ES2567075T3

ES2567075T3 - Engranajes de paso

Info

Publication number: ES2567075T3
Application number: ES11192208.4T
Authority: ES
Inventors: Jesper Lykkegaard Andersen; Anton Bech
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2016-04-19
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: GB2486406A; GB201020829D0; EP2463522A3; EP2463522A2; EP2463522B1

Abstract

Un sistema para una pala (53) del rotor de una turbina eólica, comprendiendo el sistema: - un sistema de paso que comprende un cojinete de paso (52) unido a un buje (51) de una turbina eólica y que se puede unir a dicha pala del rotor de la turbina eólica; - dos o más engranajes de paso (57) acoplados al sistema de paso, estando separados los engranajes de paso a lo largo del eje de giro del cojinete; caracterizado porque dicho sistema comprende además - un actuador (55) dispuesto para ejercer un par sobre los dos o más engranajes de paso a través de uno o más piñones (54) acoplados con el actuador para girar dicha pala del rotor sobre el cojinete.

Description

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los segmentos del engranaje se pueden acoplar con el buje mediante fijaciones retirables, tales como pernos o grapas, para permitir la sustitución de segmentos/sectores desgastados. El primer segmento puede comprender un material distinto de los otros segmentos, en el que el material del primer segmento es más resistente al desgaste que el material utilizado para los otros segmentos. El engranaje se puede acoplar con el cojinete mediante un reborde que se puede conectar al cojinete de paso y disponerse para soportar el engranaje entre el eje de giro del cojinete y la circunferencia del cojinete en uso. El reborde, en uso, se extiende preferiblemente en una dirección sustancialmente perpendicular al eje de giro del cojinete. El reborde puede comprender una primera parte y una segunda parte, y en uso la primera parte se puede conectar con el cojinete y soportar la segunda parte de tal modo que la distancia entre la segunda parte y la punta de la pala sea menor que la distancia entre el cojinete y la punta de la pala, a lo largo del eje del cojinete, y la segunda parte se extiende en el espacio entre la circunferencia del cojinete y el eje de giro del cojinete de paso.

La figura 8 muestra una corona dentada 14 que comprende al menos dos sectores o segmentos. Un primer sector 16 se extiende alrededor de la circunferencia interna del anillo interno del cojinete de paso 12 en un cierto número de grados. Un segundo sector 17 se sitúa junto al primer sector 16, y apoya preferiblemente en una unión 18. La extensión en la cual cada segmento se extiende alrededor de la circunferencia se puede definir por el ángulo formado entre los radios que conectan cada extremo del segmento con el eje de giro del cojinete, como se muestra en la figura 3. El primer sector cubre un ángulo alrededor de la circunferencia interna del cojinete de paso interno que corresponde a la cantidad de giro necesaria para las palas dentro del intervalo operacional. El primer sector se puede extender alrededor de la circunferencia interna del anillo interno del cojinete de paso en un ángulo entre 4° y 60°, preferiblemente entre 30° y 50°, más preferiblemente alrededor de 40°, y todavía más preferiblemente entre 30° y 35°. El segundo sector se puede extender alrededor de la circunferencia interna en un ángulo de entre 40° y 90°, preferiblemente entre 50° y 80°, y todavía más preferiblemente alrededor de 70°. Es posible proporcionar sectores adicionales para obtener una cobertura de hasta 360°, aunque no es habitualmente necesario que la corona dentada se extienda alrededor de la totalidad de la circunferencia para conseguir la cantidad de cabeceo necesaria. Aunque cada sector se podría subdividir en sectores adicionales, se prefiere utilizar la menor cantidad de sectores posible ya que la unión entre sectores vecinos es un punto débil potencial.

Cada uno de los elementos de corona dentada se puede acoplar con el reborde mediante fijaciones liberables tales que se puedan retirar segmentos individuales de la corona dentada. La pala del rotor se puede alinear de tal modo que el intervalo de paso relativamente estrecho necesario para controlar la potencia, conocido igualmente como el intervalo de control de potencia o intervalo operacional en el que la turbina está extrayendo energía del viento entrante, se realice mediante el piñón actuando sobre el primer sector de la corona dentada. El primer sector puede ser así más pequeño que los otros sectores.

Con el fin de girar la pala del rotor alrededor de su eje longitudinal, el piñón 15 se gira mediante un motor. El piñón se acopla con la corona dentada 14 y aplica una fuerza a la misma, provocando que la corona dentada y el anillo del cojinete 12 giren, junto con la pala, con relación al anillo del cojinete 11 y el buje. El piñón puede girar bien en dirección horaria o contrahoraria dependiendo de si el ángulo de paso de la pala debe aumentar o disminuir.

La pala del rotor se alinea de tal modo que el intervalo de paso relativamente estrecho requerido en el intervalo operacional necesario para controlar la potencia se realiza mediante los piñones actuando sobre los primeros sectores de la corona dentada. Así pues, el primer sector de la corona dentada puede ser conocido igualmente como el sector de control de potencia del anillo del cojinete. En el caso de que las palas necesiten ser cabeceadas en mayor proporción de lo habitualmente requerido en el intervalo de control de potencia, tal como durante la puesta en bandera, el piñón pasará sobre la unión 18 y actuará sobre segundo sector. El número de grados cubiertos por un sector en particular, esto es, el ángulo definido entre los radios que intersectan que pasan a través de los extremos del segmento, usualmente se corresponde directamente con el número de grados a lo largo de los que se puede cabecear la pala del rotor utilizando ese sector.

Como se mencionó anteriormente, la unión entre segmentos de la superficie del engranaje puede ser un punto débil potencial cuando el piñón pasa sobre la unión. Esto se puede mitigar desalineando uniones correspondientes en cada uno de los engranajes. La figura 9 muestra un ejemplo en el que las uniones están desalineadas. Se muestran partes de una primera corona dentada 101 y de una segunda corona dentada 102. Ambas coronas dentadas comprenden un número de segmentos correspondientes, por ejemplo cada corona dentada pode comprender un primer segmento para cabecear la pala en la región operacional y un segundo segmento para poner la pala en bandera. Cada corona dentada se dispone para ser acoplada por cualquiera de uno o más piñones comunes o piñones separados como se describió anteriormente, aunque los piñones no se muestran en la figura. Los dientes de los engranajes pueden estar alineados entre sí, pero cuando se utilizan piñones separados esto no es necesario. Las uniones 103 y 104 entre segmentos de cada una de las coronas dentadas están desalineadas de tal modo que, durante el cabeceo, el uno o más piñones no pasa sobre ambas uniones simultáneamente. Preferiblemente, la primera unión 103 y la unión 104 correspondiente están separadas por 5°15°, y preferiblemente alrededor de 10°. El desalineamiento se puede conseguir haciendo que el primer segmento de una de las coronas dentadas sea más largo que el primer segmento en la otra, o desalineando segmentos de una longitud

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sustancialmente igual.

Además, las propias superficies de los engranajes se pueden disponer de modo que la fuerza o carga sobre cada una, ejercida por el piñón, difiera a lo largo de la longitud de la superficie del engranaje. En particular, la superficie del engranaje se puede disponer para experimentar una carga reducida del piñón en la región de la unión entre segmentos. Esto se puede conseguir alterando el perfil de los dientes en la región deseada, por ejemplo reduciendo la altura de los dientes por lijado o mecanizado de los mismos en la región en la que se debe reducir la carga. La reducción de carga puede variar entre una carga máxima y una carga mínima de un modo suave, por ejemplo, de un modo lineal, desde puntos predeterminados a cada lado de la unión para evitar un cambio brusco en la carga aplicada a la superficie del engranaje. A medida que un piñón se mueve sobre la superficie del engranaje la carga disminuiría así desde un primer valor comenzando en un primer punto predeterminado, alcanzando un valor mínimo sobre la unión, y aumentando de nuevo hasta el primer valor en un segundo punto predeterminado. Esto se puede lograr reduciendo la altura de los dientes del engranaje a cada lado de la unión de un modo correspondiente, por ejemplo de un modo lineal, que sería preferiblemente simétrico alrededor de la unión. Aunque la carga ejercida sobre una corona dentada se reduce a medida que el piñón pasa sobre la unión de esa corona dentada, la corona dentada desalineada correspondiente mantiene preferiblemente una carga completa.

Se han descrito modos de realización de la invención en relación con un cojinete de tres anillos que tiene un anillo interno, uno externo y uno central y estando la pala colectada al anillo central mediante el reborde de acoplamiento de la pala. Se apreciará que los modos de realización de la invención se pueden utilizar para conectar la pala con el anillo interno, el externo o ambos anillos, o se pueden utilizar en otros tipos de cojinetes, tales como un cojinete de dos anillos.

En particular, aunque la presente invención encuentra un uso particular en un conjunto de cojinete de tres anillos en el que se desea unir o acoplar la pala al anillo intermedio, la presente invención se puede utilizar con cojinetes diferentes, tales como un cojinete de dos anillos. La presente invención se puede incorporar en una corona dentada que se forma directamente en, o se une directamente a, un anillo del cojinete, tal como el anillo interno del cojinete similar a la disposición mostrada en la figura 2. El reborde de montaje de la corona dentada no sería necesario.

El término “corona dentada”, utilizado a lo largo de la descripción, pretende hacer referencia al hecho de que los dientes del engranaje se forman en una estructura de anillo. No hay ningún requerimiento de que los dientes del engranaje se extiendan alrededor de la totalidad de la circunferencia del anillo; los dientes se pueden extender tan solo alrededor de una parte del mismo.

Cada uno de los segmentos de la corona dentada se puede acoplar con el reborde mediante fijaciones liberables tales que los segmentos individuales de la corona dentada se puedan retirar. La pala del rotor se puede alinear de tal modo que el intervalo de paso relativamente estrecho necesario para controlar la potencia, conocido igualmente como el intervalo de control de potencia, se realice mediante la actuación del piñón sobre el primer sector de la corona dentada. El primer sector puede ser así más pequeño que los otros sectores.

Se han descrito ejemplos en los cuales las coronas dentada se acoplan con el cojinete, y particularmente con la parte, o lado, del cojinete acoplada a la pala, con el piñón de accionamiento acoplado al buje, o con la parte, o lado, del cojinete acoplada al buje, de tal modo que el par del motor de paso se transfiere así al cojinete para provocar el giro relativo entre la pala y el buje. No obstante, es posible que las coronas dentadas se acoplen con el buje, o con la parte del cojinete acoplada con el buje, en su lugar, estando el piñón, o piñones, acoplado al cojinete, y particularmente a la parte del cojinete acoplada con la pala. Se debe entender que, generalmente, para generar un giro relativo entre la pala y el buje, el piñón o piñones, o actuador o actuadores, deben acoplarse a uno del lado del buje o de la pala del cojinete, con los engranajes de paso acoplados con el lado opuesto. El cojinete se puede considerar así que tiene lados o partes que pueden girar relativamente entre sí para efectuar el giro relativo entre los dos elementos acoplados a cada lado o parte. La figura 10 muestra un ejemplo de tal disposición alternativa, en la que el piñón 1154 se acopla con el cojinete 1152 por medio del motor 1155, que se une al cojinete mediante medios de soporte 1158. Los medios de soporte se podrían unir directamente al cojinete o se pueden acoplar con, o parte de un reborde de acoplamiento de la pala en una disposición similar al acoplamiento del reborde del engranaje de paso descrito anteriormente. El engranaje de paso 1157 se acopla de modo liberable al buje, con un reborde de montaje del engranaje 1156 que se extiende radialmente hacia dentro hacia el eje de giro del cojinete de paso. El reborde de montaje del engranaje 1157 puede tener las mismas características descritas para los modos de realización en los que los engranajes de paso se acoplan con el cojinete, aunque se apreciará en este ejemplo que la parte 91 mostrada en la figura 5 no será necesaria, ya que el reborde se puede acoplar directamente con el buje.

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