ES2430763A2

ES2430763A2 - Segmento dentado para el rodamiento de paso de un aerogenerador

Info

Publication number: ES2430763A2
Application number: ES201200529A
Authority: ES
Inventors: Bhavbhuti PANDYA
Original assignee: Gamesa Innovation and Technology SL
Current assignee: Adwen Offshore SL
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: US9702341B2; CN103423101A; BR102013012576A8; US20130309069A1; EP2667026A3; EP2667026A2; ES2430763B1; ES2430763R1; BR102013012576A2

Abstract

Placa dentada segmentada 118 configurada para conectarse de forma desmontable a un rodamiento de paso 112 de un aerogenerador 100. El rodamiento de paso 112 se encuentra entre un buje de rotor 108 y una pluralidad de palas 110. El rodamiento de paso 112 pivota axialmente la pluralidad de palas 110 entre diferentes ángulos de paso. El rodamiento de paso 112 incluye un anillo de rodamiento interior 114 y un anillo de rodamiento exterior 116 interconectados entre sí de modo giratorio. La placa dentada segmentada 118 se conecta de forma desmontable al menos a uno de los anillos de rodamiento interior 114 ó exterior 116 mediante al menos un elemento de conexión 128. La placa dentada segmentada 118 tiene una pluralidad de dientes 120 de engranaje, y dicha pluralidad está configurada para permitir la rotación de un árbol de transmisión de un motor 126 para lograr diferentes ángulos de paso.

Description

SEGMENTO DENTADO PARA EL RODAMIENTO DE PASO DE UN AEROGENERADOR

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención generalmente se refiere a aerogeneradores, y más concretamente, a un segmento dentado y a un método para fijar el segmento dentado a un rodamiento de paso del aerogenerador.

ANTECEDENTES DE LA EXPOSICiÓN

Normalmente un aerogenerador está compuesto por una pluralidad de palas conectadas a una góndola a través de un buje de rotor. El aerogenerador incluye además un mecanismo de control para regular el paso de las palas. Los aerogeneradores ajustan el paso de la pala del rotor por varias razones. El paso de las palas se ajusta para mejorar la eficacia del aerogenerador adaptando la aerodinámica de la pala al cambio de velocidad del viento. Otra razón es llevar las palas a una posición de bandera o sin carga, en caso de que el viento supere la velocidad nominal de seguridad máxima o en condiciones de fallo. Por lo general los aerogeneradores incluyen un mecanismo para pivotar axialmente la pluralidad de palas en relación al buje del rotor a fin de cambiar la pala entre los diferentes ángulos de paso. Para efectuar el paso, cada pala dispone de un rodamiento de paso entre el buje y la pala, y una especie de mecanismo, la mayoría de las veces un cilindro hidráulico, para proporcionar la fuerza para el paso de la pala y mantenerla en una determinada posición. Esta disposición de paso permite a cada pala girar aproximadamente 1200 alrededor de su eje de rotación.

En la disposición existente, el anillo de rodamiento interior/exterior se fabrica de tal modo que solo una parte del anillo incluye engranajes. Este tipo de disposición es suficiente para hacer girar la pala con el ángulo de paso requerido. No obstante, para este tipo de anillos de rodamiento, resulta muy complicado fabricar este diseño de engranajes en el anillo interior/exterior. El otro problema es que incluso después de fabricar los engranajes, al endurecer los dientes de engranaje, existe la posibilidad de distorsión al final de la parte engranada. Por lo tanto, no se puede realizar un endurecimiento homogéneo. También, siempre resulta difícil extraer todo el anillo de rodamiento para tareas de mantenimiento o reparación.

Aunque en el pasado se han desarrollado varios otros métodos para proporcionar un modo de mantener la disposición de paso de los aerogeneradores, todavía hay espacio para el desarrollo. Por consiguiente persiste la necesidad de que se realicen más contribuciones en este campo de la tecnología.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Los defectos, inconvenientes y problemas mencionados anteriormente se solucionan en la presente invención que se entenderá tras leer y comprender la siguiente descripción.

La presente invención está dirigida a una placa dentada segmentada configurada para ser conectada de forma desmontable a un rodamiento de paso de un aerogenerador. El aerogenerador incluye una pluralidad de palas montadas en un buje de rotor. El buje del rotor se monta en una góndola a través del rodamiento de paso. El rodamiento de paso pivota axialmente la pluralidad de palas entre diferentes ángulos de paso. El rodamiento de paso incluye un anillo de rodamiento interior y un anillo de rodamiento exterior interconectados entre sí de modo giratorio. La placa dentada segmentada se conecta de forma desmontable al menos a uno de los anillos de rodamiento interior o exterior mediante al menos un elemento de conexión. El segmento dentado tiene una pluralidad de dientes de engranaje, y dicha pluralidad está configurada para permitir la rotación de un árbol de transmisión de un motor para lograr diferentes ángulos de paso. El segmento dentado se fabrica y se trata térmicamente por separado para evitar cualquier distorsión en el anillo de rodamiento interior

o el anillo de rodamiento exterior del rodamiento de paso.

Otros aspectos resultarán evidentes para los expertos en la materia tras considerar la

siguiente descripción detallada de las realizaciones ilustrativas que demuestran el mejor modo

de llevar a cabo la invención tal como se percibe actualmente.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

Las realizaciones preferibles de la invención se describirán en lo sucesivo junto con las figuras adjuntas que se facilitan para ilustrar y no limitar la invención, denotando designaciones similares elementos similares, y en la cual:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un aerogenerador de acuerdo con una realización de la exposición;

La Fig. 2 es una vista en perspectiva de una góndola, un buje de rotor junto con una parte de las palas del aerogenerador descrito en la realización de la Fig. 1;

La Fig. 3 es una vista en perspectiva detallada del buje del rotor y partes de la pala del aerogenerador con el segmento dentado de acuerdo con una realización de la invención;

La Fig. 4 es una vista en perspectiva de un segmento dentado de acuerdo con una realización de la exposición;

La Fig. 5 es un extremo del segmento dentado que muestra las uniones del segmento dentado con el anillo de rodamiento de acuerdo con una realización de la exposición;

La Fig. 6 es una vista detallada del anillo de rodamiento junto con el segmento dentado de acuerdo con la realización de la Fig. 5;

La Fig. 7 es una vista lateral del anillo de rodamiento junto con el segmento dentado conectado al anillo de rodamiento exterior de acuerdo con otra realización de la exposición;

La Fig. 8 es una vista en perspectiva de un extremo del segmento dentado de acuerdo con la realización descrita en la Fig. 7; Y

La Fig. 9 es un diagrama de flujo que explica los pasos para fijar de forma desmontable un segmento dentado a un rodamiento de paso de un aerogenerador.

DESCRIPCiÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIBLES

Aunque la presente exposición puede adoptar muchas formas diferentes, con el fin de fomentar el conocimiento de los principios de la exposición, ahora se hará referencia a las realizaciones ilustradas en los dibujos, y se utilizará un lenguaje específico para describirlas. Por lo tanto no se pretende limitar en modo alguno el ámbito de la exposición. Se contemplan varias alteraciones, modificaciones adicionales de las realizaciones descritas, y cualesquiera otras aplicaciones de los principios de la exposición, tal como se describe en la misma.

La presente invención está dirigida a una placa dentada segmentada configurada para ser conectada de forma desmontable a un rodamiento de paso de un aerogenerador. El aerogenerador incluye una pluralidad de palas montadas en un buje de rotor, y el buje del rotor montado en una góndola a través del rodamiento de paso. El rodamiento de paso pivota axial mente la pluralidad de palas entre diferentes ángulos de paso. El rodamiento de paso incluye un anillo de rodamiento interior y un anillo de rodamiento exterior interconectados entre sí de modo giratorio. La placa dentada segmentada se conecta de forma desmontable al menos a uno de los anillos de rodamiento interior o exterior mediante al menos un elemento de conexión. El segmento dentado tiene una pluralidad de dientes de engranaje, y dicha pluralidad está configurada para permitir la rotación de un árbol de transmisión para lograr diferentes ángulos de paso.

La Fig. 1 es una vista frontal que muestra un aerogenerador 100 de acuerdo con una realización ilustrativa de la exposición. Debe tenerse en cuenta que el aerogenerador 100 puede ser un aerogenerador marino o terrestre. El aerogenerador ilustrado 100 incluye una torre de aerogenerador (en adelante denominada "torre") 102 erguida en vertical sobre una cimentación 104 o una base de aerogenerador 104 en la tierra o el mar, una góndola 106 montada en el extremo superior de la torre 102, y un buje de rotor 108 montado en el extremo frontal de la góndola 106 de forma que sea soportado de modo giratorio alrededor del eje de rotación lateral horizontal sustancialmente, perpendicular al plano del papel del mismo. El buje del rotor 108 tiene una pluralidad de palas de aerogenerador 110 (por ejemplo, tres como se muestra en la Fig. 1) montadas en un patrón radial alrededor de su eje de rotación. Así, la potencia del viento soplando contra las palas del aerogenerador 110 en la dirección del eje de rotación del cabezal del rotor 108 se convierte en fuerza motriz que hace girar el buje del rotor 108 alrededor de su eje de rotación. Un anemómetro (no mostrado en la figura) que mide el valor de la velocidad del viento en los alrededores y un anemoscopio (no mostrado) que mide la dirección del viento se colocan en las ubicaciones apropiadas de la superficie periférica exterior (por ejemplo, en la parte superior, etc.) de la góndola 106.

El aerogenerador 100 incluye además un rodamiento de paso 112 colocado entre el buje del rotor 108 Y la pluralidad de palas 110 como se muestra en la Fig. 2. Cada pluralidad de palas 110 está conectada al buje del rotor 108 a través del rodamiento de paso 112. El rodamiento de paso 112 está configurado para pivotar axialmente la pluralidad de palas 110 entre diferentes ángulos de paso. El ángulo de paso se debe cambiar para lograr la máxima eficacia del aerogenerador 100 dependiendo de varios factores como la velocidad del viento, la dirección del viento, etc.

El rodamiento de paso 112 incluye un anillo de rodamiento interior de forma anular 114, un anillo de rodamiento exterior de forma anular 116 y una pluralidad de elementos de rodadura (no mostrados en las figuras) colocados entre el anillo de rodamiento exterior 116 y el anillo de rodamiento interior 114 para proporcionar una rotación uniforme entre el anillo de rodamiento interior y exterior 114 y 116. El anillo de rodamiento exterior 116 y el anillo de rodamiento interior 114 están interconectados entre sr de modo giratorio. La pluralidad de elementos de rodadura está compuesta por una pluralidad de bolas de acero y/u otros materiales adecuados, que se pueden endurecer de modo selectivo para proporcionar una larga vida útil y una rotación uniforme entre el anillo de rodamiento interior y exterior 114 y

116. El rodamiento de paso 112 también puede incluir cualquier otro tipo de mecanismo para reducir la fricción entre el anillo de rodamiento interior 114 y el anillo de rodamiento exterior

116.

El rodamiento de paso 112 incluye además una placa dentada segmentada 118 o un segmento dentado 118. De acuerdo con una realización ilustrativa de la exposición, el segmento dentado 118 se conecta de forma desmontable al anillo de rodamiento interior 114 como se muestra en la Fig. 3. El segmento dentado 118 tiene un lado cóncavo y un lado convexo como se muestra en la Fig. 4. El lado convexo se acopla al anillo de rodamiento interior 114 y el lado cóncavo del segmento dentado 118 incluye una pluralidad de dientes

120. Debe tenerse en cuenta que otros tipos de configuraciones de dientes de engranaje, por ejemplo engranajes desgastados, etc., entran en el ámbito de esta invención.

La pluralidad de dientes 120 tiene una forma que engrana con un piñón asociado 122 colocado entre el buje del rotor 108. El piñón 122 está colocado en un eje de motor 124 o un árbol de transmisión o eje de motor de una pluralidad de motores 126. La activación de la pluralidad de motores 126 produce la rotación del eje del motor 124. El eje del motor 124 mueve el piñón 122 conectado al otro extremo del eje del motor 124. El piñón 122 mueve el segmento dentado 118 que a su vez pivota axialmente la pala 110 entre diferentes ángulos de paso. En una representación ilustrada, cada pluralidad de palas 110 incluye su motor individual 126 para cambiar el ángulo de paso de dicha pala en concreto. En la presente representación, el segmento dentado 118 proporciona el ángulo arqueado entre un rango aproximado de 100° a 150°. El rango del ángulo arqueado no está limitado de 100° a 150°. Puede variar dependiendo de los requisitos de otras realizaciones de la invención.

El segmento dentado 118 se conecta de forma desmontable al anillo de rodamiento interior 114 como se muestra en las Figuras 5 y 6 a través de al menos una pluralidad de elementos de conexión 128. Los elementos de conexión 128 garantizan una conexión ajustada del segmento dentado 118 con el anillo de rodamiento interior 114. Los elementos de conexión 128 pueden incluir al menos una unión de pasador 130, una unión de cola de milano 132 y una unión atornillada 134. Debe tenerse en cuenta que cualquier otro tipo de elemento de conexión o el uso de cualquier otro tipo de método de conexión entra en el ámbito de esta invención. La unión de cola de milano 132 se desliza en la acanaladura hembra que presenta el anillo de rodamiento interior 114 o el anillo de rodamiento exterior 116 del rodamiento de paso 112. Algunos ejemplos pueden incluir, entre otros, una unión de soldadura, una unión de tuerca-tornillo, etc. En otro ejemplo, el anillo de rodamiento interior 114 y el segmento dentado 118 se pueden conectar usando una técnica de soldadura por puntos. En el caso de la soldadura por puntos, resulta más sencillo eliminar dos uniones en comparación con otras técnicas de soldadura.

En el ejemplo ilustrado que se muestra en la Fig. 4, los elementos de conexión 128 están presentes en ambos extremos del segmento dentado 118. Debe tenerse en cuenta que los elementos de conexión 128 pueden estar presentes en cualquier lugar a lo largo del segmento dentado 118.

El segmento dentado 118 incluye además una placa de soporte 136 para asegurar la conexión del segmento dentado 118 con el anillo de rodamiento interior 114 como se muestra en la Fig. 6. El segmento dentado 118 se fabrica y se trata por separado usando procesos industriales estándar. La fabricación y el tratamiento térmico por separado del segmento dentado 118 impiden cualquier posibilidad de distorsión en el anillo de rodamiento interior 114

o el anillo de rodamiento exterior 116 del rodamiento de paso 112. En caso de que el usuario desee reemplazar o reparar el segmento dentado 118 no tiene por qué desmontar todo el rodamiento de paso 112. El segmento dentado 118 se puede extraer cómodamente y volver a acoplar al rodamiento de paso 112 desde el lado del buje del rotor o desde el lado de las palas cuando el buje del rotor 108 esté en el suelo y la pluralidad de palas 110 no esté ensamblada. El segmento dentado 118 solo se puede extraer y/o volver a ensamblar también desde el lado del buje del rotor cuando la pluralidad de palas 110 se ensamble al buje del rotor 108. El segmento dentado 118 junto con la pluralidad de dientes 120 se puede revestir de materiales resistentes a la corrosión, como el zinc, cromo, etc., para mejorar la vida útil, por ejemplo en instalaciones marinas con agua salada. A su vez, las superficies expuestas del segmento dentado 118 se pueden pintar para impedir la oxidación.

De acuerdo con otra realización de la exposición, el segmento dentado 118 también se puede conectar al anillo de rodamiento exterior 116 como se muestra en las Figuras 7 y 8. En esta realización, la pluralidad de dientes 120 está colocada en el lado convexo del segmento dentado 118. El lado cóncavo del segmento dentado 118 se acopla al anillo de rodamiento exterior 116. Los elementos de conexión 128 son similares a los elementos descritos en la realización de la Fig. 5. El elemento de conexión 128 puede incluir al menos una unión de pasador 130, la unión de cola de milano 132 y la unión atornillada 134. Debe tenerse en cuenta que cualquier otro tipo de elemento de conexión o el uso de cualquier otro tipo de método de conexión entra en el ámbito de esta invención. Algunos ejemplos pueden incluir, entre otros, una unión de tuerca-tornillo, etc. En otro ejemplo, el anillo de rodamiento exterior 116 y el segmento dentado 118 se pueden conectar usando una técnica de soldadura por puntos. En el caso de la soldadura por puntos, resulta más sencillo eliminar dos uniones en comparación con otras técnicas de soldadura.

Cuando el segmento dentado 118 se acopla al anillo de rodamiento exterior 116, para extraer el segmento dentado 118 se debe retirar primero todo el ensamblaje. Inicialmente, las

palas 110 se deber extraer seguidas del segmento dentado 118.

La Fig. 9 es un diagrama de flujo que explica los pasos para fijar de forma desmontable el segmento dentado 118 al rodamiento de paso 112 del aerogenerador 100. En el paso 202, se proporcionar el segmento dentado 118 para su fijación. El segmento dentado 118 se fabrica y trata térmicamente por separado independientemente del rodamiento de paso

112. La fabricación y el tratamiento térmico por separado del segmento dentado 118 impiden cualquier posibilidad de distorsión en el anillo de rodamiento interior 114 o el anillo de rodamiento exterior 116 del rodamiento de paso 112. De este modo el segmento dentado 118 resulta fácil de fabricar en comparación con la técnica anterior. En el paso 204, el segmento dentado 118 se coloca en uno de los anillos de rodamiento interior 114 o exterior 116 mediante la unión de cola de milano 132. Y finalmente, en el paso 206, el segmento dentado 118 se fija al anillo de rodamiento interior 114 o exterior 116 mediante la pluralidad de elementos de conexión 128.

Cualquier teoría, mecanismo de operación, prueba, o descubrimiento descrito en el presente documento tiene como objetivo mejorar la comprensión de los principios de la presente exposición y no pretende que la presente exposición dependa de ningún modo de dicha teoría, mecanismo de operación, representación ilustrativa, prueba, o descubrimiento. Se debe entender que aunque que el uso del término preferible, preferiblemente o preferido en la descripción anterior indica que la característica así descrita puede que sea más deseable, no obstante puede que no sea necesario y las representaciones que carezcan del mismo pueden considerarse dentro del ámbito de la exposición, siendo definido dicho ámbito mediante las reivindicaciones siguientes.

En la lectura de las reivindicaciones se pretende que cuando se usan términos como "un", "una", "al menos uno/a", "al menos una parte" no se tiene intención de limitar la reivindicación solo a un elemento a menos que se indique específicamente lo contrario en la reivindicación. Cuando se usan las frases "al menos una parte" y/o "una parte" el elemento puede incluir una parte y / o todo el elemento a menos que se indique específicamente lo contrario.

5 Debe entenderse que solo se han mostrado y descrito las representaciones seleccionadas y que todas las posibles alternativas, modificaciones, aspectos, combinaciones, principios, variaciones, y equivalentes que entran dentro del espíritu de la exposición que se definen en el presente documento o mediante cualquiera de las siguientes reivindicaciones se desea que estén protegidos. Aunque las representaciones de la descripción se han ilustrado y

10 descrito en detalle en los planos y en la descripción precedente, las mismas deben considerarse meramente ilustrativas y no pretenden ser exhaustivas ni limitar la descripción a las formas específicas descritas. Otras alternativas, modificaciones y variaciones resultarán evidentes para los expertos en la materia. Además, si bien se han presentado muchos aspectos y principios de la invención, no tienen por qué utilizarse en combinación, y son

15 posibles varias combinaciones de los aspectos y principios de la invención en vista de las varias representaciones especificadas anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aerogenerador 100 que tiene una pluralidad de palas 110 montadas en un buje de rotor 108, con el buje del rotor 108 montado en una góndola 106, caracterizado porque consta de:

un rodamiento de paso 112 para pivotar axial mente la pluralidad de palas 110 entre diferentes ángulos de paso, incluyendo el rodamiento de paso 112 un anillo de rodamiento interior 114 y un anillo de rodamiento exterior 116 interconectados entre sí de modo giratorio; y

un segmento dentado 118 que se conecta de forma desmontable al menos a uno de los anillos de rodamiento interior 114 o exterior 116 mediante al menos un elemento de conexión 128, teniendo el segmento dentado 118 una pluralidad de dientes 120 de engranaje y estando configurada dicha pluralidad de dientes 120 para permitir la rotación de un árbol de transmisión 126 logrando diferentes ángulos de paso.
2.

Aerogenerador 100 según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de conexión 128 incluye al menos una unión de cola de milano 132, una unión de pasador 130 y una unión atornillada 134.
3.

Aerogenerador 100 según la reivindicación 2, caracterizado porque la unión de cola de milan0132, la unión de pasador 130 y la unión atornillada 134 están presentes a lo largo del segmento dentado 118.
4.

Aerogenerador 100 según la reivindicación 1, caracterizado porque el segmento dentado 118 tiene una medida arqueada aproximada de 1000 por 1500.
5.

Aerogenerador 100 según la reivindicación 1, caracterizado porque cada pluralidad de palas 110 incluye asimismo su motor individual conectado operativamente con el buje del rotor 108, en el cual la activación de los motores pivota axialmente las respectivas palas 110 entre diferentes ángulos de paso a través de un eje de motor 126 y un segmento dentado 118.
6.

Aerogenerador 100 según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye asimismo una placa de soporte 136 para asegurar la conexión del segmento dentado 118 con el anillo de rodamiento interior 114.
7.

Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de dientes 120 está colocada en el lado cóncavo del segmento dentado 118 si este está conectado al anillo de rodamiento interior 114.
8.

Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de dientes 120 está colocada en el lado convexo del segmento dentado 118 si este está conectado al anillo de rodamiento exterior 116.
9.

Uso dado al rodamiento de paso 112 en un aerogenerador 100, caracterizado porque dicho rodamiento de paso 112 consta de: un anillo de rodamiento interior 114 y un anillo de rodamiento exterior 116 interconectados entre sí de modo giratorio,

un segmento dentado 118 conectado de forma desmontable al menos a uno de los anillos de rodamiento interior 114 o exterior 116 mediante al menos una unión de cola de milano 132, una unión de pasador 130 y una unión atornillada 134, teniendo el segmento dentado 118 una pluralidad de dientes de engranaje 120, estando configurada dicha pluralidad de dientes 120 para permitir la rotación de un árbol de transmisión de un motor 126 para lograr diferentes ángulos de paso.
10. Un método para fijar de forma desmontable un segmento dentado 118 a un rodamiento de paso 112 de un aerogenerador 100, teniendo el rodamiento de paso 112 un anillo de rodamiento interior 114 y un anillo de rodamiento exterior 116, caracterizado porque consiste en:

proporcionar el segmento dentado 118;

colocar el segmento dentado 118 en uno de los anillos de rodamiento interior 114 o

exterior 116; y

conectar un primer y segundo extremo del segmento dentado 118 con uno de los anillos de rodamiento interior 114 o exterior 116 usando al menos uno de los elementos de conexión 128 existentes.
11.

Método según la reivindicación 10, caracterizado porque incluye asimismo la fijación de una placa de soporte 136 al rodamiento de paso 112 si el segmento dentado 118 está conectado al anillo de rodamiento interior 114.
12.

Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el segmento dentado 118 se fabrica y se trata por separado independientemente del rodamiento de paso 112.
13.

Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el elemento de conexión 128 es al menos una unión de cola de milano 132, una unión de pasador 130 y una unión atornillada 134
14.

Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el anillo de rodamiento interior 114 Y el segmento dentado 118 están conectados mediante una unión de soldadura por puntos que se puede romper.

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Fijar el segmento dentado mediante elementos de conexión

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(Detener)

Fig.9