ES2354324B1 - Métodos de servicio y disposiciones de acoplamiento de aerogeneradores. - Google Patents

Métodos de servicio y disposiciones de acoplamiento de aerogeneradores. Download PDF

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Abstract

Métodos de servicio y disposiciones de acoplamiento de aerogeneradores comprendiendo los primeros los siguientes pasos: a) proporcionar un aerogenerador con una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor (13) y la estructura principal comprendiendo una primera disposición de fijación (31) entre el buje del rotor (13) y el eje principal (23) y una segunda disposición de fijación (41) entre el buje del rotor (13) y un cuerpo fijo (43) en la estructura principal, siendo aptas ambas disposiciones de fijación (31, 41) para estar dispuestas en un estado acoplado y en un estado desacoplado; b) montar el aerogenerador con dicha primera disposición de fijación (31) dispuesta en un estado desacoplado y dicha segunda disposición de fijación (41) dispuesta en un estado acoplado; c) Llevar a cabo una operación de servicio del aerogenerador tal como una operación de prueba del tren de potencia estando el rotor desconectado.

Description

blaje del aerogenerador “in-situ”.
Métodos de servicio y disposiciones de acoplamiento de aerogeneradores. Campo de la invención
Esta invención se refiere a métodos de servicio de aerogeneradores y a disposiciones de acoplamiento entre el buje del rotor y la estructura principal y en particular a métodos y disposiciones de acoplamiento para probar “in-situ” el ensamblaje del tren de potencia del aerogenerador. Antecedentes
Actualmente la góndola completa de un aerogenerador se ensambla y prueba en planta antes de enviarla a su lugar de instalación en bancos de prueba tales como los descritos en las solicitudes de patente WO 2007/144003 y WO 2007/1400788.
El generador se usa como motor para hacer girar el tren de potencia para distintas pruebas tales como pruebas de vibraciones debidas a componentes con fallos, desalineamientos, desbalances u otras causas, así como en una prueba de comprobación de que el sistema de seguridad se activa con una velocidad excesiva. Los resultados de estas pruebas pueden traducirse en acciones correctivas, recambios o re-montajes de algunos componentes para garantizar la calidad y correcta funcionalidad del aerogenerador.
Las dimensiones de los aerogeneradores están creciendo y el peso de la góndola de un aerogenerador puede llegar fácilmente a 200-500 toneladas o más en las máquinas de más de 5 MW que se esperan en el próximo futuro. Estos pesados aerogeneradores plantean grandes dificultades para el transporte, la logística, el ensamblaje y la erección debido a sus dimensiones físicas y a sus pesos.
Las limitaciones de las grúas con base en el terreno y una alturas de elevación de más de 100 m están incrementando los costes de erección de los aerogeneradores.
Análogamente, el ensamblaje en planta de componentes tales como las estructuras de las góndolas, los generadores de imanes permanentes, las multiplicadoras o los transformadores está haciéndose muy difícil debido a que sus pesos se sitúan en el rango de 20-50 toneladas y no siempre está disponible una grúa con capacidad para esos pesos en las plantas de ensamblaje.
Por todo ello, una consecuencia natural será el ensamblaje de los aerogeneradores “in-situ” en módulos para ahorrar costes logísticos y de transporte.
El ensamblaje de la góndola completa “in-situ” plantea muchos problemas y en particular los relacionados con la necesidad de llevar a cabo las pruebas mencionadas más arriba “in-situ” ya que este es el lugar en el que todos los componentes del aerogenerador se encuentran por primera vez.
Esta invención está orientada a la solución de esos problemas. Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de servicio: para aerogeneradores que facilita el ensamblaje del aerogenerador “in-situ”.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para probar “in-situ” el ensamblaje del tren de potencia de un aerogenerador.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de acoplamiento entre el buje del
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor y la estructura principal que facilita el mantenimiento del aerogenerador.
En un aspecto, esos y otros objetos se consiguen proporcionando un método de servicio que comprende los siguientes pasos:
-
a) Proporcionar un aerogenerador con una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor y la estructura principal que comprende una primera disposición de fijación entre el buje del rotor y el eje principal y una segunda disposición de fijación entre el buje del rotor y un cuerpo fijo en la estructura principal, siendo aptas dichas primera y segunda disposiciones de fijación para estar dispuestas en un estado acoplado y en un estado desacoplado.
-
b) Montar el aerogenerador con dicha primera disposición de fijación dispuesta en un estado desacoplado y dicha segunda disposición de fijación dispuesta en un estado acoplado.
-
c) Llevar a cabo una operación de servicio del aerogenerador.
En una realización preferente dicho método de servicio es un método de prueba del ensamblaje del tren de potencia que plantea la necesidad de rotar el tren de potencia con el rotor desconectado. Por tanto, tal prueba puede ser llevada a cabo en un aerogenerador completamente montado facilitando el ensamblaje “in situ” de grandes aerogeneradores.
En otra realización preferente dicho método de servicio es un método de mantenimiento que requiere la desconexión del rotor para reparar el tren de potencia. Se consigue con ello un método de mantenimiento mejorado.
En otra realización preferente dicho método de servicio es un método de mantenimiento que requiere la desconexión del rotor durante un tiempo largo. Se consigue con ello un método de mantenimiento mejorado.
En otro aspecto, se consiguen los objetos antes mencionados proporcionando una disposición de acoplamiento en un aerogenerador entre el buje del rotor y la estructura principal del aerogenerador que comprende:
a) Una primera disposición de fijación entre el buje del rotor y el eje principal apta para estar dispuesta en un estado acoplado cuando el aerogenerador esta operativo y en un estado desacoplado cuando hay una necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor.
b) Una segunda disposición de fijación entre el buje del rotor y un cuerpo fijado a la estructura principal apta para estar dispuesta en un estado desacoplado cuando el aerogenerador está operativo y en un estado acoplado cuando hay una necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor.
En una realización preferente dicha primera disposición de fijación comprende una fijación circular interior atornillada entre la parte trasera del buje del rotor y la brida de conexión del eje principal y dicha segunda disposición de fijación comprende una fijación circular exterior atornillada entre la parte trasera del buje del rotor y una brida de conexión de dicho cuerpo fijo situada paralelamente a la parte trasera del buje del rotor, quedando entre ellos una holgura de separación. Se consigue con ello una disposición de acoplamiento que facilita el ensamblaje “in situ”de grandes aerogeneradores.
En otra realización preferente, dicha disposición de acoplamiento incluye medios para disponer dicha segunda fijación en un estado acoplado cuando dicha primera fijación también esta dispuesta en un estado acoplado. Se consigue con ello una disposición de acoplamiento que también puede ser usada como un sistema de bloqueo del rotor.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan. Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista esquemática de un aerogenerador para ilustrar los métodos de servicio proporcionados por esta invención.
La Figura 2 es una vista esquemática de un aerogenerador que muestra una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor y la estructura principal según la presente invención.
La Figura 3 muestra la parte trasera de un buje de rotor según la presente invención. Descripción detallada de las realizaciones preferidas
Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Como se muestra en la Figura 1 un aerogenerador típico incluye una góndola 21 montada sobre una torre 11 albergando un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor 13, al que están unidas una o más palas, a un generador eléctrico (no representado).
El eje principal 23 está conectado al buje del rotor 13 y al eje del generador para llevar cabo una transferencia directa del par motor al rotor del generador. La conexión entre el eje principal y el eje del generador puede hacerse directamente o a través de una multiplicadora.
Como se ha mencionado anteriormente, el ensamblaje del tren de potencia debe ser probado para garantizar que no tiene fallos tales como desalineamientos, vibraciones o ruidos. También debe probarse el sistema de emergencia y de protección ante velocidades excesivas una vez que se ha ensamblado el tren de potencia.
Según la presente invención esas pruebas y otras operaciones de servicio del aerogenerador se llevan a cabo en un aerogenerador completamente montado, pero sin que el rotor esté conectado al tren de potencia. Con el rotor conectado, sería peligroso realizar alguna de las pruebas mencionadas por razones de seguridad y algunas otras no podrían llevarse a cabo ya que, por ejemplo, sería difícil determinar si eventuales vibraciones serían causadas por el rotor (debido, por ejemplo, a un desbalance aerodinámico o de masa en el rotor o en la carga del viento) o por la multiplicadora ú otros componentes del tren de potencia. Por otro lado, desde el punto de vista del ensamblaje, es claramente preferible llevarlas a cabo en un aerogenerador completamente montando que a cualquier otra alternativa “in situ”.
En una realización preferente de esta invención, un método para probar el ensamblaje del tren de potencia de un aerogenerador comprende los siguientes pasos:
a) Proporcionar un buje del rotor 13 y una estructura principal del aerogenerador con una disposición de acoplamiento comprendiendo una primera disposición de fijación 31 entre el buje del rotor 13 y el eje principal 23 y una segunda disposición de fijación 41 entre el buje del rotor 13 y un cuerpo fija 43 en la estructura principal, siendo aptas las dos disposiciones 31, 41 para estar dispuestas en un estado acoplado y en un estado desacoplado. En el marco de esta invención el eje principal 23 debe ser entendido en un sentido amplio como el componente del aerogenerador que recibe el par motor del rotor. Como es bien conocido, en algunas configuraciones de aerogeneradores el par motor se transmite a una multiplicadora y en otras configuración se transmite directamente al generador.
b) Montar el aerogenerador con dicha primera disposición de fijación 31 dispuesta en un estado desacoplado y dicha segunda disposición de fijación en un estado acoplado, dejando una holgura de separación entre el buje del rotor 21 y el eje principal 23. Por tanto, aunque el buje del rotor 13 no está conectado al tren de potencia, está montado en su posición correcta respecto al punto de conexión con la góndola 21 con una holgura de separación de unos pocos mm permitiendo, por una parte, que el generador del aerogenerador pueda ser usado como motor para hacer girar el tren de potencia sin ninguna interferencia con el buje del rotor 13 y, por otra parte, permitiendo que el buje del rotor 13 pueda ser montado con todas sus conexiones eléctricas e hidráulicas ya que éstas pueden adaptarse a dicha holgura de separación.
c) Llevar a cabo las operaciones de prueba del ensamblaje del aerogenerador usando el generador como motor -ó un motor externo-para hacer girar el tren de potencia. De esta manera se pueden medir y ajustar las vibraciones y los alineamientos sin ninguna influencia de la masa del rotor o la carga del viento.
En otra realización preferente de esta invención, un método para llevar a cabo un trabajo de servicio o de reparación en el tren de potencia del aerogenerador tal como una reparación en el eje principal o en la multiplicadora comprende los mismos pasos a) y b) mencionados anteriormente y un paso c) en el que se lleva a cabo dicho trabajo manteniendo desacoplados el buje del rotor 13 y el eje principal 23 durante el tiempo necesario para completar dicho trabajo.
En otra realización preferente de esta invención, un método para mantener en situación de parada el generador durante un largo período de tiempo comprende los mismos pasos a) y b) mencionados anteriormente y un paso c) en el que se mantienen desacoplados el buje del rotor 13 y el eje principal 23 previniendo vibraciones desde el buje del rotor hacia los componentes del tren de potencia.
En una realización preferente de esta invención, una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor 13 y el eje principal 23 apta para ejecutar los métodos mencionados anteriormente, comprende como se muestra en las Figuras 2 y 3:
a) Una primera disposición de fijación 31 entre el buje del rotor 13 y el eje principal 23 por medio de una fijación circular interior atornillada 37 entre la parte trasera del buje del rotor 17 y la brida de conexión del eje principal que es apta para estar dispuesta en un estado acoplado cuando el aerogenerador está operativo y en un estado desacoplado cuando hay necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor
13.
b) Una segunda disposición de fijación 31 entre el buje del rotor 13 y un cuerpo fijo 43 en la estructura
principal por medio de una fijación circular exterior atornillada 47 entre la parte trasera del buje del rotor 17 y una brida de conexión 45 de dicho cuerpo 43 situada paralelamente a la parte trasera del buje del rotor 17, que es apta para estar dispuesta en un estado desacoplado cuando el aerogenerador está operativo y en un estado acoplado cuando hay necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor 13. El cuerpo fijo 43 puede estar situado en cualquier parte no rotatoria del aerogenerador. La fijación circular atornillada 47 puede incluir medios para montar el buje del rotor con una holgura de separación suficiente respecto al eje principal 23 para permitir su rotación sin interferir con el buje del rotor 13 tales como espaciadores o pernos que pueden desplazar el buje del rotor 13 a una distancia suficiente del eje principal 23. El dispositivo de acoplamiento según esta inven
ción puede ser usado para mantener desconectados el buje del rotor y la estructura principal como ya hemos dicho y también puede ser usado como un sistema de bloqueo del rotor manteniendo la primera y segunda disposiciones de fijación en estado acoplado. En este último caso, dichos espaciadores o pernos no son necesarios pero si lo son algunos medios específicos asociados a la funcionalidad de bloqueo del rotor tales como unos vástagos actuados hidráulica ó eléctricamente que cooperen con alguno de los orificios de la fijación circular exterior 47.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método de servicio de un aerogenerador que comprende una torre (11), un buje de rotor (13) con palas de rotor (15), una góndola (21) albergando medios de generación eléctrica, incluyendo un eje principal (13) y un generador, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
    -
    a) proporcionar un aerogenerador con una disposición de acoplamiento entre el buje del rotor (13) y la estructura principal comprendiendo una primera disposición de fijación (31) entre el buje del rotor (13) y el eje principal (23) y una segunda disposición de fijación (41) entre el buje del rotor (13) y un cuerpo fijo (43) en la estructura principal, siendo aptas ambas disposiciones de fijación (31, 41) para estar dispuestas en un estado acoplado y en un estado desacoplado;
    -
    b) montar el aerogenerador con dicha primera disposición de fijación (31) dispuesta en un estado desacoplado y dicha segunda disposición de fijación
    (41) dispuesta en un estado acoplado;
    -
    c) Llevar a cabo una operación de servicio del aerogenerador.
  2. 2.
    Método de servicio de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho paso de montaje incluye el montaje de las conexiones hidráulicas ó eléctricas entre el buje del rotor (13) y la góndola (21).
  3. 3.
    Método de servicio de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicha operación de servicio comprende hacer girar dichos medios de generación eléctrica para probar “in situ” el ensamblaje de los componentes albergados en la góndola (21) antes de su conexión al buje del rotor (13).
  4. 4.
    Método de servicio de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicha operación de servicio comprende mantener desacoplados el buje del rotor (13) y el eje principal (23) cuando el aerogenerador debe estar fuera de servicio durante un tiempo predeterminado.
  5. 5. Disposición de acoplamiento en un aerogenerador entre el buje del rotor (13) con sus palas de rotor (15) y la estructura principal comprendiendo una torre (11) y una góndola (21) albergando medios de generación eléctrica, incluyendo un eje principal (23) y un generador, comprendiendo dicha disposición de acoplamiento una primera disposición de fijación (31) entre el buje del rotor (13) y el eje principal (23), caracterizada porque
    a) dicha primera disposición de fijación (31) es apta para estar dispuesta en un estado acoplado cuando el aerogenerador está operativo y en un estado desacoplado cuando hay una necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor (13);
    b) también comprende una segunda disposición de fijación (41) entre el buje del rotor (13) y un cuerpo
    (43) fijado a la estructura principal apta para estar dispuesta en un estado desacoplado cuando el aerogenerador está operativo y en un estado acoplado cuando hay una necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor (13).
  6. 6.
    Disposición de acoplamiento según la reivindicación 5, caracterizada porque dicha primera disposición de fijación (31) comprende una fijación circular interior atornillada (37) entre la parte trasera del buje del rotor (17) y la brida de conexión del eje principal y dicha segunda disposición de fijación (41) comprende una fijación circular exterior atornillada (47) entre la parte trasera del buje del rotor (17) y una brida de conexión (45) de dicho cuerpo fijo (43) situada paralelamente a la parte trasera del buje del rotor (17).
  7. 7.
    Disposición de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, caracterizada porque dicha segunda disposición de fijación (41) comprende elementos espaciadores para crear una holgura de separación entre el buje del rotor (17) y el eje principal
    (23) cuando está dispuesta en un estado acoplado.
  8. 8. Disposición de acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, caracterizada porque dicha segunda disposición de fijación (41) comprende medios para disponerla en un estado acoplado cuando dicha primera disposición de fijación (31) también está dispuesta en estado acoplado.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200803582
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 17.12.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D11/00 (01.01.2006) F03D11/04 (01.01.2006)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X E A
    EP 1291521 A1 (TURBOWINDS N V S A) 12.03.2003, párrafos [23-24]; figuras. EP 2148090 A1 (ROLIC INVEST SARL) 27.01.2010, párrafos [23-28]; figuras 1-4. US 2007075548 A1 (BAGEPALLI BHARAT S et al.) 05.04.2007, todo el documento. 1-2,4-8 5,8 1,4-6,8
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 25.02.2011
    Examinador J. Galán Mas Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200803582
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200803582
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 25.02.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4,6-7 5,8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones 3 Reivindicaciones 1-2,4-8 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200803582
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    EP 1291521 A1 (TURBOWINDS N V S A) 12.03.2003
    D02
    EP 2148090 A1 (ROLIC INVEST SARL) 27.01.2010
    D03
    US 2007075548 A1 (BAGEPALLI BHARAT S et al.) 05.04.2007
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 describe un aerogenerador que comprende una torre (1), un buje (3) con palas de rotor (4), una góndola
    (2) albergando medios de generación eléctrica, incluyendo un eje principal y un generador (9), comprendiendo además una disposición de fijación (5b) entre el buje del rotor (3) y una zona de la góndola (2) que puede estar dispuesta en un estado desacoplado cuando el generador está operativo y en un estado acoplado cuando hay una necesidad de una operación de servicio sin quitar el buje del rotor (ver, por ejemplo, párrafo 23). En la operación de servicio citada como ejemplo en el documento D01 se menciona la posibilidad de cambiar el eje principal (11) situado en la góndola (ver columna 4, líneas 1417), lo que lleva implícito la necesidad de desacoplar una disposición de fijación entre el buje del rotor (3) y el eje principal (11). Por tanto, se puede considerar que el documento D01 recoge las características objeto de las reivindicación 5 y, en tanto pueden estar las dos disposiciones de fijación acopladas a la vez, de la reivindicación 8, por lo que dichas reivindicaciones no son nuevas de acuerdo al artículo 6 de la Ley 11/1986.
    Por otro lado, se considera que los pasos seguidos en el método definido en la reivindicación 1 serían una de las posibilidades que el experto en la materia podría seguir, dentro de un número limitado, en una operación de servicio en un aerogenerador con las características descritas en el documento D01, especialmente las referidas al dispositivo de fijación del buje a la góndola, por lo que la reivindicación 1 no implica actividad inventiva de acuerdo al artículo 8 de la Ley 11/1986.
    Igualmente se considera que las reivindicaciones 2 y 4 no cumplen con los requisitos de actividad inventiva, según el artículo 8 de la Ley 11/1986, ya que se considera que se refieren a opciones de montaje que el experto podría elegir, de forma obvia y según las circunstancias, a partir de las características definidas en el documento D01.
    Del documento D01 se desprende que la disposición de fijación entre el buje del rotor (3) y la góndola (2) se realiza mediante un disco de rotor (5b) unido al buje del rotor (3). No se considera inventivo situar el elemento de conexión (brida o disco de rotor) unido inicialmente a la estructura de la góndola, tal como se define en la reivindicación 6, en lugar de al buje, y, además, se considera que una conexión atornillada entre la parte trasera del buje del rotor y una brida de conexión del eje principal es una disposición de fijación habitual, obvia para el experto en la materia, por lo que la reivindicación 6 no implica actividad inventiva en el sentido del artículo 8 de la Ley 11/1986.
    En el mismo sentido, los elementos espaciadores objeto de la reivindicación 7 son considerados elementos habituales que el experto en la materia podría usar si fuesen necesarios, por lo que dicha reivindicación no cumple con el requisito de actividad inventiva del artículo 8 de la Ley 11/1986.
    Por último, no se ha encontrado información en los documentos citados que muestre o pueda dirigir al experto a un método de servicio en el se pruebe "in situ" el ensamblaje de los componentes albergados en la góndola haciendo girar los medios de generación eléctrica, tal como está definido en la reivindicación 3, por lo que se considera que dicha reivindicación implica actividad inventiva en el sentido del artículo 8 de la Ley 11/1986.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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