ES2594860T3

ES2594860T3 - Instalación de energía eólica con un rotor

Info

Publication number: ES2594860T3
Application number: ES07007951.2T
Authority: ES
Inventors: Joachim Nitzpon
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2016-12-23
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: US20070290509A1; EP1867871A3; US8172535B2; EP1867871A2; DK1867871T3; CN101089388A; EP1867871B1; CN101089388B; DE102006027543A1

Abstract

Instalación de energía eólica con un rotor (12), que está acoplado mediante un árbol del rotor (10) con un engranaje (24, 26, 28), estando alojado el árbol del rotor (10) doblemente mediante un rodamiento del lado del rotor (14) y un rodamiento del lado del engranaje (16) y estando realizado el engranaje como engranaje planetario con un alma (74), caracterizada porque - está prevista una unión entre el árbol del rotor (10) y el engranaje (24) en el lado del engranaje del rodamiento del lado del engranaje (16), - el rodamiento en el lado del engranaje (16) se apoya mediante al menos un dispositivo de apoyo (23) en un soporte de la máquina y una caja del engranaje (28) está unida de forma separable con el dispositivo de apoyo, realizándose mediante el dispositivo de apoyo (23) un apoyo del par de la caja de engranaje (28), - el árbol del rotor tiene en el lado del engranaje un disco de torsión (70), que transmite el par del rotor al engranaje y que está unido de forma separable con el engranaje, presentando el disco de torsión un acoplamiento dentado, que transmite el par al alma de una primera etapa planetaria del engranaje, y - el alma (74) del engranaje planetario se apoya mediante elementos elásticos (86) en el disco de torsión (70) del árbol (61).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Instalacion de energfa eolica con un rotor

La presente invencion se refiere a una instalacion de energfa eolica con un rotor, que esta acoplado mediante un arbol del rotor con un arbol de entrada de un engranaje. El arbol del rotor esta alojado doblemente mediante un rodamiento del lado del rotor y un rodamiento del lado del engranaje. El engranaje tiene una caja de engranaje.

Erich Hau, “Windkraftanlagen”, tercera edicion, editorial Springer, 2003, resume el alojamiento en tres puntos del arbol del rotor y del engranaje en instalaciones de energfa eolica grandes de la siguiente forma. El arbol del rotor y el engranaje estan apoyados en esta configuracion en tres puntos, un rodamiento delantero y dos apoyos del engranaje laterales. La ventaja del alojamiento en tres puntos esta en un acortamiento del arbol del rotor y, por lo tanto, tambien de la estructura que soporta la carga de la sala de maquinas. Ademas, el modulo “arbol del rotor con alojamiento y engranaje” puede instalarse de forma premontada y conjunta, por lo que se facilita un ensamblaje racional de la sala de maquinas. Tambien es posible recurrir en gran medida a engranajes estandar de un tipo de construccion habitual.

Erich Hau explica, ademas, que en el estado de la tecnica se conoce otro paso hacia una forma de construccion mas compacta del alojamiento del rotor directamente en el exterior o interior del engranaje. En la integracion del alojamiento del rotor en el engranaje se pretende que las deformaciones inevitables de la caja que soporta la carga y la flexion del arbol del rotor no perjudiquen la funcion del engranaje. La plataforma de fondo de soporte de la sala de maquinas puede ser considerablemente mas pequena en esta concepcion; unas instalaciones pequenas incluso pueden renunciar completamente a una plataforma de fondo de soporte.

El documento WO 2004/046582 A2 se refiere a la configuracion de un engranaje en el que esta integrado el rodamiento principal para el arbol del rotor.

El documento DE 10231948 A1 se refiere a la disposicion de un rodamiento para una instalacion de energfa eolica en la que el rodamiento presenta un primer aro de rodamiento unido con la carcasa de la maquina y un segundo aro de rodamiento unido con el cubo del rotor, que esta sujetado de forma giratoria en el primer aro de rodamiento.

Por el documento WO 2004/013516 A1 se conoce un engranaje planetario para una instalacion de energfa eolica, en la que el alojamiento principal del cubo del rotor tiene lugar en un rodamiento dispuesto en el exterior en el soporte de la rueda planetaria.

Por el documento DE 10242707 se conoce un rodamiento para una instalacion de energfa eolica, en el que el generador esta realizado como un drculo que envuelve el engranaje de forma concentrica. El rodamiento del rotor delantero esta configurado aqrn como rodamiento para soportar momentos, dispuesto directamente en el cubo.

Por el documento WO 03/031811 se conoce una unidad de engranaje con alojamiento de rotor integrado. La union entre la unidad de engranaje y su union con el engranaje, asf como el cubo del rotor permiten un desmontaje de la unidad de engranaje completamente ensamblada de la caja y del cubo del rotor mediante un movimiento de traccion. El arbol del rotor esta apoyado aqrn tanto en el lado del engranaje como en el lado del rotor. Entre el rodamiento del lado del engranaje y el engranaje esta previsto un acoplamiento desmontable.

Por el documento WO 2007/085644 A1 se conoce una cadena de accionamiento entre un rotor y un engranaje de una instalacion de energfa eolica, en el que en el lado del engranaje esta empalmada una brida con el arbol del rotor, que esta alojada en el engranaje. El documento WO 2007/085644 A1 es el estado de la tecnica publicado posteriormente, que segun el artfculo 54 (3) y (4) del CPE ha de tenerse en cuenta para la valoracion de la novedad.

El EP 1855001 A1 tambien es estado de la tecnica segun el artfculo 54 (3) y (4) del CPE y muestra una caja de engranaje, en la que el arbol del rotor esta alojado en el lado de entrada.

Los documentos WO 2004/027260 A1, EP 1457673 A1 y EP 1431575 A2 muestran alojamientos del arbol del rotor de una instalacion de energfa eolica, en los que el arbol del rotor esta alojado en el lado del engranaje en el engranaje.

El documento EP 1617075 A1 muestra un dispositivo para el cambio del engranaje en una instalacion de energfa eolica, que presenta un yugo, con el que el arbol del rotor alojado en un engranaje esta alojado en caso de un cambio del engranaje.

La invencion tiene el objetivo de poner a disposicion un alojamiento mejorado para el arbol del rotor de la instalacion de

energfa eolica, en el que pueda realizarse con medios sencillos un desmontaje del engranaje, sin que sean necesarias medidas adicionales para apoyar el arbol del rotor y, por lo tanto, el rotor.

El objetivo se consigue segun la invention mediante un dispositivo con las caractensticas de la revindication 1. Unas 5 configuraciones ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.

La invencion se refiere a una instalacion de energfa eolica con un rotor, que esta acoplado mediante un arbol del rotor con un engranaje, en particular con el alma de una primera etapa planetaria del engranaje, estando apoyado el arbol del rotor visto en conjunto doblemente mediante un rodamiento del lado del rotor y un rodamiento del lado del engranaje. El 10 engranaje tiene una caja de engranaje. La union entre el arbol del rotor y el engranaje se realiza en el lado del engranaje del rodamiento del lado del engranaje. Para una separation sencilla del engranaje y el arbol del rotor, el arbol del rotor esta provisto en el lado del engranaje de un disco de torsion, que transmite el par del rotor al engranaje. Ademas, un alma del engranaje realizado como engranaje planetario se apoya mediante elementos elasticos en el disco de torsion. El rodamiento del lado del engranaje se apoya mediante al menos un dispositivo de apoyo en un soporte de la maquina. El 15 engranaje esta unido con su caja de engranaje con el dispositivo de apoyo. En el alojamiento segun la invencion, el arbol del rotor no se apoya en el lado del engranaje en el engranaje sino que se presenta un alojamiento separado por el al menos un dispositivo de apoyo. El rodamiento del lado del engranaje se apoya mediante un dispositivo de apoyo en el soporte de maquina. Al mismo tiempo, la caja del engranaje se apoya en el dispositivo de apoyo, por lo que se realiza un apoyo del par. La ventaja esencial esta en que entre los puntos de apoyo, es decir, el rodamiento del lado del engranaje 20 y el rodamiento del lado del rotor, ya no hay ninguna union entre el cubo y el arbol. En caso de un deterioro del engranaje o de realizar otros trabajos de mantenimiento en la cadena de accionamiento solo es necesario retirar la caja de engranaje de los dispositivos de apoyo, para separar asf la caja de engranaje con las partes dentadas del engranaje de la cadena de accionamiento.

25 El dispositivo de apoyo presenta elementos elasticos, mediante los que el dispositivo de apoyo esta unido con el soporte de la maquina. Mediante los elementos elasticos, el dispositivo de apoyo y el soporte de la maquina quedan desacoplados.

La caja de engranaje esta unida de forma separable con el dispositivo de apoyo, por ejemplo mediante tornillos, de modo 30 que el engranaje puede separarse sin gran esfuerzo del dispositivo de apoyo.

El disco de torsion esta provisto de un acoplamiento dentado, mediante el cual el par se transmite al alma de la primera etapa planetaria del engranaje. El alma se apoya mediante un elemento elastico en el disco de torsion. Una ventaja especial del acoplamiento dentado, asf como del apoyo del alma en el disco de torsion esta en que puede realizarse una 35 separacion mediante traction en la direction axial.

En una configuration preferible, el alma pasa en el lado del generador por un rodamiento. La description “en el lado del generador” se refiere a una disposition, en la que el par fluye del rotor a traves del arbol del rotor al engranaje y desde allf al generador, de modo que en el lado del generador se refiere al arbol de salida del engranaje.

40

En una configuracion preferible, el disco de torsion esta unido en el lado frontal con el arbol del rotor mediante tornillos y/o clavijas. Como union alternativa tambien puede estar previsto que el disco de torsion este unido con el arbol del rotor mediante una union por contraction. Tambien puede usarse un dentado axial de arbol del rotor y disco de torsion, que engranan uno en otro y que estan fijados preferentemente mediante una union con tornillos.

45

En una configuracion preferible, el rodamiento del lado del rotor esta realizado como rodamiento libre y el dispositivo de apoyo esta realizado para absorber las fuerzas axiales. En una configuracion alternativa, el rodamiento del lado del rotor esta realizado como rodamiento fijo, estando realizado el dispositivo de apoyo mediante elementos elasticos de forma libremente movil en la direccion axial.

50

En una configuracion alternativa, el engranaje presenta un arbol hueco y un alma realizada por separado de la primera etapa planetaria. Tambien es preferible que el arbol hueco presente en el lado del generador un acoplamiento dentado, que transmite el par libre de momentos de flexion al alma de la primera etapa planetaria del engranaje.

55 A continuation, la invencion se explicara mas detalladamente con ayuda de dos ejemplos de realization.

La figura 1, muestra un diagrama esquematico del alojamiento segun la invencion;

la figura 2, muestra una configuracion preferible del alojamiento segun la invencion;

las figuras 3 y 4, muestran la estructura esquematica de un alojamiento en tres puntos y en cuatro puntos del estado de la tecnica;

5 la figura 5, muestra un ejemplo de un elemento de desacoplamiento, que sirve para la union de la caja de engranaje con el soporte de la maquina;

la figura 6, muestra una segunda configuracion del alojamiento segun la invencion, en el que el arbol del rotor esta realizado en dos piezas, y

10

la figura 7, muestra una vista en perspectiva de la configuracion de la figura 6.

La figura 1 muestra en una vista esquematica un arbol del rotor 10, que en el lado del rotor esta realizado con una brida para la union con el rotor 12. El arbol del rotor 10 esta alojado en el lado del rotor con un primer rodamiento 14 15 y en el lado del engranaje con un segundo rodamiento 16. El segundo rodamiento 16 esta unido mediante un dispositivo de apoyo 23 con el soporte de la maquina de la instalacion de energfa eolica. El segundo rodamiento 16 esta realizado de tal modo que el dispositivo de apoyo 23 esta orientado en angulo recto respecto al arbol del rotor 10, tambien bajo carga y/o en caso de una deformacion del arbol del rotor 10. El dispositivo de apoyo 23 esta provisto de elementos elasticos 18, para no generar fuerzas adicionales en caso de una carga y/o deformacion del 20 arbol del rotor para el rodamiento 16. En el ejemplo representado, el rodamiento 14 esta realizado como rodamiento fijo, de modo que el dispositivo de apoyo 23 no tiene que absorber fuerzas axiales.

En el lado del engranaje, el arbol 10 esta unido con un disco de torsion 20, que coopera mediante un acoplamiento dentado 22 con un alma 24 de la primera etapa del soporte de la rueda planetaria. El alma 24 esta alojada mediante 25 un rodamiento de almas 26 en una caja de engranaje 28. La caja de engranaje 27 esta unida a su vez en la zona 30 con el dispositivo de apoyo 23.

Para el desmontaje del engranaje, se separa la union 30 entre la caja de engranaje y el dispositivo de apoyo 23 y se retira la caja de engranaje 28 en la direccion axial del arbol del rotor 10. Mediante el acoplamiento dentado 22, el 30 engranaje puede desmontarse y volver a montarse sin esfuerzo. El acoplamiento dentado 22 esta realizado en la figura 1 como un acoplamiento posible para la transmision el par del arbol 10 a la etapa planetaria 24. Tambien son posibles otros acoplamientos que pueden transmitir el par del arbol del rotor 10 y que pueden retirarse al mismo tiempo en la direccion axial. La ventaja especial del acoplamiento dentado esta entre otras en que gracias a la forma de construccion no se transmiten pequenas deformaciones radiales y axiales, pudiendo evitarse por lo tanto una 35 transmision de momentos de flexion del alojamiento del rotor al engranaje.

La comparacion con las representaciones esquematicas de las figuras 3 y 4 muestra claramente las diferencias esenciales del alojamiento segun la invencion. La figura 3 muestra un alojamiento en tres puntos convencional con un rodamiento del lado del rotor 32 y un brazo de par 34. A diferencia de la configuracion segun la invencion, la 40 segunda unidad de rodamiento 38, 39 para el arbol 36 esta integrada en el engranaje 40, de modo que al separar la union entre el arbol y el cubo 42 debe realizarse un apoyo del arbol del rotor 36.

La figura 4 muestra otra configuracion ya conocida del alojamiento de un arbol, que se describe tambien como alojamiento en cuatro puntos. El arbol esta alojado en el lado del rotor mediante un rodamiento libre 44 y en el lado 45 del engranaje mediante un rodamiento fijo 46. La caja de engranaje 48 esta unida mediante elementos de desacoplamiento 50 con el soporte de la maquina. La primera etapa del engranaje planetario esta alojada en el lado del rotor y en el lado del generador respectivamente mediante un rodamiento 52, 54. Los elementos de desacoplamiento formados tambien por elementos elasticos reducen las fuerzas adicionales que resultan sobre los rodamientos 52, 54 por las deformaciones del arbol del rotor 58 y del soporte de la maquina. La ventaja especial del 50 alojamiento en cuatro puntos esta en que tras la separacion de la union 56 entre el arbol del rotor 58 y el arbol hueco 60 no es necesario un apoyo del arbol del rotor cuando el engranaje 48 esta retirado y en que no se aplican momentos de flexion considerables al engranaje mediante los elementos de desacoplamiento. El inconveniente de este alojamiento es que la disposicion tiene una longitud relativamente larga y requiere cuatro rodamientos de grandes dimensiones.

55

En el alojamiento representado en la figura 1 se reunen las ventajas del alojamiento en tres puntos con las ventajas del alojamiento en cuatro puntos.

La figura 2 muestra una vista en corte de una configuracion del alojamiento segun la invencion.

La figura 2 muestra un arbol en una pieza 62, que esta unido en el lado del rotor mediante un rodamiento de rodillos, por ejemplo un rodamiento CARB 66, con un soporte de la maquina 64. En el lado del engranaje, el arbol 62 esta alojado mediante dos rodamientos 68. Los rodamientos estan realizados como rodamientos de rodillos conicos, que 5 estan ajustados sin juego o casi sin juego uno respecto al otro. La pareja de rodamientos 68 tambien puede estar realizada como rodamientos para absorber momentos. Un disco de torsion 70 esta unido con el arbol 62. El disco de torsion 70 tiene en el lado exterior un acoplamiento dentado 72, que engrana con el alma 74 del engranaje planetario.

10 En la figura 2 esta representado de forma esquematica el sol 78 del engranaje planetario, asf como la rueda con dentado interior 76 de la primera etapa planetaria con un planeta 80 correspondiente. La rueda con dentado interior 76 de la primera etapa planetaria esta sujetada entre la caja de engranaje 84 y el dispositivo de apoyo 82. El dispositivo de apoyo 82 sujeta los rodamientos 68 en el lado del engranaje para el arbol del rotor 62 ya anteriormente mencionados. El alma 74 del engranaje planetario se apoya mediante elementos elasticos 86 en el 15 disco de torsion 70 del arbol 62.

Para evitar en caso de un deterioro del engranaje que aceite sucio u otras suciedades lleguen al rodamiento 68, esta prevista adicionalmente una junta 88 entre el dispositivo de apoyo 82 y el disco de torsion 70.

20 La figura 5 muestra una configuracion posible del elemento de desacoplamiento del dispositivo de apoyo. El ejemplo mostrado en la figura 5 para el apoyo de la caja de engranaje 100 en un alma del soporte de la maquina 102 se realiza mediante un rodamiento conico con eje horizontal 104. Mediante elementos elasticos 106 se absorben las fuerzas radiales del par, las fuerzas transversales y las fuerzas axiales.

25 La figura 6 muestra una configuracion alternativa del alojamiento segun la invencion en una vista esquematica desde arriba. En esta configuracion, el engranaje 108 esta provisto en el lado de entrada de un arbol hueco 110. El arbol hueco 110 y el alma (no representada) de la primera etapa planetaria estan realizados de forma separada. El par se transmite sin momentos de flexion del arbol hueco al alma, por ejemplo mediante un acoplamiento dentado. El alojamiento del arbol hueco 110 con disco de torsion 112 integrado se realiza mediante una pareja de rodamientos 30 de rodillos conicos ajustada o un rodamiento para soportar momentos 114. En el lado frontal, el engranaje 108 esta provisto de un brazo de par 116. El brazo de par 116 tiene lateralmente elementos de desacoplamiento, mediante los cuales el brazo de par 116 esta apoyado en el soporte de la maquina (vease la figura 7). El arbol hueco 110 y el tramo de arbol 118 no tienen que separarse para el desmontaje de la caja de engranaje 108.

35 En la invencion, el alojamiento en tres puntos se modifica de tal modo que entre los puntos de apoyo del arbol del rotor ya no existe ninguna union entre el arbol y el cubo o, en caso de estar prevista una union de este tipo, esta ya no tiene que separarse para el desmontaje del engranaje. Si el arbol del rotor esta realizado en una pieza, son el rodamiento fijo y el rodamiento libre los que se encargan del alojamiento del rotor. El rodamiento fijo puede estar dispuesto tanto en el lado del rotor como en el engranaje. El engranaje esta realizado de tal modo que la caja de 40 engranaje se apoya con piezas dentadas en el dispositivo de apoyo. La caja de engranaje se fija mediante tornillos en el dispositivo de apoyo, estando realizada la union por ejemplo como union a pie de obra. El rodamiento en el dispositivo de apoyo esta realizado como rodamiento para soportar momentos o como pareja de rodamientos de rodillos conicos ajustada en disposicion en O. Para el montaje de los rodamientos, en el lado del engranaje esta fijado un disco de torsion en el arbol del rotor, que transmite el par a traves de un acoplamiento dentado al alma de 45 la primera etapa planetaria. Aqrn no se transmiten tambien momentos de flexion. El alma se apoya mediante un elemento elastico en el disco de torsion y es guiado, ademas, en el lado del generador de forma axial y radial mediante un rodamiento. El disco de torsion esta fijado en el lado frontal mediante tornillos y espigas o solo mediante tornillos en el arbol o esta unido accionado por friccion con el arbol mediante una union por contraccion. Son posibles otras uniones entre el arbol y el cubo, por ejemplo mediante un acoplamiento dentado integrado 50 directamente en el arbol. Si el rodamiento del lado del rotor esta realizado como rodamiento fijo, el apoyo del engranaje es libremente movil en la direccion axial. Si el rodamiento del lado del rotor esta realizado, por el contrario, como rodamiento libre (rodamiento Carb o rodamiento de rodillos a rotula con aro exterior axialmente desplazable), el apoyo del engranaje debe absorber las fuerzas axiales.

55 En la configuracion segun las figuras 6 y 7, el arbol del rotor no esta realizado en una pieza, sino que tiene un primer tramo 118, que esta alojado en el lado del rotor. Un segundo tramo 110 del arbol del rotor esta realizado como arbol hueco. El par es transmitido por un acoplamiento dentado del arbol hueco al alma (no representada), tambien aqrn sin momentos de flexion. El alojamiento del arbol hueco con disco de torsion 112 integrado esta realizado en un lado mediante una pareja de rodamientos de rodillos conicos 114 ajustada o mediante un rodamiento para soportar

momentos. El engranaje puede separarse y desmontarse separandose la caja de engranaje 108 del brazo de par 116 en el lado frontal. Solo cuando se separa la union entre el arbol y el cubo entre el primer tramo de arbol 118 y el arbol hueco 110, es necesario un desmontaje del rotor y/o un apoyo del rotor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Instalacion de ene^a eolica con un rotor (12), que esta acoplado mediante un arbol del rotor (10) con un engranaje (24, 26, 28), estando alojado el arbol del rotor (10) doblemente mediante un rodamiento del lado del

5 rotor (14) y un rodamiento del lado del engranaje (16) y estando realizado el engranaje como engranaje planetario con un alma (74), caracterizada porque

• esta prevista una union entre el arbol del rotor (10) y el engranaje (24) en el lado del engranaje del rodamiento del lado del engranaje (16),

10 • el rodamiento en el lado del engranaje (16) se apoya mediante al menos un dispositivo de apoyo (23) en un soporte de la maquina y una caja del engranaje (28) esta unida de forma separable con el dispositivo de apoyo, realizandose mediante el dispositivo de apoyo (23) un apoyo del par de la caja de engranaje (28),

• el arbol del rotor tiene en el lado del engranaje un disco de torsion (70), que transmite el par del rotor al engranaje y que esta unido de forma separable con el engranaje, presentando el disco de torsion un acoplamiento dentado, que transmite

15 el par al alma de una primera etapa planetaria del engranaje, y

• el alma (74) del engranaje planetario se apoya mediante elementos elasticos (86) en el disco de torsion (70) del arbol (61).
2. Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el dispositivo de apoyo 20 une el soporte de la maquina mediante elementos elasticos con el rodamiento del lado del engranaje.
3. Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque el alma pasa en el lado del generador por un rodamiento.

25 4. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el disco

de torsion esta fijado en el lado frontal mediante tornillos y/o espigas en el arbol del rotor.
5. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el disco de torsion esta unido con el arbol del rotor mediante una union por contraccion.

30
6. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el arbol del rotor y el disco de torsion presentan respectivamente un dentado axial.
7. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el 35 rodamiento del lado del rotor esta realizado como rodamiento libre y el dispositivo de apoyo esta realizado para

absorber las fuerzas axiales.
8. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el rodamiento del lado del rotor esta realizado como rodamiento fijo y los dispositivo de apoyos estan realizados de

40 forma libremente movil en la direccion axial.
9. Instalacion de energfa eolica segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el engranaje presenta un arbol hueco y un alma realizado de forma separada de la primera etapa planetaria.

45 10. Instalacion de energfa eolica segun la reivindicacion 9, caracterizada porque el arbol hueco presenta

en el lado del generador un acoplamiento dentado, que transmite el par al alma de la primera etapa planetaria del engranaje.