ES2345661T3 - Engranaje planetario para un aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Aerogenerador con un engranaje planetario presentando varios piñones satélite (10) y un planeta, cuyo eje de entrada está conectado con un rotor y cuyo eje de salida está conectado con un generador del aerogenerador, teniendo los piñones satélite y el planeta un dentado inclinado doble, caracterizado porque al menos uno de los piñones satélite está alojado en un pasador (14; 50) de forma giratoria, que contiene un sector (18; 52) con diámetro reducido, de forma que el pasador puede flexionarse con el fin de compensar las cargas dentro del engranaje planetario.
Description
Engranaje planetario para un aerogenerador.
La presente invención se refiere a un engranaje
planetario para un aerogenerador con varios piñones satélite y un
planeta.
Respecto a los aerogeneradores es conocida tanto
la aplicación de aerogeneradores sin multiplicadora como de
aerogeneradores que disponen de ella. A partir de una determinada
potencia nominal se emplean de forma habitual multiplicadoras en el
árbol de transmisión. Con el fin de repartir las cargas de forma
uniforme en un engranaje planetario, se aplican generalmente tres o
más piñones satélite para aumentar el número de engranajes. De esta
forma, la carga se reparte entre una multitud de componentes
individuales, siendo así posible darles una ejecución más pequeña y
ligera.
No obstante, con más de tres piñones satélite
existe el peligro de que la carga se reparta de forma irregular
entre los diferentes piñones satélite debido a imprecisiones de
fabricación. A este respecto son conocidos múltiples enfoques de la
ingeniería mecánica clásica. Johannes Looman, "Zahngetriebe",
editorial Springer-Verlag Berlín Heidelberg y Nueva
York, 1996, describe por ejemplo en el capítulo 3.7 una serie de
enfoques para la compensación de cargas en engranajes planetarios.
Los enfoques más importantes pueden resumirse como sigue: planeta
montado sin rodadura, corona interior montada sin rodadura, piñones
satélite alojados con rodadura flexible, planeta y corona interior
alojados con rodadura flexible así como portaplanetario montado con
movimiento radial. Respecto al enfoque de los piñones satélite
alojados con rodadura flexible, Looman propone montar los piñones
satélite de forma deslizante con casquillos metálicos, estando los
casquillos metálicos unidos firmemente con un espárrago que
sobresale del portaplanetario. La unión entre el casquillo metálico
y el espárrago se efectúa en el extremo contrario al
portaplanetario, teniendo éste una zona debilitada cerca del sector
de unión. Las inclinaciones y flexiones del espárrago y del
casquillo generadas debido a fuerzas radiales se producen en
sentido opuesto, de forma que los piñones satélite pueden ceder
radialmente manteniendo su posición de eje paralelo. No obstante,
los enfoques conocidos respecto a engranajes planetarios no son
apropiados para una compensación de cargas en aerogeneradores, por
un lado puesto que se producen fuerzas interferentes y por otro
lado puesto que los pares de giro a repartir son demasiado
elevados.
Del documento DE 10134245 A1 es conocida una
multiplicadora para un aerogenerador con un reparto interno de la
potencia. La multiplicadora contiene una rueda dentada grande
rodeada por ocho ejes de piñón, cuyos piñones engranan en la rueda
dentada grande. Cada uno de los ejes de piñón lleva una rueda
dentada, formando dos ruedas dentadas de dos ejes de piñón
respectivamente un par de ruedas dentadas, dispuesto
alternativamente delante y detrás de la rueda dentada grande y
dotado con un dentado inclinado. Las ruedas dentadas de los ocho
ejes de piñón están engranados respectivamente con un par de ruedas
dentadas de ejes de piñón alojados con libertad axial, formando con
éste un primer nivel de reparto de potencia. Los cuatro ejes de
piñón del primer nivel de reparto de potencia están en contacto con
un segundo nivel de reparto de potencia. No se han previsto medidas
especiales para la compensación de cargas de los ocho ejes de
piñón.
El documento DE 19916454 A1 propone una
multiplicadora para un aerogenerador, en la que está dispuesto un
engranaje planetario de dos pasos con un nivel primario y otro
secundario. El nivel primario está unido al rotor y dotado con un
dentado inclinado doble. El nivel secundario contiene un dentado
inclinado. Este dentado de los niveles primario y secundario
permite una multiplicación más elevada con una construcción
compacta.
Del documento US 3,303,713 es conocido el
alojamiento de un piñón satélite en un casquillo metálico, unido en
un extremo con un eje de rodamiento. El piñón satélite está montado
de forma deslizante en el casquillo metálico. Contrariamente a la
solución descrita ya anteriormente por Looman, el pasador de
rodamiento tiene en este caso un diámetro uniforme.
Del documento DE-PS 1450900 es
conocido un engranaje planetario con dentado inclinado doble y
compensación de cargas, en el que la rueda central interior está
alojada sin seguro axial entre tres pares de piñones satélite.
Adicionalmente, las dos coronas exteriores de ruedas están alojadas
de forma elástica tanto en sentido axial como en sentido perimetral
y disponen de apoyo fijo radial.
Del documento GB 660497 es conocido un engranaje
planetario, en el que tanto el planeta como los piñones satélite
tienen un dentado inclinado doble. Los piñones satélite está
alojados en un pasador, cuyos extremos tienen un diámetro inferior
al de la parte central. Los pasadores están alojados en la zona del
diámetro reducido en los piñones satélite.
Del documento EP 1045140 A2 es conocido un
aerogenerador del tipo con engranaje planetario de dos pasos, cuyo
nivel primario está previsto con un dentado inclinado doble,
mientras que su nivel secundario está ejecutado con piñones
satélite escalonados de dentado inclinado.
La invención se basa en el objetivo de poner a
disposición un engranaje planetario para aerogeneradores que
proporciona una compensación de cargas fiable para tres o más
piñones satélite.
\newpage
De acuerdo con la invención, este objetivo se
logra mediante un engranaje planetario con las características
según la reivindicación 1. Los objetos de las reivindicaciones
subordinadas constituyen ejecuciones ventajosas.
El engranaje planetario para un aerogenerador
que propone la invención contiene varios piñones satélite, que
engranan en una rueda solar. El eje de entrada está conectado
directa o indirectamente con un eje de rotor, mientras que el eje
de salida en cambio está conectado directa o indirectamente con un
eje de entrada del generador del aerogenerador. Los piñones
satélite y el planeta disponen de un dentado inclinado doble. Según
la invención, al menos uno de los piñones satélite está alojado en
un pasador, que contiene una zona con un diámetro reducido. De
acuerdo con la invención, los piñones satélite están alojados de
forma giratoria en un pasador, que contiene una zona debilitada, de
forma que este pasador puede flexionarse en un grado determinado
para la compensación de las cargas dentro de la multiplicadora.
Gracias a la utilización de un dentado inclinado doble, no se
producen fuerzas entre los piñones satélite y el planeta en sentido
axial del pasador, de forma que es posible configurar el pasador
con una zona debilitada a pesar de las grandes cargas. Debido a la
configuración del engranaje planetario para aerogeneradores
propuesta por la invención, utilizando tres o más piñones satélite
es posible conseguir una compensación de las cargas apropiada
también para aerogeneradores de hasta 5 o más megavatios.
En una configuración preferente está previsto
como dentado inclinado doble un dentado en ángulo, en el que líneas
de flanco contienen un ángulo de inclinación opuesto igual. Son
posibles otras aplicaciones en la ingeniería mecánica general
cuando se deben emplear engranajes compactos con más de tres piñones
satélite.
Al menos uno de los piñones satélite está
alojado de forma giratoria en el pasador, realizándose la rodadura
preferentemente con rodamiento. Como rodamiento se monta
preferentemente un rodamiento de rodillos, que puede contener por
ejemplo dos hileras de rodillos.
En una configuración preferente, el anillo
interior sobresale al menos de la zona de diámetro reducido o solapa
completamente con ésta.
En una confirmación especialmente preferente, el
pasador dispone de un primer sector con un primer diámetro, que se
transforma en el sector de diámetro reducido, y de un segundo sector
con un segundo diámetro contiguo al sector de diámetro reducido,
siendo el primer diámetro más pequeño que el segundo diámetro. Si
durante la compensación de cargas el piñón satélite se carga de
forma no uniforme, el pasador puede flexionarse en cierto grado
debido a la distancia entre el pasador y el anillo interior, y el
piñón puede desplazarse paralelamente. Alternativamente, el pasador
también puede fijarse por la zona de diámetro reducido, de forma que
el pasador muestra solo un primer sector con un diámetro superior.
Es posible fabricar el pasador en varias piezas de diferentes
materiales, por ejemplo con el fin de conseguir un comportamiento de
flexión deseado y una resistencia adecuada.
La configuración de la rodadura de piñones
satélites propuesta por la invención se explica más detalladamente
en base a un ejemplo.
Éste muestra:
la fig. 1 una vista transversal de un pasador
de rodamiento cargado;
la fig. 2 un primer pasador de rodamiento y
fuerzas axiales con dentado inclinado doble en vista transversal
y;
la fig. 3 las fuerzas axiales con dentado
inclinado doble de un segundo pasador de rodamiento en vista
transversal;
La figura 1 muestra un piñón satélite 10 con un
dentado inclinado doble alojado de forma giratoria en un pasador de
rodamiento 14. El pasador de rodamiento 14 esta alojado sin
posibilidad de rotación en un portaplanetario (no representado).
Como es habitual, el piñón satélite 10 engrana en un planeta y en
una corona y/o otras ruedas dentadas. El pasador de rodamiento 14
contiene un primer sector 16, un sector de diámetro reducido 18 y
un segundo sector 20. El diámetro del segundo sector 20 es mayor que
el diámetro del primer sector 16. El sector de diámetro reducido es
más corto que el segundo sector 20. En el ejemplo de realización
mostrado en la figura 1, el primer sector 16 tiene un diámetro
mayor que el sector de diámetro reducido 18.
La conexión del sector 18 con el sector 16 y con
el sector 20 se efectúa mediante uniones redondeadas.
La rueda dentada 10 está alojada en el segundo
sector 20 mediante un rodamiento con un anillo interior 22 y un
anillo exterior 24. Entre anillo interior y anillo exterior están
dispuestas dos hileras de rodillos 25. Los rodillos 25 giran en un
par de pistas de rodadura 26 y 28 en el anillo interior 22. Una
fijación axial completa del rodamiento no es necesaria, con el fin
de que el dentado inclinado doble pueda alinearse axialmente.
La figura 1 muestra el funcionamiento del piñón
satélite 10 en una compensación de cargas. Fuerzas radiales 32 que
actúan sobre el piñón satélite 10 conducen a un desplazamiento
paralelo del piñón satélite 10 frente al eje longitudinal del
pasador 14. En el desplazamiento paralelo ilustrado, el pasador 14
en el sector 16 se encuentra más cercano al anillo interior 22 del
rodamiento que en un estado no cargado.
La figura 2 muestra la configuración de la
figura 1 alojada sin posibilidad de rotación en un portaplanetario
40. Los mismos elementos llevan las mismas referencias. El piñón
satélite 10 engrana por un lado en una corona 46 y por el otro lado
en un planeta 48. Los pares de fuerzas generados de esta forma
F_{A-aHP} y F_{B-aHP} así como
F_{A-aSP} y F_{B-aSP} están
dibujados en la figura 2. Estos pares de fuerza se compensan entre
sí, de forma que sobre el piñón satélite no actúa ninguna fuerza
axial y éste tampoco experimenta ningún par de vuelco. Gracias a
esto es posible en lo que se refiere a las multiplicadoras de
aerogeneradores de gran potencia nominal, equipar el pasador de
rodamiento para el piñón satélite con el sector debilitado 50, con
el fin de compensar de este modo los repartos de fuerza generados en
tres o más piñones satélite debido a las tolerancias de fabricación
o fuerzas introducidas de forma no uniforme.
La figura 3 muestra una configuración
alternativa de un pasador de rodamiento 50, que contiene un sector
52 de diámetro reducido y un sector de apoyo 54, teniendo el sector
de apoyo 54 un mayor diámetro.
Con lo anteriormente expuesto, la invención se
ilustró en base a un piñón satélite. No obstante, también es
posible utilizar un pasador de rodamiento flexible adicional o
exclusivamente en el planeta.
Tanto el pasador de rodamiento de las figuras
1,2 como el pasador de rodamiento de la figura 3 puede estar
fabricado de una sola pieza. También es posible construirlo de
varias piezas, con el fin de emplear diferentes materiales.
Claims (13)
1. Aerogenerador con un engranaje planetario
presentando varios piñones satélite (10) y un planeta, cuyo eje de
entrada está conectado con un rotor y cuyo eje de salida está
conectado con un generador del aerogenerador, teniendo los piñones
satélite y el planeta un dentado inclinado doble,
caracterizado porque al menos uno de los piñones satélite
está alojado en un pasador (14; 50) de forma giratoria, que contiene
un sector (18; 52) con diámetro reducido, de forma que el pasador
puede flexionarse con el fin de compensar las cargas dentro del
engranaje planetario.
2. Aerogenerador según reivindicación 1,
caracterizado porque como dentado inclinado doble está
previsto un dentado en ángulo, en el que las líneas de flanco
contienen un ángulo de inclinación opuesto igual.
3. Aerogenerador según reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque al menos uno de los piñones satélite
(10) está alojado de forma giratoria en el pasador (14; 50).
4. Aerogenerador según reivindicación 3,
caracterizado porque al menos uno de los piñones satélite
(10) está alojado mediante un rodamiento (24, 25, 26) de forma
giratoria en el pasador (14; 50).
5. Aerogenerador según reivindicación 4,
caracterizado porque el rodamiento está constituido en forma
de rodamiento de rodillos.
6. Aerogenerador según reivindicación 5,
caracterizado porque el rodamiento contiene dos hileras de
rodillos.
7. Aerogenerador según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el pasador (14)
contiene un primer sector (16) con un primer diámetro, que se
transforma en el sector (18) de diámetro reducido, y un segundo
sector (20) con un segundo diámetro, contiguo al sector (18) de
diámetro reducido, siendo el primer diámetro del primer sector (16)
menor que el segundo diámetro del segundo sector (20).
8. Aerogenerador según reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque el anillo interior (22) está fijado en
el segundo sector (20).
9. Aerogenerador según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el pasador (50)
contiene un sector (52) de diámetro reducido, contiguo a un segundo
sector (54) de mayor diámetro.
10. Aerogenerador según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el pasador (14;
50) está constituido por una sola pieza.
11. Aerogenerador según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el pasador (14;
50) está constituido por varias piezas.
12. Aerogenerador según reivindicación 11,
caracterizado porque el pasador (14; 50) está fabricado con
dos o más materiales.
13. Aerogenerador según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque todos los
piñones satélite están alojados en el pasador (14; 50), que
contiene un sector de diámetro reducido.
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