ES2600744T3

ES2600744T3 - Árbol de rotor para una turbina eólica

Info

Publication number: ES2600744T3
Application number: ES13759144.2T
Authority: ES
Inventors: Ute BEHRENDT
Original assignee: Ae Rotor Holding Bv
Current assignee: Ae Rotor Holding BV
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2017-02-10
Anticipated expiration: 2033-08-12
Also published as: DK2882962T3; PL2882962T3; EP2882962B1; DE102012214339A1; WO2014023850A1; EP2882962A1

Abstract

Árbol de rotor (1; 10) para una turbina eólica (6), incluyendo - una brida (11) para la recepción de un núcleo (29) de un rotor (9) de la turbina eólica (6), - un árbol impelido (14) para la derivación de un movimiento rotativo, en particular a un engranaje, - un vástago (13) y una sección intermedia (12), - en la cual la brida (11) se compenetra en el vástago (13) por medio de la sección intermedia (12), - y el vástago (13) está conectado con el árbol impelido (14), - siendo el árbol de rotor (1; 10) esencialmente hueco, - y presentando el vástago (13) sobre la superficie exterior una superficie de apoyo (28) para el apoyo sobre un cojinete principal de la turbina eólica (6), - estando la superficie de apoyo (28) en una dirección axial (3) separada con un espaciado de apoyo (A) efectivo de una superficie de la brida (15) y dispuesta en un sector del vástago (13) adyacente a la sección intermedia (12), - el árbol de rotor (1; 10) fabricado, esencialmente, de un material metálico de fundición y - presentando en un sentido radial (4) una superficie interior (26) interna y frontal y una superficie exterior (25) externa, - estando la superficie interior (26) de la sección intermedia (12) configurada con al menos un radio interno (Ri0; Ri1, Ri2) curvado convexo en un plano de sección (6) desplegado a través del sentido radial (4) y del sentido axial (3), - la superficie exterior (25) de la sección intermedia (12) configurada doblada cóncava en el plano de sección (6) con al menos un radio externo (Ra1, Ra2), - la superficie exterior (25) y la superficie interior (26) de la sección intermedia (12) extendida pronunciada, en lo esencial, de manera continua, y - la sección intermedia (12) formada geométricamente de tal manera que una tensión máxima en cada punto del árbol de rotor (1; 10) siempre está por debajo del límite de alargamiento (Rp, 0,2) definido para el material de fundición, - estando la tensión máxima calculada con ayuda del perfil de carga indicado para la aprobación del árbol de rotor (1; 10) y - además, incluyendo el árbol de rotor una proyección (20; 40) configurada en sentido axial (3) como anillo simétrico para el apoyo de la brida (11), estando la proyección (20; 40) dispuesta en la sección intermedia (12) en un lado frontal del árbol de rotor (1; 10) apartado del árbol impelido (14) y formando una parte de la superficie interior (26) extendida de manera continua.

Description

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DESCRIPCION

Arbol de rotor para una turbina eolica.

La invencion se refiere a un arbol de rotor para una turbina eolica. En este caso, el arbol de rotor incluye una brida para la recepcion de un movimiento de rotacion de un nucleo de un rotor de la turbina eolica, un arbol impelido para derivar un movimiento de rotacion, por ejemplo, a un engranaje, un vastago y a una seccion intermedia. En este caso, por medio de la seccion intermedia la brida esta conectada con el vastago, y el vastago a su vez conectado con el arbol impelido. Tal arbol de rotor es, en lo esencial, hueco. En la superficie exterior del vastago se encuentra una superficie de apoyo para soportar el vastago en un cojinete principal de la turbina eolica. En una direccion axial, la superficie de apoyo esta separada con un espaciado de apoyo efectivo de una superficie de la brida y dispuesta en un sector del vastago adyacente a la seccion intermedia.

Tal arbol de rotor de una turbina eolica es conocido a partir de la Patente Europea EP 2 202 013 B1, siendo un arbol de rotor que se fabrica por extrusion. En este procedimiento de produccion se utilizan matrices de alta resistencia y costosas, y tambien la materia prima tiene que cumplir requisitos de calidad muy exigentes. Esto hace que el arbol de rotor sea muy caro y es posible que se forme una estructura de material no uniforme, que a su vez puede conducir bajo carga a concentraciones de tensiones no deseadas.

Ademas, del estado actual de la tecnica se conocen arboles de rotores de turbinas eolicas que son fabricados por forjado. Tambien este proceso de fabricacion es extremadamente complejo y costoso. Ademas, por el documento WO2012/095140 se conoce otro arbol de rotor segun el estado actual de la tecnica.

Es un objetivo de la invencion proporcionar un arbol de rotor para una turbina eolica que eluda las desventajas del estado actual de la tecnica. En particular, el arbol de rotor debe poder ser producido a bajo costo y aun asf satisfacer los requisitos exigentes de la energfa eolica en terminos de calidad y homogeneidad del material.

Segun la invencion, el objetivo se consigue mediante las caractensticas de la reivindicacion 1, siendo el arbol de rotor fabricado esencialmente de un material metalico de fundicion y presentando en un sentido radial una superficie interior interna y frontal y una superficie exterior externa. La superficie interior tubular real del arbol de rotor se compenetra de manera continua en la cara frontal de la seccion intermedia y en adelante se hablara solamente de la "superficie interior", que incluye un componente interno y tambien un componente frontal. Por un lado, la superficie exterior de la seccion intermedia se encuentra en un plano de seccion desplegado por la direccion radial y la direccion axial, en particular con al menos un radio externo curvado concavo y, por otro lado, la superficie interior de la seccion intermedia en el plano de seccion, en particular configurado con al menos un radio interior curvado convexo. De tal manera, la superficie exterior y la superficie interior de la seccion intermedia se extienden sustancialmente de forma continua. Tambien es concebible que la geometna de la superficie interior y de la superficie exterior no este configurada como radio, sino tambien como una funcion optimizadora arbitraria de flujo de fuerza (por ejemplo, una funcion hiperbolica). Ademas, la seccion intermedia o los radios de la seccion intermedia se forman geometricamente de tal manera que una tension maxima en cada punto del arbol de rotor siempre este por debajo del lfmite de alargamiento (Rp, 0,2) definido para el material de fundicion o, en terminos constructivos, por debajo de los lfmites admisibles de tension. El lfmite de alargamiento se denomina tambien lfmite elastico de 0,2%, o sea la tension hasta la cual el material bajo carga de traccion uniaxial y libre de par muestra una deformacion plastica permanente de 0,2%. La tension maxima en el componente se calcula usando un perfil de carga especificado para la aprobacion del arbol de rotor. En este caso, dicho perfil de carga es la magnitud tecnica crucial, porque el mismo se utiliza como base en un procedimiento de aprobacion, tambien llamado certificacion, de cada componente de la turbina eolica. Dicho perfil de carga incluye, por ejemplo, la carga continua en el margen de las cargas de trabajo, las cargas extremas con vientos fuertes o las asf denominadas rafagas de cada los 50 anos que, estadfsticamente, solo se producen cada 50 anos. Por lo tanto, existe para cada turbina eolica o para cada componente de una turbina eolica, un perfil de carga establecido como base para la certificacion. Un componente solo recibira la aprobacion si una tension maxima bajo carga con el mismo perfil de carga se mantiene por debajo de un cierto valor, en particular del lfmite de alargamiento. Esta prueba para la aprobacion de un componente se produce en el ordenador, es decir que, teniendo en cuenta el mencionado perfil de carga, se calcula un modelo del componente a aprobar. Por supuesto, es concebible que en este calculo tambien se tengan en cuenta seguridades, en particular es sensato un factor de seguridad de 1,1. Por lo tanto, a 1,1 veces la tension maxima calculada en el arbol del rotor debe estar por debajo del lfmite de alargamiento del material de fundicion seleccionado. Por supuesto, tambien son concebibles otros valores para el factor de seguridad, en particular 1,2 o algun otro valor que se utiliza para la certificacion.

La siguiente tabla muestra con un factor de seguridad de 1,1 los posibles materiales cuya resistencia a la traccion, lfmite de alargamiento (Rp, 0,2), lfmite elastico con espesor de produccion y sus valores. Otros mas se pueden encontrar en la norma DIN EN 1563:

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Material: Resistencia a la traccion [N/mm2] Lfmite de alargamiento max. [N/mm2] Lfmite de alargamiento mm. [N/mm2]

EN-GJS-350-xxx: 350 . 320 220 220

Incl. Seguridad: 1,1: 200 200

EN-GJS-400-xxx: 400 ... 370 240 230

Incl. Seguridad: 1,1: 218 209

EN-GJS-600-xxx: 600 . 550 370 360

Incl. Seguridad: 1,1: 336 327

Por precisamente esta configuracion de las superficies interior y exterior del arbol de rotor es posible, por primera vez, que las fuerzas se pueden derivar de una manera ordenada y homogenea desde la brida hacia el cojinete y hacia el arbol impelido y al mismo tiempo se pueda usar un material de fundicion.

Debido a la potencial falta de homogeneidad, por ejemplo rechupes o poros, de un material de fundicion en un componente y/o por la geometna del componente en sf, en componentes fundidos altamente estresados se producen en diferentes posiciones unas concentraciones de tensiones impredecibles. Por lo tanto, para poder producir mediante fundicion un componente mecanico forjado muy estresado, el mismo tiene que ser construido de tal manera que el debilitamiento debido a la falta de homogeneidad del material fundido y/o debido a la geometna en sf sea compensado mediante una geometna adaptada.

De forma sorprendente, se ha encontrado que los principios de diseno conocidos a partir del estado actual de la tecnica para material de fundicion y, especialmente, para arboles de rotor no son aplicables a un arbol de rotor de fundicion de una turbina eolica. En ensayos arduos resulto ser que un arbol de rotor para una turbina eolica de acuerdo con los principios de diseno estandar no soportana las particularmente elevadas cargas operativas de una turbina eolica.

En un ejemplo de realizacion de la invencion se indica que la seccion intermedia del arbol de rotor tiene para soportar la brida una proyeccion configurada en sentido axial como anillo simetrico. Esta proyeccion esta dispuesta en la seccion intermedia en una cara frontal del arbol de rotor apartada del arbol impelido y forma, al mismo tiempo, una parte de la superficie interior. Esta proyeccion tiene la funcion importante de soportar y rigidizar la parte superior de la seccion intermedia, de modo que pueda resultar una distribucion uniforme de la tension en el sector de la incorporacion de fuerza o bien las tensiones puedan concentrarse, de manera no deseada, por ejemplo en la superficie exterior de la seccion intermedia.

De manera sorprendente, se ha encontrado que a traves de este relleno - o sea el aumento del espesor de pared en la cara opuesta al de la carga o cara interior - se reduce en la cara exterior efectivamente un aumento de tension debido al efecto de entalladura. Debe observarse que este ejemplo de realizacion tambien puede considerarse como una invencion independiente en conexion con un arbol de rotor del estado actual de la tecnica. Preferentemente, el arbol de rotor, segun el estado actual de la tecnica es combinado con el radio externo concavo y el radio interno convexo como se ha descrito anteriormente y con la proyeccion.

Segun una forma de realizacion adicional de la invencion, la proyeccion presenta en direccion axial una profundidad respecto de la superficie de brida, siendo la relacion del espaciado del cojinete respecto de la profundidad de la proyeccion de entre 12 y 4, preferentemente entre 8 y 4, mas optimizado entre 6 y 4,5, y particularmente preferente entre 5,5 a 4,6. En una manifestacion de la proyeccion de este tipo, las ventajas de la misma son particularmente evidentes en terminos de flujo de fuerza, accion de palanca, refuerzo y soporte de la seccion intermedia y brida.

De manera ventajosa, la proyeccion puede compenetrarse de manera sustancialmente continua en la superficie de brida a traves de por lo menos un radio. De esta manera se consigue que la incorporacion de fuerzas de la brida a la proyeccion de la seccion intermedia se produzca de manera particularmente uniforme.

Por otra parte, la proyeccion tambien puede compenetrarse a traves de una superficie anular conica en la superficie de la brida, pudiendo eventualmente utilizar adicionalmente tambien un radio, como se ha descrito precedentemente. A traves de esta superficie anular se asegura que el saliente este formado sin acumulacion de materia que promueva la rigidez y los concentradores de tensiones.

De acuerdo con una forma de realizacion adicional, la superficie anular incluye en el plano de seccion un angulo con un eje del arbol del rotor de entre 50° grados y 20° grados, preferentemente entre 45° grados y 25° grados, y de forma especialmente preferente entre 40° grados y 35° grados. De esta manera se consigue que la proyeccion este conformada no demasiado grande, provocando nuevos concentradores de tensiones, y a su vez no demasiado pequena, pasando el efecto de soporte a ser insuficiente.

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En una forma de realizacion adicional de la invencion, la curvatura de la superficie exterior presenta dos o mas radios exteriores, que estan disenados preferentemente diferentes y se compenetran.

De tal manera, es concebible que un primer radio este dispuesto en la superficie exterior en proximidad de la superficie de apoyo y un segundo radio situado en proximidad inmediata de la brida, siendo el primer radio mayor que el segundo radio. Esto hace que el flujo de fuerza entre la brida y el vastago del arbol de rotor se manifieste de manera relativamente constante, y se eviten o reduzcan los concentradores de tensiones, en particular en la superficie.

El flujo de fuerza en la seccion intermedia tambien se mejora cuando la curvatura convexa de la superficie interior incluye al menos dos o mas radios internos.

Ademas, un primer radio interno, dispuesto sustancialmente en la superficie interior en un sector que se corresponde con un sector de la superficie de apoyo exterior en sentido radial, puede ser mayor que un segundo radio interno dispuesto en una cara frontal de la superficie interior.

Una forma de realizacion independiente de la invencion da a conocer que un espesor de pared de la seccion intermedia, partiendo de un espesor de pared maximo hasta un espesor de pared en la transicion de la seccion intermedia a la brida, disminuye de manera esencialmente continua. Esto se consigue al configurar apropiadamente el radio interno o bien los radios internos de la superficie interior y el radio externo o bien los radios externos de la superficie exterior. El espesor maximo de pared puede estar dispuesto ya sea en proximidad inmediata al vastago o tambien, en lo esencial, en una seccion central de la seccion intermedia.

La caractenstica anterior produce un resultado particularmente bueno en terminos de una lmea de flujo de fuerza optima, al aumentar esencialmente de manera continua, primero hasta el espesor de pared maximo, el espesor de pared de la seccion intermedia partiendo de un espesor de pared en la transicion del vastago a la seccion intermedia, y despues disminuir esencialmente de manera continua hasta un determinado espesor de pared menor en la transicion de la seccion intermedia a la brida. Al reducir el espesor de pared en sentido al cojinete y/o en sentido a la brida, se consigue un comportamiento de conformacion uniforme de la seccion intermedia.

Ventajosamente, la superficie interior y la superficie exterior de la seccion intermedia pueden estar configuradas, en lo esencial, extendidas en paralelo. De este modo se consigue que la seccion intermedia pueda ser examinada en busca de defectos de material por medio de metodos adecuados de ensayo de materiales, por ejemplo mediante examen por ultrasonido.

En contraste con las instrucciones de construccion segun estado actual de la tecnica, en particular segun la teona de diseno, se ha encontrado que para el flujo de fuerza es ventajoso que el diametro exterior eficaz de la superficie exterior de la seccion intermedia se corresponda en una sector adyacente al vastago, en lo esencial, con el diametro de apoyo o solo lo supere ligeramente.

Una forma de realizacion ventajosa en este contexto da a conocer que en la superficie exterior de la seccion intermedia, directamente en la superficie de apoyo, esta dispuesto un tope anular simetrico axialmente eficaz para un cojinete. Este tope esta formado de tal manera que se proyecta en sentido radial mas alla del diametro exterior eficaz de la superficie exterior de la seccion intermedia. Por lo tanto es posible que se proporcione un tope para el cojinete, pero que al mismo tiempo dicho tope no afecte negativamente el flujo de fuerza de la seccion intermedia al vastago del arbol de rotor, en particular no permita la formacion de concentradores de tensiones.

Otra forma de realizacion da a conocer que el tope esta disenado tan delgado como sea posible. Esto tiene el efecto beneficioso de que el tope no afecta el flujo de fuerza entre la seccion intermedia y el vastago.

El arbol de rotor esta preferentemente formado de tal manera que una relacion del diametro de brida respecto del espaciado de apoyo se encuentra entre 4,5 y 2,5, preferentemente entre 4 y 3, y particularmente preferente entre 3,3 y aproximadamente 3,1.

La invencion tambien incluye una turbina eolica, estando una gondola montada de forma giratoria en una torre, y en la gondola esta montado de forma giratoria un arbol de rotor de acuerdo con uno o mas de los ejemplos de realizacion precedentes.

En este punto cabe destacar que los ejemplos de realizacion individuales y las caractensticas de los ejemplos de realizacion individuales tambien se pueden combinar entre sf, y no es obligatoriamente necesario combinar las caractensticas individuales entre sf en el orden descrito. Mediante la descripcion resultaran evidentes otros detalles de la invencion a partir de los dibujos.

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Los dibujos muestran en: la figura 1, una turbina eolica;

la figura 2, una seccion longitudinal de un arbol de rotor de un material de fundicion segun una primera forma de realizacion;

la figura 3, una vista en detalle del arbol de rotor segun la figura 2;

la figura 4, una vista en perspectiva del arbol de rotor segun la figura 2;

la figura 5, una vista en perspectiva de un arbol de rotor en una segunda forma de realizacion;

la figura 6, una seccion longitudinal del arbol del rotor segun la figura 5, y

la figura 7, una vista en detalle del arbol de rotor segun la figura 5.

En la figura 1 se muestra una turbina eolica 6 que incluye una torre 7, una gondola 8 montada sobre esta y un rotor 9 montado giratorio dentro de esta ultima. Con el fin de poder operar la turbina eolica 6 con vientos de diferentes direcciones, la gondola 9 esta provista de un sistema de seguimiento de la direccion del viento. La gondola 9 presenta un bastidor de maquina en el que esta montado de forma giratoria un arbol de rotor por medio de un cojinete de rotor. En una brida del arbol de rotor esta atornillado un nucleo 29 que a su vez soporta las aspas de rotor 30.

Una primera forma de realizacion de un arbol de rotor 1 segun la invencion se muestra en las figuras 2, 3 y 4 y una segunda forma de realizacion de un arbol de rotor 10 segun la invencion se muestra en las figuras 5, 6 y 7. En las figuras se muestra en una vista en perspectiva el arbol de rotor 1 y/o 10 con un eje 2, estando ilustrados mediante las flechas una direccion axial 3, una direccion radial 4 y un plano de corte 5 desplegado por la direccion radial 4 y la direccion axial 3. Seguidamente se dan informaciones respecto de la direccion radial 4, la direccion axial 3 referidas a un eje 2 de los arboles de rotor 1 y 10. Las caractensticas coincidentes de las dos formas de realizacion se designan con las mismas referencias, y de manera similar tambien se aplica la siguiente descripcion de la primera forma de realizacion del arbol de rotor 1 a la segunda forma de realizacion del arbol de rotor 10.

Mediante la figura 2 y la figura 4 y/o la figura 5 y figura 6 se ilustra la estructura aproximada de los arboles de rotor 1 y 10: Los arboles de rotor 1 y 10 se componen, en lo esencial, de un vastago 13 que tiene en un lado una brida 11 y en el lado opuesto un arbol impelido 14. La brida 11 se compenetra en el vastago 13 por medio de una seccion intermedia 12. Ademas, el vastago 13 desemboca en el arbol impelido 14 o bien el extremo del vastago 13 opuesto a la brida 11 esta configurado como arbol impelido 14. Dicho vastago 13 puede, por ejemplo, estar conectado a un engranaje por medio de un acoplamiento.

Mediante la figura 3 y la figura 7 se da una imagen detallada de la geometna de los arboles de rotor 1 y 10 en el sector de la brida 11 y la seccion intermedia 12. La brida 11 esta provista de un cfrculo de agujeros 19 al que se puede atornillar un nucleo 29 de la turbina eolica 6. El diametro del cfrculo de agujeros 19 se designara en adelante como el diametro de brida Df.

Directamente a la brida 11 linda la seccion intermedia 12 que tiene un espesor incrementado de pared, y por lo tanto forma la proyeccion 20. La proyeccion 20 de la figura 3 y la proyeccion 40 de la figura 7 se indican con una lmea de trazos 21 y presenta respecto de la superficie 15 de la brida 11 una profundidad T en sentido axial 3.

Entre la proyeccion 20 y/o 40 y la brida 11 se ha previsto una superficie anular conica 22 o 42 que se compenetra en la superficie de brida 15 por medio de un radio Rf0. Esta superficie anular 22 o 42 hace que una esquina de otro modo sobresaliente podna provocar una rigidez, la cual a su vez dana lugar a una concentracion de esfuerzos. El radio Rf0 permite una incorporacion de fuerza reducida en tensiones desde la brida 11 a la proyeccion 20 y/o 40. En la figura 3, la superficie anular conica 22 o 42 encierra con el eje 2 del arbol de rotor 1 un angulo a1 de alrededor de 45° grados y/o un angulo a2 de alrededor de 20° grados.

Una realizacion alternativa de la transicion de la proyeccion 20 y/o 40 a la superficie de la brida 15 esta indicada mediante la lmea de trazos 23. Dichas formas de realizacion incluyen que con la ayuda de dos radios opuestos Rf-i, Rf2 se posibilite una curva continua entre la superficie de brida 15 y la proyeccion 20 o 40, con lo cual se garantiza un flujo optimo de fuerza. Preferentemente, la curva continua de los dos radios opuestos es seleccionada de tal manera que en un punto de inflexion o en una transicion de ambos radios exista un angulo de la superficie que tiene con el eje 2 un angulo similar al descrito anteriormente, en particular un angulo ai de alrededor de 45° grados y un angulo a2 de alrededor de 20° grados.

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Como se muestra en la figura. 3, la proyeccion 20 forma una parte de la superficie interior 26 o bien de la superficie

26 interior o bien frontal que desemboca de forma continua en la superficie interior del vastago 13. De acuerdo con este ejemplo de realizacion del arbol de rotor 1, la superficie interior 26 y/o la proyeccion 20 presentan solamente un radio continuo Rio. El radio describe la curva del contorno de la superficie interior 26 en el plano de seccion 5.

En este ejemplo de realizacion, el espesor de pared - partiendo de un espesor de pared dzs de la seccion intermedia

12 en la proximidad del vastago 13 - disminuye de forma continua hasta un espesor de pared dzmin mfnimo, delante de la transicion de la seccion intermedia 12 a la brida 11.

De acuerdo con el primer ejemplo de realizacion (figura 3) y el segundo ejemplo de realizacion (figura 7), en el otro lado de la seccion intermedia 12 la superficie exterior 25 limita con la brida 11, que de acuerdo con la lfnea de trazos

27 desemboca en la superficie de apoyo 28 del vastago 13. La superficie exterior 25 esta provista de dos radios Ra1, Ra2, conectando un primer radio Ra1 al vastago 13, y el primer radio Ra1 se compenetra en el segundo radio Ra2 que esta dispuesto en el sector de brida 11. Ventajosamente, el primer radio Ra1 en la superficie exterior 25 es mayor que el segundo radio Ra2. La superficie exterior 25 se compenetra en la brida 11 por medio de un destalonamiento 16.

En ambos ejemplos de realizacion se ha previsto un tope 17 en la transicion entre la superficie de apoyo 28 del vastago 13 y la superficie exterior 25 de la seccion intermedia 12. Dicho tope 17 se usa para permitir la determinacion de la posicion de los arboles de rotor 1 y 10 en la direccion axial 2 mediante un cojinete (no mostrado). En el sector de la transicion de la seccion intermedia 12 al vastago 13, dicho tope 17 se extiende en sentido radial 3 mas alla de la superficie exterior 25 y tambien de la superficie de apoyo 28. Esto tiene por resultado que el tope 17 no esta, en lo esencial, cargado por el flujo de fuerza de la brida 11, y que la geometrfa efectiva de la transicion de la seccion intermedia 12 al vastago 13 es representada por la lfnea de trazos 27. O sea, el diametro Dzs de la seccion intermedia 12 en el sector de la superficie de apoyo 28 se corresponde de este modo, en lo esencial, con el diametro Dl de la superficie de apoyo 28. El tope 17 esta conectado a traves de un radio 18 con la superficie exterior 25.

El ejemplo de realizacion de un arbol de eje 10 segun la figura 7 difiere del primer ejemplo de realizacion, principalmente debido a la manifestacion de la proyeccion 40 y la configuracion de la superficie anular conica 42. De acuerdo con este ejemplo de realizacion del arbol del rotor 10, la superficie interior 26 y la proyeccion 40 presentan dos radios Rn, Ri2 compenetrados entre si, estando el primer radio Rn dispuesto en el sector del vastago 13 y un segundo radio Ri2 dispuesto en el sector de la brida 11. En este caso, el primer radio Rm es mayor que el segundo radio Ri2. Los dos radios Rm, Ri2 describen el desarrollo del contorno de la superficie interior 26 en el plano de seccion 5. Como puede verse en la figura 7, la proyeccion 40 del arbol de rotor 10 es mas pronunciada que la proyeccion 20 del arbol de rotor 1. Esto es debido al hecho de que el arbol de rotor 40 esta concebido para una turbina eolica mas grande que la del arbol de rotor 1. Por esta causa, las cargas mayores deben ser soportadas por el arbol del rotor 40 y, por lo tanto, se requiere un mayor efecto de soporte de la proyeccion 40 ampliada.

Ademas, la proyeccion 40 incluye una seccion 41 relativamente recta de la parte frontal, con lo cual se consigue una reduccion continua particularmente ventajosa del espesor de pared de la seccion intermedia 12.

En este ejemplo de realizacion, a partir de un espesor de pared dzs de la seccion intermedia 12, el espesor de pared aumenta en la proximidad del vastago 13 a un maximo espesor de pared dzmax en direccion a la proyeccion 40 de la seccion intermedia 12. Despues, el espesor de pared disminuye continuamente hasta un espesor de pared mfnimo dzmin delante de la transicion de la seccion intermedia 12 a la brida 11. Se consigue de esta manera que las fuerzas transversales y momentos de flexion elevados, que son introducidas en la brida 11, se puedan transferir al vastago

13 con una tension particularmente moderada, y allf estan degradadas, esencialmente, las tensiones en la superficie del vastago.

Las combinaciones de caracterfsticas dadas a conocer en los ejemplos de realizacion descritos no han de actuar de manera limitante sobre la invencion; mas bien las caracterfsticas de los diferentes realizaciones son combinables entre sf.

Lista de referencias

1: arbol de rotor

2: eje

3: sentido axial

4: sentido radial

5: plano de seccion

6: turbina eolica

7: torre

8: gondola

9: rotor

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10 arbol de rotor

11 brida

12 seccion intermedia

13 vastago

14 arbol impelido

15 superficie de brida

16 destalonamiento

17 tope

18 radio

19 drculo de agujeros

20 proyeccion

21 lmea

22 superficie anular

23 lmea

24

25 superficie exterior

26 superficie interior

27 lmea

28 superficie de apoyo

29 nucleo

30 aspa

40 proyeccion

41 seccion

42 superficie anular

a1 angulo

a2 angulo

Df diametro de brida

Dl diametro de apoyo

Dzs diametro exterior

dzs espesor de pared

dzmax espesor de pared

dzmin espesor de pared

dzs espesor de pared

T profundidad

A espaciado

Vat relacion

Rfo radio

Rf1 radio

RF2 radio

Rio radio

Ri1 radio

Ri2 radio

Ra1 radio

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Arbol de rotor (1; 10) para una turbina eolica (6), incluyendo

- una brida (11) para la recepcion de un nucleo (29) de un rotor (9) de la turbina eolica (6),

- un arbol impelido (14) para la derivacion de un movimiento rotativo, en particular a un engranaje,

- un vastago (13) y una seccion intermedia (12),

- en la cual la brida (11) se compenetra en el vastago (13) por medio de la seccion intermedia (12),

- y el vastago (13) esta conectado con el arbol impelido (14),

- siendo el arbol de rotor (1; 10) esencialmente hueco,

- y presentando el vastago (13) sobre la superficie exterior una superficie de apoyo (28) para el apoyo sobre un cojinete principal de la turbina eolica (6),

- estando la superficie de apoyo (28) en una direccion axial (3) separada con un espaciado de apoyo (A) efectivo de una superficie de la brida (15) y dispuesta en un sector del vastago (13) adyacente a la seccion intermedia (12),

- el arbol de rotor (1; 10) fabricado, esencialmente, de un material metalico de fundicion y

- presentando en un sentido radial (4) una superficie interior (26) interna y frontal y una superficie exterior (25) externa,

- estando la superficie interior (26) de la seccion intermedia (12) configurada con al menos un radio interno (Rio; Rm, Ri2) curvado convexo en un plano de seccion (6) desplegado a traves del sentido radial (4) y del sentido axial (3),

- la superficie exterior (25) de la seccion intermedia (12) configurada doblada concava en el plano de seccion (6) con al menos un radio externo (Ra1, Ra2),

- la superficie exterior (25) y la superficie interior (26) de la seccion intermedia (12) extendida pronunciada, en lo esencial, de manera continua, y

- la seccion intermedia (12) formada geometricamente de tal manera que una tension maxima en cada punto del arbol de rotor (1; 10) siempre esta por debajo del lfmite de alargamiento (Rp, 0,2) definido para el material de fundicion,

- estando la tension maxima calculada con ayuda del perfil de carga indicado para la aprobacion del arbol de rotor (1; 10) y

- ademas, incluyendo el arbol de rotor una proyeccion (20; 40) configurada en sentido axial (3) como anillo simetrico para el apoyo de la brida (11), estando la proyeccion (20; 40) dispuesta en la seccion intermedia (12) en un lado frontal del arbol de rotor (1; 10) apartado del arbol impelido (14) y formando una parte de la superficie interior (26) extendida de manera continua.
2. Arbol de rotor (1; 10) segun la reivindicacion 1, en el cual una relacion (Vat) del espaciado de apoyo (A) respecto de una profundidad (T) de la proyeccion (20; 40) se encuentra entre 12 y 4, preferentemente entre 8 y 4, mas optimizado entre 6 y 4,5, y particularmente preferente entre 5,5 a 4,6.
3. Arbol de rotor (1; 10) segun las reivindicaciones 1 o 2, compenetrandose la proyeccion (20; 40) de manera continua en una superficie de brida (15) de la brida (11) mediante al menos un radio (Rf0;Rf1, Rf2).
4. Arbol de rotor (1; 10) segun las reivindicaciones 1, 2 o 3, compenetrandose la proyeccion (20; 40) en una superficie de brida (15) de la brida (11) mediante una superficie anular conica (22; 42)
5. Arbol de rotor (1; 10) segun la reivindicacion 4, en el cual la superficie anular (22; 42) incluye en el plano de seccion (6) un angulo (a-i; a2) con un eje (2) del arbol del rotor (1; 10) de entre 50° grados y 20° grados, preferentemente entre 45° grados y 25° grados, y de forma especialmente preferente entre 40° grados y 35° grados.
6. Arbol de rotor (1; 10) segun una de las reivindicaciones precedentes, presentando la curvatura concava de la superficie exterior (25) dos o mas radios exteriores (Ra1, Ra2), estando un primer radio (Ra1) dispuesto sobre la superficie exterior (25) en proximidad de la superficie de apoyo (28) y un segundo radio (Ra2) dispuesto en la superficie exterior (25) en proximidad mediata de la brida (11), siendo el primer radio (Ra1) mayor que el segundo radio (Ra2).
7. Arbol de rotor (10) segun una de las reivindicaciones precedentes, incluyendo la curvatura convexa de la superficie interior (26) dos o mas radios internos (Rm, Ri2), estando un primer radio interno (Rm) dispuesto esencialmente en la superficie interior (26) en un sector que se corresponde con un sector de la superficie de apoyo (28) exterior en sentido radial (4), y un segundo radio interno (Ri2) dispuesto en una cara frontal de la superficie interior (26), siendo el primer radio interno (Rm) mayor que el segundo radio interno (Ri2).
8. Arbol de rotor (1; 10) segun una de las reivindicaciones precedentes, en el cual un espesor de pared de la seccion intermedia (12), partiendo de un espesor de pared maximo (dzmax) hasta un espesor de pared mmimo (dzmin) en la transicion de la seccion intermedia (12) a la brida (11), disminuye de manera esencialmente continua.

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9. Arbol de rotor (10) segun la reivindicacion 8, en el cual un espesor de pared de la seccion intermedia (12), partiendo de un espesor de pared (dZS) en la transicion del vastago (13) a la seccion intermedia (12) primero aumenta de manera esencialmente continua hasta el espesor de pared maximo (dzmax) y despues disminuye esencialmente hasta un espesor de pared mmimo (dFZmin) en la transicion de la seccion intermedia (12) a la brida (11).
10. Arbol de rotor (1; 10) segun una de las reivindicaciones precedentes, en la cual la superficie interior (26) y la superficie exterior (25) estan conformadas extendidas esencialmente paralelas, de manera que la seccion intermedia (12) puede ser controlada respecto de defectos de material mediante procedimientos de ensayo por ultrasonido apropiados.
11. Arbol de rotor (1; 10) segun una de las reivindicaciones precedentes, en el cual un diametro exterior (Dzs) efectivo de la superficie exterior (25) de la seccion intermedia (12) se corresponde en un sector adyacente a la seccion intermedia (12) del vastago (13) en lo esencial con el diametro de apoyo (Dl) o solo lo supera ligeramente.
12. Arbol de rotor (1; 10) segun la reivindicacion 11, en el cual sobre la superficie exterior (25) de la seccion intermedia (12) y directamente en la superficie de apoyo (28) esta dispuesto un tope (17) anular simetrico eficaz axialmente para un cojinete que en sentido radial (4) sobresale por encima del diametro exterior (Dzs) eficaz de la superficie exterior (25).
13. Arbol de rotor (1; 10) segun una de las reivindicaciones precedentes, en el cual una relacion (Vfa) del diametro de brida (Df) se encuentra respecto del espaciado de apoyo (A) entre 4,5 y 2,5, preferentemente entre 4 y 3, y particularmente preferente entre 3,3 y aproximadamente 3,1.
14. Turbina eolica (6) con una torre (7), una gondola (8) montada giratoria sobre la misma y un rotor (9), estando previsto en la gondola (8) un generador accionable mediante el rotor (9), asf como un arbol de rotor (1; 10) segun una o mas de las reivindicaciones precedentes, estando el rotor (9) conectado con el arbol de rotor (1; 10) y montado giratorio en la gondola (8).