ES2302628B1 - Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador. - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola (13) de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje (11) del rotor, medios de freno y medios de control de la posición rotacional del tren de potencia, teniendo la estructura de góndola (13) y el buje (11) del rotor una disposición para evitar el rotación del buje (11) del rotor cuando se llevan a cabo ciertas actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo dicha disposición al menos un pasador móvil (21) en la góndola (13), unos primeros medios actuadores (31) para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio (23) correspondiente en el buje (11) y unos medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio (23) cuando se inserta en él.

Description

Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador.
Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para ser usado temporalmente en aerogeneradores.
Antecedentes
En los aerogeneradores son necesarios sistemas de bloqueo de rotor para asegurar que el rotor no rota cuando se llevan a cabo actividades de mantenimiento. El bloqueo forma parte normalmente de un sistema redundante que también incluye el freno.
Los sistemas de bloqueo de rotor comprenden normalmente uno o más pasadores (a menudo dos pasadores) que son empujados hacia orificios en el buje, en el eje principal o en una brida. Los pasadores están unidos a la parte inmóvil del aerogenerador y consiguientemente impiden la rotación del tren de potencia.
A medida que los aerogeneradores se hacen más potentes, sus dimensiones también aumentan. Este aumento en dimensiones conduce a aumentos de las tolerancias absolutas en la posición relativa de los pasadores y los orificios de bloqueo. Adicionalmente las deflexiones estructurales debidas al gran peso del tren de potencia pueden implicar problemas añadidos en el alineamiento de pasadores y orificios de bloqueo.
Estos problemas de alineamiento entre los pasadores y los orificios conducen a un reparto desigual de la carga entre los pasadores debido al par de rotación. Como consecuencia de ello los cojinetes principales del tren de potencia están sujetos a cargas originadas por el par de rotación. En un caso extremo solamente uno de los pasadores puede reaccionar a la carga del par de rotación y entonces el eje principal quedaría cargado con una fuerza equivalente a la fuerza de reacción del pasador. La fuerza en el eje principal produce una reacción en el/los cojinete/s principal/es y por ello los cojinetes pueden estar sometidos a cargas relativamente altas en una configuración de reposo.
La carga de los cojinetes en una situación de reposo es normalmente indeseable debido al riesgo de endurecimiento en falso y al riesgo de contactos entre metal y metal cuando el lubricante ha sido retirado de la zona de contacto.
EP 1 291 521 A1 describe un sistema de bloqueo de rotor con pasadores con puntas cónicas y orificios con aberturas cónicas que permiten una compensación de los desalineamientos entre los pasadores y los orificios y la eliminación o al menos reducción de la holgura entre los pasadores y los orificios.
Sin embargo, ese sistema no resuelve todos los problemas de alineamiento existentes en los grandes aerogeneradores. Esta invención está orientada a la solución de ese inconveniente.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar una disposición auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador que asegure un alineamiento preciso de los pasadores unidos a la parte inmóvil del aerogenerador en relación con sus orificios conjugados situados en la parte rotatoria del aerogenerador.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador con una disposición de bloqueo de rotor que reduce la carga en los cojinetes
principales del tren de potencia.
Estos y otros objetos de la presente invención se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje del rotor, medios de freno y medios de control de la posición del tren de potencia, con una disposición para evitar el rotación del buje del rotor cuando se llevan a cabo actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo al menos un pasador móvil en la estructura de góndola y unos primeros medios actuadores para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio correspondiente en el buje del rotor y unos medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales (tangenciales) y laterales (radiales) de dicho pasador móvil de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio cuando se inserta en él.
Una ventaja de esta invención es que dichos desplazamientos pueden tener lugar en dos direcciones, es decir en un plano.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
Breve descripción de las figuras
Las Figuras 1a, 1b y 1c muestran esquemáticamente la funcionalidad auto-alineante y ajustable de la disposición para evitar la rotación del buje del rotor según la presente invención.
La Figura 2 muestra una vista en sección de la disposición para evitar la rotación del buje del rotor según la presente invención.
La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de la parte de la disposición para evitar la rotación del buje del rotor según la presente invención que está situada en la estructura de la góndola del aerogenerador.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Un aerogenerador típico comprende una torre soportando una estructura de góndola que contiene medios para convertir la energía rotacional de las palas del aerogenerador en energía eléctrica.
Los componentes estructurales del tren de potencia de un aerogenerador al que resulta aplicable el dispositivo de bloqueo de rotor según la presente invención son, típicamente, un buje de rotor, al que están acopladas una o más palas, un eje principal, una disposición de soporte del eje principal, una multiplicadora y un generador. El propósito primario de estos componentes estructurales consiste en transferir el par de rotación generador por el rotor al generador incrementando la velocidad la velocidad del eje para alcanzar una velocidad apropiada para el rotor del generador.
Como en los sistemas conocidos de bloqueo de rotor, los componentes básicos de la disposición de bloqueo de rotor según la presente invención son pasadores móviles 21 montados en la estructura de la góndola 13 y orificios conjugados 23 situados en el buje 11 del rotor.
En esta invención, la estructura de la góndola 13 y el buje 11 del rotor deben ser entendidos en sentido amplio, como localizaciones apropiadas de soporte de dichos pasadores móviles 21 y orificios conjugados 23 en, respectivamente, la parte inmóvil y la parte rotatoria del aerogenerador.
En una realización preferente de la invención ilustrada en las Figuras, el alojamiento 25 de un pasador móvil 21 tiene una sección interior progresivamente reducida en su parte final 27 y la disposición de bloqueo de rotor incluye dos cuñas simétricas 35, 37 respecto a un plano horizontal central, abrazando el pasador móvil 21, que tienen una sección progresivamente reducida y que están diseñadas para poder ser movidas axialmente a lo largo de dicha parte final 27 del alojamiento 25 desde una posición inicial en la que existe una holgura 29 entre las cuñas 35, 37 y la superficie interior de la parte final 27 del alojamiento 25 hasta una posición final en la que entran en contacto con él.
Siguiendo la secuencia mostrada en las Figuras 1a, 1b, 1c puede apreciarse que inicialmente (Fig. 1a) el pasador móvil 21 empujado por una fuerza F1 avanza introduciéndose en el orificio 23 del buje 11 del rotor acompañado por las cuñas 35, 37 empujadas por fuerzas F2 hasta que la cuña superior 35 entra en contacto con la cara inclinada 27 del alojamiento 25 porque el eje x del pasador móvil 21 ha sido movido hacia arriba desde su posición nominal en el centro del alojamiento 25 (Fig. 1b). En segundo lugar, la cuña inferior 27 continua avanzando empujada por la fuerza F3 hasta que entra en contacto con la parte final 27 del alojamiento (Fig. 1c). En la posición final, el pasador móvil 21 se mantiene alineado con el orificio 23 entre las dos cuñas 35, 37.
Como se puede entender fácilmente, esta disposición proporciona un mecanismo auto-alineante del pasador móvil 21 y el orificio 23 porque el eje x del pasador móvil 21 puede ser desplazado verticalmente y lateralmente (es decir, siguiendo el eje z y el eje y) por las cuñas 35, 37 al efecto de ser alineado con el orificio 23 compensando las desviaciones entre los ejes centrales del alojamiento 25 y el orificio 23 debidas a las tolerancias.
En una realización preferente los ajustes verticales (tangenciales) y laterales (radiales) se consiguen teniendo planos inclinados en el alojamiento 25 del pasador móvil y en las cuñas 35, 37. Inicialmente las cuñas 35, 37 pueden moverse libremente paralelamente a los planos inclinados en dirección vertical y lateral. La posición final de las cuñas 35, 37 respecto del alojamiento 25 del pasador móvil está pues controlada por el encaje del pasador móvil 21 en el orificio 23.
El pasador móvil 21 y las cuñas 35, 37 se empujan por medio de un sistema hidráulico que también puede ser usado tirar hacia atrás del pasador móvil 21.
Siguiendo la Figura 2 puede apreciarse que en una realización preferida la disposición comprende un pistón hidráulico principal 41 dentro unos primeros medios actuadores 31 que proporcionan las fuerzas F1 y F2 y un pistón hidráulico interno 43 dentro de unos segundos medios actuadores 33 que proporcionan la fuerza F3 a través del brazo de palanca 39 conectado a las cuñas 35, 37.
También cabe usar sistemas eléctricos o neumáticos como medios actuadores de los pistones 41, 43.
En la realización preferente ilustrada en la Figura 3, la disposición para evitar el bloqueo de rotor según la presente invención comprende dos pasadores móviles 21 en alojamientos 25 situados en posiciones opuestas diametralmente en la estructura de la góndola 13. El buje 11 del rotor puede tener un par de orificios conjugados 23 diametralmente opuestos o varios pares de orificios conjugados 23 diametralmente opuestos para facilitar un posicionamiento correcto del buje 11 del rotor respecto a los pasadores móviles 21 cuando se detiene para la operación de bloqueo.
La disposición de bloqueo de rotor según la presente invención puede ser operada tanto manualmente como automáticamente.
En la operación manual, y de manera similar a los sistemas conocidos, la parada del tren de potencia en la posición requerida y la activación de sistema de bloqueo de rotor son tareas que se llevan a cabo independientemente. La parada del tren de potencia se lleva a cabo normalmente reduciendo en primer término las rpm a un valor muy bajo y en segundo término activando el sistema de freno. Una vez que el rotor se ha parado, se activa la disposición de bloqueo de rotor para empujar los pasadores móviles dentro de los orificios. Este procedimiento puede requerir varios intentos antes de que los pasadores móviles y los orificios están alineados apropiadamente y ello implica un incremento del tiempo inactivo del aerogenerador.
Si el aerogenerador tiene medios de medida de la posición rotacional del tren de potencia, entonces es factible una operación automática de la disposición de bloqueo de rotor porque el rotor puede pararse en una posición en la que los pasadores están alineados con los orificios de bloqueo de manera que pueda hacerse a continuación una activación automática de la disposición de bloqueo de rotor.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.

Claims (10)

1. Aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola (13) de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje (11) del rotor, medios de freno y medios de control de la posición rotacional del tren de potencia, teniendo la estructura de góndola (13) y el buje (11) del rotor una disposición para evitar el rotación del buje (11) del rotor cuando se llevan a cabo ciertas actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo dicha disposición al menos un pasador móvil (21) en la góndola (13) y unos primeros medios actuadores (31) para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio (23) correspondiente en el buje (11) del rotor, caracterizado porque dicha disposición también comprende medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio (23) cuando se inserta en él.
2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios para permitir desplazamientos verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) comprenden:
a) un alojamiento (25) del pasador móvil en la estructura de góndola (13) que tiene una sección interior progresivamente reducida en su parte final (27);
b) cuñas superior e inferior (35, 37) abrazando el pasador móvil (21), que tienen una sección progresivamente reducida y que están diseñadas para poder ser movidas independientemente en dirección axial a lo largo de dicha parte final (27) desde una posición inicial en la que existe una holgura (29) entre las cuñas (35, 37) y la superficie interior de dicha parte final (27) hasta una posición final en la que entran en contacto con ella, estando configurados dichos primeros medios actuadores (31) para empujar/tirar del pasador móvil (21) y las cuñas superior e inferior (35, 37) al mismo tiempo; y
c) segundos medios actuadores (33) y un brazo de palanca (39) para mover una de dichas cuñas (35, 37) cuando la otra cuña entra en contacto con el alojamiento (25).
3. Aerogenerador según la reivindicación 2, caracterizado porque dichas cuñas superior e inferior (35, 37) son simétricas respecto a un hipotético plano horizontal central en dicha parte final (27) del alojamiento (25) del pasador móvil.
4. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque la forma externa de dichas cuñas superior e inferior (35, 37) y la forma interna de dicha parte final (27) del alojamiento (25) del pasador móvil incluyen planos inclinados en los que tienen lugar dichos contactos entre las cuñas (35, 37) y la parte final (27).
5. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31, 33) comprenden pistones (41, 43) actuados hidráulicamente.
6. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31, 33) comprenden pistones (41, 43) actuados eléctricamente.
7. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31, 33) comprenden pistones (41, 43) actuados neumáticamente.
8. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque dicha disposición para evitar la rotación del buje (11) del rotor comprende dos pasadores móviles (21) en la estructura de la góndola (13) y dos orificios (23) correspondientes en el buje (11) del rotor en posiciones diametralmente opuestas.
9. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque dicha disposición para evitar la rotación del buje (11) del rotor comprende dos pasadores móviles (21) en la estructura de la góndola (13) y varios pares de orificios (23) correspondientes en el buje (11) del rotor en posiciones diametralmente opuestas.
10. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 caracterizado porque dicha disposición para evitar la rotación del buje (11) del rotor también comprende medios de comunicación con los medios de control de la posición del tren de potencia para llevar a cabo automáticamente la activación del bloqueo de rotor cuando el rotor se para en una posición en la que los pasadores móviles (21) están alineados con los orificios (23).
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