ES2279725B1 - Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador. - Google Patents

Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador. Download PDF

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Abstract

Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador. Cada pala (7) está relacionada con medios de giro sobre su eje longitudinal para modificar el ángulo de ataque de las palas (7) respecto al viento y seleccionar la potencia requerida manteniendo una velocidad del rotor constante o para provocar la parada de las palas (7) cuando se supera una velocidad de giro previamente establecida; se caracteriza porque los medios de giro comprenden un motor eléctrico (11) de velocidad variable por control electrónico (12), un motor-bomba hidráulico (10) incluido en un circuito hidráulico (1) convencional, y medios de control (12) para provocar el giro de las palas (7) mediante el motor eléctrico (11) y a través del motor-bomba hidráulico (10) cuando hay alimentación eléctrica y para provocar el giro de las palas (7) únicamente mediante el módulo de control de seguridad y emergencia (4) y el acumulador hidráulico de seguridad y emergencia (5) cuando no haya alimentación eléctrica.

Description

Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador.
Objeto de la invención
La invención que nos ocupa se refiere a un dispositivo que está previsto para gobernar el giro de las palas de un aerogenerador de forma que modifique el ángulo de ataque de dichas palas respecto al viento, para regular la potencia y mantener una velocidad del rotor constante, o para provocar la parada de las palas cuando la velocidad de giro del rotor supera una velocidad previamente establecida; y que tiene por objeto aumentar el rendimiento de potencia y control del accionamiento de las palas del aerogenerador.
Antecedentes de la invención
En el estado de la técnica es conocido el empleo de aerogeneradores para producir energía eléctrica a partir de energía eólica, para lo que cuentan con un soporte de una carcasa en cuya parte frontal se soportan unas palas cuyo giro provoca el accionamiento de un rotor a partir del cual se obtiene la energía eléctrica. Para ello el aerogenerador se orienta al viento de forma que las palas queden enfrentadas al viento y produzcan el giro del rotor.
Además en los aerogeneradores se puede regular el número de revoluciones del rotor y la potencia suministrada mediante un sistema de regulación del ángulo de ataque de cada una de las palas respecto al viento, de forma que éstas presenten una mayor o menor superficie enfrentada al viento, para obtener la potencia requerida.
Además este sistema se emplea para preservar al rotor contra embalamiento a velocidades elevadas, en cuyo caso cuando se supera una cierta velocidad de giro del rotor, se produce el giro de cada una de las palas según su eje longitudinal a una posición en la que las palas quedan paralelas a la dirección del viento (posición a bandera), produciéndose la parada del aerogenerador (freno aerodinámico) e impidiendo que sufra daños.
En este sentido son conocidos dos grandes grupos de sistemas que controlan el ángulo de ataque de las palas respecto al viento. Un primer grupo de sistemas lo componen los sistemas electromecánicos en los que la pala es accionada mediante un motor eléctrico de velocidad variable a través de un reductor planetario. Este sistema presenta la gran ventaja de que tiene un alto rendimiento y se realiza un control directo sobre el accionamiento de la pala, pero presenta el inconveniente de que requiere la utilización de sistemas de seguridad mediante acumuladores de energía eléctrica como son baterías/condensadores, y además tienen un bajo control de la velocidad de accionamiento de las palas en situación de emergencia. Un segundo grupo de sistemas lo componen los sistemas electrohidráulicos en los que se emplea un circuito hidráulico que incluye acumuladores hidráulicos mediante los cuales se permite efectuar el giro de las palas, aun en ausencia de energía eléctrica y además tienen un alto control de la velocidad de accionamiento en situación de emergencia, pero presentan el inconveniente de que tienen una pérdida de rendimiento debido al control servo del sistema, esta pérdida es transformada en calentamiento del sistema aparte de que requiere una alta filtración del aceite oleohidráulico.
Por tanto, ambos sistemas presentan ventajas e inconvenientes que determinan la elección de uno de los mismos, en función de las necesidades requeridas.
No existe ningún sistema que aúne las ventajas de ambos sistemas y evite los inconveniente que cada uno de ambos sistemas presentan por separado.
Descripción de la invención
Para resolver los inconvenientes anteriormente indicados la invención ha desarrollado un dispositivo previsto para el control de las palas de un aerogenerador, que al igual que los convencionales prevé que cada una de las palas esté relacionada con medios de giro sobre su eje longitudinal para modificar el ángulo de ataque de las palas y mantener y permitir seleccionar la potencia requerida manteniendo una velocidad constante del rotor o para provocar la parada de las palas cuando se supera una velocidad de giro previamente establecida; habiéndose previsto que los medios de giro cuenten con un circuito hidráulico con control de seguridad y emergencia que incluye acumuladores hidráulicos de seguridad y emergencia y un actuador mediante el que se materializa el giro de las palas; y presenta la novedad que se caracteriza porque los medios de giro además comprenden un motor eléctrico de velocidad variable por control electrónico, un motor-bomba hidráulico y medios de control para provocar el giro de las palas mediante el motor eléctrico y a través del motor-bomba hidráulico, cuando hay alimentación eléctrica y para provocar el giro de las palas únicamente mediante el módulo de control de seguridad y emergencia y el acumulador hidráulico de seguridad y emergencia (prescindiendo del motor eléctrico) cuando no hay alimentación eléctrica, de forma que esta configuración presenta la gran ventaja de no necesitar el uso de acumuladores de energía mediante baterías/condensadores de acumulación eléctrica para gobernar el ángulo de ataque de las palas cuando no hay alimentación eléctrica en el aerogenerador.
La configuración descrita de la presente invención combina las dos tecnologías conocidas en el control de las palas de un aerogenerador referentes a los sistemas electromecánicos y sistemas electrohidráulicos que fueron descritos en el apartado Antecedentes de la Invención, de forma que se aprovechan las ventajas de cada sistema y se eliminan las desventajas que cada uno de ellos presenta por separado. En consecuencia el dispositivo de la invención proporciona un sistema flexible de alto rendimiento con un montaje compacto y con un sistema de seguridad mediante acumuladores hidráulicos que además proporciona un alto control de la velocidad de accionamiento en situación de emergencia.
El actuador hidráulico de los medios de giro está seleccionado entre un cilindro de dos cámaras, un cilindro de tres cámaras, un actuador rotativo y un motor hidráulico con un reductor de velocidad.
Además el motor-bomba hidráulico es del tipo que mantiene la presión a bajas vueltas y de invertir el sentido de giro para ubicar las palas en la posición requerida.
El motor-bomba hidráulico y el correspondiente actuador no tienen ninguna restricción del paso con lo cual no provocan ninguna pérdida de la potencia transmitida y permiten en la línea de transmisión correspondiente instalar el control de seguridad y emergencia con acumuladores hidráulicos, permitiendo prescindir de las conflictivas baterías/condensadores de acumulación eléctrica.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
Breve enunciado de las figuras
Figura 1.- Muestra una representación esquemática de un posible ejemplo de realización de la invención en el que el actuador empleado es un cilindro hidráulico de dos o tres cámaras.
Figura 2.- Muestra una representación esquemática de un posible ejemplo de realización en el que el actuador hidráulico es rotativo.
Figura 3.- Muestra una representación esquemática de un posible ejemplo de realización en el que el actuador hidráulico es un motor hidráulico con reductor de velocidad.
Descripción de la forma de realización preferida
A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El dispositivo de la invención está previsto para realizar el control del ángulo de ataque de las palas de un aerogenerador respecto al viento gobernando el giro de las palas respecto a su eje longitudinal.
En los ejemplos de realización se ha representado una única pala, ya que el dispositivo descrito se repite para el accionamiento de cada una de las palas incorporadas en el aerogenerador. Según la realización preferida el aerogenerador incluye tres palas 7.
En el ejemplo de la figura 1 el extremo inferior de la pala 7 es solidario de un piñón 9 que engrana con una cremallera 8 cuyo desplazamiento es gobernado mediante un circuito hidráulico 1 y más concretamente mediante un actuador hidráulico 6a que en el ejemplo de la figura 1 está constituido por un cilindro hidráulico de dos o tres cámaras.
El circuito hidráulico 1 además incorpora un control de prellenado 2 que está conectado al correspondiente grupo auxiliar de prellenado 3 para mantener el nivel adecuado del circuito hidráulico, tal y como se realiza convencionalmente en este tipo de circuitos hidrostático, por lo que no se explica en mayor detalle.
Igualmente el circuito hidráulico 1 está dotado de un módulo de control de seguridad y emergencia 4 convencional, que está conectado a un acumulador hidráulico de seguridad y emergencia 5.
La novedad de la invención radica en la incorporación de un motor-bomba hidráulico 10 que está conectado a un motor eléctrico 11 de velocidad variable gobernada mediante un circuito de control 12.
Mediante esta configuración, siempre que exista alimentación eléctrica en el aerogenerador, el gobierno del ángulo de ataque de cada una de las palas 7 se efectúa mediante la activación del motor eléctrico 11, cuyas revoluciones son gobernadas por el circuito de control 12, obteniéndose una respuesta rápida en el cambio de velocidad del motor eléctrico 11, el cual mueve el motor-bomba hidráulico 10 del circuito hidráulico 1 que provoca el accionamiento del cilindro de dos o tres cámaras 6a y en consecuencia se modifica el ángulo de ataque de la pala 7.
La transmisión hidrostática entre el motor-bomba hidráulico 10 y el cilindro hidráulico de dos o tres cámaras 6a no tienen ninguna restricción de paso con lo cual no provoca ninguna pérdida de la potencia transmitida y en consecuencia se permite en la línea de transmisión instalar el módulo de control de seguridad y emergencia 4 con el acumulador hidráulico de seguridad y emergencia 5, lo que permite prescindir del uso de acumuladores eléctricos como son baterías/condensadores.
En el momento en el que falta la alimentación eléctrica (emergencia) del aerogenerador, y se requiere realizar una variación del ángulo de ataque de las palas 7 respecto al viento (posición a bandera), el cilindro de dos cámaras o tres cámaras es activado mediante el módulo de control de seguridad y emergencia 4 y el acumulador hidráulico de seguridad y emergencia 5. De forma que en este caso el movimiento es dado por medio del módulo de control de seguridad y emergencia 4 y del acumulador hidráulico 5, en lugar de emplear el motor eléctrico 11 y el motor-bomba hidráulico 10.
La variación del ángulo de ataque de las palas 7 respecto al viento se efectúa para seleccionar la potencia requerida manteniendo la velocidad del rotor constante, o para provocar la parada del rotor cuando éste supera una velocidad de giro previamente establecida, en cuyo caso se giran las palas 7 sobre su eje longitudinal hasta una posición en la que la pala queda dispuesta paralela a la dirección del viento (a bandera o a cero) de manera que se produce la parada de las palas 7. Para posteriormente poder volver a ubicar las palas frente al viento, cuando la velocidad del mismo disminuya. Por ello se prevé que el motor-bomba hidráulico 10 sea capaz de invertir el sentido de giro al igual que el motor eléctrico 11.
Además el motor-bomba hidráulico 10 es del tipo que mantiene la presión a bajas vueltas para obtener un mayor control del giro deseado sobre las palas 7.
En la figura 2 se muestra otro ejemplo de realización que es totalmente equivalente al de la figura anterior, pero en este caso existe la diferencia de que el actuador hidráulico incorporado en el circuito hidráulico 1 está constituido por un actuador rotativo 6b que provoca el giro sobre el eje longitudinal de la pala 7, y todo ello mediante el accionamiento del motor-bomba hidráulico 10 de la forma que fue descrita en el ejemplo anterior.
Igualmente en la figura 3 se muestra otro ejemplo de realización, equivalente al de las figuras anteriores pero en este caso existe la diferencia de que el actuador hidráulico empleado está constituido por un motor hidráulico 6c que está conectado a un reductor de velocidad 6d para producir el movimiento angular de la pala 7 respecto a su eje longitudinal.

Claims (3)

1. Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador, en el que cada pala (7) está relacionada con medios de giro sobre su eje longitudinal para modificar el ángulo de ataque de las palas (7) respecto al viento y selección de la potencia requerida manteniendo una velocidad del rotor constante o para provocar su parada cuando se supera una velocidad de giro previamente establecida; contando los medios de giro con un circuito hidráulico (1) que incluye un módulo de control de seguridad y emergencia (4), acumulador hidráulico de control de seguridad y emergencia (5) y un actuador mediante el que se materializa el giro de las palas (7); se caracteriza porque los medios de giro además comprenden un motor eléctrico (11) de velocidad variable por control electrónico (12), un motor-bomba hidráulico (10) y medios de control (12) para provocar el giro de las palas (7) mediante el motor eléctrico (11) y a través del motor-bomba hidráulico (10) cuando hay alimentación eléctrica y para provocar el giro de las palas únicamente mediante el módulo de control de seguridad y emergencia (4) y el acumulador hidráulico de seguridad y emergencia (5) cuando no hay alimentación eléctrica.
2. Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador, según reivindicación 1, caracterizado porque el actuador incluido en el circuito hidráulico de los medios de giro está seleccionado entre un cilindro de dos cámaras (6a), un cilindro de tres cámaras (6a), un actuador rotativo (6b) y un motor hidráulico (6c) con reductor de velocidad (6d).
3. Dispositivo para el control de las palas de un aerogenerador, según reivindicación 1, caracterizado porque el motor eléctrico (11) es actuable en ambos sentidos y el motor-bomba hidráulico (10) es del tipo que mantiene la presión a bajas vueltas e invierte el sentido de giro, todo ello para ubicar las palas en la posición requerida.
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