ES2556997B1 - Método y dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores - Google Patents

Método y dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores Download PDF

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Abstract

Método y dispositivo de sustitución de pala (13) en aerogeneradores que consta de dos elementos, uno superior (1) y otro inferior (2) que cooperan entre sí para elevar y/o descender la pala (13) de un aerogenerador. El elemento superior "top" (1) del dispositivo consta de unos elementos (4) atornillados al rodamiento (3) del aerogenerador y unos medios de sujeción (5) de pala (13), mientras que el elemento inferior "ground" (2) consta de una estructura que rodea la torre (8) del aerogenerador y que dispone de al menos dos cabrestantes (2.5) y dos poleas de desvío (2.4) para conectar unos cables (6) entre el elemento "top" (1) y el elemento "ground" (2) del dispositivo.

Description

METODO y DISPOSITIVO AEROGENERADORES
DE SUSTITUCION DE PALA EN
5
Objeto de la invención. La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para el montaje y desmontaje de las palas en aerogeneradores, del tipo que emplean cabrestantes sin necesidad de usar una grúa convencional.
10
Antecedentes de la invención.
15
El desarrollo de nuevos aerogeneradores ha dado como resultado el aumento del tamaño y de la potencia de los mismos. Los grandes aerogeneradores permiten instalar más potencia en un mismo emplazamiento y reducen el impacto visual que presenta un parque formado por varios aerogeneradores.
2 O
Los aerogeneradores constan de una torre fija que eleva sobre el suelo una góndola que porta un generador eléctrico conectado a un rotor por medios mecánicos. El rotor está conformado por un buje que une al menos una pala, atornillada a unos espárragos de unos rodamientos del buje, que se encarga de transformar la energía cinética del viento en movimiento de rotación del rotor.
25 30
El aumento de potencia generada está directamente relacionado con el aumento de las dimensiones del rotor del aerogenerador, y en consecuencia el aumento de la longitud de las palas del aerogenerador. Las palas representan el elemento más critico del aerogenerador y por esta causa son elementos sujetos a inspecciones preventivas y correctivas para las cuales suele ser necesario desmontar las palas del buje y descenderlas al suelo para posteriormente izarlas y volver a montarlas en el buje una vez realizadas las tareas de mantenimiento.
35
Para ello, los operarios de mantenimiento utilizan grúas de grandes dimensiones que permiten manipular rotores de gran tamal"'io y peso. Este
tipo de grúas tiene varios inconvenientes, por un lado son muy costosas, por
lo que el coste de instalación de un parque de aerogeneradores o el coste de
las tareas de mantenimiento se ve notablemente incrementado por su uso, y
por otro lado, dado que los aerogeneradores suelen ubicarse en
5
emplazamientos de difícil acceso, el traslado de estas grúas hasta el punto
requerido se hace prácticamente imposible y suele precisar de la habilitación
de accesos, lo cual resulta complicado y costoso.
En este sentido se conocen diferentes soluciones del Estado de la
1 O
Técnica que describen diferentes equipos para el montaje y desmontaje de
las palas de un aerogenerador.
La Patente W02011/095167 describe un equipo de
montaje/desmontaje que dispone un cabrestante en el interior del buje del
15
aerogenerador y engancha la pala mediante un gancho a unas pletinas
atornilladas a los pernos de unión al rodamiento de pala. El equipo dispone
de un elemento provisto de un rodillo que se coloca entre el gancho y el
cabrestante y que permite descender la pala en posición vertical y
posteriormente rotarla a posición horizontal cuando está próxima al suelo.
2 O
Sin embargo este sistema presenta el inconveniente de que se requiere de
gran espacio para colocar un cabrestante que soporte los elevados pesos de
las palas actuales, así como sistemas de retenida y anti-giro más fiables que
el descrito anteriormente.
25
La patente W02009/128708 describe un equipo provisto de dos
elementos, uno colocado en el buje del aerogenerador, que sujeta la pala
desde los rodamientos, y otro colocado en el interior de la pala y que
cooperan entre sí para elevar o descender una pala usando unos medios de
posicionamiento y unos medios de elevación. El descenso de la pala,
30
asegurada mediante un cabrestante, se realiza en posición vertical (la punta
apuntando al suelo) mediante la activación de un actuador ubicado en uno
de los medios que balancea la pala hacia un alineamiento predeterminado
con respecto a la torre. Se utiliza un cabrestante para garantizar el descenso
vertical de la pala
35
La patente US2010/0253086 describe un sistema que incorpora unas
poleas por el exterior del buje, en los espacios existentes entre las palas, las
cuales se utilizan para guiar un cable que se conecta con una grúa de
servicio ubicada en la góndola del aerogenerador o un cabrestante (W)
5
instalado en tierra. La pala se sujeta para su descenso o izado mediante una
polea localizada en el interior del buje.
A la vista de los inconvenientes de las soluciones anteriores, se prevé
la necesidad de implementar una solución que garantice el montaje y/o
10
desmontaje de palas a un coste mínimo.
Descripción de la invención
Para ello el dispositivo de sustitución de la invención consta de dos
1S
elementos, uno superior y otro inferior que cooperan entre sí para elevar y/o
descender una pala de un aerogenerador.
El elemento superior del dispositivo, que a partir de ahora
denominaremos "top", consta de unos elementos de F09amieRle poleas y
2 O
unos medios de sujeción de pala, mientras que el elemento inferior, que a
partir de ahora denominaremos "ground", consta de una estructura que rodea
la torre del aerogenerador y que dispone de al menos dos cabrestantes y dos
poleas de desvío para conectar unos cables entre el elemento "top" y el
elemento "ground" del dispositivo.
25
Es un objeto de la invención que el dispositivo pueda utilizarse en
cualquier tipo de parque eólico independientemente del tipo de
aerogeneradores instalados, por lo que la estructura del elemento "ground"
del dispositivo permite su ajuste a diferentes diámetros de torre.
30
Es un objeto de la invención que el dispositivo pueda utilizarse en
cualquier tipo de parque eólico independientemente del tipo de
aerogeneradores instalados, por lo que el elemento de sujeción de pala del
elemento "top" del dispositivo permite su ajuste a diferentes diámetros de
35
pala.
5
Es un objeto de la invención que el dispositivo pueda utilizarse en cualquier localización en la que se encuentre el parque, independientemente de las condiciones climatológicas, por lo que la invención determina en el elemento "ground" un ¡nclinómetro que controla la inclinación de la pala durante las operaciones de descenso y/o ascenso, así como células de carga que midan el peso soportado por compresión y contrapesos que contrarresten el peso de la pala.
10
Es un objeto de la invención que el sistema impida que la pala gire sobre si misma o voltee, por lo que el dispositivo puede combinarse con cualquier sistema de retenida y con cualquier sistema anti-giro.
15
Es un objeto de la invención un método de elevación y/o descenso de una pala de un aerogenerador utilizando el dispositivo de la invención.
Estos y otros aspectos de la invención se describirán de una forma más detallada con ayuda de los dibujos que se describen a continuación.
2 O
Breve descripción de los dibujos.
Las figuras 1A y 18 muestran el elemento superior del dispositivo de sustitución de la invención.
25
La figura 2 muestra el elemento inferior del dispositivo de sustitución según una realización de la invención.
30
La figura 3 es una vista en perspectiva de la disposición de los elementos de rodamiento del elemento superior del dispositivo de sustitución según una realización de la invención.
35
Las figuras 4A, 48 Y 4C muestran los diferentes tipos de elementos de rodamiento del elemento superior del dispositivo de sustitución de la invención de la figura anterior.
La figura 5 es una vista en perspectiva de la disposición de los medios
de sujeción de pala del elemento superior del dispositivo de sustitución
segun una realización de la invención.
las figuras 6A y 6B son unas vistas en detalle del elemento de sujeción de pala de la figura anterior.
las figuras 7A, 7B Y 7e son unas vistas en detalle de los diferentes elementos que componen el elemento inferior del dispositivo de sustitución de pala según una realización de la invención.
La figura 8 es una vista en perspectiva del dispositivo de sustitución aplicado en un aerogenerador.
la figura 9 es una vista en detalle de la sujeción de la pala según una
realización de la invención.
Descripción de una realización preferencial
La presente invención está relacionada con un método y un dispositivo para sustituir las palas de un aerogenerador en tareas de mantenimiento o instalación de parques eólicos.
los aerogeneradores constan de una torre (8) que eleva sobre el
suelo una góndola (14) que porta un generador eléctrico conectado a un
rotor por medios mecánicos.
El rotor está confonmado por un buje (15) que une al menos una pala
(13)
que se atornilla al buje (15) del aerogenerador a través de unos rodamientos (3) que disponen de unos espárragos que se insertan en la ralz
(7)
de la pala.
El dispositivo de sustitución de pala (13) de la presente invención consta de dos elementos (1 , 2) que cooperan entre sí para garantizar la correcta elevación/descenso de la pala (1 3) del aerogenerador; un elemento
"top" (1) (ver figuras 1A y 1B) que se coloca en el rodamiento (3) del buje
(15) y en la raiz (7) de la pala (13), y un elemento "ground" (2) (ver figura 2)
que queda dispuesto en la base de la torre (8) del aerogenerador.
5
El elemento "top" (1) consta de dos partes (4, 5), una (4) que se fija en
el rodamiento (3) del buje (15) (figura 1A) y otra (5) en forma de brida (figura
1 B) que rodea la raiz (7) de la pala (13).
La parte (4) del elemento "top" (1) que se fija en el rodamiento (3) de
10
pala (ver figura 3) consta de varias poleas de desvío horizontales (4.2) y
verticales (4.1), y varios elementos de fijación (4.3) del cable (6) (ver figuras
4A, 4B Y 4C), que se disponen en la pista exterior del rodamíento (3) de pala
del buje (15) y cuya función es soportar, conducir y amarrar los cables (6)
que suben de los cabrestantes (2.5) del elemento "ground" (2) y enganchan
15
con la brida (5) de pala (13) del elemento "top" (1).
Las poleas de desvío vertical (4.1) se emplean para dirigir el cable (6)
hacia la brida (5) de la pala (13) y los cabrestantes (2.5) del elemento
"ground" (2), mientras que las poleas horizontales (4.2) se emplean para
2 O
guiar los cables (6) en sentido horizontal alrededor del rodamiento (3) y los
elementos de fijación (4.3) para sujetar el extremo final de los cables (6).
La brida (5) de pala (13) del elemento "top" (1) (figura 1B) consta de
dos segmentos de polea (5.1) y al menos dos segmentos de unión (5.2),
25
atornillados entre sí mediante unos tornillos (5.3) de unión que, en
cooperación con unos calces (5.4), permiten ajustar el diámetro de la brida
(5) al diámetro de la raíz (7) de pala (13) (ver figuras 6A y 6B). Los
segmentos de polea (5.1) constan de una polea (9) y un elemento de
refuerzo (10), debiendo posicionarse la polea (9) mirando hacia el
3 O
rodamiento (3) y enfrentada a la correspondiente polea de desvío (4.1) de la
parte (4) de rodamiento del elemento "top" (1), mientras que los segmentos
de unión (5.2) son símétricos, por lo que no tienen ninguna posición
determinada de colocación. La brida (5) queda constituida al unir los
segmentos de polea (5.1) y los segmentos de unión (5.2) de forma que
35
quede un segmento de polea (5.1) en cada uno de los lados de la pala (13),
es decir, uno en el lado más próximo a la torre (8) y otro en el lado exterior.
Para que la brida (5) de pala trabaje correctamente debe estar nivelada con respecto al rodamiento (3) de pala. Dado que la raíz (7) de pala
5 suele presentar bastantes irregularidades, los segmentos (5.1, 5.2) de la brida (5) de pala disponen de una serie de orificios (11) para introducir unas varillas (12) (ver figura 5) que apoyan con el extremo opuesto al segmento (5.1, 5.2) en el rodamiento (3) de pala y que permiten regular la brida (5) en altura respecto del rodamiento (3). Dichas varillas (12) serán retiradas a
10 posteriori, una vez que la brida (5) haya sido totalmente fijada en la raíz (7) de la pala (13).
Según una realización de la invención, la parte (4) del elemento "top"
(1) que se fija al rodamiento (3) y la parte (5) que constituye la brida de la
15 pala (13) deben de estar perfectamente alineadas entre sí, de forma que el desvío del cable (6) entre las poleas verticales (4.1) y las poleas (9) de la brida (5) esté perfectamente alineado, por lo que los diferentes elementos (4, 5) que constituyen el elemento "top" deben de estar en una posición concreta y la pala en posición O°.
20 El elemento "ground" (2) consta de una estructura (2.1) formada por tramos que comprenden unos rodillos fijos (2.2), un rodillo de centraje (2.3), unas poleas de desvío (2.4), unos cabrestantes (2.5), una estructura desmontable (2.1), un contrapeso (2.6), un cuadro eléctrico (2.7) y elementos
25 de control como un ¡nclinómetro (no representado) y unas células de carga (no representado) ubicadas en las poleas de reenvío (2.4) de los contrapesos (2.6) que permiten controlar la tensión del cable (6).
El tramo principal de la estructura (2.1) soporta los cabrestantes (2.5),
30 el cuadro eléctrico (2.7) y los rodillos fijos (2.2) y se posiciona a testa en la base de la torre (8). Los tramos paralelos de la estructura (2.1) son simétricos y se atornillan al tramo principal de forma perpendicular a este. Los contrapesos (2.6) se colocan en los extremos de los tramos paralelos y entre ellos se coloca un tramo frontal provisto de un rodillo de centraje (2.3)
35 regulable. El tramo frontal, una vez se coloca en el punto más próximo a la
torre (8), se atornilla entre los contrapesos (2.6) para finalmente ajustar el rodillo de oentraje (2.3) regulable con la torre (8) (ver figuras 7 A, 7B, 7C).
El cuadro eléctrico (2.7) dispone de un pulsador de arranque y uno de emergencia (no representados), una pantalla táctil (no representado) para
visualizar el estado de los diferentes elementos que conforman el dispositivo
de sustitución de pala (13), así como indicadores de tensión y de movimiento de cable (6) conectados a las células de carga de las poleas (2.4) de los
contrapesos (2.6) , un selector y unos pilotos de alarmas del funcionamiento
de los cabrestantes (2.5). De esta forma, el dispositivo permite configurar los limites de trabajo de inclinación de la pala (13) y la tensión en los cables (6).
El método de sustitución de pala (ver figuras 8 y 9) comprende los
siguientes pasos;
Colocar en la base de la torre (8) el elemento "ground" (2) del dispositivo de sustitución de pala (13). Colocar la brida (5) del elemento "top" (1) en la raíz (7) de la pala
(13) a sustituir/reparar.
Posicionar la pala (13) en vertical hacia arriba o en posición horizontal.
Girar el rotor del aerogenerador hasta que la pala (13) quede en
posición horizontal hacia abajo.
Izar los cables (6) desde el elemento "ground" (2) mediante la grúa auxiliar (no representado) ubicada en la góndola (14) del
aerogenerador.
Pasar los cables (6) por las poleas (9) de los segmentos de polea
(5.1) de la brida (5) del elemento "top" (1) en la raíz (7) de la pala
(13) y por las poleas de desvío horizontales (4.2) y verticales (4.1), y asegurarlos a los elementos de fijación (4.3) de la parte (4) del elemento "top" (1) que se fija en el rodamiento (3) de pala. Quitar el amarre de la grúa auxiliar (no representado) ubicada en la góndola (14) del aerogenerador.
Guiar un útil de retenida (no representado) por la pala mediante un sistema de retenida convencional (no representado).
5
Desatornillar la pala (13) del rodamiento (3) del buje (15) del aerogenerador. Descender la pala (13) accionando los cabrestantes (2.5) del elemento "ground" (2) del dispositivo de sustitución de pala (13) ayudándose de un sistema de retenida convencional (no representado) y colocarla en posición horizontal en el suelo.
. 10
El izado de la pala (13) se realiza siguiendo los pasos del descenso de la pala en orden inverso.
15
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realiza ciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas mod ificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-.Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, del tipo que
    se emplean en tareas de mantenimiento o instalación de parques eólicos,
    5
    caracterizado porque consta de dos elementos (1 , 2) que cooperan entre sí
    para garantizar la correcta elevación/descenso de la pala (13) del
    aerogenerador, estando un elemento "top" (1) dispuesto entre el buje (15) y
    las palas (13) del aerogenerador, y un elemento "ground" (2) dispuesto en la
    base de la torre (8) del aerogenerador.
    10
  2. 2.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    primera reivindicación, caracterizado porque el elemento "top" (1) consta de
    dos partes (4, 5), una (4) que se fija en el rodamiento (3) del buje (15) y otra
    (5) en forma de brida que rodea la raiz (7) de la pala (13).
    15
  3. 3.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 2, caracterizado porque la parte (4) del elemento "top" (1) que
    se fija en el rodamiento (3) de pala consta de varias poleas de desvío
    horizontales (4.2) y verticales (4.1), y varios elementos de fijación (4.3) del
    2 O
    cable (6), que se disponen en la pista exterior del rodamiento (3) de pala del
    buje (15) y cuya función es soportar, conducir y amarrar los cables (6) que
    suben de los cabrestantes (2.5) del elemento "ground" (2) y enganchan con
    la brida (5) de pala (13) del elemento "top" (1).
    25
    4.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 2, caracterizado porque la brida (5) de pala (13) del elemento
    "top" (1) consta de dos segmentos de polea (5.1) Y al menos dos segmentos
    de unión (5.2), atornillados entre si mediante unos tornillos (5.3) de unión
    que, en cooperación oon unos calces (5.4), permiten ajustar el'diámetro de la
    30
    brida (5) al diámetro de la raiz (7) de pala (13).
  4. 5.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 4, caracterizado porque los segmentos de polea (5.1) constan
    de una polea (9) y un elemento de refuerzo (10).
    35
  5. 6 .-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 1, caracterizado porque el elemento "ground" (2) consta de
    una estructura (2.1) formada por tramos que comprenden unos rodillos fijos
    (2.2), un rodillo de centraje (2.3), unas poleas de desvío (2.4), unos 5 cabrestantes (2.5), una estructura desmontable (2.1), un contrapeso (2.6), un cuadro eléctrico (2.7) y elementos de control como un inclinómetro (no
    representado) y unas células de carga (no representado) ubicadas en las
    poleas de reenvío (2.4) de los contrapesos (2.6) que permiten controlar la tensión del cable (6).
  6. 7.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la reivindicación 6, caracterizado porque el tramo principal de la estructura (2.1)
    soporta los cabrestantes (2.5), el cuadro eléctrico (2.7) y los rodillos fijos
    (2.2) y se posiciona a testa en la base de la torre (8).
  7. 8.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 6, caracterizado porque los tramos paralelos de la estructura
    (2.1) son simétricos y se atornillan al tramo principal de forma perpendicular a este.
  8. 9.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 6, caracterizado porque los contrapesos (2.6) se colocan en los extremos de los tramos paralelos y entre ellos se coloca un tramo frontal
    provisto de un rodillo de centraje (2.3) regulable.
  9. 10.-Dispositivo de sustitución de pala en aerogeneradores, según la
    reivindicación 6, caracterizado porque el cuadro eléctrico (2.7) dispone de un
    pulsador de arranque y uno de emergencia (no representados), una pantalla
    táctil (no representado) para visualizar el estado de los diferentes elementos
    30 que conforman el dispositivo de sustitución de pala (13), así como indicadores de tensión y de movimiento de cable (6) conectados a las células de carga de las poleas (2.4) de los contrapesos (2.6), un selector y unos pilotos de alarmas del funcionamiento de los cabrestantes (2.5).
    35 11.-Método de sustitución de pala de aerogenerador del tipo que
    utiliza un dispositivo según las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque el
    descenso de la pala (13) comprende los siguientes pasos;
    Colocar en la base de la torre (8) el elemento "ground" (2) del dispositivo de sustitución de pala (13). Colocar la brida (5) del elemento "top" (1) en la raiz (7) de la pala
    (13) a sustituir/reparar.
    Posicionar la pala (13) en vertical hacia arriba o en posición horizontal.
    Girar el rotor del aerogenerador hasta que la pala (13) quede en
    posición horizontal hacia abajo.
    Izar los cables (6) desde el elemento "ground" (2) mediante la grúa auxiliar (no representado) ubicada en la góndola (14) del aerogenerador.
    Pasar los cables (6) por las poleas (9) de los segmentos de polea
    (5.1) de la brida (5) del elemento "top" (1) en la raiz (7) de la pala
    (13) y por las poleas de desvio horizontales (4.2) y verticales (4.1), y asegurarlos a los elementos de fijación (4.3) de la parte (4) del elemento "top" (1) que se fija en el rodamiento (3) de pala.
    Quitar el amarre de la grúa auxiliar (no representado) ubicada en la
    góndola (14) del aerogenerador.
    Guiar un útil de retenida (no representado) por la pala mediante un sistema de retenida convencional (no representado). Desatornillar la pala (13) del rodamiento (3) del buje (15) del
    aerogenerador.
    Descender la pala (13) accionando los cabrestantes (2.5) del elemento "ground" (2) del dispositivo de sustitución de pala (13) ayudándose de un sistema de retenida convencional (no
    representado) y colocarla en posición horizontal en el suelo.
  10. 12.-Método de sustitución de pala de aerogenerador, según la reivindicación 11 , caracterizado porque el izado de la pala (13) sigue los pasos de descenso de la pala (13) en orden inverso.
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