ES2531776A1 - Retén para rodamiento de aerogenerador - Google Patents

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Abstract

Retén para rodamientos de pala o de rodillos de aerogeneradores que está caracterizado por ser un elemento que combina la retención radial, más conocida en el estado de la técnica, con la retención axial, novedosa y lograda con una viga (12) característica en combinación con unos labios axiales. El citado retén se aplica en el hueco (4) que se forma entre los anillos (2, 3) de un rodamiento de bolas o de rodillos de gran tamaño y que está sujeto a fuertes desplazamientos y desgaste por fricción. Se ancla con una tapa (9) en contacto con el cuerpo del retén y con un elemento de fijación (8) atornillado al anillo exterior (3). Tiene dos labios radiales (10, 11) en forma de V en contacto con el anillo interior (2). Desde la bisectriz de los citados labios (10, 11) se extiende un sistema de guiado con una viga (12) que bien se combina con unas protuberancias propias (15, 16) en su superficie o bien con un agujero (20) en el centro y un estrechamiento, y que finaliza en una punta en flecha con al menos dos labios con precarga axial (13, 14), que pueden ser varios labios (17, 18, 19). La parte final de la viga (12) y la punta en flecha se introducen en una ranura rectangular (7) practicada en el anillo interior (2).

Description

DESCRIPCIÓN
Retén para rodamiento de aerogenerador.
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del campo de los grandes rodamientos utilizados en la industria eólica, y más en concreto, en los dispositivos de retención utilizados para 5 evitar la pérdida de las sustancias lubricantes existentes en el interior de rodamientos de bolas o de rodillos.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, los rodamientos de los aerogeneradores, palas y rotor principalmente, van aumentando de tamaño en proporción al aumento de potencia. Si hace unos años se 10 comercializaban aerogeneradores cuya potencia se medía en Kilo-vatios, ahora se comercializan aerogeneradores cuya potencia alcanza varios Mega-vatios. El importante desarrollo sufrido en los aerogeneradores offshore también ha potenciado este aumento de tamaño.
Los nuevos rodamientos necesitan de nuevos diseños en el ámbito de la retención del 15 lubricante contenido en su interior y en los refuerzos que les permitan trabajar con mayores desplazamientos axiales y radiales.
Así, en el estado de la técnica se conocen distintas soluciones de retenes o sellos que atienden a distintas necesidades y presentan distintas soluciones.
La patente DE 10309383 muestra un retén dispuesto entre dos anillos. La fijación del 20 sellante por la parte izquierda solamente utiliza un apoyo base y la introducción de un material que no se corroe en el interior del propio cuerpo del sellante. La fijación del sellante por la parte derecha, en el anillo interno tiene dos labios principales: uno totalmente adherido a la pared del anillo y otro con forma de gancho que está en contacto con las dos paredes de los anillos. Por su parte la fijación dentro de la ranura se realiza mediante un 25 taco con resaltes, algo muy utilizado y conocido en la actualidad. La solución que muestra este diseño está basada en un material que no se corroe, preferentemente metálico, sobre el que se soporta el retén sellante. De especial aplicación a la tecnología offshore.
La patente DE 102005041720 muestra un retén compuesto por dos partes. Un primer sellante (11) de material elástico, fijo a uno de los anillos y que tiene al menos un labio 30 sellante. Otra segunda parte sellante (12) fijado al otro anillo y que añade un cinturón de un material diferente que se extiende por el interior del labio del primer sellante (11). La finalidad de este cinturón de metal es resistir mejor el desgaste sufrido por el retén en condiciones de ambientes salinos y para soportar los esfuerzos debidos a los grandes tamaños de los actuales rodamientos. 35
La patente DE 2020080173339 (WO 2009143972) muestra un sellante compuesto de material elastómero y con dos regiones diferenciadas el anillo externo y el anillo interno. El material sellante tiene en su interior un elemento tipo muelle formado por una tira de metal, es un refuerzo de metal que se dispone en la parte superficial externa con la finalidad de rigidizar esta zona. El elemento metálico de refuerzo se dispone tanto en la parte superior 40 del retén como en la parte inferior del mismo, reforzando siempre uno de los labios que se encuentran en contacto con el anillo interno.
La patente US 20140161619 muestra un retén anclado en el anillo externo y la otra punta, la correspondiente al anillo interno, tiene dos labios circulares introducidos en un canal estrecho. El canal es recto (este mismo solicitante tiene otras patentes con el canal 45 inclinado) y cada labio está en contacto con una pared del canal, uno presionando sobre la
parte superior y otro presionando sobre la parte inferior. Además de estos labios circulares existe otro labio superior a estos dos que presiona sobre el anillo interno. Por último, entre los labios circulares y la redondeada parte central hay un acusado estrechamiento. Con este peculiar diseño se logra evitar las pérdidas de lubricante fuera de los labios que presionan con los anillos. 5
La patente US 20110103728 muestra un sellante dispuesto entre dos anillos: A) en la parte izquierda sobre un soporte base en forma de saliente con una protuberancia en un lado y lengüetas o arrugas en el otro lado. Esta base enclava el cuerpo general del retén. B) en la parte derecha tiene otro saliente en forma de C con un doble labio orientado hacia el fondo de la acanaladura. Las puntas de ambos labios están finalizadas en zonas semiesféricas 10 regruesadas. La unión entre la zona A y B se realiza en una parte con un gran estrechamiento. Un diseño que busca reducir los puntos de contacto del retén pasando de los tradicionales 8 puntos a únicamente dos.
Pero estas patentes no resuelven problemas relacionados con las fuerzas radiales y axiales que se originan en estos nuevos retenes debido a su gran tamaño. Las nuevas condiciones 15 a las que se enfrentan estos nuevos rodamientos afectan considerablemente al funcionamiento del sistema de retenes ya que deben absorber mayores desplazamientos asegurando la estanqueidad entre los anillos del rodamiento. A todo ello hay que añadir que los fabricantes de máquinas exigen cada vez más tiempo de vida útil del retén, es decir, menor desgaste y menores deformaciones permanentes. 20
Descripción de la invención
La invención se refiere a un sistema de retención para los rodamientos de gran tamaño de los aerogeneradores, que toma en cuenta lo que sucede con los desplazamientos de estos grandes retenes ya que:
- Al tener cada vez mayores desplazamientos radiales, tanto de separación como de 25 compresión entre los anillos, necesitan cada vez más precarga en los labios que hacen contacto. Ello hace que el par de fricción suba mucho, que el desgaste del retén sea mayor, que el montaje del retén sea más difícil, etc.
- Al tener cada vez mayores desplazamientos axiales, los labios tocan el resalte de guiado y eso hace que suba el par de fricción y sobre todo que haya una reacción que haga perder el 30 contacto del labio con la pared y por lo tanto su estanqueidad.
Las características básicas de un retén radial son las siguientes:
a) Tener al menos dos labios, uno de ellos actúa como guardapolvos y el otro es el principal o encargado de la estanqueidad. Estos labios se aplican sobre el anillo móvil o sobre el anillo estacionario (dependiendo en que parte del rodamiento esté dispuesto el retén tal y 35 como se muestra en la figura 1) que tiene un resalte ondulado que constituye el elemento de guiado para los citados labios.
b) Mantener la estanqueidad soportando las presiones del lubricante líquido (preferentemente grasa), los desplazamientos y la deformación estructural.
c) Mantener un par de fricción, tanto estática como dinámica, lo más bajo posible. 40
d) Mantener un desgaste y envejecimiento compatible con la duración de diseño.
e) Ser montable/sustituible en máquina ya que debido al difícil acceso a la zona, la facilidad del cambio es un factor importante.
Así que con las exigencias por los desplazamientos axiales y radiales y partiendo de estas características básicas ya conocidas en el estado de la técnica, se desarrolla un nuevo retén 45
que solvente los problemas anteriormente mencionados y ofrezca unas mejoras constructivas. Esto se logra con un retén que pasa de ser puramente radial a ser un retén axial y radial con las siguientes características:
Es un sistema mixto, mantiene los dos labios radiales conocidos en el estado de la técnica y le añade una extremidad axial que trabajan en el interior de una ranura. 5
Los dos labios, el superior o guardapolvo y el inferior o responsable de la estanqueidad, se extienden radialmente hacia el anillo móvil en el que se encuentra fijada la nueva viga central y los labios axiales. Esta forma de guiar los labios radiales hace que el conjunto se vea menos afectado por las grandes deformaciones radiales y axiales existentes. Además el comportamiento de guiado es mecánicamente más eficiente puesto que se ha optimizado a 10 través de simulación FEM y finalmente se ha logrado un sistema de guiado con viga que es más robusto frente a errores de desalineamiento comparado con los sistemas anteriores sin viga, ni labios con precarga axial.
También hay una importante reducción del material y abaratamiento del rodamiento, al ser innecesario el resalte que antaño se extendía periféricamente al anillo, que quedaba 15 dispuesto entre los labios radiales y que ahora se sustituye por una ranura.
La nueva viga, consigue un guiado-centrado óptimo bajo presión y bajo deformaciones, y los labios ofrecen una mayor resistencia frente a desplazamientos radiales, limitando la flexión bajo carga.
En una primera realización práctica se presenta una viga con protuberancias, que hacen que 20 el retén aguante más bajo la presión de la grasa, ya que estas protuberancias evitan que el labio radial interior se inserte en la ranura que protegen, al ser estas protuberancias las partes que primero hacen contacto dentro de la ranura.
En una segunda realización práctica la viga se extiende desde la bisectriz que forma los labios radiales y va estrechándose hacia los labios axiales dispuestos en la punta de la viga. 25 En esta realización se practica un agujero en la confluencia de los labios radiales y la viga. Este agujero rompe la continuidad del brazo y la fuerza de rozamiento que hacen los labios interiores de la viga central tiran de los labios radiales manteniendo el contacto de una manera más eficiente.
El conjunto de labio inferior o estanco y la viga (con su labio/labios y protuberancias) hace 30 un efecto laberinto por el cual hay una pérdida de presión y se dificulta notablemente la fuga de grasa o pérdida de estanqueidad, ya que un sello laberíntico presenta un camino tortuoso para aumentar la resistencia del fluido que lo quiere atravesar.
Además el conjunto se puede energizar y precargar radialmente por medio de una tapa con la doble funcionalidad de dar soporte y rigidez. 35
Y por último destacar que en los rodamientos grandes las tolerancias de fabricación suelen ser mayores y cada vez es más difícil conseguir un buen alineamiento entre retén y el antiguo resalte utilizado. Este sistema es menos sensible a los ligeros desalineamientos, ya que con los labios radiales se combinan con una viga central con protuberancias y con al menos dos labios axiales en el interior de una ranura. 40
De todo lo descrito se desprenden las siguientes ventajas: El mejor comportamiento dinámico del retén, ya que bajo un movimiento rápido de separación de los anillos, los labios radiales pierden rápidamente presión de contacto porque el material no es suficientemente elástico para seguir al anillo. Sin embargo, la flecha del retén, debido a la fricción con las paredes hace cierto efecto de arrastre, que ayuda a los labios a seguir al anillo. Se entiende 45 que al tener forma de flecha esta fricción es mayor cuando se intenta separar el anillo que cuando se juntan y en cualquier caso, aporta cierta unión entre los componentes.
Un mejor guiado de los labios radiales. Los labios radiales trabajan mejor con viga que sin viga frente a los desalineamientos. Esto es porque las reacciones de la viga los compensan y es un buen sistema de guiado o de centrado, para que los labios radiales mantengan una mayor presión de contacto. Si el labio está demasiado vertical pierde presión de contacto.
Breve descripción de los dibujos 5
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 muestra una configuración de rodamientos de doble fila de bolas y un retén comprendido en el estado de la técnica. 10
La Figura 2 muestra el diseño específico del nuevo retén de la invención.
La Figura 3 muestra una segunda realización del extremo del retén.
La Figura 4 muestra una segunda realización de la viga del retén.
Descripción detallada de la invención
El retén objeto de la invención cubre un rodamiento como el mostrado en la figura 1. 15 Concretamente es un rodamiento de pala de un aerogenerador. La pala es un elemento aerodinámico que controla la potencia generada por el aerogenerador cambiando su orientación al viento mediante su movimiento de pitch. Los nuevos algoritmos de control convierten a la pala en un elemento que está en continuo movimiento, lo que aumenta el número de ciclos requeridos por el rodamiento de pala y en consecuencia por el retén. En la 20 figura se muestra un rodamiento de doble hilera de bolas (1) dispuestos entre dos anillos: el anillo interno (2) y el anillo externo (3). Entre ambos anillos se crea un hueco (4) que queda cubierto por el correspondiente retén. Ambos anillos disponen de agujeros (5) en su periferia por donde se insertan los correspondientes elementos de fijación de la pala y del buje (no mostrados en la figura). El anillo interno (2) (o anillo externo, ya que dependiendo de la 25 configuración puede ser el anillo externo) es donde se dispone el resalte (6) que en los antiguos retenes radiales hacía las veces de elemento de guiado de los labios del retén.
En el nuevo retén ya no existe este resalte (6) y en su caso ha sido sustituida por una ranura (7), tal y como se muestra en la figura 2. Otra importante diferencia es la forma de fijar el retén en el anillo externo (3). Ahora se hace mediante un elemento de fijación (8) que se 30 inserta en el anillo externo (3) y soporta una tapa (9) que queda en contacto con el cuerpo del retén, todo ello según la sección de perfil mostrada. La tapa (9), en su forma longitudinal, es segmentada y cubre el diámetro de los anillos por partes, utilizando los elementos de fijación que sean necesarios en cada uno de los segmentos.
El retén está realizado en un material tipo caucho y tiene una parte lateral (3’) en contacto 35 con el anillo externo (3), una parte intermedia (4’) y una parte final (2’) en contacto con el anillo interno (2). La parte lateral (3’) correspondiente al anillo externo (3) está encajada en un hueco escalonado del anillo y queda cubierta por la tapa (9) a la misma altura que la parte exterior del anillo externo (3). A continuación se disponen los dos labios con precarga radial (10, 11), una viga central (12) de cuerpo uniforme que se extiende como una bisectriz 40 entre los dos labios radiales (10, 11) y una punta en la cual hay al menos dos labios con precarga axial (13, 14).
Los labios con precarga radial (10, 11) se disponen en la parte intermedia (4’) del retén y se apoyan sobre la pared del anillo interno (2). Estos labios no tienen por qué ser de igual longitud y puede tener una extremidad más larga que la otra, así como mayor aportación de 45 material en las puntas que rozan directamente con el anillo interno (2). El labio superior (10)
es el guardapolvo y el labio inferior (11) es el estanco por estar en contacto con la grasa del rodamiento.
La parte final (2’) del retén corresponde a la viga (12) y a su extremo o punta. Ambos elementos penetran en el interior de la ranura (7) existente en el anillo interno (2). La viga (12) tiene dos protuberancias una superior (15) y otra inferior (16) que sirven de guiado para 5 el retén golpeando con las paredes de la ranura (7), sirven de refuerzo para la rigidez de la propia viga (12) y a su vez, evitan que los labios radiales (10, 11) penetren en la ranura (7). La realización mostrada en la figura 2 tienen un extremo arponado o en flecha formado por dos labios con precarga axial (13, 14) y estos labios no tienen por qué ser simétricos, pudiendo tener distinta longitud cada uno de sus lados y acumulando mayor aportación de 10 material en las zonas donde puede producirse desgaste por fricción con las paredes del anillo.
En la figura 3 se muestran una segunda realización práctica que incorpora algunas variaciones que pueden presentarse en el extremo final de la viga (12). Estas variaciones vienen dadas por los amplios desplazamientos en el sentido axial (17) y en el sentido radial 15 (18) a los que están sometidos estos retenes.
Cuando el desplazamiento radial (18) es muy grande los labios (10, 11) pierden precarga. Para evitarlo se fabrican retenes con materiales más resistentes y se le dota de mayor grosor en la base y en el resto del labio interior o inferior (que da estanqueidad). También puede variar la longitud del labio exterior o superior (que hace de guardapolvo). Del mismo 20 modo, al tener cada vez mayores desplazamientos axiales (17), los labios (10, 11) tocan la pared del anillo interno y eso hace que suba el par de fricción y sobre todo que haya una reacción que haga perder el contacto del labio con la pared y por lo tanto la estanqueidad del labio interior.
Pero los mayores cambios se realizan en la viga (12) y en los complementos que incorpora. 25 Así, el regruesamiento en su parte superior (15) e inferior (16) de la viga (12) se puede aumentar con la finalidad de evitar que los labios (10, 11) penetren en la ranura (7). De esta forma las partes gruesas de la viga (12) golpean con la ranura (7) evitando que los labios de estanqueidad (10, 11) fallen y más concretamente que el labio inferior (11) deje escapar la grasa que mantiene en el interior del rodamiento. El regruesamiento superior (15) e inferior 30 (16) puede tener cualquier tipo de forma redondeada, ovalada, cuadrada, rectangular, etc.
La punta de la viga (12) también cambia y se dispone una punta laberíntica que presenta un camino más tortuoso que el presentado en la realización anterior. Para ello se disponen unos labios con precarga axial, que son dobles en la zona interior. Tomando como referencia la ranura (7) existente en el anillo interior (2), en su interior hay un labio superior 35 (17) y dos labios inferiores (18, 19). Con ello se logra una retención laberíntica, aumentando la resistencia del fluido que lo quiere atravesar.
En la figura 4 se muestra una segunda realización práctica la viga (12) que se extiende desde la bisectriz que forma los labios radiales (11, 12) y va estrechándose hacia los labios axiales dispuestos en la punta de la viga (12). Existe un agujero (20) en la confluencia de los 40 labios radiales y la viga (12), justo en el centro de la confluencia formada por la bisectriz de los labios radiales (11, 12).

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Reten para rodamiento de aerogenerador que se dispone entre un anillo exterior (3) y un anillo interior (2) y que debido al gran tamaño de los rodamientos producen fuertes desplazamientos radiales y axiales entre los anillos, y que es del tipo de los que están formados por un cuerpo central que finaliza en dos labios radiales (10, 11) que se aplican 5 sobre el anillo interior (2) o exterior (según su disposición), caracterizado por que la parte lateral (3’) del cuerpo principal (4’) se ancla con una tapa (9) y un elemento de fijación (8) atornillado al anillo exterior (3), siendo desde este cuerpo principal (4’) desde donde se extienden los labios radiales (10, 11) en forma de V que tienen desde su bisectriz un sistema de guiado con una viga (12) que finaliza en una punta con al menos dos labios con precarga 10 axial, introduciéndose la parte final de la viga (12) y la punta con al menos dos labios axiales en una ranura rectangular (7) practicada en el anillo interior (2).
    2- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, caracterizado por que los labios con precarga axial son: un labio superior (13) y al menos un labio inferior (14) cuya unión forman una punta de flecha, que junto con el labio radial inferior 15 (11) confieren estanqueidad al conjunto.
    3- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación segunda, caracterizado por que los labios con precarga axial que forman una punta de flecha están constituidos por un labio superior (17) y dos labios inferiores (18, 19) que logran una estanqueidad laberíntica. 20
    4- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, caracterizado por que la viga (12) es de cuerpo uniforme y tiene un regruesamiento superior (15) e inferior (16) que puede tener cualquier tipo de forma redondeada, ovalada, cuadrada o rectangular.
    5- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, 25 caracterizado por que la viga (12) se estrecha hacia la punta a partir de los labios radiales (10, 11) en forma de V y tiene un agujero (20) en la confluencia entre el comienzo de la viga (12) y los citados labios (10, 11).
    6- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, caracterizado por que las dimensiones en longitud de los labios radiales (10, 11) y de los 30 labios axiales (13, 14) son diferentes o no son simétricas, acumulando mayor aportación de material el labio inferior (11) en el cuerpo del labio y en su base o zona de unión con la viga (12).
    7- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, caracterizado por que la tapa (9), en su forma longitudinal, es segmentada y cubre por 35 completo el diámetro que se forma entre los anillos (2, 3), con los segmentos de tapa (9) y los elementos de fijación (8) que sean necesarios.
    8- Reten para rodamiento de aerogenerador según la reivindicación primera, caracterizado por que está formado por una combinación de elementos radiales y axiales cuyo material es preferentemente caucho. 40
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