ES2599865T3 - Unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y eje de giro del rotor - Google Patents

Unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y eje de giro del rotor Download PDF

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Abstract

Unión entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor (4) de un aerogenerador caracterizado porque una unión entre ambos elementos se realiza con una brida zunchada (5) que comprende una combinación de dos anillos concéntricos (6, 7) y la unión combina: - una unión por interferencia entre una superficie externa del eje del rotor (4) y una superficie interna de la brida (5), - y una unión atornillada entre una superficie vertical de la brida (5) y una cara frontal de 10 la multiplicadora (4) colocada hacia al eje de giro del rotor. - caracterizado porque las superficies de ambos anillos concéntricos (6, 7) son tratados por un tratamiento previo superficial al proceso de zunchado por lo que la brida (5) aguanta la temperatura de zunchado.

Description

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DESCRIPCION
Union entre el eje de entrada de la multiplicadora y eje de giro del rotor.
Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere a la union entre el eje que proviene del rotor de un aerogenerador y la multiplicadora que modifica las revoluciones del citado eje para ajustarlas a los requerimientos del generador.
Todo ello dentro de los aerogeneradores utilizados para la production de energlas limpias o renovables.
Antecedentes de la invencion
El diseno estandar del tren de potencia consiste en ubicar la caja multiplicadora y el generador electrico detras del rotor eolico y dentro de la gondola. Esta es la configuration mas compacta. Y dentro de esta configuracion, el diseno del eje de giro del rotor y su integracion con el tren de potencia es uno de los puntos fundamentales del diseno mecanico del aerogenerador.
Normalmente la union entre el eje de giro del rotor y la multiplicadora se realiza en fabrica y una vez montado se integra en el interior de la gondola y se transporta hasta el lugar de montaje en campo.
El eje de giro del rotor reposa sobre rodamientos separados y se une al eje de giro de la multiplicadora mediante uniones por friction (estranguladas) o atornilladas. En el caso de ciertas maquinas la union es un collarln que se dispone sobre el exterior de la union que forma el eje de giro del rotor y el eje de giro de la multiplicadora. El eje de giro de la multiplicadora recibe en su interior hueco el eje de giro del rotor. El collarln hidraulico (o mecanico) comprime el eje hueco con el eje de giro del rotor y transmite los momentos de torsion mediante friccion.
En el caso de las maquinas con tren compacto integrado la union es atornillada y se utiliza un aditivo para que la superficie de friccion sea mas efectiva. Tal y como se senala en la patente EP2075466.
Si bien estas formas de union pueden presentar los siguientes problemas:
La union atornillada y los aditivos utilizados en la union de la maquina con tren compacto integrado muestran poca modularidad y el mantenimiento precisa de espacio de maniobra dentro de la nacelle. La union realizada con el collarln exige un ajuste muy comprometido durante el desplazamiento axial de los elementos. Ademas de lo caro que es el material con el que se hace el collarln.
Las uniones atornilladas existentes utilizan una combinacion de tornillos y pasadores para fijar bridas mas pequenas que las correspondientes para transmitir por torsor solamente por friccion. Se hace para no penalizar el tamano del rodamiento del eje de la multiplicadora, del propio eje y de la brida. Sin embargo, las uniones por friccion son mas versatiles para el montaje y desmontaje y reparten mejor el trabajo y las tensiones.
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EP2042763 divulga un acoplamiento desmontable hidraulico que combina friccion y uniones de tornillos para el acoplamiento del eje principal con el generador del aerogenerador.
El montaje del tren de potencia y su posterior mantenimiento es muy importante y repercute directamente en los costes del aerogenerador. El eje del rotor transmite grandes esfuerzos y su union con el eje de la multiplicadora debe calcularse con gran detalle. Estos elementos son ejes rotatorios y algunas veces estan cubiertos con sus correspondientes carcasas. Debe tenerse en cuenta su intercambiabilidad y accesibilidad.
Descripcion de la invencion
En el nuevo diseno y debido principalmente a una cuestion de espacio, se ha desarrollado una combination de union atornillada acompanandola con la modularidad, versatilidad y robustez que proporciona una union por interferencia.
Asl, un objeto de la invencion es la obtencion de un tren de potencia con menor peso que los existentes en la actualidad.
Otro objeto de la invencion es permitir un montaje mas sencillo y a su vez un desmontaje (para la sustitucion de la multiplicadora) tambien mas sencillo.
A su vez, es otro objeto de la invencion disenar y utilizar en la union una brida como una pieza unica, formada de acero estructural y que sea capaz de soportar altas temperaturas durante su montaje.
Y por ultimo es otro objeto de la invencion que la union se realice con una brida que combina una union por interferencia con una union atornillada por friccion.
Todo ello se logra con una brida zunchada y un especlfico metodo de montaje en el que primero se calienta la brida atendiendo a las solicitaciones que nos marcan las interferencias de montaje. Previo al delicado proceso de calentamiento se realizar un tratamiento superficial de la pieza de manera que la brida se protege contra la corrosion y aumenta su coeficiente de rozamiento. La brida zunchada representa un elemento de presion que realiza la funcion de soportar las cargas de fatiga. El chavetero y su correspondiente chaveta (dispuesto entre las piezas unidas) aporta el diferencial para las cargas extremas y ademas disminuye las dimensiones del zuncho.
La principal ventaja de este nuevo diseno es la reduction de costes y la reduction de peso, ademas de la robustez de la fijacion de la brida al eje.
Breve descripcion de los dibujos
Con el fin de explicar de forma preferencial como se realiza el montaje del eje de giro del rotor y el eje de entrada de la multiplicadora, se acompanan las siguientes figuras:
La figura 1 muestra el buje del rotor y una parte del tren de potencia que incluye el eje del rotor y la multiplicadora.
La figura 2 muestra en otra perspectiva el buje y el eje del rotor, con una representation de la brida zunchada.
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La figura 3 muestra una seccion de las figuras anteriores.
La figura 4 muestra el eje del rotor y la brida zunchada con una seccion de un cuarto sobre ambas piezas.
Descripcion de una realizacion preferencial
Tal y como se muestra en la figura 1, el rotor eolico (1) representado es de tipo helice con tres palas (no mostradas en la figura). Este tipo de rotor (1) tiene una mejor estabilidad estructural y aerodinamica frente a los rotores de una o dos palas. Durante el proceso de conversion de energla interviene el rotor eolico (1) que convierte la energla cinetica del viento en energla mecanica, el tren de potencia (2) que transmite la potencia mecanica desarrollada por el aerogenerador al generador electrico (no mostrado) mediante una multiplicadora (3) y por ultimo el generador transforma la energla mecanica en electrica.
El tren de potencia (2) o sistema mecanico de transmision lo constituyen todos los elementos y componentes de un aerogenerador que transmiten par mecanico al eje de giro. Como la velocidad de giro del generador electrico no se corresponde con la velocidad de giro del rotor eolico (1) es necesario incluir una multiplicadora (3). El cuerpo de la multiplicadora (3) conecta su parte correspondiente a la baja velocidad con el eje del rotor (4) o eje de baja. El parametro de diseno mas importante es el par transmitido por el eje del rotor (4) en condiciones nominales, sin embargo este par esta sujeto a variaciones importantes.
Ademas de la disposition del freno mecanico y de la existencia o no de amortiguamientos mecanicos para reducir las oscilaciones del par transmitido, un factor de servicio de la multiplicadora (3) es su union con el eje del rotor (4).
En la figura 2, al eje del rotor (4) se le anade una brida (5) que abarca externamente al citado eje (4). La brida (5) es una pieza unica combination de dos anillos concentricos: un primer anillo (6) mas ancho que alto y a continuation. un segundo anillo (7) de menor anchura que el anterior y de mayor altura o diametro externo. Este segundo anillo (7) tiene orificios pasantes (8) en la direction del eje de los modulos: multiplicadora y eje del rotor. La union entre la superficie horizontal del eje del rotor (4) con la cara interna de la brida (5) es una union por interferencia.
La union entre la superficie vertical de la brida (5) o la parte correspondiente al segundo anillo (7) y la cara frontal del cuerpo de la multiplicadora (3) es una union atornillada por friction. Tal y como se muestra en las figuras 3 y 4. La union por interferencia entre el eje del rotor (4) y la cara interna de la brida (5) anade en una parte de la superficie de contacto un chavetero y su respectiva chaveta (9).
Las variaciones existentes en las condiciones de carga se han considerado en el espectro de cargas de fatiga. El par de fatiga maximo y el par maximo existente en condiciones extremas son soportados por la combinacion de una brida zunchada (5) y la chaveta (9). Siendo el elemento diferencial de carga la chaveta (9). Todo ello segun los espectros de carga tipificados en la norma lEC 61400.
El metodo de montaje de la brida (5) es similar al efectuado en los elementos perdidos: una vez calentados y colocados en su lugar se dan como perdidos, (tal es el caso de los
rodamientos). La brida (5) se calienta en un horno y su calentamiento es alto pero sin danar el tratamiento superficial.
Previamente se ha realizado un tratamiento superficial a una temperatura tal que sea 5 capaz de soportar adecuadamente la temperatura de zunchado. El tratamiento superficial se realiza tanto por la superficie del primer anillo (6) como por la superficie del segundo anillo (7).
Una vez calentada la brida (5) se encaja en el eje del rotor (4). Para conjugar las 10 solicitaciones, la dificultad en el calentamiento y las interferencias, se anade la chaveta (9) al eje del rotor (4) que junto con el chavetero existente en la brida (5) se crea el suficiente equilibrio en la union. La utilization de la chaveta (9) contribuye a que la temperatura de montaje sea menor y contribuye tambien a reducir peso y consecuentemente coste de la brida.
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Una vez que el elemento zunchado se ha enfriado, se confronta la cara representada por el modulo de la brida (5) con los orificios que presentan el modulo de la multiplicadora (3) y se atraviesan con tornillos que trabajan a traction y se disponen paralelos al eje de los modulos. El esfuerzo torsor se transmite por friction.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Union entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor (4) de un aerogenerador caracterizado porque una union entre ambos elementos se realiza con una brida zunchada (5) que comprende una combination de dos anillos concentricos (6, 7) y la union combina:
    - una union por interferencia entre una superficie externa del eje del rotor (4) y una superficie interna de la brida (5),
    - y una union atornillada entre una superficie vertical de la brida (5) y una cara frontal de la multiplicadora (4) colocada hacia al eje de giro del rotor.
    - caracterizado porque las superficies de ambos anillos concentricos (6, 7) son tratados por un tratamiento previo superficial al proceso de zunchado por lo que la brida (5) aguanta la temperatura de zunchado.
  2. 2. Union entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor (4) del aerogenerador, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque en la union por interferencia entre el eje de giro del rotor (4) y la cara interna de la brida (5) se anade un chavetero en la brida (5) y en su interior se incluye una chaveta (9) anadida al eje del rotor (4).
  3. 3. Union entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor (4) de un aerogenerador, segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la brida (5) es una pieza unica que combina dos anillos concentricos (6, 7) y esta hecho de acero estructural, teniendo el primer anillo (6) una anchura mayor que su altura y el segundo anillo (7) una anchura menor que el anterior y una mayor altura o diametro externo y teniendo el segundo anillo (7) orificios a traves hacia el eje de la multiplicadora y el eje de giro del rotor.
  4. 4. Metodo de union entre un eje de entrada de la multiplicadora y un eje de giro del rotor (4) de un aerogenerador caracterizado porque se realiza un tratamiento superficial, aplicado a las superficies de ambos un primer anillo (6) y un segundo anillo (7) de una brida zunchada previamente al proceso de zunchado de tal manera que la brida (5) sea capaz de soportar adecuadamente la temperatura de zunchado, entonces la brida (5) se calienta en un horno a la temperatura adecuada con anterioridad a iniciar el proceso de montaje, el cual consiste en un zunchado sobre el eje de giro del rotor (4) haciendo coincidir el chavetero con la chaveta (9), se deja enfriar y finalmente se atornilla a la multiplicadora (3).
  5. 5. Metodo de union entre el eje de entrada de la multiplicadora y el eje de giro del rotor (4), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque unos orificios (8) en la brida (5) se enfrentan con unos orificios que presentan el en la multiplicadora (3) y se atraviesan con tornillos que trabajan a traction y se disponen paralelos al eje de la multiplicadora (3) / eje del rotor (4) y transmiten el par por friction.
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