ES2557770T3 - Sistema de regulación de palas para un aerogenerador - Google Patents
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Abstract
Aerogenerador con una torre, una góndola dispuesta de forma giratoria en la torre, un rotor que gira en la góndola alrededor de un eje de giro del rotor, que comprende un cubo de rotor (10) y al menos una pala de rotor acoplada a través de un rodamiento de pala (20) al cubo del rotor (10) con giro alrededor del eje de regulación de palas, presentando el rodamiento de pala (20) un anillo interior (22) unido firmemente al cubo del rotor (10), así como un anillo exterior (24) dotado de un dentado exterior, que está firmemente unido a la pala del rotor y girando la pala de rotor por medio de un accionamiento de regulación de palas (30) que presenta un motor de accionamiento (38) que impulsa un piñón de accionamiento (32) que engrana con el dentado exterior del anillo exterior (24), disponiéndose el piñón de accionamiento (32) por el lado opuesto a la góndola del cubo del rotor (10) en un ángulo de 10º - 30º, medido alrededor del eje de regulación de palas, respecto a un plano definido por el eje de giro del rotor y el eje de regulación de palas y montándose el motor de accionamiento (38) a una distancia del eje de giro del rotor inferior a la distancia entre el piñón de accionamiento (32) y el eje de giro del rotor, disponiendo el aerogenerador de tres accionamientos de regulación de palas (30) dispuestos de manera que entre los accionamientos de regulación de palas (30) quede un orificio de acceso (50) al cubo del rotor (10) y disponiéndose los accionamientos de regulación de palas (30) en forma de un triángulo equilátero.
Description
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DESCRIPCION
Sistema de regulacion de palas para un aerogenerador
La invencion se refiere a un aerogenerador con al menos un sistema de regulacion de palas.
En los aerogeneradores conocidos, una pala de rotor se fija de forma giratoria, con un rodamiento de pala, en un cubo del rotor. El sistema de regulacion de palas dispone de al menos un accionamiento de regulacion de palas con un pinon de accionamiento, una unidad de engranaje y un motor de accionamiento electrico o hidraulico. El pinon de accionamiento engrana con el rodamiento de palas de dentado interior y exterior.
En el caso de estos sistemas se plantean requisitos que desde el punto de vista tecnico son diffciles de compatibilizar.
Para reducir al mmimo las cargas sobre la estructura siguiente conviene que el cubo del rotor y el sistema de regulacion de palas presenten un peso mmimo y un reducido coste de fabricacion.
En contradiccion, el rodamiento de palas exige una construccion de conexion muy ngida dado que las deformaciones de las bridas de conexion provocan una reduccion de la vida util.
Adicionalmente se pretende que el sistema de regulacion de palas proporcione, con el menor esfuerzo posible, un par de regulacion de palas lo mas grande posible, lo que habla en favor de un posicionamiento de los pinones de accionamiento lo mas alejado (alejado del eje de la pala) posible (brazo de palanca largo).
En el caso del sistema de regulacion de palas se trata ademas de una tecnica de accionamiento complicada que en el paso se alojaba preferiblemente, de forma protegida, en el interior del cubo del rotor.
Por esta razon, la solucion mas extendida consiste en atornillar el anillo exterior del rodamiento de palas con el cubo del rotor y de dotar el anillo interior con un dentado interior y acoplarlo a la pala del rotor. Los accionamientos de regulacion se encuentran entonces dentro del cubo. Sin embargo, un inconveniente importante radica en el hecho de que, como consecuencia del gran diametro de la brida del anillo exterior del rodamiento, el cubo del rotor es pesado o poco ngido, y de que, debido al brazo de palanca mas corto, los accionamientos de regulacion aplican un par de regulacion menor que en el caso del dentado exterior.
Mediante la inversion de la union del rodamiento de palas (anillo interior atornillado en el cubo, anillo exterior en la pala), el estado de la tecnica ha logrado la construccion de cubos mas compactos y, por lo tanto, mas ngidos que, a su vez, vuelven a plantear problemas de espacio en lo que se refiere a la disposicion de los accionamientos de regulacion de palas. En el interior del cubo ya no se dispone de espacio suficiente y fuera del cubo todas las condiciones de espacio estan tan limitadas que los accionamientos se montan por regla general de manera que se orienten, respecto al pinon de accionamiento, hacia fuera (como las palas del rotor) o que se dispongan en el centro, por el lado del cubo opuesto a la gondola (en el centro por delante de las bridas de las palas del cubo).
Por razones de espacio se emplean entonces allf accionamientos angulares, es decir, los ejes de giro del pinon de accionamiento y del motor de accionamiento se situan en un angulo superior a los 45°, por regla general en un angulo de 90°. Un sistema de este tipo se describe, por ejemplo, en la memoria impresa DE 101 41 667 A1. Sin embargo, las condiciones de espacio son tan limitadas que el acceso necesario con fines de mantenimiento al interior del cubo del rotor y a las palas del rotor, se tiene que llevar a cabo a traves de los asf llamados extendedores de palas (elementos tubulares con un orificio de acceso). No obstante, los extendedores de palas ocasionan una masa adicional y costes considerables.
El documento DE 30 45 499 A1 describe un aerogenerador con una torre, una gondola dispuesta de forma giratoria en la torre, un rotor que gira en la gondola alrededor de un eje de giro del rotor y que comprende un cubo de rotor y al menos una pala de rotor que se acopla, a traves de un rodamiento de pala, al cubo del rotor con posibilidad de giro alrededor de un eje de regulacion de palas, presentando el rodamiento de pala un anillo interior unido firmemente al cubo del rotor asf como un anillo exterior, dotado de un dentado exterior, unido firmemente a la pala del rotor, y accionando la pala del rotor que gira por medio de un accionamiento de regulacion de palas, que presenta un motor de accionamiento que impulsa un pinon de accionamiento que engrana con el dentado exterior del anillo exterior, disponiendose el pinon de accionamiento, por el lado opuesto a la gondola del cubo del rotor, en un angulo de 10° a 30°, medido alrededor del eje de regulacion de palas, respecto a un plano definido por el eje de giro del rotor y el eje de regulacion de palas, y situandose el motor de accionamiento a una distancia del eje de giro del rotor inferior a la distancia entre el pinon de accionamiento y el eje de giro del rotor con lo que queda entre los accionamientos de regulacion de palas un orificio de acceso al cubo del rotor. El accionamiento de regulacion de palas esta provisto de una unidad de engranaje, disponiendose los ejes de giro de la unidad de engranaje y del pinon de accionamiento de forma coaxial.
El objetivo de la invencion consiste, por lo tanto, en evitar los inconvenientes del estado de la tecnica y en idear una disposicion especialmente rentable del cubo del rotor, del rodamiento de la pala, de la pala del rotor y del accionamiento de regulacion que, con una minima cantidad de material, permita una construccion al mismo tiempo ngida y compacta con un gran par de regulacion de palas. La disposicion en el espacio debe elegirse, sobre todo, de manera que se pueda acceder directamente al cubo.
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Este objetivo se consigue por medio de una disposicion segun la invencion correspondiente a la reivindicacion 1. El punto principal de la invencion es el hecho de haber descubierto que con una modificacion de la parte anterior del contorno del cubo es posible sacar los accionamientos de regulacion de palas en un angulo de unos 10° a 30°, con especial ventaja de 14° - 22°, de la posicion central habitual opuesta a la gondola, es decir, disponer el pinon de accionamiento por el lado opuesto a la gondola del cubo del rotor en un angulo medido alrededor del eje de regulacion de palas de 10° - 30° respecto a un plano definido por el eje de giro del rotor y el eje de regulacion de palas
Por otra parte, los accionamientos de regulacion se orientan hacia dentro, es decir, el motor de accionamiento se dispone a una distancia del eje de giro del rotor inferior a la distancia entre el pinon de accionamiento y el eje de giro del rotor. De este modo se evita el inconveniente principal del mayor riesgo de impactos directos de rayos para los accionamientos de regulacion orientados hacia fuera gracias a la disposicion directamente delante del cubo (metalico) del rotor segun la invencion.
La geometna del cubo necesaria para ello incluso puede presentar en la parte anterior unas escotaduras a modo de abolladuras. Sin embargo, en contra de todas las experiencias de construccion, ha quedado demostrado que esta conformacion estructuralmente desfavorable unicamente conduce a un peso adicional despreciable compensado por completo por la ventajosa disposicion de los accionamientos.
Al sacar los accionamientos de la posicion central existe, en el caso mas favorable, la posibilidad de emplear accionamientos de regulacion de palas coaxiales, es decir, el pinon de accionamiento, la unidad de engranaje y el motor de accionamiento tienen fundamentalmente un eje de simetna comun. En todo caso, en condiciones de espacio estrechas sigue siendo necesario el empleo de accionamientos angulares que se pueden disponer de manera que, con fines de mantenimiento, se pueda acceder facilmente al interior del cubo a traves del orificio de acceso anterior (opuesto a la gondola). Asf se puede renunciar en especial a extendedores de palas adicionales, pesados y caros. El efecto de refuerzo de los extendedores de palas, ventajoso para el rodamiento de pala, lo puede lograr por medio de una geometna adecuada del cubo, de modo especialmente ventajoso por medio de un refuerzo de las bridas de la pala. La realizacion segun la invencion permite especialmente en el caso de los rotores eolicos usuales con tres palas de rotor la disposicion de los accionamientos en forma de un triangulo equilatero sin que se limite el acceso a traves del orificio de acceso.
Por medio de los siguientes dibujos se explican variantes de realizacion ventajosas de la invencion:
Figura 1: Vista lateral de un sistema de regulacion de palas segun la invencion.
Figura 2: Vista frontal del sistema de la figura 1.
Figura 3: Vista frontal de otro sistema de regulacion de palas segun la invencion.
Figura 4; Vista sobre el sistema de la figura 3.
La figura 1 muestra la vista lateral de un cubo de rotor (10) con (un total de tres) sistemas de regulacion de palas con respectivamente un accionamiento de regulacion de palas (30) de un aerogenerador segun la invencion. La brida de arbol (12) sirve para el acoplamiento de un arbol de rotor alojado en la gondola. En la brida de pala (14) se monta un rodamiento de pala (20). El accionamiento de regulacion de palas (30) apoyado en una consola (18) moldeada en el cubo presenta un pinon de accionamiento (32) que engrana con el dentado exterior no representado del rodamiento de pala (20). El accionamiento de regulacion de palas representado presenta ademas una unidad de engranaje planetario (34) coaxial al pinon de accionamiento asf como un engranaje angular (36) y un motor de accionamiento (38). En la parte inferior del cubo (10) se representa un refuerzo de la brida de pala (16) con un orificio de acceso (40) configurado aqrn de forma elfptica. Este ultimo permite al personal de mantenimiento el acceso desde el interior del cubo del rotor (10) a la pala del rotor (no representada). El refuerzo de la brida de pala (16) se fabrica en la variante de realizacion representada en una sola pieza con el cubo del rotor, sin embargo, tambien son posibles modelos de dos piezas. Este refuerzo es de importancia decisiva a la hora de permitir en un cubo segun la invencion una rigidez suficiente y un peso mmimo.
Con (80) se identifica una cubierta de pinon en la brida inferior de la pala. En la variante de realizacion ventajosa representada, el pinon de accionamiento se saca en unos 15° de la posicion central opuesta a la gondola.
La figura 2 muestra la vista frontal del sistema de la figura 1 dotada de las mismas referencias. En el centro del cubo se encuentra el orificio de acceso (50) alrededor del cual se posicionan los tres accionamientos de regulacion de palas (30) en forma de un triangulo equilatero. Al lado del pinon de accionamiento superior (32) se puede reconocer ademas un transductor angular (60) que sirve para el registro exacto del angulo actual de la pala. El pinon de accionamiento (32) y el transductor angular (60) se encuentran, en una variante de realizacion ventajosa, por debajo de una cubierta comun (80), para protegerlos contra influencias externas y suciedad.
La figura 3 muestra la vista frontal de un cubo de rotor (10) en una variante de realizacion ventajosa de un aerogenerador segun la invencion.
A diferencia de la variante de realizacion de las figuras 1 y 2, en esta variante de realizacion se puede renunciar ventajosamente a un engranaje angular en los engranajes de regulacion de palas (30) construyendo los accionamientos de regulacion de forma coaxial, es decir, el pinon de accionamiento, la unidad de engranaje
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planetario (34) y el motor de accionamiento (38) se disponen axialmente alineados. Esto es posible gracias a una geometna especial del cubo, que por la parte anterior presenta un aspecto abollado y que permite posicionar el pinon de accionamiento sacandolo en 20° de la posicion central opuesta a la gondola. La zona de aspecto abollado que solo se puede representar con dificultad en dibujos bidimensionales, se identifica con (A) y proporciona el espacio de montaje necesario para el accionamiento de regulacion (30). Esta geometna la volvemos a encontrar en cada uno de los tres accionamientos de regulacion. Asf se produce la disposicion caractenstica de los accionamientos de regulacion en forma de un triangulo isosceles alrededor del orificio de acceso (50).
Con la referencia 90 se identifica un anillo de soporte con puesta a tierra que se fija delante de los accionamientos de regulacion de palas y que, por una parte, protege los accionamientos contra cargas mecanicas y rayos, sirviendo, por otra parte, para la fijacion del revestimiento del cubo no representado (Spinner).
La figura 4 muestra una vista sobre la variante de realizacion segun la figura 3.
Aqrn se muestra el rodamiento de pala (20) con el anillo interior (22) atornillado de forma fija en el cubo asf como con el anillo exterior (24) atornillado de forma fija en la pala. Se representa ademas la posicion central del pinon de accionamiento (32) opuesta a la gondola y sacada en 20°. Al lado del pinon de accionamiento (32) se encuentran un pinon de engrase (70) apropiado para la aplicacion continua de un lubricante asf como un transductor angular (60). En una variante de realizacion ventajosa, el pinon de accionamiento (32), el pinon de engrase (70) y el transductor angular (60) se encuentran debajo de una cubierta comun (80) cuya tapa se representa aqrn transparente. Otra variante de realizacion tambien ventajosa preve ademas que solo se dispongan debajo de una cubierta comun el pinon de engrase (70) y el pinon de accionamiento (32). Esto ofrece la ventaja de que el transductor angular sensible (60) no se expone a un exceso de lubricante.
Tambien se representa el refuerzo perimetral en forma de brida de la brida de pala (16) con el orificio de acceso (40) configurado aqrn de forma circular.
Omitiendo el accionamiento de regulacion (30) previsto en la parte superior del cubo (10), se muestra ademas una variante de realizacion ventajosa de la consola (18) moldeada en el cubo (10) que consta de una superficie de brida (17) para atornillar el accionamiento de regulacion (30) con un alma perimetral (19).
Claims (3)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Aerogenerador con una torre, una gondola dispuesta de forma giratoria en la torre, un rotor que gira en la gondola alrededor de un eje de giro del rotor, que comprende un cubo de rotor (10) y al menos una pala de rotor acoplada a traves de un rodamiento de pala (20) al cubo del rotor (10) con giro alrededor del eje de regulacion de palas, presentando el rodamiento de pala (20) un anillo interior (22) unido firmemente al cubo del rotor (10), asf como un anillo exterior (24) dotado de un dentado exterior, que esta firmemente unido a la pala del rotor y girando la pala de rotor por medio de un accionamiento de regulacion de palas (30) que presenta un motor de accionamiento (38) que impulsa un pinon de accionamiento (32) que engrana con el dentado exterior del anillo exterior (24), disponiendose el pinon de accionamiento (32) por el lado opuesto a la gondola del cubo del rotor (10) en un angulo de 10° - 30°, medido alrededor del eje de regulacion de palas, respecto a un plano definido por el eje de giro del rotor y el eje de regulacion de palas y montandose el motor de accionamiento (38) a una distancia del eje de giro del rotor inferior a la distancia entre el pinon de accionamiento (32) y el eje de giro del rotor, disponiendo el aerogenerador de tres accionamientos de regulacion de palas (30) dispuestos de manera que entre los accionamientos de regulacion de palas (30) quede un orificio de acceso (50) al cubo del rotor (10) y disponiendose los accionamientos de regulacion de palas (30) en forma de un triangulo equilatero.
- 2. Aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el eje de giro del motor de accionamiento (38) se encuentra fundamentalmente paralelo o coaxial al eje de giro del pinon de accionamiento (32).
- 3. Aerogenerador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el accionamiento de regulacion de palas (30) esta dotado de una unidad de engranaje planetario (34), disponiendose los ejes de giro de la unidad de engranaje planetario (34) y del pinon de accionamiento (32) de forma coaxial.
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