ES2335594T3 - Dispositivo para ventilar un cubo de rotor de una instalacion de energia eolica. - Google Patents

Abstract

Instalación de energía eólica con un dispositivo de ventilación para un cubo de rotor, con: - un elemento en forma de escudilla (10; 46; 104) que tiene un fondo y una pared lateral (12; 56; 116) circunferencial, y - una tubuladura (16, 60; 108) orientada hacia un espacio interior del cubo de rotor, caracterizada porque el elemento en forma de escudilla se sujeta delante de un orificio de entrada de la tubuladura, de tal forma que el orificio de entrada queda dispuesto dentro del elemento en forma de escudilla.

Description

Dispositivo para ventilar un cubo de rotor de una instalación de energía eólica.

La presente invención se refiere a un dispositivo para ventilar un cubo de rotor de una instalación de energía eóli-
ca.

En las instalaciones de energía eólica modernas, la potencia extraída del viento por el rotor se limita mediante el ángulo de ajuste (ángulo pitch) de las palas de rotor y su valor se regula frecuentemente. Los dispositivos necesarios para modificar el ángulo pitch, es decir, especialmente los motores de ajuste, el control, el acumulador de energía etc. se encuentran frecuentemente dentro del cubo. Estos dispositivos, al igual que otros componentes situados dentro del cubo han de protegerse de la mejor manera posible contra los influjos ambientales negativos.

En función de las condiciones del ambiente y de operación, por ejemplo durante la operación en regiones muy cálidas, se requiere un mayor enfriamiento de determinados componentes del sistema de pitch, particularmente también en caso de una fuerte solicitación.

Por el documento Patent Abstracts of Japan 58065977A se conoce prever un orificio de salida en el lado exterior de la góndola en la zona de la transición de la góndola al cubo de rotor. El orificio de salida posee un canal de entrada acodado en forma de U.

Una instalación de energía eólica con un dispositivo de ventilación para un cubo de rotor se conoce por el documento US2004/0160063.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo de ventilación de un cubo de rotor en una instalación de energía eólica, que por una parte garantice una ventilación suficiente y, por otra parte, evite la filtración de agua, polvo y similares.

Según la invención, el objetivo se consigue mediante una instalación de energía eólica con las características de la reivindicación 1. Algunas configuraciones son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

El objetivo según la invención se consigue mediante una instalación de energía eólica con un dispositivo de ventilación del cubo de rotor, presentando la ventilación un elemento en forma de escudilla y una tubuladura. El elemento en forma de escudilla tiene un fondo y una pared lateral circunferencial. La tubuladura conduce a un espacio interior del cubo de rotor. El elemento en forma de escudilla se sujeta delante de un orificio de entrada de la tubuladura, de tal forma que el orificio de entrada queda apantallado lateralmente por la pared lateral. De este modo, se consigue que la corriente de aire entrante tenga que pasar delante de la pared lateral del elemento en forma de escudilla al entrar en el espacio interior de éste, pasando desde éste, invirtiendo su sentido de movimiento, al espacio interior del cubo de rotor. La inversión múltiple del sentido de movimiento garantiza que las posibles partículas o líquidos arrastrados no lleguen al espacio interior del cubo de rotor. Preferentemente, la tubuladura está dispuesta sustancialmente sobre el eje de rotación del cubo. De esta forma, por una parte, se garantiza que la corriente de aire que entra por la tubuladura se desvíe directamente hacia el cubo. Por otra parte, este posicionamiento garantiza también que una presión dinámica formada delante del cubo de rotor dirija el aire entrante, pasando por el elemento en forma de escudilla, al interior de éste, y desde allí, a través de la tubuladura, con la presión suficiente, al cubo de rotor. Asimismo, el dispositivo de ventilación permite una compensación de presión en el ala durante el paso por la torre al girar las palas de rotor. Esto permite compensar el efecto de bomba que se produce en las alas y seguir reduciendo la solicitación del material del ala.

Preferentemente, aumenta la sección transversal del orificio de entrada hacia la tubuladura, para lo cual la pared de la tubuladura está inclinada hacia fuera. Precisamente en el caso en que la tubuladura está dispuesta en la prolongación del eje de rotación, la pared de la tubuladura rota alrededor del eje longitudinal de ésta. Estando inclinada hacia fuera la pared, el líquido o las partículas que entren son alejados del orificio de entrada por la fuerza centrifuga.

Según una configuración preferible, el elemento en forma de escudilla posee un diámetro interior que es mayor que el diámetro exterior de la tubuladura. Si el elemento en forma de escudilla y la tubuladura están realizados de forma rotacionalmente simétrica, pueden disponerse con su eje de simetría sobre el eje de rotación del cubo de rotor, de forma que durante la operación de la instalación de energía eólica asimismo giren alrededor del eje de éste.

Según una variante preferible, está previsto un elemento de pared que posee una concavidad con un orificio central sobre el que está colocada la tubuladura o por el que pasa la tubuladura. Según los requisitos de ventilación, la tubuladura simplemente puede estar colocada sobre el orificio del elemento de pared o pasar por el elemento de pared para conducir la corriente de aire más al interior del cubo de rotor.

En una configuración posible, el elemento de pared está realizado de forma plana por fuera de la concavidad. En esta configuración, el fondo del elemento en forma de escudilla se encuentra preferentemente a la misma altura que el elemento de pared. En esta configuración, el elemento de pared en forma de escudilla, sujeto dentro de la concavidad del elemento de pared, forma con su fondo sustancialmente un plano con el elemento de pared.

Preferentemente, el elemento de pared está articulado de forma giratoria a un marco, a través de al menos un brazo. El brazo forma preferentemente una escotilla que puede cerrarse mediante el elemento de pared giratorio. Para ello, preferentemente están previstos medios de fijación en el marco y/o en el elemento de pared, para cerrar la escotilla central.

En una configuración alternativa, el borde del elemento de pared está doblado a lo largo de una linea de plegado circunferencial. En esta configuración, el borde del elemento de pared está dispuesto a una distancia respecto a un revestimiento del cubo de rotor, de tal forma que queda formado un canal de salida para el aire procedente del interior del cubo de rotor. Para esta configuración, la tubuladura se extiende al espacio interior del cubo de rotor, más allá del elemento de pared, para transportar el aire al espacio interior del cubo de rotor. Adicionalmente, en el extremo de la tubuladura puede estar aplicado un tubo flexible elástico, a través del cual el aire llega más al interior del cubo de rotor.

Con la ayuda de las siguientes figuras se describen detalladamente dos ejemplos de realización preferibles. Muestran:

La figura 1 una vista esquemática en sección transversal de un cubo de rotor con revestimiento,

la figura 2 una representación de principio de la entrada de aire,

la figura 3 la inclinación de la tubuladura con respecto a la horizontal,

la figura 4 una vista en perspectiva de una escotilla de entrada con orificio de ventilación desde fuera,

la figura 5 una vista en perspectiva de la escotilla de entrada con orificio de ventilación, desde dentro y

la figura 6 una sección transversal de la escotilla de entrada con orificio de ventilación.

La figura 1 muestra en una vista esquemática un cubo de rotor 101 rodeado de un revestimiento 102. En lo sucesivo, el revestimiento se denomina casquete. El cubo de rotor 101 y el casquete 102 giran con respecto a la góndola 103.

La ventilación del cubo se realiza desde el lado delantero, es decir, desde el sentido desde el cual llega el aire. La ventilación tiene una terminación 104 en forma de escotilla dispuesta delante de un orificio de entrada a la tubuladura 108. La tubuladura 108 pasa al interior del cubo de rotor, por un elemento de fondo 105.

La masa de aire acumulada delante del cubo de rotor, indicada por la flecha de circulación 111, pasa a lo largo del canal de circulación 112, a la pieza superpuesta 104, circulando desde ésta, a través del canal de aire 106, al interior del cubo de rotor 101, como se indica mediante la corriente de aire 113. En el interior del cubo de rotor, la corriente de aire se arremolina y, a continuación, sale de la manera indicada por la flecha de circulación 114, por otro canal de aire 107 entre el elemento de pared 105 y el casquete 102, véase la corriente de aire 115. Este efecto se ve fomentado por el aire que circula pasando delante del cubo y que en la zona del orificio de salida para la circulación de aire 115 despliega un efecto de succión aumentando el caudal de aire. Los canales de aire 106 y 107, preferentemente, están configurados de tal forma que puedan abrirse fácilmente o desplazarse fácilmente hacia un lado para obtener acceso a un espacio interior del cubo de rotor 101 desde el espacio interior del casquete 102.

En la figura 1 se puede ver que la superficie de sección transversal aumenta hacia el orificio de entrada. De esta manera, se facilita la entrada de aire al espacio interior. Además, la humedad que pueda haber entrado se aleja del orificio de entrada por la fuerza centrifuga, al igual que por la inclinación 109 del elemento de fondo. También se puede ver en la figura 1 que la pared 116 de la pieza superpuesta 104 está inclinada hacia dentro, de modo que para la corriente de aire 112 existe una mejor entrada al canal de aire.

La figura 2 muestra la estructura geométrica del sistema de ventilación. El elemento en forma de escudilla tiene forma circular. La pared lateral 12 está inclinada hacia dentro en aproximadamente 5º. El elemento en forma de escudilla 10 está dispuesto delante de un orificio de entrada 14 de una tubuladura 16. La pared 16 de la tubuladura está abierta hacia fuera de forma constante en un ángulo de aproximadamente 15° con respecto al eje central, de forma que la tubuladura 16 en su conjunto tiene forma de un cono truncado. La tubuladura 16 está dispuesta en un elemento de pared 18 que en una concavidad presenta un elemento de fondo 20. La tubuladura 16 se apoya centralmente en el fondo 20 de la concavidad. De forma adyacente al fondo están previstas paredes laterales 22 que asimismo están inclinadas con respecto a la horizontal. Las paredes laterales 22 se convierten en una zona 24 que en la figura 2 está representada sólo de forma aproximada.

Para el dimensionamiento de la pieza superpuesta 10 y la concavidad han resultado ser especialmente ventajosas una serie de condiciones. A la hora del dimensionamiento ha resultado ser especialmente ventajoso elegir las dimensiones de tal forma que la corriente de aire a lo largo del trayecto de circulación tenga una sección transversal sustancialmente constante. Por lo tanto, el canal de paso tiene sustancialmente una sección transversal constante para la circulación de aire. A continuación, la distancia entre la pared lateral 12 de la escudilla y la pared lateral 22 en la zona de la entrada de aire se define por el tamaño 1. La distancia correspondiente está dibujada en la figura 2. Partiendo de esta magnitud de referencia, se ha mostrado que es ventajoso que la pared lateral 22 tenga una inclinación, de tal forma que, con respecto al plano que se extiende por el fondo 20 de la concavidad, tiene un ancho de 0,75. La distancia entre el canto libre 26 de la tubuladura 16 y la transición del elemento de pared a la pared lateral 22 resulta entonces exactamente como el doble ancho de la pared lateral 22. La tubuladura 16 tiene en el ejemplo un ángulo de apertura de 15°, aproximadamente, reduciéndose el diámetro de la tubuladura 16 de 1,0 a 0,5. También el la dirección axial se ha mostrado que resultan especialmente ventajosas determinadas condiciones. La extensión de la concavidad en el sentido axial es de 1,5, sumergiéndose el recubrimiento 10 aproximadamente a media profundidad. La tubuladura 16 sobresale en una unidad de longitud aproximadamente, de forma que resulta un solape de la pared lateral 12 y la tubuladura 16 de 0,25 en el sentido axial.

La figura 3 muestra la inclinación que también se denomina "tilt", con respecto a la horizontal. Dado que en las instalaciones de energía eólica modernas, frecuentemente la cadena de accionamiento y el cubo están ligeramente inclinados hacia atrás, la tubuladura 16 y el recubrimiento 10 se inclinan en el mismo ángulo \phi. El ángulo \phi generalmente se sitúa entre 3º y 7º, eligiéndose preferentemente un ángulo tilt de 5º. También en caso de un tilt, la delimitación del orificio está dimensionada de tal forma que el agua se repela y pueda salir. En la figura 3, la inclinación de la tubuladura 16 está designada por el ángulo \beta, mientras que la inclinación de la pared lateral 22 está designada por el ángulo \alpha. Para garantizar la salida, es aplicable: \alpha>\phi y \beta>\phi.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva del sistema de ventilación según la invención, que está integrado en una escotilla de entrada para el cubo de rotor. Generalmente, la escotilla de entrada se encuentra en la punta del cubo de rotor o en la carcasa de éste. La escotilla de entrada presenta una placa de pared 28 con un orificio central 30 y con elementos de fijación 32 a lo largo de la circunferencia. En el lado exterior de la placa de pared 28 están dispuestos salientes de enclavamiento 34 en forma de L con una cavidad 36 en forma de ranura. A salientes 38 correspondientes está articulada de forma giratoria una escotilla 39 con un marco 40. La escotilla 39 abre hacia dentro. A través de dos espigas 42 salientes con cabezas de enclavamiento 44, el marco 40 de la escotilla puede fijarse dentro de las cavidades 36.

Centralmente en la escotilla está prevista la escudilla 46 que se sujeta dentro de una concavidad mediante tres almas 48. Para un mejor manejo de la escotilla, en la zona de las espigas de fijación 42 está prevista una manija 50.

La figura 5 muestra la tapa 39 de la escotilla desde dentro, pudiendo verse claramente un marco 54 cuadrangular de la entrada de aire. En el marco 54 puede aplicarse un filtro 52 que evita adicionalmente la entrada de partículas de suciedad y agua.

La figura 6 muestra una sección transversal, en la que se puede ver claramente que las paredes laterales 56 del elemento de escudilla 4 6 colocado sobresalen del orificio de entrada 58 de la tubuladura 60.

Claims (15)

1. Instalación de energía eólica con un dispositivo de ventilación para un cubo de rotor, con:

-

un elemento en forma de escudilla (10; 46; 104) que tiene un fondo y una pared lateral (12; 56; 116) circunferencial, y

-

una tubuladura (16, 60; 108) orientada hacia un espacio interior del cubo de rotor,

caracterizada porque

el elemento en forma de escudilla se sujeta delante de un orificio de entrada de la tubuladura, de tal forma que el orificio de entrada queda dispuesto dentro del elemento en forma de escudilla.

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2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque la tubuladura está dispuesta sustancialmente en la prolongación del eje de rotación del cubo.

3. Instalación de energía eólica según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque la pared de la tubuladura está inclinada hacia fuera.

4. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el elemento en forma de escudilla tiene un diámetro interior que es mayor que el diámetro exterior de la tubuladura.

5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque adicionalmente está previsto un elemento de pared (105, 18) que tiene una concavidad con un orificio central, sobre el que está colocada la tubuladura o por el que pasa la tubuladura.

6. Instalación de energía eólica según la reivindicación 5, caracterizada porque el elemento en forma de escudilla se sujeta dentro de la concavidad.

7. Instalación de energía eólica según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque, por fuera de la concavidad, el elemento de pared está realizado de forma plana.

8. Instalación de energía eólica según la reivindicación 7, caracterizada porque el fondo del elemento en forma de escudilla se encuentra a la misma altura que el elemento de pared.

9. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada porque la concavidad está dispuesta y configurada de tal forma que permite la salida de agua a través de las paredes de la concavidad.

10. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque una superficie, por la que circula aire, entre la pared de la concavidad y el elemento en forma de escudilla, entre el elemento de pared y el elemento en forma de escudilla, entre el elemento en forma de escudilla y la tubuladura, así como de la tubuladura, tiene sustancialmente el mismo tamaño en el punto más estrecho respectivamente.

11. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizada porque el elemento de pared va fijado, a través de brazos, a un marco alojado de forma giratoria.

12. Instalación de energía eólica según la reivindicación 11, caracterizada porque el marco y/o el elemento de pared está provisto de medios de fijación para cerrar un orificio (30) central de la escotilla.

13. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizada porque el borde del elemento de pared (105) está doblado a lo largo de al menos una linea circunferencial.

14. Instalación de energía eólica según la reivindicación 13, caracterizada porque la tubuladura (108) se extiende al espacio interior del cubo de rotor y en el extremo de la tubuladura está aplicados uno o varios tubos flexibles (106) elásticos.

15. Instalación de energía eólica según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque el elemento de pared se mantiene, por la zona de su borde, a una distancia respecto a un revestimiento del cubo de rotor, de tal forma que entre el elemento de pared y el revestimiento queda formado un canal de salida.