ES2369810B1 - Un dispositivo de sustitución del freno para un aerogenerador. - Google Patents

Un dispositivo de sustitución del freno para un aerogenerador. Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de sustitución del freno para un aerogenerador. El aerogenerador comprende: una primera disposición para impedir la rotación del buje del rotor (11) comprendiendo un pasador de bloqueo (21) y uno o más orificios cooperantes (23); medios aerodinámicos y/o eléctricos para detener el tren de potencia cerca de una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo (21) en uno de dichos orificios (23); una segunda disposición para mantener fijado el tren de potencia en dicha posición angular que comprende un dispositivo de fijación (41) y uno o más medios cooperantes (43), siendo esa segunda disposición capaz de fijar el tren de potencia en una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo (21) en uno de dichos orificios (23) desde la posición de detención alcanzada incluso si existe un desfase (A) de hasta 7 grados entre ambas posiciones.

Description

sición de fijar el tren de potencia en una posición an-
Un dispositivo de sustitución del freno para un aerogenerador. Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo de sustitución del freno para un aerogenerador y, más en particular, a un dispositivo de fijación que puede situar el rotor del aerogenerador en una posición apropiada para ser bloqueado por un dispositivo de bloqueo de rotor. 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 sistema de bloqueo forma parte normalmente de un sistema redundante que también incluye el freno.
El sistema de bloqueo comprende típicamente uno
o más pasadores (a menudo dos pasadores) que son empujados hacia orificios en el buje del rotor, 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.
El bloqueo del rotor se lleva a cabo normalmente conduciendo lentamente al rotor a la posición de bloqueo variando el ángulo de paso de las palas o conduciendo el rotor con el generador o un dispositivo externo. Sin embargo puede haber distintas causas que impidan que el rotor se pare en la posición correcta tales como un cambio en la dirección del viento que hace que el motor se mueva unos mm ó el par de rotación irregular que aparece cuando se para un aerogenerador con un generador de imanes permanentes accionado directamente.
Consiguientemente en esas situaciones resulta casi imposible bloquear el rotor porque los pasadores de bloqueo y los orificios en el buje no están alineados incluso cuando se usa algún sistema de bloqueo que resuelve problemas de desalineación entre pasadores de bloqueo y orificios en el buje del rotor como los descritos en EP 1 291 521 A1 y WO 2008/059088.
Esta invención está orientada a la solución de ese inconveniente. Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar una disposición de fijación para un aerogenerador que asegure una posición apropiada del tren de potencia del aerogenerador para el sistema de bloqueo del rotor para todos los tipos de aerogeneradores.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de sustitución del freno para aquellos tipos de aerogeneradores que en otro caso requerirían grandes dispositivos de freno.
Estos y otros objetos de la presente invención se consiguen con un aerogenerador que tiene una primera disposición para impedir la rotación del buje del rotor comprendiendo al menos un pasador de bloqueo montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más orificios cooperantes en una parte móvil del tren de potencia; que también tiene medios aerodinámicos y/o eléctricos para detener el tren de potencia cerca de una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo en uno de dichos orificios, que también tiene una segunda disposición para mantener fijado el tren de potencia en dicha posición angular que comprende un dispositivo de fijación montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más medios cooperantes en una parte móvil gular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo en uno de dichos orificios desde la posición de detención alcanzada después de haber usado dichos medios aerodinámicos y/o eléctricos incluso si existe un desfase de hasta 7 grados entre ambas posiciones.
En una realización preferente, la parte móvil del tren de potencia que comprende dichos orificios cooperantes y dichos medios cooperante es el buje del rotor y la parte inmóvil del aerogenerador en la que están montados dicho pasador de bloqueo y dicho dispositivo de fijación es la estructura de la góndola, dicho dispositivo de fijación incluye una rueda que es presionada verticalmente sobre el contorno externo del buje del rotor cuando se activa el dispositivo de fijación, y dichos medios cooperantes son muescas angulares en el buje del rotor a una de las cuales debe acoplarse dicha rueda en la operación de fijación. Se consigue con ello una disposición de fijación de instalación fácil.
En otra realización preferente, la relación entre la altura H de dicha muesca angular y el diámetro D de dicha rueda está comprendido en rango 1/20-1/2. Se consigue con ello una configuración de la disposición de fijación apropiada para actuar tanto como una disposición de posicionamiento ó como una disposición de freno.
En otra realización preferente, la primera disposición comprende un número N (preferiblemente doce para aerogeneradores de 3 palas) de orificios de distribuidos uniformemente en el buje del rotor en uno de los cuales debe introducirse dicho al menos un pasador de bloque; la segunda disposición comprende el mismo número N de muescas angulares distribuidas uniformemente en el buje del rotor, a una de las cuales debe quedar acoplado dicha rueda, y posicionadas entre dichos orificios; permitiendo la distancia angular entre dicho pasador de bloqueo y dicho dispositivo de fijación que puedan cooperar, respectivamente, con un orificio y una muesca angular. En el supuesto mencionado de N=12 se consigue con ello el número de orificios muescas angulares que permite posicionar cada pala individual verticalmente arriba ó abajo y horizontalmente a la izquierdaóala derecha.
En otra realización preferente, el dispositivo de fijación comprende una estructura pivotante soportada por una base unida a la estructura de la góndola que tiene en un extremo dicha rueda y un dispositivo de pistón (preferiblemente un dispositivo de pistón actuado hidráulicamente) en el extremo opuesto. Se consigue con ello un dispositivo de fijación simplificado.
En otra realización preferente el aerogenerador es un aerogenerador accionado directamente y su generador es un generador de imanes permanentes. Se consigue con ello un dispositivo de fijación particularmente apropiado para una configuración de aerogenerador en la que es particularmente difícil posicionar el tren de potencia en una posición predeterminada debido al par de rotación irregular que aparece cuando se detiene el aerogenerador.
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 parcial en perspectiva de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención.
La Figura 2 es una vista ampliada del dispositivo de fijación según la presente invención.
Las Figuras 3a y 3b son esquemas ilustrativos del funcionamiento del dispositivo de fijación según la presente invención.
La Figura 4 es un esquema que muestra la rueda del dispositivo de fijación acoplada a una muesca angular del buje del rotor y que ilustra sus dimensiones relativas.
Las Figuras 5a y 5b son dos vistas parciales en perspectiva de un aerogenerador accionado directamente según la presente invención mostrando el dispositivo de fijación en una posición desactivada. Descripción detallada de las realizaciones preferentes
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 -directamenteoatravés de un dispositivo de multiplicación-un generador eléctrico.
Como en los sistemas de bloqueo del rotor conocidos, los componentes básicos de la disposición de bloqueo del rotor usada en la presente invención son pasadores de bloqueo 21 montados en la estructura de la góndola 13 (ó en otra parte no rotatoria del aerogenerador) y orificios conjugados 23 situados en el buje del rotor 11 (ó en otra parte rotatoria del aerogenerador). La operación de bloqueo del rotor debe ser llevada a cabo después de detener el aerogenerador usando por ejemplo medios conocidos de regulación del ángulo de paso de las palas (llamados medios aerodinámicos en este documento) como sigue: en una primera etapa se dispone el ángulo de paso de las palas en torno a 90 grados de manera que el rotor se desacelera hasta llegar a un número de revoluciones por minuto muy próximo a cero; en una segunda etapa se mueve convenientemente el ángulo de paso de las palas para llevar el rotor lo más cerca posible a la posición en la que el pasador de bloqueo 21 debe introducirse en un orificio conjugado 23.
Alternativamente se puede detener el aerogenerador y llevar el rotor lo más cerca posible a la posición en la que el pasador de bloqueo 21 deber introducirse en un orificio conjugado 23 utilizando medios eléctricos.
En cualquier caso, como la posición final de parada no es una posición estable en la que incluso un pequeño movimiento del rotor (debido a cualquier causa) puede impedir la operación de bloqueo del rotor, una segunda disposición según la presente invención permite mantener fijado en tren de potencia en una posición apropiada para la operación de bloqueo del rotor.
En una realización preferente de la invención ilustrada en las Figuras los principales componentes de esa segunda disposición son un dispositivo de fijación 41 comprendiendo (ver particularmente la Figura 21) una estructura pivotante 45 soportada por una base 43 unida a la estructura de la góndola 13 con una rueda 49 en un extremo y un dispositivo de pistón 47 en el extremo opuesto y muescas angulares conjugadas 31 en la superficie del buje del rotor 11.
Los orificios 23 y las muescas angulares 31 están dispuestas a lo largo de buje del rotor 11 de manera tal que estando presionada una muesca angular 31 por la rueda 49 se asegura que el pasador de bloqueo 21 queda colocado enfrente de un orificio conjugado
23.
Una vez que se detiene el aerogenerador puede haber un desfase A entre la posición angular del dispositivo de fijación 41 y la posición angular de la muesca angular 31 identificadas respectivamente, por los ejes 26 y 24 en la Figura 3a. Entonces, se activa el dispositivo de fijación 41 (proporcionando una fuerza al dispositivo de pistón 47 usando, preferentemente, medios hidráulicos) y la rueda 49 queda acoplada a la muesca angular 31 mediante la actuación de la fuerza F, como se ilustra en la Figura 3b, es decir, queda colocada en la misma posición angular (actuando por tanto como dispositivo de posicionamiento) y presionada sobre ella (actuando por tanto como un dispositivo de freno).
Cuando el dispositivo de fijación 41 no está activado, la rueda 49 se levanta de manera que no toque al buje del rotor 11 como se muestra en las Figuras 5a y5b.
El aerogenerador ilustrado en las Figuras es un aerogenerador accionado directamente con el buje del rotor 11 unido a la estructura de la góndola 13 de manera que dichos orificios 23 y dichas muescas angulares 31 están dispuestas a lo largo de una brida del buje del rotor orientada hacia la estructura de la góndola 13. En otras configuraciones del aerogenerador, los orificios 23 y las muescas angulares 31, por un lado, y el pasador de bloqueo 21 y el dispositivo de fijación 41, por otro lado, pueden estar situados en posiciones muy diferentes, pero como bien comprenderá el experto en la materia, si la disposición de bloqueo del rotor y la disposición de fijación pueden ser definidas por sus posiciones angulares con respecto al eje del tren de potencia de manera similar a los ejes 24, 26 de las Figuras 31 y 3b, cualquier ubicación de dichas disposiciones debe considerarse comprendida por esta invención.
Se considera que la segunda disposición según la presente invención debe ser capaz de fijar el tren de potencia para un desfase A de hasta 7 grados lo que cubre un amplio rango de posibles desviaciones del tren de potencia desde la posición de parada. En este sentido puede advertirse que, por ejemplo, en el caso de un aerogenerador con un generador PM con 120 polos y 360 ranuras, la distancia angular entre dos posiciones de equilibrio es de 1 grado.
Un desfase A máximo de 7 grados en un buje de rotor 11 de un radio de 1250 mm implicaría la necesidad de un dispositivo de fijación 41 con una rueda de aproximadamente 150 mm cooperando por ejemplo con una muesca angular 31 del mismo radio, por lo que puede decirse que desfases de hasta 7 grados pueden ser manejados por el dispositivo de fijación
41.
En una realización preferente, la primera disposición de bloque comprende un número N (preferiblemente doce para aerogeneradores de tres palas) de orificios 23 distribuidos uniformemente en el buje del rotor para recibir al menos un pasador de bloqueo 21 y la segunda disposición de fijación comprende el mismo número N de muescas angulares 31 uniformemente distribuidas entre dichos orificios 23 para alojar la rueda 49 del dispositivo de fijación 41. La distancia angular entre el pasador de bloqueo 31 y el dispositivo de fijación 41 debe ser consistente con la distancia angular entre los orificios 23 y las muescas angulares
31.
En una realización preferente de la segunda disposición, como se muestra en la Figura 4, la relación entre la altura H de la muesca angular 31 y el diámetro D de la rueda 49 debe estar comprendida entre 1/20 y 1/2. Una relación mayor de 1/2, es decir un muesca angular profunda bloquearía la rotación del sistema; una relación menor de 1/20, es decir una muesca angular muy pequeña, implicaría una fuerza de fijación demasiado débil.
La operación de bloqueo de rotor en un aerogenerador según la presente invención puede llevarse a cabo manualmente o automáticamente.
En una operación manual, la detención del tren de potencia en la posición requerida, la activación del dispositivo de fijación y la activación del sistema de bloqueo son tareas llevadas a cabo independientemente. En este procedimiento, la tarea de bloqueo del rotor no requiere varios intentos como sucede en los procedimientos de bloqueo del rotor conocidos porque el dispositivo de fijación asegura la alineación correcta entre pasadores de bloqueo y orificios.
Si el aerogenerador tiene medios de medición de la posición angular del tren de potencia entonces es factible una operación automática de bloqueo del rotor porque la activación del dispositivo de fijación y la activación del sistema del bloqueo del rotor pueden ser automatizadas.
El dispositivo de fijación según la presente invención, adicionalmente a su contribución a mejorar la operación de bloqueo del rotor, puede sustituir ventajosamente los dispositivos de freno conocidos que se usan para fijar el rotor, particularmente en aquellos aerogeneradores sin multiplicadora en los que las dimensiones de los dispositivos de freno convencionales bastante grandes.
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 (9)

  1. REIVINDICACIONES
    debe acoplarse dicha rueda (49) en la operación de
    1. Aerogenerador comprendiendo: una torre, una estructura de góndola (13) montada sobre la torre, un tren de potencia que incluye un generador accionado por un rotor que comprende un buje de rotor (11) y al menos una pala; una primera disposición para impedir la rotación del buje del rotor (11) comprendiendo al menos un pasador de bloqueo (21) montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más orificios cooperantes (23) en el tren de potencia; medios aerodinámicos y/o eléctricos para detener el tren de potencia cerca de una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo (21) en uno de dichos orificios (23), caracterizado porque:
    -
    también comprende una segunda disposición para mantener fijado el tren de potencia en dicha posición angular que comprende un dispositivo de fijación
    (41)
    montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más medios cooperantes en una parte móvil del tren de potencia;
    -esa segunda disposición es capaz de fijar el tren de potencia en una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo (21) en uno de dichos orificios (23) desde la posición de detención alcanzada después de haber usado dichos medios aerodinámicos y/o eléctricos incluso si existe un desfase
    (A)
    de hasta 7 grados entre ambas posiciones.
  2. 2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque:
    -
    la parte móvil del tren de potencia que comprende dichos orificios cooperantes (23) y dichos medios cooperantes es el buje del rotor (11) y la parte inmóvil del aerogenerador a la que están unidos dicho pasador de bloqueo (21) y dicho dispositivo de fijación (41) es la estructura de la góndola (13);
    -
    dicho dispositivo de fijación (41) incluye una rueda (49) que es presionada verticalmente sobre contorno externo del buje del rotor (41) cuando se activa el dispositivo de fijación (41);
    -
    dichos medios cooperantes son muescas angulares (41) en el buje del rotor (11) a una de las cuales fijación.
  3. 3. Aerogenerador según la reivindicación 2, caracterizado porque la relación entre la altura (H) de dichas muescas angulares (31) y el diámetro (D) de dicha rueda (49) está comprendido en el rango 1/201/2.
  4. 4. Aerogenerador según cualquiera de las reivin
    dicaciones 2-3, caracterizado porque: -dicha primera disposición comprende un número
    (N) de orificios (23) distribuidos uniformemente en el buje del rotor (11) en uno de los cuales debe introducirse dicho al menos un pasador de bloqueo (21);
    -
    dicha segunda disposición comprende el mismo número (N) de muescas angulares (31) distribuidas uniformemente en el buje del rotor (11), a una de las cuales debe quedar acoplada dicha rueda (49), y posicionadas entre dichos orificios (23);
    -
    la distancia angular entre dicho pasador de bloqueo (21) y dicho dispositivo de fijación (41) debe permitir que puedan cooperar, respectivamente con un orificio (23) y una muesca angular (31).
  5. 5.
    Aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque el rotor comprende tres palas, la primera disposición comprende doce orificios (23) y la segunda disposición comprende 12 muescas angulares (31).
  6. 6.
    Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 2-5, caracterizado porque dicho dispositivo de fijación (41) comprende una estructura pivotante
    (45) soportada por una base (43) unida a la estructura de la góndola (13) que tiene en un extremo dicha rueda (49) y un dispositivo de pistón (47) en el extremo opuesto.
  7. 7.
    Aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho dispositivo de pistón (47) es un dispositivo accionado hidráulicamente.
  8. 8.
    Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque dicho aerogenerador es un aerogenerador accionado directamente y su generador es un generador de imanes permanentes.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201000602
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 11.05.2010
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D7/02 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A A
    EP 1167755 A2 (ENRON WIND GMBH) 02.01.2002, todo el documento. US 2009162202 A1 (NIES JACOB JOHANNES et al.) 25.06.2009, todo el documento. 1-8 1-8
    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 13.09.2011
    Examinador M. A. López Carretero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201000602
    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: 201000602
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 13.09.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 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: 201000602
    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 1167755 A2 (ENRON WIND GMBH) 02.01.2002
    D02
    US 2009162202 A1 (NIES JACOB JOHANNES et al.) 25.06.2009
  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
    La presente solicitud de patente en su reivindicación independiente 1 reivindica un aerogenerador con una primera disposición para impedir la rotación del buje del rotor comprendiendo al menos un pasador de bloqueo montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más orificios cooperantes en el tren de potencia; medios aerodinámicos y/o eléctricos para detener el tren de potencia cerca de una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo en uno de los orificios, caracterizado porque también comprende una segunda disposición para mantener fijado el tren de potencia en dicha posición angular que comprende un dispositivo de fijación montado en una parte inmóvil del aerogenerador y uno o más medios cooperantes en una parte móvil del tren de potencia. Esa segunda disposición es capaz de fijar el tren de potencia en una posición angular apropiada para introducir dicho pasador de bloqueo en uno de dichos orificios desde la posición de detención alcanzada después de haber usado dichos medios aerodinámicos y/o eléctricos incluso si existe un desfase de hasta 7 grados en dichas posiciones. Los documentos citados D01 y D02 muestran, uno un dispositivo de bloqueo que utiliza una rueda dentada para alinear el pasador con su orificio correspondiente, y otro un método de posicionamiento para determinar una posición angular determinada controlando la desaceleración del rotor hasta la posición requerida. Estos documentos muestran el estado general de la técnica y no se consideran de particular relevancia. Por lo tanto se puede considerar que la invención es nueva e implica actividad inventiva tal y como requieren los Arts. 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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