ES2387439B1 - Unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y eje de giro del rotor. - Google Patents

Unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y eje de giro del rotor. Download PDF

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Abstract

La unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor se realiza con una brida zunchada que combina una unión por interferencia entre la superficie horizontal del eje del rotor (4) y la cara interna de la brida (5), con una unión atornillada entre la superficie vertical de la brida (5) y la cara frontal del cuerpo de la multiplicadora (4) correspondiente al eje de baja. La unión por interferencia añade un chavetero entre ambas superficies con su correspondiente chaveta (9). También se incluye un método de montaje con un tratamiento superficial a una tempera T1, un calentamiento de la brida (5) en un horno a una temperatura T2, un zunchado de la brida (5) sobre el eje de giro del rotor (4) haciendo coincidir el chavetero con la chaveta (9), un posterior enfriamiento y finalmente una unión atornillada de la brida (5) y la multiplicadora (3).

Description

UNION ENTRE EL EJE DE ENTRADA DE LA MULTIPLICADORA Y EJE
DE GIRO DEL ROTOR
Objeto de la invención
5
La presente invención se refiere a la unión entre el eje que proviene del
rotor de un aerogenerador y la multiplicadora que modifica las revoluciones
del citado eje para ajustarlas a los requerimientos del generador.
Todo ello dentro de los aerogeneradores utilizados para la producción
10
de energías limpias o renovables.
Antecedentes de la invención
El diseño estándar del tren de potencia consiste en ubicar la caja
15
multiplicadora y el generador eléctrico detrás del rotor eólico y dentro de la
góndola. Esta es la configuración más compacta . Y dentro de esta
configuración, el diseño del eje de giro del rotor y su integración con el tren
de potencia es uno de los puntos fundamentales del diseño mecánico del
aerogenerador.
2 o
Normalmente la unión entre el eje de giro del rotor y la multiplicadora se
realiza en fábrica y una vez montado se integra en el interior de la góndola y
se transporta hasta el lugar de montaje en campo.
El eje de giro del rotor reposa sobre rodamientos separados y se une al
eje de giro de la multiplicadora mediante uniones por fricción (estranguladas)
25
o atornilladas. En el caso de ciertas máquinas la unión es un collarín que se
dispone sobre el exterior de la unión que forma el eje de giro del rotor y el eje
de giro de la multiplicadora. El eje de giro de la multiplicadora recibe en su
interior hueco el eje de giro del rotor. El collarín hidráulico (o mecánico)
comprime el eje hueco con el eje de giro del rotor y transmite los momentos
3o
de torsión mediante fricción.
En el caso de las máquinas con tren compacto integrado la unión es
atornillada y se utiliza un aditivo para que la superficie de fricción sea más
efectiva. Tal y como se señala en la patente EP2075466.
Si bien estas formas de unión pueden presentar los siguientes
35
problemas:
La unión atornillada y los aditivos utilizados en la unión de la maquina
con tren compacto integrado muestran poca modularidad y el mantenimiento
precisa de espacio de maniobra dentro de la nacelle. la unión realizada con
el collarín exige un ajuste muy comprometido durante el desplazamiento
5
axial de los elementos. Además de lo caro que es el material con el que se
hace el collarín.
Las uniones atornilladas existentes utilizan una combinación de tornillos
y pasadores para fijar bridas más pequeñas que las correspondientes para
transmitir par torsor solamente por fricción . Se hace para no penalizar el
10
tamaño del rodamiento del eje de la multiplicadora, del propio eje y de la
brida. Sin embargo, las uniones por fricción son más versátiles para el
montaje y desmontaje y reparten mejor el trabajo y las tensiones.
El montaje del tren de potencia y su posterior mantenimiento es muy
importante y repercute directamente en los costes del aerogenerador. El eje
15
del rotor transmite grandes esfuerzos y su unión con el eje de la
multiplicadora debe calcularse con gran detalle. Estos elementos son ejes
rotatorios y algunas veces están cubiertos con sus correspondientes
carcasas. Debe tenerse en cuenta su intercambiabilidad y accesibilidad .
2 O
Descripción de la invención
En el nuevo diseño y debido principalmente a una cuestión de espacia,
se ha desarrollado una combinación de unión atornillada acompañándola con
la modularidad, versatilidad y robustez que proporciona una unión por
25
interferencia.
ASi, un objeto de la invención es la obtención de un tren de potencia
con menor peso que los existentes en la actualidad.
Otro objeto de la invención es permitir un montaje más sencillo y a su
vez un desmontaje (para la sustitución de la multiplicadora) también más
30
sencillo.
A su ve.z, es otro objeto de la invención diseñar y utilizar en la unión una
brida como una pieza única, formada de acero estructural y que sea capaz
de soportar altas temperaturas durante su montaje.
y por último es otro objeto de la invención que la unión se realice con
35
una brida que combina una unión por interferencia con una unión atornillada
por fricción.
Todo ello se logra con una brida zunchada y un específico método de
montaje en el que primero se calienta la brida atendiendo a las solicitaciones
que nos marcan las interferencias de montaje. Previo al delicado proceso de
5
calentamiento se realizar un tratamiento superficial de la pieza de manera
que la brida se protege contra la corrosión y aumenta su coeficiente de
rozamiento. La brida zunchada representa un elemento de presión que
realiza la función de soportar las cargas de fatiga. El chavetero y su
correspondiente chaveta (dispuesto entre las piezas unidas) aporta el
10
diferencial para las cargas extremas y además disminuye las dimensiones
del zuncho.
La principal ventaja de este nuevo diseño es la reducción de costes y la
reducción de peso, además de la robustez de la fijación de la brida al eje.
15
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de explicar de forma preferencial cómo se realiza el montaje
del eje de giro del rotor y el eje de entrada de la multiplicadora, se
acompañan las siguientes figuras:
2 O
La figura 1 muestra el buje del rotor y una parte del tren de potencia que
incluye el eje del rotor y la multiplicadora.
La figura 2 muestra en otra perspectiva el buje y el eje del rotor, con una
representación de la brida zunchada.
La figura 3 muestra una sección de las figuras anteriores.
25
La figura 4 muestra el eje del rotor y la brida zunchada con una sección
de un cuarto sobre ambas piezas.
Descripción de una realización preferencial
30
Tal y como se muestra en la figura 1, el rotor eólico (1) representado
es de tipo hélice con tres palas (no mostradas en la figura). Este tipo de
rotor (1) tiene una mejor estabilidad estructural y aerodinámica frente a los
rotores de una o dos palas. Durante el proceso de conversión de energía
interviene el rotor eólico (1) que convierte la energia cinética del viento en
35
energía mecánica, el tren de potencia (2) que transmite la potencia mecánica
desarrollada por el aerogenerador al generador eléctrico (no mostrado)
mediante una multiplicadora (3) y por último el generador transforma la
energía mecánica en eléctrica .
El tren de potencia (2) o sistema mecánico de transmisión lo
5
constituyen todos los elementos y componentes de un aerogenerador que
transmiten par mecánico al eje de giro. Como la velocidad de giro del
generador eléctrico no se corresponde con la velocidad de giro del rotor
eólico (1) es necesario incluir una multiplicadora (3) . El cuerpo de la
multiplicadora (3) conecta su parte correspondiente a la baja velocidad con el
10
eje del rotor (4) o eje de baja. El parámetro de diseño más importante es el
par transmitido por el eje del rotor (4) en condiciones nominales, sin embargo
este par está sujeto a variaciones importantes.
Además de la disposición del freno mecánico y de la existencia o no
de amortiguamientos mecánicos para reducir las oscilaciones del par
15
transmitido, un factor de servicio de la multiplicadora (3) es su unión con el
eje del rotor (4).
En la figura 2, al eje del rotor (4) se le añade una brida (5) que abarca
externamente al citado eje (4). La brida (5) es una pieza única combinación
de dos anillos concéntricos: un primer anillo (6) más ancho que alto y a
2 o
continuación, un segundo anillo (7) de menor anchura que el anterior y de
mayor altura o diámetro externo. Este segundo anillo (7) tiene orificios
pasantes (8) en la dirección del eje de los módulos: multiplicadora y eje del
rotor. La unión entre la superficie horizontal del eje del rotor (4) con la cara
interna de la brida (5) es una unión por interferencia.
25
La unión entre la superficie vertical de la brida (5) o la parte
correspondiente al segundo anillo (7) y la cara frontal del cuerpo de la
multiplicadora (3) es una unión atornillada por fricción. Tal y como se muestra
en las figuras 3 y 4. La unión por interferencia entre el eje del rotor (4) y la
cara interna de la brida (5) añade en una parte de la superficie de contacto
3 o
un chavetero y su respectiva chaveta (9).
Las variaciones existentes en las condiciones de carga se han
considerado en el espectro de cargas de fatiga. El par de fatiga máximo y el
par máximo existente en condiciones extremas son soportados por la
combinación de una brida zunchada (5) y la chaveta (9). Siendo el elemento
35
diferencial de carga la chaveta (9). Todo ello según los espectros de carga
tipificados en la norma lEC 61400.
El método de montaje de la brida (5) es similar al efectuado en los
elementos perdidos: una vez calentados y colocados en su lugar se dan
como perdidos, (tal es el caso de los rodamientos). La brida (5) se calienta
5
en un horno y su calentamiento es alto pero sin dañar el tratamiento
superficial.
Previamente se ha realizado un tratamiento superficial a una
temperatura tal que sea capaz de soportar adecuadamente la temperatura
de zunchado. El tratamiento superficial se realiza tanto por la superficie del
10
primer anillo (6) como por la superficie del segundo anillo (7).
Una vez calentada la brida (5) se encaja en el eje del rotor (4). Para
conjugar las solicitaciones, la dificultad en el calentamiento y las
interferencias, se añade la chaveta (9) al eje del rotor (4) que junto con el
chavetero existente en la brida (5) se crea el suficiente equilibrio en la unión.
15
La utilización de la chaveta (9) contribuye a que la temperatura de montaje
sea menor y contribuye también a reducir peso y consecuentemente coste
de la brida.
Una vez que el elemento zunchado se ha enfriado, se confronta la
cara representada por el módulo de la brida (5) con los orificios que
2 O
presentan el módulo de la multiplicadora (3) y se atraviesan con tornillos que
trabajan a tracción y se disponen paralelos al eje de los módulos. El esfuerzo
torsor se transmite por fricción.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Unión entre el eje de entrada de una multiplicadora y el eje de giro de un_rotor caracterizado porque la unión entre ambos elementos se realiza 5 con una brida zunchada que combina -una unión por interferencia entre una superficie horizontal del eje del rotor (4) y una cara interna de la brida (5), -Y una unión atornillada entre una superficie vertical de la brida (5) y una cara frontal de la multiplicadora (4) correspondiente al eje de giro del
    10 rotor.
  2. 2.-Unión entre el eje de entrada de una multiplicadora y el eje de giro de un rotor, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la unión por interferencia entre el eje de giro del rotor (4) y la cara interna de la brida (5)
    15 se añade un chavetero y en su interior se incluye una chaveta (9).
  3. 3.-Unión entre el eje de entrada de una multiplicadora y el eje de giro de un rotor, según la reivindicación 1, caracterizado porque la brida es una pieza única y su material es acero estructural.
    20 4.-Método de unión entre el eje de entrada de una multiplicadora y el eje de giro de un rotor caracterizado porque se realiza en la brida (5) un tratamiento superficial previo a una temperatura tal que sea capaz de soportar adecuadamente la temperatura de zunchado, la brida (5) se calienta
    25 en un horno a la temperatura adecuada con anterioridad a iniciar el proceso de montaje, se zuncha sobre el eje de giro del rotor (4) haciendo coincidir el chavetero con la chaveta (9), se deja enfriar y finalmente se atornilla a la mulliplicadora (3).
    30 5.-Método de unión entre el eje de entrada de una multiplicadora y el eje de giro de un rotor, según la reivindicación 4, caracterizado porque unos orificios (8) de la brida (5) se enfrentan con unos orificios de la multiplicadora
    (3) y se atraviesan con tornillos que trabajan a tracción y se disponen
    paralelos al eje de la multiplicadora (3) I eje (4) y transmiten el par torsor por 35 fricción.
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