ES2531776B1 - Retén para rodamiento de aerogenerador - Google Patents

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ES2531776B1 ES201431850A ES201431850A ES2531776B1 ES 2531776 B1 ES2531776 B1 ES 2531776B1 ES 201431850 A ES201431850 A ES 201431850A ES 201431850 A ES201431850 A ES 201431850A ES 2531776 B1 ES2531776 B1 ES 2531776B1
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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

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DESCRIPCION
Reten para rodamiento de aerogenerador.
Campo de la invention
La presente invention se engloba dentro del campo de los grandes rodamientos utilizados en la industria eolica, y mas en concreto, en los dispositivos de retention utilizados para evitar la perdida de las sustancias lubricantes existentes en el interior de rodamientos de bolas o de rodillos.
Antecedentes de la invencion
En la actualidad, los rodamientos de los aerogeneradores, palas y rotor principalmente, van aumentando de tamano en proportion al aumento de potencia. Si hace unos anos se comercializaban aerogeneradores cuya potencia se media en Kilo-vatios, ahora se comercializan aerogeneradores cuya potencia alcanza varios Mega-vatios. El importante desarrollo sufrido en los aerogeneradores offshore tambien ha potenciado este aumento de tamano.
Los nuevos rodamientos necesitan de nuevos disenos en el ambito de la retencion del lubricante contenido en su interior y en los refuerzos que les permitan trabajar con mayores desplazamientos axiales y radiales.
Asl, en el estado de la tecnica se conocen distintas soluciones de retenes o sellos que atienden a distintas necesidades y presentan distintas soluciones.
La patente DE 10309383 muestra un reten dispuesto entre dos anillos. La fijacion del sellante por la parte izquierda solamente utiliza un apoyo base y la introduction de un material que no se corroe en el interior del propio cuerpo del sellante. La fijacion 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 esta en contacto con las dos paredes de los anillos. Por su parte la fijacion dentro de la ranura se realiza mediante un taco con resaltes, algo muy utilizado y conocido en la actualidad. La solution que muestra este diseno esta basada en un material que no se corroe, preferentemente metalico, sobre el que se soporta el reten sellante. De especial aplicacion a la tecnologla offshore.
La patente DE 102005041720 muestra un reten compuesto por dos partes. Un primer sellante (11) de material elastico, fijo a uno de los anillos y que tiene al menos un labio sellante. Otra segunda parte sellante (12) fijado al otro anillo y que anade un cinturon de un material diferente que se extiende por el interior del labio del primer sellante (11). La finalidad de este cinturon de metal es resistir mejor el desgaste sufrido por el reten en condiciones de ambientes salinos y para soportar los esfuerzos debidos a los grandes tamanos de los actuales rodamientos.
La patente DE 2020080173339 (WO 2009143972) muestra un sellante compuesto de material elastomero 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 metalico de refuerzo se dispone tanto en la parte superior del reten 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 reten 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 inclinado) y cada labio esta en contacto con una pared del canal, uno presionando sobre la
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parte superior y otro presionando sobre la parte inferior. Ademas de estos labios circulares existe otro labio superior a estos dos que presiona sobre el anillo interno. Por ultimo, entre los labios circulares y la redondeada parte central hay un acusado estrechamiento. Con este peculiar diseno se logra evitar las perdidas de lubricante fuera de los labios que presionan con los anillos.
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 lenguetas o arrugas en el otro lado. Esta base enclava el cuerpo general del reten. 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 estan finalizadas en zonas semiesfericas regruesadas. La union entre la zona A y B se realiza en una parte con un gran estrechamiento. Un diseno que busca reducir los puntos de contacto del reten pasando de los tradicionales 8 puntos a unicamente 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 tamano. Las nuevas condiciones 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 anadir que los fabricantes de maquinas exigen cada vez mas tiempo de vida util del reten, es decir, menor desgaste y menores deformaciones permanentes.
Description de la invention
La invencion se refiere a un sistema de retention para los rodamientos de gran tamano 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 separation como de compresion entre los anillos, necesitan cada vez mas precarga en los labios que hacen contacto. Ello hace que el par de friction suba mucho, que el desgaste del reten sea mayor, que el montaje del reten sea mas diflcil, etc.
- Al tener cada vez mayores desplazamientos axiales, los labios tocan el resalte de guiado y eso hace que suba el par de friccion y sobre todo que haya una reaccion que haga perder el contacto del labio con la pared y por lo tanto su estanqueidad.
Las caracterlsticas basicas de un reten radial son las siguientes:
a) Tener al menos dos labios, uno de ellos actua como guardapolvos y el otro es el principal o encargado de la estanqueidad. Estos labios se aplican sobre el anillo movil o sobre el anillo estacionario (dependiendo en que parte del rodamiento este dispuesto el reten tal y 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 llquido (preferentemente grasa), los desplazamientos y la deformation estructural.
c) Mantener un par de friccion, tanto estatica como dinamica, lo mas bajo posible.
d) Mantener un desgaste y envejecimiento compatible con la duration de diseno.
e) Ser montable/sustituible en maquina ya que debido al diflcil acceso a la zona, la facilidad del cambio es un factor importante.
As! que con las exigencias por los desplazamientos axiales y radiales y partiendo de estas caracterlsticas basicas ya conocidas en el estado de la tecnica, se desarrolla un nuevo reten
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que solvente los problemas anteriormente mencionados y ofrezca unas mejoras constructivas. Esto se logra con un reten que pasa de ser puramente radial a ser un reten axial y radial con las siguientes caracterlsticas:
Es un sistema mixto, mantiene los dos labios radiales conocidos en el estado de la tecnica y le anade una extremidad axial que trabajan en el interior de una ranura.
Los dos labios, el superior o guardapolvo y el inferior o responsable de la estanqueidad, se extienden radialmente hacia el anillo movil 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. Ademas el comportamiento de guiado es mecanicamente mas eficiente puesto que se ha optimizado a traves de simulation FEM y finalmente se ha logrado un sistema de guiado con viga que es mas robusto frente a errores de desalineamiento comparado con los sistemas anteriores sin viga, ni labios con precarga axial.
Tambien hay una importante reduction del material y abaratamiento del rodamiento, al ser innecesario el resalte que antano se extendla perifericamente al anillo, que quedaba dispuesto entre los labios radiales y que ahora se sustituye por una ranura.
La nueva viga, consigue un guiado-centrado optimo bajo presion y bajo deformaciones, y los labios ofrecen una mayor resistencia frente a desplazamientos radiales, limitando la flexion bajo carga.
En una primera realization practica se presenta una viga con protuberancias, que hacen que el reten aguante mas bajo la presion 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 realizacion practica la viga se extiende desde la bisectriz que forma los labios radiales y va estrechandose hacia los labios axiales dispuestos en la punta de la viga. En esta realizacion 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 mas eficiente.
El conjunto de labio inferior o estanco y la viga (con su labio/labios y protuberancias) hace un efecto laberinto por el cual hay una perdida de presion y se dificulta notablemente la fuga de grasa o perdida de estanqueidad, ya que un sello laberlntico presenta un camino tortuoso para aumentar la resistencia del fluido que lo quiere atravesar.
Ademas el conjunto se puede energizar y precargar radialmente por medio de una tapa con la doble funcionalidad de dar soporte y rigidez.
Y por ultimo destacar que en los rodamientos grandes las tolerancias de fabrication suelen ser mayores y cada vez es mas diflcil conseguir un buen alineamiento entre reten 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.
De todo lo descrito se desprenden las siguientes ventajas: El mejor comportamiento dinamico del reten, ya que bajo un movimiento rapido de separation de los anillos, los labios radiales pierden rapidamente presion de contacto porque el material no es suficientemente elastico para seguir al anillo. Sin embargo, la flecha del reten, debido a la friction con las paredes hace cierto efecto de arrastre, que ayuda a los labios a seguir al anillo. Se entiende que al tener forma de flecha esta friccion es mayor cuando se intenta separar el anillo que cuando se juntan y en cualquier caso, aporta cierta union entre los componentes.
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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 presion de contacto. Si el labio esta demasiado vertical pierde presion de contacto.
Breve description de los dibujos
A continuation se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invention y que se relacionan expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
La Figura 1 muestra una configuration de rodamientos de doble fila de bolas y un reten comprendido en el estado de la tecnica.
La Figura 2 muestra el diseno especlfico del nuevo reten de la invencion.
La Figura 3 muestra una segunda realizacion del extremo del reten.
La Figura 4 muestra una segunda realizacion de la viga del reten.
Descripcion detallada de la invencion
El reten objeto de la invencion cubre un rodamiento como el mostrado en la figura 1. Concretamente es un rodamiento de pala de un aerogenerador. La pala es un elemento aerodinamico que controla la potencia generada por el aerogenerador cambiando su orientacion al viento mediante su movimiento de pitch. Los nuevos algoritmos de control convierten a la pala en un elemento que esta en continuo movimiento, lo que aumenta el numero de ciclos requeridos por el rodamiento de pala y en consecuencia por el reten. En la 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 reten. Ambos anillos disponen de agujeros (5) en su periferia por donde se insertan los correspondientes elementos de fijacion de la pala y del buje (no mostrados en la figura). El anillo interno (2) (o anillo externo, ya que dependiendo de la configuracion puede ser el anillo externo) es donde se dispone el resalte (6) que en los antiguos retenes radiales hacla las veces de elemento de guiado de los labios del reten.
En el nuevo reten 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 reten en el anillo externo (3). Ahora se hace mediante un elemento de fijacion (8) que se inserta en el anillo externo (3) y soporta una tapa (9) que queda en contacto con el cuerpo del reten, todo ello segun la section de perfil mostrada. La tapa (9), en su forma longitudinal, es segmentada y cubre el diametro de los anillos por partes, utilizando los elementos de fijacion que sean necesarios en cada uno de los segmentos.
El reten esta realizado en un material tipo caucho y tiene una parte lateral (3’) en contacto 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) esta 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 continuacion se disponen los dos labios con precarga radial (10, 11), una viga central (12) de cuerpo uniforme que se extiende como una bisectriz 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 reten y se apoyan sobre la pared del anillo interno (2). Estos labios no tienen por que ser de igual longitud y puede tener una extremidad mas larga que la otra, asl como mayor aportacion de material en las puntas que rozan directamente con el anillo interno (2). El labio superior (10)
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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 reten 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 el reten 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 realizacion 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 que ser simetricos, pudiendo tener distinta longitud cada uno de sus lados y acumulando mayor aportacion de material en las zonas donde puede producirse desgaste por friccion con las paredes del anillo.
En la figura 3 se muestran una segunda realizacion practica 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 (18) a los que estan sometidos estos retenes.
Cuando el desplazamiento radial (18) es muy grande los labios (10, 11) pierden precarga. Para evitarlo se fabrican retenes con materiales mas resistentes y se le dota de mayor grosor en la base y en el resto del labio interior o inferior (que da estanqueidad). Tambien puede variar la longitud del labio exterior o superior (que hace de guardapolvo). Del mismo 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 friccion y sobre todo que haya una reaccion 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. Asl, 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 mas concretamente que el labio inferior (11) deje escapar la grasa que mantiene en el interior del rodamiento. El regruesamiento superior (15) e inferior
(16) puede tener cualquier tipo de forma redondeada, ovalada, cuadrada, rectangular, etc.
La punta de la viga (12) tambien cambia y se dispone una punta laberlntica que presenta un camino mas tortuoso que el presentado en la realizacion 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
(17) y dos labios inferiores (18, 19). Con ello se logra una retencion laberlntica, aumentando la resistencia del fluido que lo quiere atravesar.
En la figura 4 se muestra una segunda realizacion practica la viga (12) que se extiende desde la bisectriz que forma los labios radiales (11, 12) y va estrechandose hacia los labios axiales dispuestos en la punta de la viga (12). Existe un agujero (20) en la confluencia de los 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)

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    ES 2 531 776 A1
    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 tamano de los rodamientos producen fuertes desplazamientos radiales y axiales entre los anillos, y que es del tipo de los que estan formados por un cuerpo central que finaliza en dos labios radiales (10, 11) que se aplican sobre el anillo interior (2) o exterior (segun su disposition), caracterizado por que la parte lateral (3’) del cuerpo principal (4’) se ancla con una tapa (9) y un elemento de fijacion (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 axial, introduciendose 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 segun la reivindicacion primera, caracterizado por que los labios con precarga axial son: un labio superior (13) y al menos un labio inferior (14) cuya union forman una punta de flecha, que junto con el labio radial inferior
    (11) confieren estanqueidad al conjunto.
    3- Reten para rodamiento de aerogenerador segun la reivindicacion segunda, caracterizado por que los labios con precarga axial que forman una punta de flecha estan constituidos por un labio superior (17) y dos labios inferiores (18, 19) que logran una estanqueidad laberlntica.
    4- Reten para rodamiento de aerogenerador segun la reivindicacion 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 segun la reivindicacion primera,
    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 segun la reivindicacion primera,
    caracterizado por que las dimensiones en longitud de los labios radiales (10, 11) y de los labios axiales (13, 14) son diferentes o no son simetricas, acumulando mayor aportacion de material el labio inferior (11) en el cuerpo del labio y en su base o zona de union con la viga (12).
    7- Reten para rodamiento de aerogenerador segun la reivindicacion primera, caracterizado por que la tapa (9), en su forma longitudinal, es segmentada y cubre por completo el diametro que se forma entre los anillos (2, 3), con los segmentos de tapa (9) y los elementos de fijacion (8) que sean necesarios.
    8- Reten para rodamiento de aerogenerador segun la reivindicacion primera, caracterizado por que esta formado por una combination de elementos radiales y axiales cuyo material es preferentemente caucho.
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