ES2541408T3 - Sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica y procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye el mismo - Google Patents

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Abstract

Un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende: una caja de engranajes (24) que tiene una carcasa de la caja de engranajes (32) y un elemento de salida (80) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de engranajes (32); y un generador (28) integrado con la caja de engranajes (24), incluyendo el generador (28): una carcasa del generador (104) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32); un estator (102) situado en la carcasa del generador (104); un rotor (100) acoplado con el elemento de salida (80) de la caja de engranajes para ser accionado por el mismo, estando situado el rotor (100) en la carcasa del generador (104) y dividiendo efectivamente la carcasa del generador (104) en un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), estando soportado el estator (102) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento; un escudo (140) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador (104); al menos un actuador auxiliar (172) montado en el escudo (140) del extremo de no accionamiento; y un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (104) junto al al menos un accionamiento auxiliar (172), estando acoplado el virador (166) con el rotor (100), estando configurado el al menos un actuador auxiliar (172) para hacer girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166).

Description

imagen1
DESCRIPCIÓN
Sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica y procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye el mismo
Campo técnico
5 La presente invención se refiere a sistemas de transmisión de potencia. Más concretamente, la presente invención se refiere a sistemas de transmisión de potencia para turbinas eólicas que tienen una caja de engranajes y un generador integrados y a un procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye tales sistemas de transmisión de potencia.
Antecedentes
Las turbinas eólicas incluyen típicamente un rotor con grandes palas movidas por el viento. Las palas del rotor convierten
10 la energía cinética del viento en energía mecánica de giro. La energía mecánica acciona habitualmente uno o más generadores para producir potencia eléctrica. Así pues, las turbinas eólicas incluyen un sistema de transmisión de potencia para procesar y convertir la energía mecánica de giro en energía eléctrica. El sistema de transmisión de potencia se denomina a veces como el “tren de potencia” de la turbina eólica. La parte de un sistema de transmisión de potencia del rotor de la turbina eólica al generador se denomina como el tren de accionamiento.
15 A menudo es necesario aumentar la velocidad de giro del rotor de la turbina hasta la velocidad requerida por el (los) generador(es). Esto se consigue mediante una caja de engranajes entre el rotor de la turbina eólica y el generador. Así pues, la caja de engranajes forma parte del tren de accionamiento y convierte una entrada de baja velocidad, alto par del rotor de la turbina eólica en una salida de bajo par, alta velocidad para el generador. Aunque las cajas de engranajes se utilizan en muchas industrias, existen desafíos concretos en el diseño de las mismas para turbinas eólicas debido a la
20 magnitud, variedad, e imprevisibilidad de las fuerzas experimentadas por el rotor de la turbina eólica y el tren de accionamiento. Estas fuerzas tienen el potencial de dañar rodamientos y otros componentes de la caja de engranajes. Como resultado, la fiabilidad de la caja de engranajes ha sido tradicionalmente una preocupación en la industria de la energía eólica.
Algunos fabricantes abordan este problema diseñando sistemas de transmisión de potencia sin una etapa de engranajes.
25 El rotor de la turbina eólica acciona directamente un generador de baja velocidad en tales sistemas. Aunque puede no haber problemas en relación con la fiabilidad de la caja de engranajes, la ausencia de una etapa de engranajes da lugar a menudo a otros problemas. En concreto, los generadores de baja velocidad en turbinas eólicas de accionamiento directo son típicamente más grandes que sus equivalentes de alta y media velocidad en soluciones con engranajes para producir cantidades equivalentes de potencia. Los mayores tamaños representan desafíos en el transporte, montaje y
30 mantenimiento además de problemas de coste. Además, muchos de los generadores de baja velocidad se basan en imanes permanentes que incorporan materiales de tierras raras con una disponibilidad limitada.
Los problemas en conflicto entre trenes de accionamiento tradicionales y máquinas de accionamiento directo han conducido a un creciente interés en soluciones de media velocidad. Estas soluciones “híbridas” incluyen típicamente una caja de engranajes y un generador de media velocidad integrados. Una solución de tal tipo es el objeto del documento EP
35 0 811 764 B1, que da a conocer un generador de media velocidad, de imanes permanentes, montado en una caja de engranajes de una única etapa. El diseño fue concebido originalmente por Aerodyn GmbH y se ha desarrollado adicionalmente por Areva. Denominado en ocasiones como la solución “multíbrida”, el diseño da como resultado un sistema de transmisión de potencia de peso ligero, compacto, con menos partes giratorias que la mayoría de los trenes de accionamiento tradicionales.
40 A pesar del interés en soluciones de media velocidad, persiste un margen de mejora. La naturaleza altamente integrada de los diseños hace difícil adaptar elementos auxiliares como un virador, que se utiliza a veces para hacer girar lentamente los componentes accionados del sistema de transmisión de potencia durante bajas velocidades del viento. Además, incluso aunque sea posible incorporar un virador su uso puede estar limitado. Por ejemplo, se requiere significativamente más par para girar el sistema de transmisión de potencia si el virador se utiliza asimismo durante un
45 procedimiento de instalación de pala en el que se monta en primer lugar el buje. En algún momento durante tal procedimiento hay menos de un conjunto completo de palas montadas en el buje, lo que da como resultado una carga desequilibrada alrededor del eje de giro. Producir un par suficiente para girar la carga desequilibrada es un desafío en concreto en sistemas de transmisión de potencia de media velocidad debido a la menor relación de desmultiplicación en el tren de accionamiento (en comparación con soluciones de alta velocidad). Como resultado, puede no ser posible
50 incorporar un motor lo suficientemente grande para accionar el virador. Esto limita las opciones de instalación ya que puede ser necesario montar las palas en el buje (montando así el rotor de la turbina eólica completo) antes de montar el buje en el sistema de transmisión de potencia.
El documento DE 10 2008 044 900 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un accionamiento auxiliar acoplado con el lado de salida de la caja de engranajes.
imagen2
El documento EP 1 167 754 A2 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un generador así como un accionamiento auxiliar acoplado con el árbol de salida de la caja de engranajes.
El documento EP 1 658 286 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende 5 una caja de engranajes y un accionamiento auxiliar acoplado con el lado de entrada de la caja de engranajes.
El documento DE 103 34 448 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un generador así como un accionamiento auxiliar acoplado con el árbol de salida de la caja de engranajes.
Sumario
10 A continuación se da a conocer un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1. El sistema de transmisión de potencia comprende una caja de engranajes y un generador. La caja de engranajes incluye una carcasa de la caja de engranajes y un elemento de salida de la caja de engranajes. El generador incluye: una carcasa del generador que tiene un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes; un
15 estator soportado por la carcasa del generador entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento; un rotor acoplado con el elemento de salida de la caja de engranajes de modo que sea accionado por el mismo; y un escudo del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador. Un virador se sitúa fuera de la carcasa del generador, aunque está acoplado con el rotor. Se monta por lo menos un accionamiento auxiliar en el escudo del extremo de no accionamiento y se configura para girar el
20 virador.
Al proporcionar tal montaje, la transmisión de potencia puede mantener un diseño compacto. El escudo del extremo de no accionamiento del generador proporciona un área lo suficientemente grande para alojar de modo seguro el tamaño y/o número de actuadores auxiliares necesarios para girar el sistema de transmisión de potencia cuando se instala menos de un conjunto completo de palas en la turbina eólica. Estos objetivos se pueden conseguir incluso mientras se acopla
25 igualmente un freno mecánico en el escudo del extremo de no accionamiento. En tal modo de realización, el sistema de transmisión de potencia puede comprender además un adaptador de extremo acoplado con el rotor y que se extiende hacia fuera de la carcasa del generador, un disco de freno acoplado con el adaptador de extremo, y por lo menos una mordaza de freno fijada con relación al disco de freno y configurada para aplicar fricción al mismo. El virador se acopla con el rotor por medio del adaptador de extremo.
30 Se da a conocer igualmente un procedimiento correspondiente de acuerdo con la reivindicación de procedimiento independiente y que implica tal sistema de transmisión de potencia. De acuerdo con el procedimiento, instalar un parque eólico comprende instalar una torre de una primera turbina eólica e instalar el sistema de transmisión de potencia en la torre. El por lo menos un accionamiento auxiliar se monta en el escudo del extremo de no accionamiento antes o después de que se instale el sistema de transmisión de potencia. El procedimiento comprende además montar un buje en el
35 sistema de transmisión de potencia y montar una o más palas en el buje. Finalmente, se girar el virador con el por lo menos un accionamiento auxiliar para girar el buje.
En un aspecto o modo de realización adicional, se monta menos de un conjunto completo de palas en el buje de modo que se crea una carga desequilibrada en el buje. Se proporciona y se opera una pluralidad de actuadores auxiliares para girar el virador. El procedimiento puede implicar además montar a continuación un conjunto completo de palas en el buje
40 y retirar por lo menos algunos de los actuadores auxiliares del escudo del extremo de no accionamiento. A continuación, se gira el virador con el uno o más actuadores auxiliares permaneciendo en el escudo del extremo de no accionamiento. Todavía en un aspecto adicional, uno o más de los actuadores auxiliares retirados del escudo del extremo de no accionamiento de la primera turbina eólica se pueden utilizar para completar la instalación de una segunda turbina eólica.
Breve descripción de los dibujos
45 La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de una turbina eólica.
La Fig. 2 es una vista en perspectiva de un sistema de transmisión de potencia para la turbina eólica de la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista en sección transversal del sistema de transmisión de potencia de la Fig. 2.
La Fig. 4 es una vista en sección transversal que muestra una caja de engranajes y un generador del sistema de
transmisión de potencia de la Fig. 2 en mayor detalle.
50 La Fig. 4A es una vista en sección transversal ampliada que muestra el generador de la Fig. 4 en mayor detalle.
La Fig. 5 es una vista trasera en perspectiva del generador en el sistema de transmisión de potencia de la Fig. 2.
imagen3
La Fig. 6 es una vista ampliada de una parte del generador mostrado en la Fig. 5.
Descripción detallada
La Fig. 1 muestra un ejemplo de una turbina eólica 2. Aunque se muestra una turbina eólica marítima, se debe apreciar que la descripción que sigue puede ser aplicable a otros tipos de turbinas eólicas. La turbina eólica 2 incluye palas 4 del
5 rotor montadas en un buje 6, que está soportado por una góndola 8 en una torre 12. El viento provoca que las palas 4 del rotor y el buje 6 giren alrededor de un eje principal 14 (Fig. 2). Esta energía de giro se suministra a un sistema de transmisión de potencia (o “tren de potencia”) 10 alojado en la góndola 8.
Como se muestra en las Figs. 2 y 3, el sistema de transmisión de potencia 10 incluye un árbol principal 16 acoplado con el buje 6 (Fig. 1). El sistema de transmisión de potencia 10 incluye asimismo rodamientos primero y segundo 18, 20 que
10 soportan el árbol principal 16, una carcasa de rodamientos 22 que rodea los rodamientos primero y segundo 18, 20, y una caja de engranajes 24 que tiene un elemento de entrada 26 de la caja de engranajes accionado por el árbol principal 16. La caja de engranajes 24 aumenta la velocidad de giro del árbol principal 16 para accionar un generador 28, como se describirá en mayor detalle a continuación.
En el modo de realización particular mostrado, la caja de engranajes 24 y el generador 28 están suspendidos de la
15 carcasa de rodamientos 22 y árbol principal 16; no hay soporte para la caja de engranajes 24 o el generador 28 como tales. Más concretamente, la caja de engranajes 24 incluye el elemento de entrada 26 de la caja de engranajes, que se acopla con el árbol principal 16 mediante un acoplamiento 30, y una carcasa de la caja de engranajes 32, que está suspendida de la carcasa de rodamientos 22 mediante una carcasa de acoplamiento 34. El acoplamiento 30 se muestra como un acoplamiento de engranaje dentado curvo que incluye un elemento de acoplamiento acanalado anular 36 que se
20 acopla con rebordes de acoplamiento 38, 40 asociados con el árbol principal 16 y el elemento de entrada 26 de la caja de engranajes, respectivamente. Este y otros modos de realización del acoplamiento 30, junto con la cinemática global del sistema de transmisión de potencia 10, se describen en mayor detalle en la solicitud de patente PCT nº PCT/DK 2011/050388 (“la solicitud ‘388”), titulada “WIND TURBINE POWER TRANSMISSION SYSTEM” y presentada al mismo tiempo con ésta, cuya descripción se incorpora completamente aquí por referencia. Como se describe en la solicitud ’388,
25 se proporcionan relaciones cinemáticas concretas que permiten que el sistema de transmisión de potencia 10 realice su función principal (la transferencia de par) de un modo fiable. Las relaciones cinemáticas contribuyen asimismo a que el sistema de transmisión de potencia 10 realice su función secundaria (la transferencia de cargas distintas al par de un rotor a una torre) de un modo ventajoso.
El tipo de elemento de entrada 26 de la caja de engranajes depende del diseño en concreto de la caja de engranajes. Se
30 muestra un portasatélites para una caja de engranajes diferenciales, aunque no se necesitan discutir detalles de la caja de engranajes diferenciales ya que se pueden utilizar en su lugar otros diseños de caja de engranajes adecuados para turbinas eólicas. Esto incluye, por ejemplo, cajas de engranajes planetarios convencionales, cajas de engranajes planetarios compuestos, cajas de engranajes planetarios de portador fijo, etc., cada una de las cuales implica etapas únicas o múltiples.
35 Se aplican consideraciones similares con respecto al generador 28. Es decir, el tipo y disposición de los componentes en el generador 28 dependerá del diseño concreto del generador. Así pues, aunque se describirá a continuación el diseño mostrado en las figuras, la descripción pretende principalmente facilitar la discusión de otros aspectos. La invención reivindicada se refiere más a los componentes externos del generador 28 y a su uso antes que al tipo y disposición de componentes internos. Detalles y ventajas adicionales relativas a los componentes internos del generador 28 se
40 proporcionan en la solicitud de patente PCT nº PCT/DK 2011/050389 (“la solicitud ‘389”), titulada igualmente “WIND TURBINE POWER TRANSMISSION SYSTEM” y presentada al mismo tiempo con ésta, cuya descripción se incorpora completamente aquí por referencia. La caja de engranajes 24 y el generador 28 representan no obstante lo que se considera un sistema de transmisión de potencia de media velocidad en la industria de energía eólica (por ejemplo, el generador 28 que tiene una velocidad de funcionamiento pretendida en el intervalo de 100-500 rpm).
45 Con esto en mente, el generador 28 incluye un rotor 100 y un estator 102 situados dentro de una carcasa del generador
104. El rotor 100 es accionado por un elemento de salida 80 de la caja de engranajes para girar dentro de la carcasa del generador 104 y, como resultado, divide efectivamente la carcasa del generador 104 en un lado del extremo de accionamiento (“lado del EA”) y un lado del extremo de no accionamiento (“lado del ENA”). En el lado del EA, la carcasa del generador 104 se acopla con la carcasa de la caja de engranajes 32 utilizando fijaciones (por ejemplo, pernos; no 50 mostrados) u otras técnicas adecuadas. Se puede proporcionar un reborde reforzado 106 (Fig. 4A) en la carcasa de la caja de engranajes 32 a este efecto. Se puede proporcionar asimismo un elemento de aislamiento 108 entre el reborde 106 y la carcasa del generador 104 para contribuir a evitar que se transfieran corrientes eléctricas a la caja de engranajes. Adicionalmente, el generador 28 puede incluir además un escudo 110 del extremo de accionamiento (“escudo del EA”) entre la carcasa de la caja de engranajes 32 y la carcasa del generador 104. El escudo 110 del EA se acopla con la
55 carcasa del generador 104 y tapa el lado del EA para proteger los componentes internos del generador 28 durante su transporte, aunque no necesita ser proporcionado si tal protección no es necesaria. La carcasa de la caja de engranajes 32 puede cubrir efectivamente el lado del EA de la carcasa del generador 104 tras la integración de la caja de engranajes 24 y el generador 28 en tales modos de realización.
imagen4
El estator 102 está soportado por la carcasa del generador 104 entre los lados del EA y del ENA. El estator 102 se muestra esquemáticamente en las figuras, aunque en un modo de realización el generador 28 puede ser un generador de 5 imanes permanentes con el estator 102 que comprende un conjunto impregnado de resina de láminas de acero que forman dientes en un núcleo de hierro. El conjunto puede incluir asimismo bobinas dispuestas en un patrón de bobinados distribuidos entre los dientes. Cuando el rotor 100 gira con relación al estator 102, los imanes permanentes en el rotor 102 inducen una tensión en los bobinados. Los bobinados se conectan a un anillo de bus de cobre (no mostrado), que a su vez se conecta a cables de potencia 112 (Fig. 2) para suministrar la salida eléctrica a otro sitio. De nuevo, esto es
10 meramente un posible modo de realización. Se apreciarán otros modos de realización por los expertos en la técnica del diseño de generadores de turbina, incluyendo aquellos que no implican imanes permanentes.
El rotor 100 incluye un cuerpo del rotor 116 que soporta los imanes permanentes (u otros elementos de generación de flujo, dependiendo del diseño del generador). Los imanes permanentes pueden estar sostenidos, por ejemplo, en segmentos de núcleo 118 fijados al cuerpo del rotor 116. Un árbol del rotor (“buje de accionamiento”) 120 se acopla con el
15 cuerpo del rotor 116 al fijarse al mismo (por ejemplo, mediante fijaciones) o formarse integralmente con el mismo. Así pues, aunque se muestra en general un conjunto de dos piezas para soportar los imanes permanentes, en modos de realización alternativos el árbol del rotor 120 y el cuerpo del rotor 116 pueden ser partes diferentes de una estructura unitaria. Por lo menos un parte del árbol del rotor 120 se extiende en un sentido axial.
El árbol del rotor 120 se acopla asimismo con el elemento de salida 80 de la caja de engranajes. En el modo de
20 realización mostrado, se proporciona a este efecto un árbol flotante 122. El árbol flotante 122 se extiende desde el interior de la carcasa de la caja de engranajes 32, a través de una abertura en el escudo 110 del EA, y al interior de la carcasa del generador 104. Una junta laberíntica 124 se puede disponer entre el escudo 110 del EA y el exterior del árbol flotante 122 para permitir un giro relativo y evitar aun así que entre lubricante de la caja de engranajes en la carcasa del generador
104. Se pueden proporcionar igualmente juntas estáticas (no mostradas) entre la carcasa de la caja de engranajes 32 y el
25 escudo 110 del EA para contribuir adicionalmente a la contención de fluidos. El interior del árbol flotante 122, por otro lado, se acopla con el elemento de salida 80 de la caja de engranajes mediante un acoplamiento acanalado 126 de modo que el árbol flotante 122 es accionado por el elemento de salida 80 de la caja de engranajes. A este respecto, el elemento de salida 80 de la caja de engranajes en el modo de realización mostrado funciona como un árbol de torsión hueco para transferir par de la caja de engranajes 24 al generador 28 (a través del árbol flotante 122). La longitud del árbol flotante
30 122, que se puede extender al interior del árbol del rotor 120, y la posición axial del acoplamiento acanalado 126 se pueden seleccionar para contribuir a sintonizar la resonancia de torsión del sistema de transmisión de potencia 10.
Dentro de la carcasa del generador 104, un reborde 130 que se extiende radialmente sobre el árbol flotante 122 se enfrenta con una parte 132 que se extiende radialmente del cuerpo del rotor 116 y/o árbol del rotor 120. Esto permite que el árbol flotante 122 se acople con el rotor 100 utilizando pernos, espigas, ruedas frontales, u otros 35 elementos/procedimientos de acoplamiento. Elementos de desplazamiento 200 en forma de pernos alargados pueden servir parcial o totalmente para esta función de acoplamiento. Como alternativa o modo adicional de acoplamiento del árbol flotante 122 con el rotor 100, se puede extender una parte terminal del árbol flotante 100 dentro del árbol del rotor 120 y acoplarse con el mismo mediante un acoplamiento acanalado. Un elemento aislante 134 se puede disponer entre el reborde 130 y la parte del rotor 100 con la cual se acopla para contribuir a evitar que se transfieran corrientes eléctricas a
40 la caja de engranajes 24. El elemento aislante 134 se muestra como una anilla en el modo de realización ilustrado.
Todavía en referencia a la Fig. 4A, el generador 28 incluye además un escudo 140 del extremo de no accionamiento (“escudo del ENA”) acoplado con el lado del ENA de la carcasa del generador 104. Un manguito 142 se extiende desde el escudo 140 del ENA en un sentido generalmente axial y, en el modo de realización mostrado, rodea el árbol del rotor 120. El manguito 142 se puede formar integralmente con el resto del escudo 140 del ENA (como se muestra), o el manguito 45 142 puede ser un componente separado fijado al escudo 140 del ENA. Por lo menos un rodamiento 144 del generador se sitúa entre el manguito 142 y el árbol del rotor 120 para soportar el rotor 100 de modo giratorio. Estos rodamientos soportan asimismo el elemento de salida 80 de la caja de engranajes. Como se describe en la solicitud ‘xxx, tal disposición facilita la fabricación, instalación, y mantenimiento. Un aspecto particular se refiere a cómo los elementos de desplazamiento 200 se pueden utilizar para mover el rotor 100 hacia el escudo 140 del ENA y a una posición “inactiva”
50 sobre el manguito 142.
El generador 28 puede incluir además un adaptador de extremo 160 acoplado con el árbol del rotor 120 y que se extiende por fuera de la carcasa del generador 104. En el modo de realización mostrado, unos pernos 162 se extienden a través del adaptador de extremo 160 y un reborde terminal 164 sobre una camisa interna 150 del cartucho de rodamientos 148 antes de acoplarse con el árbol del rotor 120. Así pues, el árbol del rotor 120, camisa interna 150, y adaptador de extremo
55 160 giran conjuntamente. El adaptador de extremo 160 se extiende alejándose del escudo 140 del ENA de modo que se sitúa por fuera de la carcasa del generador 104.
imagen5
A continuación en referencia a las Figs. 4A, 5 y 6, el adaptador de extremo 160 en el modo de realización ilustrado soporta tanto un virador 166 como un disco de freno 168. El virador 166 se monta en el adaptador de extremo 160 mediante pernos 170, pero puede ser alternativamente una parte integral del adaptador de extremo 160. En cualquier caso, el virador 166 se acopla con el árbol del rotor 120 por medio del adaptador de extremo 160. Uno o más actuadores 5 auxiliares 172 se montan en el escudo 140 del ENA y se sitúan junto al virador 166. Los actuadores auxiliares 172 se configuran para hacer girar piñones 174 respectivos que se engranan con el virador 166. Así pues, los actuadores auxiliares 172 se pueden controlar para hacer girar el virador 166 cuando sea necesario para hacer girar los componentes accionados del sistema de transmisión de potencia 10 acoplados funcionalmente con el adaptador de extremo 160 (por ejemplo, el árbol del rotor 120, elemento de salida 80 de la caja de engranajes, elemento de entrada 26 de la caja de
10 engranajes, árbol principal 16, etc.). Como se describirá en mayor detalle a continuación, algunos de los actuadores auxiliares 172 se pueden utilizar tan sólo durante el funcionamiento, mientras que otros se pueden utilizar tan sólo durante la instalación. Los actuadores auxiliares 172 pueden comprender motores hidráulicos en algunos modos de realización.
El disco de freno 168 se fija al virador 166 mediante pernos 176 que se extienden a través de separadores 178. Así pues, el disco de freno 168 está soportado por el adaptador de extremo 160 a través del virador 166. En modos de realización 15 alternativos, no obstante, el disco de freno 168 se puede fijar directamente al adaptador de extremo 160. Una o más mordazas de freno 180 se sitúan alrededor del disco de freno 168 y se configuran para aplicar una fuerza de frenado de fricción al disco de freno 168 durante operaciones de frenado. Las mordazas de freno 180 están soportadas por placas de montaje 182 fijadas bien al escudo 140 del ENA o a una estructura fija en la góndola, fijando así las mordazas de freno 180 con relación al disco de freno 168. La estructura para fijar las placas de montaje 182 no se muestra en las figuras por
20 simplicidad. Además, aunque no se muestra, los actuadores auxiliares 172, virador 166, y discos de freno 168 se pueden alojar dentro de una tapa retirable fijada al escudo 140 del ENA.
Finalmente, el sistema de transmisión de potencia 10 incluye además un tubo de paso 186 que se extiende a través de la caja de engranajes 24 y el generador 28. El tubo de paso 186 aloja tuberías hidráulicas (no mostradas) y/o cables eléctricos encaminados a través del árbol principal 16 (Fig. 2) hasta el buje 6 para controlar el sistema de paso de la
25 turbina eólica 2. Si se desea, se pueden proporcionar uno o más rodamientos (no mostrados) entre el tubo de paso 186 y el adaptador de extremo 160 para soportar el tubo de paso 186.
Las disposiciones anteriormente descritas ofrecen diversas ventajas, varias de las cuales son debidas a la disposición del virador 166 y actuadores auxiliares 172. Por ejemplo, el virador 166 se sitúa por fuera de la carcasa del generador 104 en lugar de sobre la caja de engranajes 24 o entre la caja de engranajes 24 y el generador 28. Esto permite que el lado del 30 EA de la carcasa del generador 104 se acople con la carcasa del generador 26 de un modo compacto. No se requiere espacio adicional para alojar el virador 166 y actuadores auxiliares 172. En un sistema de transmisión de potencia de media velocidad como el descrito, tal consideración puede ser particularmente importante debido a la cantidad relativamente grande de partes que se puede requerir para hacer girar el virador 166 (en comparación con un sistema de transmisión de potencia que incorpora una etapa de engranajes con una relación de desmultiplicación elevada). Puede ser
35 necesario un actuador auxiliar grande o una cantidad aumentada de actuadores auxiliares.
Además, la caja de engranajes 24 y el generador 28 pueden permanecer integrados cuando se desea realizar el mantenimiento o retirada del virador 166 y/o actuadores auxiliares 172. De hecho el escudo 140 del ENA puede incluso permanecer acoplado con la carcasa del generador 104 durante tal mantenimiento o retirada. La retirada puede ser deseable debido a que puede necesitarse tan sólo uno o más de los actuadores auxiliares 172 para ayudar a completar la
40 instalación de la turbina eólica o ayudar a sustituir palas de la turbina eólica. Con este fin, se apreciarán procedimientos correspondientes permitidos por la configuración anteriormente descrita. Esto incluye un procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye una primera turbina eólica con el sistema de transmisión de potencia 10.
De acuerdo con el procedimiento, se instala una torre de la primera turbina eólica. La transmisión de potencia 10 se instala a continuación sobre la torre, con actuadores auxiliares 172 que se montan en el escudo 140 del ENA antes o
45 después de tal etapa. El procedimiento incluye además montar un buje en el sistema de transmisión de potencia 10 y montar una o más palas en el buje. Puede ser necesario o deseable girar el virador 166 para ayudar a colocar el buje en orientaciones que permitan el montaje de las palas. Este es el caso cuando las palas se montan en el buje tras instalar el buje en el sistema de transmisión de potencia 10.
Para montar una primera pala, por ejemplo, se gira el buje hasta una posición adecuada para levantar y alinear la pala
50 con una posición de montaje en el buje. Una vez que la primera pala se ha montado, el buje debe ser girado para colocar la posición de montaje para una segunda pala en una orientación/posición adecuada para su alineamiento con la segunda pala (cuando la segunda pala se levanta y maniobra con un equipo de izado). Tener menos de un conjunto completo de palas montadas en el buje crea una carga desequilibrada alrededor del eje de giro; se puede requerir una cantidad importante de par para el giro. Ventajosamente, se proporciona una pluralidad de actuadores auxiliares 172 a este efecto;
55 se muestran cuatro en el modo de realización ilustrado. Los actuadores auxiliares 172 proporcionan el par nominal para hacer girar los componentes accionados del sistema de transmisión de potencia 10 y el buje con su carga de palas desequilibrada.
imagen6
Cuando se ha montado un conjunto completo de palas (típicamente tres) en el buje, por lo menos algunos de los actuadores auxiliares 172 se pueden retirar del escudo 140 del ENA. Se necesita menos par para girar el buje en este momento debido a que la carga alrededor del eje de giro debida al peso de las palas está equilibrada. Uno de los actuadores auxiliares 172, por ejemplo, se puede configurar para proporcionar el par suficiente. Este actuador auxiliar
5 puede permanecer montado en el escudo 140 del ENA para hacer girar el virador 166 cuando sea necesario para “indexar” las palas (es decir, ayudar a colocar el buje en las posiciones de giro deseadas) y/o girar lentamente los componentes accionados del sistema de trasmisión de potencia cuando la turbina eólica no está en funcionamiento para producir potencia.
Los tres dispositivos auxiliares retirados del escudo 140 del ENA se pueden almacenar en condiciones más favorables
10 que aquellas a las cuales está expuesta una turbina eólica, concretamente si la turbina eólica se va a utilizar en el entorno marítimo. Los actuadores auxiliares pueden permanecer almacenados hasta que su uso sea necesario una vez más, tal como durante la sustitución de la pala, en cuyo momento se pueden volver a montar en el escudo 140 del ENA. Alternativamente, los actuadores auxiliares retirados del sistema de transmisión de potencia 10 se pueden utilizar del mismo modo para completar la instalación de una segunda turbina eólica. Este proceso se puede continuar hasta que se
15 han montado conjuntos completos de palas en todas las turbinas eólicas del parque eólico. Así pues, el número de dispositivos auxiliares necesarios para completar la instalación del parque eólico se puede minimizar.
Los modos de realización descritos anteriormente son meramente ejemplos de la invención definida por las reivindicaciones que aparecen a continuación. Aquellos expertos en el diseño de turbinas eólicas apreciarán ejemplos adicionales, modificaciones, y ventajas basadas en la descripción. Por ejemplo, aunque se proporcionan cuatro
20 actuadores auxiliares 172 en el modo de realización mostrado, modos de realización alternativos pueden incluir más o menos actuadores auxiliares. Estos actuadores auxiliares pueden tener diferentes salidas de potencia. Además, más de un actuador auxiliar puede permanecer montado en el escudo 140 del ENA para llevar a cabo la indización de las palas. De nuevo, estas y otras variaciones serán apreciadas por los expertos.

Claims (10)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende:
    una caja de engranajes (24) que tiene una carcasa de la caja de engranajes (32) y un elemento de salida (80) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de engranajes (32); y
    5 un generador (28) integrado con la caja de engranajes (24), incluyendo el generador (28):
    una carcasa del generador (104) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32);
    un estator (102) situado en la carcasa del generador (104);
    un rotor (100) acoplado con el elemento de salida (80) de la caja de engranajes para ser accionado por el mismo, estando situado el rotor (100) en la carcasa del generador (104) y dividiendo efectivamente la carcasa del generador (104) en un
    10 lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), estando soportado el estator (102) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento;
    un escudo (140) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador (104);
    15 al menos un actuador auxiliar (172) montado en el escudo (140) del extremo de no accionamiento; y
    un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (104) junto al al menos un accionamiento auxiliar (172), estando acoplado el virador (166) con el rotor (100), estando configurado el al menos un actuador auxiliar (172) para hacer girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166).
  2. 2. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
    20 un adaptador de extremo (160) acoplado con el rotor (100) y que se extiende por fuera de la carcasa del generador (104), estando acoplado el virador (166) con el rotor (100) por medio del adaptador de extremo (160); un disco de freno (168) acoplado con el adaptador de extremo (160); y al menos un mordaza de freno (180) fijada con relación al disco de freno (168) y configurada para aplicar fricción al
    mismo.
    25 3. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la mordaza de freno (180) se monta en el escudo (140) del extremo de no accionamiento.
  3. 4. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un actuador auxiliar (172) comprende una pluralidad de actuadores auxiliares configurados para hacer girar el virador (166).
    30 5. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 4, en el que al menos dos de los actuadores auxiliares tienen diferentes salidas de potencia.
  4. 6. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un actuador auxiliar (172) comprende un motor hidráulico que acciona el piñón (174) respectivo.
  5. 7. Una turbina eólica que comprende: 35 un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores;
    un buje montado en el sistema de transmisión de potencia, estando el virador acoplado funcionalmente con el buje; y un conjunto de palas montadas en el buje.
  6. 8. Un procedimiento de instalación de un parque eólico que comprende:
    40 instalar una torre de una primera turbina eólica;
    instalar un sistema de transmisión de potencia en la torre, incluyendo sistema de transmisión de potencia una caja de engranajes (24) y un generador (28) integrados entre sí, teniendo la caja de engranajes (24) una carcasa de la caja de engranajes (32), y un elemento de salida (80) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de
    8
    imagen2
    engranajes (32); teniendo el generador una carcasa del generador (104) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32); un estator (102) situado en la carcasa del generador (104); un rotor (100) acoplado con el elemento de salida (80) de la caja de engranajes de modo que sea accionado por el mismo, en el que el rotor (100) se sitúa en la carcasa del generador (104) y divide efectivamente la carcasa del generador en un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), y estando soportado el estator (102) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento; incluyendo el generador (28) además un escudo (140) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador y un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (104);
    montar al menos un accionamiento auxiliar (172) en el escudo (140) del extremo de no accionamiento, estando el virador
    (166) situado junto al al menos un actuador auxiliar (172) una vez montado el al menos un actuador auxiliar (172);
    montar un buje (6) en el sistema de transmisión de potencia, estando configurada la caja de engranajes (24) para aumentar una velocidad de giro del buje;
    montar una o más palas (4) en el buje (6); y
    hacer girar el virador (166) con el al menos un actuador auxiliar (172), en el que el al menos un actuador auxiliar hace girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166), y en el que además el buje (6) es girado por el virador (166).
  7. 9.
    Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que montar la una o más palas (4) comprende montar menos de un conjunto completo de palas de modo que se cree una carga desequilibrada en el buje (6), en el que montar el al menos un actuador auxiliar comprende montar una pluralidad de actuadores auxiliares (172), y en el que hacer girar el virador (166) comprende operar la pluralidad de actuadores auxiliares (172).
  8. 10.
    Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además:
    montar un conjunto completo de palas (4) en el buje (6);
    retirar al menos algunos de los actuadores auxiliares (172) del escudo (140) del extremo de no accionamiento; y
    a continuación, hacer girar el virador con uno o más actuadores auxiliares (172) permaneciendo en el escudo (140) del extremo de no accionamiento.
  9. 11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que retirar al menos algunos de los actuadores auxiliares
    (172) comprende retirar todos menos uno de los actuadores auxiliares (172).
  10. 12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, que comprende además:
    utilizar uno o más de los actuadores auxiliares (172) retirados del escudo (140) del extremo de no accionamiento de la primera turbina eólica para completar la instalación de una segunda turbina eólica.
    9
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