ES2605679T3 - Buje para el rotor de una turbina de energía eólica - Google Patents

Buje para el rotor de una turbina de energía eólica Download PDF

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Abstract

Buje para el rotor (22) de una turbina (10) de energía eólica que comprende: un cuerpo (28) hueco giratorio alrededor de un eje de rotación y provisto de al menos una brida (34) para el montaje en el cuerpo (28) hueco de un cojinete para una pala (26) de rotor y al menos dos almas (38) de rigidización formadas de manera solidaria con el cuerpo (28) hueco y que se extienden radialmente dentro de un área (36) de brida del cuerpo (28) hueco rodeada por la brida (34) hasta el centro (40) del área (36) de brida, en el que se proporcionan al menos dos aberturas dentro del área (36) de brida del cuerpo (28) hueco.

Description

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DESCRIPCION
Buje para el rotor de una turbina de ene^a eolica Campo de la invencion
La presente invencion se refiera a un buje para el rotor de una turbina de energfa eolica y, en particular, para una nueva construccion de tal un buje que resulta en un diseno general ligero del buje.
Antecedentes de la invencion
Un problema de la turbina de energfa eolica es el peso de la barquilla. En particular las partes giratorias de la barquilla debenan tener un peso bastante bajo. Esto es cierto en particular para turbinas de energfa eolica de gran potencia modernas, vease por ejemplo Erich Hau ET AL: "WEGA Large Wind Turbines" 31 de diciembre de 1993 (), Springer Verlag, Alemania, ISBN: 978-92-5, paginas 40-75.
Un enfoque para la reduccion del peso es reducir el grosor de la pared de los elementos giratorios de la barquilla. Sin embargo, reducir el grosor de la pared resulta en una fuerza y rigidez reducidas del elemento giratorio. En particular, el buje del rotor esta sujeto a fuerzas resultantes del viento que actuan sobre las palas del rotor y fuerzas resultantes de cargas debido a la rotacion del buje. El buje debe ser lo suficientemente ngido para que estas fuerzas no provoquen deformaciones. En particular, dentro de las bridas para montar los cojinetes para las palas del rotor el buje debe disenarse bastante ngido para que pueda evitarse que se ovale, lo que a su vez danana los cojinetes de pala del rotor y accionamientos de ajuste de paso.
Por consiguiente, un objeto de la presente invencion es proporcionar un buje para el rotor de una turbina de energfa eolica que tiene un peso relativamente bajo y es lo suficientemente ngido para resistir las cargas que actuan sobre el buje durante la operacion de la turbina de energfa eolica.
Sumario de la invencion
Este objeto se resuelve de acuerdo con la invencion mediante un buje para el rotor de una turbina de energfa eolica que comprende:
un cuerpo hueco giratorio alrededor de un eje de rotacion y provisto de al menos un brida para el montaje en el cuerpo hueco de un cojinete para una pala de rotor y
al menos dos almas de rigidizacion formadas de manera solidaria con el cuerpo hueco y que se extienden radialmente dentro de un area de brida del cuerpo hueco rodeada por la brida hasta el centro del area de brida, en el que se proporcionan al menos dos aberturas dentro del area de brida del cuerpo hueco.
El buje de acuerdo con la invencion esta provisto de un cuerpo hueco que es giratorio alrededor de un eje de rotacion. El cuerpo hueco esta provisto de al menos un brida en el que puede montarse un cojinete de pala de rotor. La brida define un area de brida que normalmente se define mediante un agujero.
De acuerdo con la invencion, dentro del agujero se disponen al menos dos almas de rigidizacion o de fortalecimiento o de refuerzo formadas de manera solidaria con el cuerpo hueco y que se extienden radialmente desde la brida al centro del area de brida. Las almas se disponen dentro del area de brida como radios de una rueda y proporcionan rigidizacion, fortalecimiento y refuerzo de las bridas. Las al menos dos almas de rigidizacion dividen el area de brida en al menos dos aberturas separadas por las almas de rigidizacion.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, dos almas de rigidizacion se proporcionan dentro de cada area de brida y construyen un angulo entre sf de sustancialmente 180°. Es preferible que estas dos almas de rigidizacion se dispongan paralelas al eje de rotacion del buje. Como una alternativa, tambien es posible que las almas de rigidizacion se dispongan de tal forma que se extiendan perpendiculares al eje de rotacion.
Generalmente hablando, de acuerdo con otra realizacion preferida de la presente invencion, las almas de rigidizacion se distribuyen homogeneamente dentro del area de brida y estan desplazadas una con respecto a la otra un angulo sustancialmente igual a 360° dividido por el numero de almas de rigidizacion. Por ejemplo en el caso de tres almas de rigidizacion los angulos entre las mismas son sustancialmente 120° y en el caso de cuatro almas de rigidizacion el angulo entre las mismas es sustancialmente 90°.
En el caso de tres almas de rigidizacion es preferible que una de las almas de rigidizacion se extienda sustancialmente paralela al eje de rotacion del cuerpo hueco. En el caso de cuatro almas de rigidizacion es preferible tener dos de las mismas extendiendose paralelas al eje de rotacion y las otras dos de las mismas extendiendose perpendiculares al eje de rotacion.
De acuerdo con la invencion las almas de rigidizacion pueden ser macizas o huecas y pueden tener una anchura y/o grosor decreciente hacia el centro del area de brida. En otras palabras las almas de rigidizacion en el centro del area de brida son mas pequenas en anchura y/o grosor que en su extremo radialmente exterior adyacente a la brida.
Tambien es posible de acuerdo con la invencion que dentro de un area de brida se proporcionen diversos conjuntos de almas de rigidizacion desplazados a lo largo de un eje de ajuste de paso de pala de rotor perpendicular a un plano definido por la brida. Las almas de rigidizacion de los conjuntos individuales no se conectan entre sf o se conectan. En otras palabras las almas de rigidizacion del area de brida no se disponen necesariamente en un plano 5 comun sino que se disponen en planos adyacentes diferentes.
En otra realizacion preferida de la presente invencion las almas de rigidizacion de los conjuntos individuales de almas de rigidizacion estan giradas unas contra otras de un conjunto a otro alrededor del acceso de ajuste de paso de pala de rotor.
En otra realizacion de la presente invencion un accionamiento de ajuste de paso puede montarse en al menos una 10 de las almas de rigidizacion. Esta alma de rigidizacion individual esta provista de un orificio para un arbol de rotor de un accionamiento de ajuste de paso para la rotacion de una pala de rotor. Dentro del area de este orificio, la anchura o grosor, o ambos, del alma de rigidizacion individual se aumenta para aumentar la rigidez del alma dentro del area del accionamiento de ajuste de paso.
La presente invencion puede usarse en un buje independientemente del numero de palas de rotor. Por consiguiente, 15 el buje de acuerdo con la invencion puede ser para un rotor con una, dos o tres palas de rotor. Tambien pueden montarse al buje mas de tres palas de rotor de acuerdo con la invencion que esta provisto de un numero de bridas identico al numero de palas de rotor.
Lo mas preferentemente, el cuerpo hueco del buje comprende al menos dos o tres bridas cada uno definiendo un area de brida. Cada area de brida esta provista de al menos dos almas de rigidizacion en la que la forma, diseno, 20 numero y/o disposicion relativa de las almas de rigidizacion dentro de cada area de brida es identica o diferente de area de brida a area de brida.
Para reducir adicionalmente el peso total del buje pueden proporcionarse orificios adicionales dentro de areas entre bridas adyacentes y el primer y el segundo extremo del cuerpo hueco ambos dispuestos en la direccion del eje de rotacion. Estos extremos primero y segundo tambien comprenden aberturas o agujeros en los que el agujero en el 25 segundo extremo opuesto al arbol del rotor se disena como una boca de inspeccion. Es preferible que esta boca de inspeccion se ubique dentro de una parte profundizada del buje ubicada en el segundo extremo. Este diseno proporciona una mayor rigidez del buje en su extremo de boca de inspeccion. El primer extremo del buje en el que se monta el arbol hueco de la turbina de energfa eolica preferentemente tambien esta provisto de un agujero pero como una alternativa puede estar cerrado.
30 Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describira en mas detalle haciendo referencia a los dibujos en los que:
la Figura 1 muestra una vista lateral de una turbina de energfa eolica cuyo rotor esta provisto de un buje de acuerdo con la invencion,
la Figura 2 es una vista ampliada del buje de la turbina de energfa eolica de la Figura 1 de acuerdo con una 35 primera realizacion de la invencion,
la Figura 3 es una vista cuando se mira al buje en la direccion de las flechas III de las Figuras 1 y 2,
la Figura 4 es una vista del buje similar al de la Figura 2 pero con el buje girado 120°,
la Figura 5 es una vista en perspectiva del buje de acuerdo con las Figuras 2 a 4, la Figura 6 es una vista a una realizacion alternativa de un buje de acuerdo con la invencion,
40 la Figura 7 es una vista de un buje de acuerdo con otra realizacion de la invencion,
la Figura 8 es una vista de un buje de acuerdo con la realizacion adicional de la invencion,
la Figura 9 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la lmea IX - IX de la Figura 8, y
la Figura 10 es una vista en perspectiva de un buje de acuerdo con una ultima realizacion de la invencion. Descripcion de realizaciones preferidas de la invencion
45 La Figura 1 muestra la construccion general de una turbina 10 de energfa eolica que comprende una torre 12 y una barquilla 14 dispuesta en la parte superior de la torre 12 y giratoria alrededor de eje 16 vertical. La barquilla 14 comprende un alojamiento 18 dentro del cual un arbol (no mostrado) se dispone de forma giratoria alrededor de un eje 20 horizontal. Montado en el arbol hay un rotor 22 que comprende un buje 24 y tres palas 26 de rotor que se extienden radialmente desde el buje 24. El eje 20 horizontal es identico al eje de rotacion del rotor 22.
50 Una realizacion preferida del buje 24 se muestra en mas detalle en la Figura 2. El buje 24 comprende un cuerpo 28
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hueco fabricado de un material fundido adecuado que es basicamente conocido por expertos en la materia. Tambien pueden usarse otros materiales que proporcionan la rigidez requerida. El cuerpo 28 hueco comprende un primer extremo 30 y un segundo extremo 32 en los que el arbol hueco (no mostrado) de la turbina 10 de energfa eolica se monta en el primer extremo 30 del cuerpo 28 hueco. Tres bridas 34 se disponen en el exterior del cuerpo 28 hueco en el que estas tres bridas 34 estan desplazadas 120°. Cada brida 34 define un area 36 de brida dentro de la respectiva brida 34 y que se extiende en un plano. Dentro de cada area 36 de brida, en esta realizacion de la invencion se proporcionan tres almas 38 de rigidizacion formadas de manera solidaria con la pared del cuerpo 28 hueco y que se extienden desde la brida 34 radialmente hacia dentro hasta el centro 40 del area 36 de brida, estando las tres almas 38 de rigidizacion conectadas de manera solidaria entre sf. El cuerpo 28 hueco que incluye las almas 38 de rigidizacion se forman de acuerdo con un procedimiento de fundido cuyos procedimientos se conocen basicamente para la fabricacion de bujes de los rotores de turbinas de energfa eolica. Otros procedimientos de fabricacion para fabricar el buje son tambien posibles.
Como puede verse en la Figura 2, las tres almas 38 de rigidizacion juntas forman la forma de una estrella de tres brazos en la que una de las almas de rigidizacion se extiende paralela al eje 20 de rotacion con un angulo de 120° entre las almas 38 de rigidizacion adyacentes. Una de las almas 38 de rigidizacion comprende un orificio 42 a traves del cual se extiende el arbol de rotor de un accionamiento de ajuste de paso de pala de rotor (ambos no mostrados) para la rotacion de la pala de rotor. El accionamiento de ajuste de paso puede montarse en esa alma 38 de rigidizacion espedfica.
Como puede verse en las Figuras 2 a 5, los orificios 44 adicionales se disponen en la pared del cuerpo 28 hueco dentro de areas definidas por dos bridas 34 adyacentes y las aberturas en los extremos primero y segundo 30, 32, respectivamente. Proporcionar estos seis agujeros 44 en estas areas reduce adicionalmente el peso total del cuerpo 28 hueco.
Las Figuras 4 y 5 muestran vistas adicionales del buje 24 haciendo mas evidente el diseno espedfico del buje 24 que resulta en una ligera pero ngida construccion general del buje 24.
Las Figuras 6 a 10 muestran otras realizaciones de un buje de acuerdo con la invencion. En estas Figuras, se usan los mismos numeros de referencia para partes y elementos de los bujes identicas o similares a los elementos del buje 24 de acuerdo con las Figuras 2 a 5.
El buje 24 de la Figura 6 comprende cuatro almas 38 de rigidizacion por cada area 36 de brida en el que una de las almas 38 de rigidizacion esta provista de un agujero 42 para un arbol de accionamiento de ajuste de paso en el que se aumenta el grosor del alma 38 de rigidizacion dentro del area de este orificio 42. Las cuatro almas 38 de rigidizacion estan desplazadas una con respecto a la otra 90° de modo que las cuatro almas 38 de rigidizacion estan en la forma de una cruz. El diseno restante del buje 24 de la Figura 6 es similar al del buje de las Figuras 2 a 5.
La Figura 7 muestra un buje 24 cuyo cuerpo 28 hueco comprende dos almas 38 de rigidizacion que se extienden paralelas al eje 20 de rotacion del buje 24 y se aumentan en anchura y/o grosor dentro de las areas adyacentes a la brida 34. En sus partes restantes el buje 24 tiene un diseno similar al del buje de las Figuras 2 a 5.
Otra realizacion de un buje 24 se muestra en las Figuras 8 y 9. En esta realizacion, dentro de cada area de brida se ubican dos conjuntos de almas 38 de rigidizacion dispuestas como se muestra en la Figura 2. Como puede verse en la vista en seccion transversal de acuerdo con la Figura 9, los dos conjuntos de elementos de rigidizacion estan desplazados a lo largo de un eje de ajuste de paso de pala de rotor 46.
Finalmente, la Figura 10 muestra una vista en perspectiva de otro buje 24 desde la direccion del segundo extremo 32 del mismo en el que se pueden ver que la boca 48 de inspeccion dispuesta en este segundo extremo 32 se ubican dentro de una parte 50 profundizada de la pared del cuerpo 28 hueco. Esta parte profundizada aumenta la rigidez del cuerpo 28 hueco. El diseno de las almas de rigidizacion del buje 24 de la Figura 10 es similar al de la realizacion de la Figura 7. Sin embargo, tambien pueden usarse otros disenos de alma de rigidizacion en un buje 24 con una parte 50 profundizada para la boca 48 de inspeccion en el segundo extremo 32 del cuerpo 28 hueco.
La invencion se ha descrito haciendo referencia a realizaciones individuales de la misma como se muestra en la Figuras 1 a 10. Sin embargo, debe apreciarse que la invencion no se limita a las realizaciones espedficas mostradas y que las caractensticas de diseno espedficas de todas las realizaciones mostradas pueden usarse de forma separada y en combinacion entre sf sin alejarse de un a ambito de la invencion. Por consiguiente, el ambito de la invencion se define exclusivamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Buje para el rotor (22) de una turbina (10) de ene^a eolica que comprende:
    un cuerpo (28) hueco giratorio alrededor de un eje de rotacion y provisto de al menos una brida (34) para el montaje en el cuerpo (28) hueco de un cojinete para una pala (26) de rotor y
    al menos dos almas (38) de rigidizacion formadas de manera solidaria con el cuerpo (28) hueco y que se extienden radialmente dentro de un area (36) de brida del cuerpo (28) hueco rodeada por la brida (34) hasta el centro (40) del area (36) de brida,
    en el que se proporcionan al menos dos aberturas dentro del area (36) de brida del cuerpo (28) hueco.
  2. 2. Buje de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las almas (38) de rigidizacion se distribuyen homogeneamente dentro del area (36) de brida y estan desplazadas una con respecto a la otra un angulo sustancialmente igual a 360° dividido por el numero de almas (38) de rigidizacion.
  3. 3. Buje de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que al menos una de las almas (38) de rigidizacion se extiende sustancialmente paralela al eje de rotacion del cuerpo (28) hueco.
  4. 4. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la anchura o el grosor, o ambos, de las almas (38) de rigidizacion disminuye hacia el centro (40) del area (36) de brida.
  5. 5. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las almas (38) de rigidizacion son macizas o huecas.
  6. 6. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos una de las almas (38) de rigidizacion esta provista de un orificio (42) para un arbol (20) de rotor de un medio de accionamiento para hacer rotar una pala (26) de rotor cuando esta montada a traves del cojinete en la brida (34).
  7. 7. Buje de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la anchura o grosor, o ambos, de la al menos un alma (38) de rigidizacion aumenta dentro del area (42) del orificio.
  8. 8. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las almas (38) de rigidizacion se disponen dentro de un plano inclinado con respecto al eje de rotacion del cuerpo (28) hueco.
  9. 9. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las almas (38) de rigidizacion se disponen en al menos dos conjuntos de al menos dos almas (38) de rigidizacion y en el que los dos conjuntos de almas (38) de rigidizacion estan desplazados a lo largo de un eje (46) de ajuste de paso de pala (26) de rotor perpendicular a un plano definido por la brida (34).
  10. 10. Buje de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que las almas (38) de rigidizacion de un conjunto a otro estan desplazadas entre sf alrededor del eje (46) de ajuste de paso de pala (26) de rotor.
  11. 11. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el numero de almas (38) de rigidizacion es tres o cuatro.
  12. 12. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el cuerpo (28) hueco comprende al menos dos y preferentemente tres bridas (34), definiendo cada una un area (36) de brida y en el que cada area (36) de brida esta provista de al menos dos almas (38) de rigidizacion, siendo la forma, numero y/o disposicion de las almas (38) de rigidizacion dentro de cada area (36) de brida identicas o diferentes.
  13. 13. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el cuerpo (28) hueco comprende un primer extremo (30) para el montaje en un arbol (20) de rotor y un segundo extremo (32) opuesto al primer extremo (30) y en el que el cuerpo (28) hueco dentro de areas entre bridas (34) adyacentes y su primer o segundo extremo (32) o ambos extremos esta provisto de orificios (44) adicionales.
  14. 14. Buje de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que el cuerpo (28) hueco en el caso de que comprenda tres bridas (34) esta provisto de tres orificios (44) adicionales adyacentes a sus extremos primero y segundo (30, 32).
  15. 15. Buje de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el cuerpo (28) hueco comprende un primer extremo (30) para el montaje en un arbol (20) de rotor y un segundo extremo (32) opuesto al primer extremo (30) y en el que el cuerpo (28) hueco en su primer y/o segundo extremo (30, 32) comprende un agujero (42).
  16. 16. Buje de acuerdo con la reivindicacion 15, en el que el cuerpo (28) hueco en su segundo extremo (32) comprende un area (50) profundizada con una boca de inspeccion (48) ubicada en la misma.
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