ES2360779A1 - Aerogenerador con dispositivos internos de transporte. - Google Patents

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Abstract

Aerogenerador con dispositivos internos de transporte que comprende un tren de potencia que incluye un generador (41) situado delante del rotor (15) que es accionado directamente por dicho rotor (15), una torre (11) y una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11); comprendiendo el rotor (15), que está soportado por un eje principal no giratorio (29) unido a la estructura de soporte (13) por medio de al menos un cojinete, un buje (17) y al menos una pala; estando el rotor del generador (45) rígidamente unido al buje rotor (17) y el estator del generador (43) rígidamente unido al eje principal (29), y siendo el eje principal (29) un eje hueco que incluye uno o más dispositivos de transporte, tales como un dispositivo (61) para transportar cargas suspendidas o un carrito (71), para facilitar la sustitución de piezas del generador y/o el transporte de personas.

Description

Aerogenerador con dispositivos internos de transporte.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un aerogenerador y, en particular, a un aerogenerador con un tren de potencia accionado directamente.
Antecedentes
Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de orientación mediante los que se gira el aerogenerador, varios controladores y un freno. El rotor soporta varias palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado -directamente o a través de un dispositivo de multiplicación- un generador eléctrico. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la energía del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.
Se conocen en la técnica diversas configuraciones de trenes de potencia sin multiplicadoras.
En una de estas configuraciones, la torre está situada entre el buje del rotor y el generador. Un ejemplo de esas configuraciones está descrito en WO 01/94779 A1 en la que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador es un eje dividido en dos partes y soportado por dos unidades de cojinetes. Otro ejemplo se describe en WO 02/33254 A1 en el que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador es un eje principal soportado por dos cojinetes dispuestos encima de una base situada en lo alto de la torre.
En otra de esas configuraciones, el generador, con un rotor y un estator de gran diámetro, está situado entre el buje del rotor y la torre y la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en un eje hueco soportado por cojinetes en un miembro tubular (interior al eje hueco) unido a la estructura de soporte del aerogenerador. Un ejemplo de estas configuraciones se describe en US 2004/0108733 A1 en la que el eje hueco está soportado por medio de un único cojinete que asimismo transmite momentos al miembro tubular. Esta configuración está orientada a la reducción del tamaño y el peso de los elementos del aerogenerador que se montan encima de la torre pero tiene el inconveniente de un mantenimiento costoso, particularmente cuando se necesita desmontar componentes.
DE 102004030929 B3 describe otra configuración en la que el generador está situado aguas arriba del rotor. Se indica que esta configuración supone varias ventajas respecto a las configuraciones con el generador situado entre el buje del rotor y la torre tal como, particularmente, la de permitir el cambio del generador sin desmontar el rotor eólico, reducir las cargas y los riesgos de rayos en el generador y facilitar el acceso al buje del rotor para tareas de mantenimiento. No se conoce sin embargo ninguna implementación comercial porque esta configuración tiene varios problemas.
Uno de ellos es que el recambio de pequeños componentes del generador como ventiladores o elementos de sellado puede requerir que el personal de mantenimiento tenga que acceder al interior del generador desde su lado frontal y mover las piezas de recambio a lo largo de ese camino. Esto supone que el personal de mantenimiento debe salir al exterior del rotor eólico y del rotor del generador, una acción que implica varios problemas y riesgos. El mayor riesgo es una caída del personal desde el aerogenerador con fatales consecuencias. Adicionalmente el transporte de las piezas de recambio a largo de esa ruta es difícil.
Esta invención está orientada a la solución de ese problema.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico que permita que el personal de servicio pueda llevar a cabo la sustitución de pequeños componentes del generador sin estar sujeto a riesgos significativos de sufrir accidentes.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con el generador situado delante del rotor eólico permitiendo un fácil mantenimiento de los pequeños componentes del generador.
Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende una torre, una estructura de soporte montada sobre la torre, un tren de potencia accionado directamente incluyendo un generador situado delante del rotor eólico que está soportado por un eje principal no giratorio unido a la estructura de soporte por medio de al menos un cojinete, estando el rotor del generador rígidamente unido al buje del rotor y el estator del generador rígidamente unido al eje principal, en el que eje principal es un eje hueco que incluye uno o más dispositivos de transporte para facilitar la sustitución de piezas del generador y/o el transporte de personas.
En una realización preferente uno de dichos dispositivos de transporte es un dispositivo, tal como un patín, apropiado para desplazarse a lo largo de una guía situada a lo largo del eje superior de la superficie interior del eje principal, preferiblemente una barra con forma de C con alas dobladas para retener el patín, y teniendo medios para recibir una carga suspendida. Se consigue con ello un aerogenerador con un dispositivo de transporte instalado dentro del eje principal que es capaz de transportar pequeños componentes del generador.
En otra realización preferente uno de dichos dispositivos de transporte es un carrito con ruedas apropiado desplazarse sobre dos guías, preferiblemente barras con forma de C con alas dobladas para retener las ruedas del carrito (preferiblemente ruedas de patín) situadas a lo largo de ejes paralelos en la parte inferior de la superficie interior de un eje hueco cilíndrico. Preferiblemente la anchura W del carrito está comprendida entre el 60%-90% del diámetro interior D del eje principal. Se consigue con ello un aerogenerador con un dispositivo de dispositivo de transporte instalado dentro del eje principal que es capaz de transportar pequeños componentes del generador y también personas.
En otra realización preferente el patín y/o el carrito con ruedas están equipados con medios de arrastre. Se consigue con ello un aerogenerador con dispositivos de transporte instalados dentro del eje principal que pueden ser movidos fácilmente por el personal de mantenimiento.
En otra realización preferente, las guías del patín y/o del carrito con ruedas incluyen medios de seguridad en sus extremos tales como tacos a los el patín y/o el carrito con ruedas pueden quedar sujetos en una posición fija. Se consigue con ello un aerogenerador con dispositivos de transporte que pueden quedar instalados dentro del eje principal durante varios días para el personal de mantenimiento ó permanentemen-
te.
En otra realización preferente las guías del patín y/o del carrito con ruedas incluyen dispositivos removibles de parada en sus extremos. Se consigue con ello un aerogenerador con dispositivos de transporte que pueden ser fácilmente instalados y desinstalados.
En otra realización preferente las guías del patín y/o del carrito con ruedas están fijadas de manera reversible a las bridas de los extremos del eje principal. Se consigue con ello un aerogenerador con dispositivos de transporte cuyas guías pueden fácilmente instaladas y desinstaladas en las bridas del eje princi-
pal.
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 la figura que se acompaña.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un aerogenerador con el generador delante del rotor.
La Figura 2 es una vista esquemática de la vía de acceso al generador en el aerogenerador de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista esquemática de la vía de acceso al generador en un aerogenerador según la presente invención.
La Figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de dos dispositivos de transporte interno a lo largo del eje principal en un aerogenerador según la presente invención.
La Figura 5 es una vista esquemática en perspectiva de la guía-raíl usada por el los dispositivos de transporte ilustrados en la Figura 4.
La Figura 6 es una vista parcial en perspectiva de un carrito con ruedas y de una sus guías-raíl según la presente invención.
La Figura 7 es una vista parcial en perspectiva de un carrito con ruedas y de sus guías-raíl incluyendo medios de arrastre según la presente invención.
La Figura 8 es una vista parcial en perspectiva de un carrito con ruedas y de una de sus guías-raíl incluyendo un dispositivo de parada según la presente invención.
La Figura 9 es una vista esquemática en sección transversal de un carrito con ruedas y de una de sus guías-raíl incluyendo un dispositivo de seguridad según la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferentes
La presente invención se refiere a un aerogenerador con el generador situado delante (aguas arriba) del buje del rotor, comprendiendo, como se muestra en la Figura 1, una torre 11 soportando medios ubicados en el interior de una góndola 9 para convertir la energía rotacional del rotor eólico 15 en energía eléctrica por medio del generador 41. El rotor eólico 15 comprende un buje de rotor 17 y, típicamente, tres palas (no mostradas en la Figura 1). El buje del rotor 17 está dispuesto sobre dos cojinetes principales 21, 23, estando situado el primer cojinete 21 cerca de la parte frontal del buje del rotor y el segundo cojinete 23 cerca de la parte trasera del buje del rotor. Ambos cojinetes 21, 23 están posicionados sobre un eje principal no-rotatorio 29 conectado con la estructura de soporte 13 del aerogenerador. El estator 43 del generador está conectado al conectado al eje principal no-rotatorio 29 y el rotor 45 del generador está conectado al buje del rotor 17.
En lugar de tener una vía de acceso 51 al generador 41 discurriendo por fuera del buje del rotor (ver Fig. 2), el aerogenerador está provisto según la presente invención con una vía de acceso 53 al generador 41 a través del eje principal 29 (ver Fig. 3) con uno o más dispositivos internos de transporte apropiados para llevar personas y/o aquellas piezas internas del generador que pueden necesitar ser sustituidas durante la vida del aerogenerador.
Se considera que esta invención es aplicable a aerogeneradores con ejes principales 29 cilíndricos o cónicos de secciones transversales circulares, elipsoidales o similares. Las dimensiones internas del eje principal hueco deben cumplir con las dimensiones establecidas en las regulaciones correspondientes para que permitan el acceso de personas.
En una realización preferente uno de dichos dispositivos de transporte (ver Figs. 4-5) es un patín 61 con medios (no mostrados en la Figura 4) para recibir una carga suspendida que puede desplazarse a lo largo de una guía 63 situada a lo largo de la generatriz superior de la superficie interior de un eje principal 29 cilíndrico ó cónico. Preferiblemente dicha guía 63 es una barra con forma de C con alas dobladas 65 que sirven de raíl para el patín 61.
Usando este dispositivo, el personal de servicio que ha accedido al generador 41 a través del eje principal 29 llevando las herramientas necesarias puede separar el componente defectuoso de su fijación en el generador 41 y desplazarlo hasta el extremo frontal del eje principal 29. Aquí el componente se suspende de una tira con un gancho ú otro dispositivo similar cuyo extremo se acopla al patín 61 que lo lleva hasta la parte trasera del eje principal 29 donde se desplaza y se sustituye por la pieza de recambio que se lleva hasta el extremo frontal del eje principal 29.
En otra realización preferente uno de dichos dispositivos de transporte (ver Figs. 4-9) es un carrito con ruedas 71 desplazándose sobre dos guías 77, 79 dispuestas a lo largo de ejes paralelos en la parte baja de la superficie interior de un eje principal 29 cilíndrico. Preferiblemente dichas guías 77, 79 son también barras con forma de C con alas dobladas 65 sirviendo de raíles a las ruedas-patín 73, 75 del carrito 71. Como bien comprenderá el experto en la materia, el carrito 71 puede tener ruedas de un tipo diferente a ruedas-patín y también un número diferente de ruedas. Preferiblemente Ja anchura W del carrito 71 está comprendida entre el 60%-90% del diámetro interior mínimo D de un eje principal 29 sustancialmente cilíndrico. Este dispositivo se usa de una manera similar al dispositivo mencionado anteriormente para la sustitución de componentes del generador.
En otra realización preferente, ilustrada en las Figuras 6 y 7, el carrito 71 está equipado con una cuerda 81 que permite a una persona arrastrar al carrito hacia él. El carrito 71 puede estar equipado con la cuerda 81 o con cualquier otro dispositivo de arrastre apropiado en su extremos trasero (el extremo próximo a la estructura de soporte 13), como se ilustra en las Figuras 6 y 7, o sus dos extremos, frontal y trasero. El patín 61 también puede estar equipado con una cuerda ó cualquier otro dispositivo apropiado de arrastre de una manera similar.
En otra realización preferente, ilustrada en las Figuras 6 y 9, la guía 77 incluye un tope 83 en su extremo trasero al que se puede sujetar el carrito 71 en una posición fija. La guía 77 (y también la otra guía 79) puede estar equipada con un tope 83 ó con cualquier otro dispositivo de sujeción en su extremo trasero, como se ilustra en las Figuras 6 y 9, ó en sus dos extremos, frontal y trasero. La guía 63 del patín también puede estar equipada con un tope ó cualquier otro dispositivo apropiado de sujeción de una manera similar.
En otra realización preferente, ilustrada en las Figuras 6 y 8, la guía 77 incluye un dispositivo de parada removible 85 en su extremo trasero con un bloque 89 y una horquilla 87 que evitan que el carrito 71 se desplace demasiado lejos. La guía 77 (y también la otra guía 79) puede estar equipada con un dispositivo de parada en su extremo trasero, como se ilustra en las Figuras 6 y 8, ó en sus dos extremos, frontal y trasero. La guía 63 del patín también puede estar equipada con dispositivo de parada removible similar. Cuando dichos dispositivos de parada se quitan, el patín 61 y el carrito 71 también pueden quitarse y almacenarse de una manera compacta.
En otra realización preferente las guías 63, 77, 79 están fijadas de manera reversible a las bridas 39 de los extremos del eje principal 29 con lo que se evita su atornillado a la superficie interior del eje principal 29.
La presente invención tiene, entre otras, las siguientes ventajas:
- Proporciona una vía de acceso al generador para el personal de mantenimiento que no supone ningún riesgo de caída y que no discurre por el entorno exterior.
- Proporciona un sistema de transporte sin riesgo de caídas de las piezas defectuosas y sus piezas de recambio.
- El personal de mantenimiento no necesita medios de seguridad tales como arneses o sistemas de cintas.
- La retirada/sustitución de piezas del generador supone una distancia corta de transporte.
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, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (10)

1. Aerogenerador que comprende un tren de potencia que incluye un generador (41) situado delante del rotor eólico (15) que es accionado directamente por dicho rotor eólico (15), una torre (11) y una estructura de soporte (13) montada sobre la torre (11) en el que:
a) el rotor eólico (15), comprendiendo un buje de rotor (17) y al menos una pala, está soportado por medio de al menos un cojinete por un eje principal no giratorio (29) que está unido a la estructura de soporte (13);
b) el rotor (45) del generador está rígidamente unido al buje del rotor (17) y el estator del generador (43) está rígidamente unido al eje principal (29);
caracterizado porque el eje principal (29) es un eje hueco que incluye uno o más dispositivos de transporte (61, 71) para facilitar la sustitución de piezas del generador y/o el transporte de personas.
2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos dispositivos de transporte es un dispositivo (61) apropiado para desplazarse a lo largo de una guía (63) situada a lo largo de la generatriz superior de la superficie interior del eje principal (29) y teniendo medios para recibir una carga suspendida.
3. Aerogenerador según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho dispositivo (61) es un patín y porque dicha guía (63) es una barra con forma de C con alas dobladas (65) para retener el patín.
4. Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque uno de dichos dispositivos es un carrito con ruedas (71) apropiado desplazarse sobre dos guías paralelas (77, 79) situadas en la parte inferior de la superficie interior de un eje principal (29) cilíndrico.
5. Aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque las ruedas de dicho carrito (71) son ruedas-patín (73, 75) y las guías (77, 79) son barras con forma de C con alas dobladas (65) para retener las ruedas-patín (73, 75).
6. Aerogenerador según la reivindicación 5, caracterizado porque la anchura W del carrito (71) está comprendida entre el 60%-90% del diámetro interior D del eje principal (29).
7. Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque el patín (61) y el carrito (71) están equipados con medios de arrastre (81).
8. Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque cualquiera de dichas guías (63, 77, 79) incluyen medios de seguridad (83) en sus extremos a los que el patín (61) y/o el carrito (71) pueden quedar sujetos en una posición fija.
9. Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque cualquiera de dichas guías (63, 77, 79) incluyen dispositivos removibles de parada (85) en sus extremos.
10. Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque cualquiera de dichas guías (63, 77, 79) están fijadas de manera reversible a las bridas (39) de los extremos del eje principal (29).
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