de dientes de sierra del disco 18 de freno, este último puede girar ahora sólo en una dirección de rotación, evitando que gire en la dirección de rotación opuesta mediante el elemento 34 de bloqueo. Así la pala 26 de rotor puede girar también solamente en una de sus dos direcciones de rotación. Tan pronto como la pala 26 del rotor haya alcanzado su posición de aparcamiento, lo que se detecta por ejemplo mediante sensores y en particular mediante conmutadores de fin de carrera (no mostrados), el freno 20 de bloqueo se activa y fija la pala 26 del rotor a través del disco 18 de freno. Debido a la utilización del dispositivo de almacenamiento de tipo de resorte, deberían usarse topes que sean elásticos o que estén amortiguados de cualquier otra forma en las posiciones de los extremos.
Aunque la invención se ha descrito e ilustrado con referencia a sus realizaciones ilustrativas específicas, no se tiene la intención de que la invención se limite a esas realizaciones ilustrativas. Aquellos expertos en la materia reconocerán que pueden efectuarse variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance real de la invención según se define mediante las reivindicaciones siguientes. Por lo tanto se pretende incluir dentro de la invención la totalidad de tales variaciones y modificaciones ya que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (8)

1. Un dispositivo para ajustar una pala de un rotor de una turbina de energía eólica, que comprende
-
un dispositivo motriz (12) para impulsar un elemento (24) de ajuste para hacer girar selectivamente la pala (26) del rotor en ambas direcciones alrededor de su eje longitudinal (28) y
-
una unidad (30) de almacenamiento de energía,
que se caracteriza por
-
un medio (32) de funcionamiento autónomo adaptado para ser selectivamente activado, permitiendo dicho medio (32) de funcionamiento autónomo, en su estado activado, la rotación de la pala (26) del rotor por medio de la energía almacenada en la unidad (30) de almacenamiento de energía solamente en una de las dos direcciones de rotación hasta una posición rotacional deseada,
-
en donde el medio (32) de funcionamiento autónomo comprende un primer elemento (18) adaptado para moverse libremente en dos direcciones opuestas y un segundo elemento (34) adaptado para colocarse en y fuera de acoplamiento con el primer elemento (18), en donde el segundo elemento (34), cuando está en acoplamiento con el primer elemento (18), permite que el primer elemento (18) se mueva solamente en una de sus dos direcciones.
2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo motriz (12) comprende un engranaje (16) que tiene un eje motriz (14) y un eje impulsado (22) conectados con el elemento (24) de ajuste, y en donde el medio (32) de funcionamiento autónomo está dispuesto en el eje giratorio (14, 22) más rápido del engranaje (16).
3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende además un freno (20) de bloqueo que bloquea la pala (26) del rotor cuando se haya alcanzado la posición rotacional predeterminada de la pala del rotor.
4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el freno (20) de bloqueo comprende un disco (28) de freno y en el que el medio (32) de funcionamiento sincronizar se acopla con el disco (18) de freno.
5. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la unidad (30) de almacenamiento de energía está configurada como una unidad de almacenamiento de tipo de resorte adaptada para ser accionada por el dispositivo motriz (12).
6. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el engranaje (16) es un engranaje dentado o una transmisión de correa.
7. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer elemento (18) del medio (32) de funcionamiento autónomo está configurada como un disco de freno de un freno (20) de bloqueo para bloquear la pala (26) del rotor.
8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el segundo elemento (24) se desvía a la posición en la cual está en acoplamiento con el primer elemento (18) por medio de un elemento (40) de desvío, y está adaptado para moverse a la posición de desacoplamiento en contra de la fuerza de desvío por medio de un accionador (42).
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