ES2714098T3 - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala - Google Patents

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Abstract

Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala donde el aerogenerador comprende: - al menos una pala (1), - un rodamiento (2) con una pista fija (3) unida a un buje (4) del aerogenerador y una pista móvil (5), - una placa de accionamiento (6) accionable mediante un actuador (7) unido al buje (4), donde la placa de accionamiento (6) se encuentra dispuesta entre la pala (1) y el rodamiento (2) y comprende una cara posterior (12) dispuesta en contacto con la pala (1) y una cara anterior (15) dispuesta en contacto con una cara posterior (16) de la pista móvil (5) del rodamiento (2), donde la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular a la dirección longitudinal de la pala (1), y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular al eje del rodamiento (2), la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) formando un ángulo distinto de 0º, y - medios de fijación (9, 10) que unen la pala (1), la placa de accionamiento (6) y la pista móvil (5) del rodamiento (2), donde el actuador (7) está fijado a la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6), y donde los medios de fijación (9, 10) comprenden unos pernos (9) dispuestos en unos orificios (14) que atraviesan la pista móvil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la raíz de la pala (1), donde los pernos (9) se disponen paralelos a la dirección longitudinal de la pala (1).

Description

DESCRIPCION
Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala dotado de un angulo entre la direccion longitudinal de la pala y el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala, aumentando asf la separacion entre la pala y la torre y reduciendo las cargas en el actuador sistema de cambio de paso de pala o pitch.
El objeto de la presente invencion es dotar a un aerogenerador de un sistema de cambio de paso de pala en el que se disminuye el numero de componentes del sistema, con la consiguiente reduccion del numero de uniones entre componentes, que conlleva una disminucion de las tareas de montaje y operaciones de pretensionado de pernos de union.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El sistema de cambio de paso de pala en aerogeneradores consta de un rodamiento sobre el que se amarra la pala. Este rodamiento esta unido por una parte, i.e. la parte fija o estacionaria al buje, mientras que su parte movil esta unida por un lado a la pala y por otro lado, el ubicado hacia el interior del buje, unido a una placa de accionamiento. Dicha pala a su vez dispone de una conexion con un actuador hidraulico o electrico unido al buje para dotar de giro a la pala. En caso de actuador hidraulico, este mueve la placa de accionamiento por medio de un sistema eje-rotula. La placa de accionamiento tiene dos funciones: por una parte rigidiza al buje, es decir, tiene una funcion estructural y por otra parte actua como eslabon de la cadena cinematica del sistema de paso de pala.
El rodamiento tiene las dimensiones de la rafz de pala y generalmente es un rodamiento en el que las superficies de contacto con la pala y con la placa de accionamiento son perpendiculares al eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala de manera que la direccion longitudinal de la pala es coincidente con el eje del rodamiento, donde dicha placa de accionamiento tiene a su vez el flanco de union al rodamiento perpendicular a la direccion longitudinal de la pala.
Sin embargo, se ha demostrado beneficioso para los esfuerzos que ha de soportar el aerogenerador, que el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala y la direccion longitudinal de la pala no sean coincidentes sino que exista un angulo entre ellos de manera que la punta se aleje de la torre y tal que, cuando los esfuerzos son maximos, en la zona del codo de la curva de potencia, la pala al flectar coloque el centro de gravedad cercano al eje de giro del rodamiento. De esta forma dichos esfuerzos sobre pala y aerogenerador se ven considerablemente reducidos. Este angulo se denomina angulo de preconing.
Este aspecto geometrico es muy importante ya que permite aligerar los disenos de pala y del resto de componentes de aerogenerador. Para lograr el angulo de preconing existen dos alternativas posibles: disponer las superficies de la pista movil de rodamiento no paralelas al eje del mismo, mediante mecanizado, tal y como se divulga en la solicitud de patente europea EP2336553A1 o mecanizar la rafz de la pala con el angulo demandado.
Mecanizar la rafz de la pala con el angulo demandado resulta impracticable dada la precision requerida para dicho angulo asf que generalmente se opta por mecanizar el rodamiento, lo que incrementa la cantidad de material requerido para la fabricacion del mismo, debido a que el material de partida necesario es mayor que el material de que consta finalmente el rodamiento, donde la diferencia se pierde en el proceso de mecanizado.
A su vez, es ventajoso disponer de una misma plataforma, es decir, de los mismos elementos estructurales del aerogenerador, a saber, torre y elementos de la gondola, con el mismo dimensionamiento, de manera que dicha plataforma pueda ser valida para su uso con diferentes dimensiones de palas para distintas clases de emplazamiento, optimizando de esta manera el coste de fabricacion.
Sin embargo, las cargas pueden variar de un aerogenerador a otro dependiendo del rotor que utilice, de manera que es diffcil mantener la misma plataforma. Una forma de hacerlo serfa imponer para cada rotor el angulo de preconing adecuado. Resulta por tanto de gran interes el emplear metodos y tecnicas que permitan adaptar la distancia entre la pala y la torre de una plataforma a otra de manera sencilla.
Los sistemas de aerogeneradores con sistemas de actuacion de paso de pala conocidos en el estado de la tecnica comprenden un rodamiento, una placa de accionamiento, un eje o eje-rotula y un actuador lineal hidraulico, donde la pala se dispone en contacto con un primer flanco de la pista movil del rodamiento, y la placa de accionamiento, tambien denominada placa pitch, se dispone en contacto con un segundo flanco de la pista movil del rodamiento enfrentada hacia el interior del buje. A dicha placa de accionamiento se une el actuador que va unido solidariamente al buje mediante un eje-rotula. La pista fija del rodamiento se encuentra unida al buje de la gondola. La introduccion de la rotula es necesaria debido a que el angulo formado entre el eje longitudinal de la pala y el eje de giro de la pista fija del rodamiento hacen que el actuador tenga que maniobrar girando con una orbita conica en lugar de cilfndrica. Si esta orbita fuera perfectamente cilfndrica no se precisarfa de dicha rotula.
Ademas, la placa de accionamiento y el eje o eje-rotula se fabrican por separado y se ensamblan posteriormente, generalmente empleando pernos de union entre los mismos.
La solicitud de patente europea EP2336553A1 dota de un angulo de preconing al sistema de cambio de paso de pala mediante un mecanizado en el rodamiento de manera que la cara del mismo en contacto con la pala no sea perpendicular al eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala.
US2013/216394A1 divulga un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala.
Sin embargo, al contar los aerogeneradores con palas de grandes dimensiones, superando incluso los 40 metros, un pequeno error bien de mecanizado o bien de montaje se traduce en un elevado error en punta de pala. Es la cota entre punta de pala y torre la que dimensiona en muchas casos la estructura de la pala; por tanto el mecanizado del rodamiento soporte debe de ser muy preciso y la tolerancia muy restringida. Esto encarece de sobremanera este rodamiento que debe de mecanizarse y ensamblarse con el resto de componentes de forma adecuada para garantizar dicho angulo, y ademas se incrementa mucho el material de desecho con respecto a un rodamiento recto. Todos estos problemas quedan solventados con el aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala de la presente invencion.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun la reivindicacion 1.
La placa de accionamiento comprende una cara posterior dispuesta en contacto con la pala y una cara anterior dispuesta en contacto con una cara posterior de la pista movil del rodamiento, donde la cara posterior de la placa de accionamiento es perpendicular a la direccion longitudinal de la pala y la cara anterior de la placa de accionamiento es perpendicular a eje del rodamiento.
Las caras de la placa de accionamiento forman un angulo distinto de 0°, preferentemente un angulo mayor de 0° y menor o igual a 5°. Este angulo es el angulo de preconing, angulo existente entre el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala y la direccion longitudinal de la pala.
De esta manera, se traslada la complejidad del sistema de cambio de paso de pala a un unico componente, la placa de accionamiento, que adopta el angulo de preconing necesario para el diseno adecuado del aerogenerador.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una vista esquematica de una solucion presente en el estado de la tecnica donde el rodamiento se encuentra dispuesto entre la pala y la placa de accionamiento y donde la pala esta dotada del angulo de preconing entre el eje de giro del rodamiento y la direccion longitudinal de la pala.
La Figura 2 muestra una vista esquematica de otra solucion presente en el estado de la tecnica donde el angulo de preconing es de 0°.
La Figura 3 muestra una vista esquematica de un primer ejemplo de la solucion objeto de la invencion donde el angulo de preconing es distinto de 0°.
La Figura 4 muestra una vista esquematica de un segundo ejemplo de la solucion objeto de la invencion donde el angulo de preconing es distinto de 0°.
La Figura 5 muestra vista en perspectiva de la solucion objeto de la invencion para un ejemplo de realizacion en el que el eje de la placa de accionamiento del sistema de cambio de paso de pala se encuentra integrado en la placa de accionamiento.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A la vista de las figuras se describe a continuacion un modo de realizacion preferente del aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala objeto de la presente invencion.
En una realizacion preferida, el aerogenerador comprende:
• al menos una pala (1),
• un rodamiento (2) con una pista fija (3) unida a un buje (4) del aerogenerador y una pista movil (5),
• una placa de accionamiento (6) accionable mediante un actuador (7), estando dicho actuador (7) unido al buje (4) por un primer extremo de dicho actuador (7), y unido a la placa de accionamiento (6) por un segundo extremo del actuador (7) mediante un eje (8) o eje-rotula,
donde la placa de accionamiento (6) se encuentra dispuesta entre la pala (1) y la pista movil (5) del rodamiento (2). El actuador (7) es preferentemente un actuador hidraulico con una camisa fija unida al buje (4) y un piston movil unido al eje (8) o eje-rotula.
Ademas, la placa de accionamiento (6) comprende una cara posterior (12) dispuesta en contacto con la pala (1) que forma un determinado angulo con una cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) dispuesta en contacto con una cara posterior (16) de la pista movil (5) del rodamiento (2). Este angulo es el angulo de preconing, angulo existente entre el eje de giro del rodamiento (2) del sistema de cambio de paso de pala y la direccion longitudinal de la pala (1). Este angulo puede ser cualquier angulo desde 0° hasta valores adecuados para cada aerogenerador, pero un angulo de 0° no se reivindica. Preferentemente, el angulo de preconing esta comprendido entre 1° y 5°. El aerogenerador comprende ademas unos medios de fijacion (9, 10) que unen la pala (1), la placa de accionamiento (6) y la pista movil (5) del rodamiento (2), donde dichos medios de fijacion (9, 10) comprenden unos pernos (9) dispuestos en unos orificios (14) que atraviesan la pista movil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la rafz de la pala (1), pernos (9) que se disponen paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1), repartiendose los esfuerzos de manera optima en la rafz de la pala (1), en la placa de accionamiento (6) y en el rodamiento (2).
Los medios de fijacion (9, 10) comprenden ademas unas tuercas (10) que permiten llevar a cabo la fijacion del conjunto pala (1), placa de accionamiento (9) y pista movil (5) del rodamiento (2) a traves de los pernos (9) dispuestos en los orificios (14) que atraviesan la pista movil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la rafz de la pala (1).
En una primera variante, una cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) es perpendicular al eje longitudinal de la pala (1), de manera que los pernos (9) se siguen disponiendo paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1) y las tuercas (10) de fijacion asientan en la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2), y donde ademas, la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) es paralela a la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6), tal y como se observa en las Figuras 2 y 3.
Esto es ventajoso tanto en el caso de un angulo de preconning de 0° empleando un rodamiento (2) cilfndrico recto, i.e. que comprende una pista movil (5) y una pista fija (3) con geometrfa cilfndrica recta, es decir un rodamiento (2) convencional, tal y como se muestra en la Figura 2, donde esta realizacion no forma parte de la invencion, como en el caso de un angulo de preconning entre 1° y 5°. En este segundo caso, y tal y como se muestra en la Figura 3, la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) ya forma un angulo recto con los pernos (9), por lo que no requiere de un mecanizado adicional para cada tuerca que permita seguir disponiendo los pernos (9) paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1) y lograr un adecuado asentamiento de las tuercas (10).
Sin embargo, es particularmente ventajoso el empleo de rodamientos cilfndricos rectos y de angulos de preconning entre 1° y 5°. En este caso, la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) no es perpendicular al eje longitudinal de la pala (1), por lo que los pernos (9), siendo paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1), no son perpendiculares a la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) y las tuercas (10) de fijacion no asientan correctamente sobre dicha cara anterior (11), ya que la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) forma un angulo distinto de 0° con la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6),
Para solventarlo, en una segunda variante, la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) comprende unos mecanizados (13) paralelos a la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) situada en contacto con la pala (1), de manera que los pernos (9) se siguen disponiendo paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1) y las tuercas (10) de fijacion asientan correctamente en dichos mecanizados (13), tal y como se observa en la Figura 4, donde el rodamiento (2) es cilfndrico recto.
En cualquiera de las dos variantes anteriores, o bien el tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista movil (5) del rodamiento (2) forma un angulo con el eje del rodamiento (2) igual al angulo de preconing, es decir, el angulo formado entre la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6), como se muestra en la Figura 4, o bien el tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista movil (5) del rodamiento (2) es paralelo al eje del rodamiento (2) y presenta un diametro que define un alojamiento donde los pernos (9) quedan dispuestos paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1), como se muestra en el detalle de la Figura 3.
El eje (8) o eje-rotula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) se encuentra al menos parcialmente y de manera preferente totalmente integrado en dicha placa de accionamiento (6) en otro ejemplo de realizacion, en forma de protuberancia, formando una unica pieza. La funcion de dicha protuberancia es acercar la superficie de la placa en un extremo de la protuberancia lo mas posible al punto de union del actuador (7). Como consecuencia de ello, el eje (8) o eje rotula de ser necesario, sera mas corto y, como consecuencia de la reduccion del brazo de palanca que ha de soportar, tambien de menor seccion que sin protuberancia. De esta manera se reducen de manera total o parcial las dimensiones de dicho eje (8) o eje rotula que hace de union entre la placa de accionamiento (6) y el actuador (7), pudiendo emplearse elementos mas sencillos y baratos para dicha union. Se reducen tambien las uniones atornilladas entre el eje (8) y la placa de accionamiento (6) que ademas requerirfan de un mecanizado de las superficies en contacto de ambos (6, 8) lo que incremental el tiempo y el coste del proceso de fabricacion.
En este caso, el actuador (7) se encuentra unido al buje (4) por un primer extremo de dicho actuador (7), y unido a la protuberancia de la placa de accionamiento (6) por un segundo extremo de dicho actuador (7). Dicha protuberancia se encuentra situada de manera excentrica a la placa de accionamiento, de manera que la fuerza de accionamiento requerida para girar la pala sea lo menor posible.
Si el eje (8) o eje-rotula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) se encuentra parcialmente integrado en la placa de accionamiento (6), se reducen las dimensiones (seccion) del eje (8) o eje rotula, pues al reducir la longitud del mismo, marcada por la distancia entre la placa de accionamiento (6) y el punto de aplicacion de la fuerza del actuador (7), el momento creado en la seccion de union con la placa de accionamiento (6) disminuye por la reduccion del brazo de palanca.
En el caso de la integracion parcial, el eje (8) o eje-rotula puede ser un pin cilfndrico unido por interferencia termica a la placa de accionamiento (6) y mecanizado para permitir que exista juego (un giro alrededor del eje) entre una munequilla del actuador (7) y dicho eje (8), juego necesario para hacer posible el giro del rodamiento (2) mediante un actuador (7) lineal. De esta manera solo hay pernos (9) de union en el amarre de la placa de accionamiento (6) al rodamiento (2) y a la pala (1).
Preferentemente, la union de pin cilfndrico y protuberancia (17) es adyacente a la munequilla del actuador (7) Si el eje (8) o eje-rotula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) se encuentra totalmente integrado en la placa de accionamiento (6) parte de la protuberancia incorpora un mecanizado que permite el juego descrito anteriormente.
Preferentemente esta pieza unica en la que se encuentra al menos parcialmente integrado el eje (8) o eje-rotula en la placa de accionamiento (6) esta fabricada por fundicion. Dicho proceso de fabricacion permite dotar a la misma de geometrfas complejas, como por ejemplo el angulo de preconing o aunar en una misma pieza dos de los elementos del sistema de cambio de paso de pala como son el eje (8) o eje-rotula y la placa de accionamiento (6), tal y como se ha descrito y se muestra en las Figuras 5 y 6

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala donde el aerogenerador comprende:
• al menos una pala (1),
• un rodamiento (2) con una pista fija (3) unida a un buje (4) del aerogenerador y una pista movil (5),
• una placa de accionamiento (6) accionable mediante un actuador (7) unido al buje (4),
donde la placa de accionamiento (6) se encuentra dispuesta entre la pala (1) y el rodamiento (2) y comprende una cara posterior (12) dispuesta en contacto con la pala (1) y una cara anterior (15) dispuesta en contacto con una cara posterior (16) de la pista movil (5) del rodamiento (2), donde la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular a la direccion longitudinal de la pala (1), y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular al eje del rodamiento (2), la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) formando un angulo distinto de 0°, y
• medios de fijacion (9, 10) que unen la pala (1), la placa de accionamiento (6) y la pista movil (5) del rodamiento (2),
donde el actuador (7) esta fijado a la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6), y donde los medios de fijacion (9, 10) comprenden unos pernos (9) dispuestos en unos orificios (14) que atraviesan la pista movil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la rafz de la pala (1), donde los pernos (9) se disponen paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1).
2. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun reivindicacion 1 caracterizado por que los medios de fijacion (9, 10) comprenden ademas unas tuercas (10) que permiten llevar a cabo la fijacion del conjunto pala (1), placa de accionamiento (9) y pista movil (5) del rodamiento (2) a traves de los pernos (9) dispuestos en los orificios (14) que atraviesan la pista movil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la rafz de la pala (1).
3. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun reivindicacion 2 caracterizado por que el rodamiento (2) comprende una pista movil (5) y una pista fija (3) con geometrfa cilfndrica recta, de manera que una cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) de pala situada hacia el interior del buje (4) es perpendicular al eje de giro del rodamiento (2).
4. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun reivindicacion 3 caracterizado por que la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) comprende unos mecanizados (13) paralelos a la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) situada en contacto con la pala (1), donde asientan las tuercas (10) de fijacion.
5. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun reivindicacion 2 caracterizado por que la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) y una cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) son paralelas, de manera que la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2) es perpendicular al eje longitudinal de la pala (1).
6. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun reivindicacion 5 caracterizado por que las tuercas (10) de fijacion asientan en la cara anterior (11) de la pista movil (5) del rodamiento (2).
7. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado por que un tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista movil (5) del rodamiento (2) forma un angulo con el eje del rodamiento (2) igual al angulo formado entre la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6).
8. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado por que un tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista movil (5) del rodamiento (2) es paralelo al eje del rodamiento (2) y presenta un diametro que define un alojamiento donde los pernos (9) quedan dispuestos paralelos a la direccion longitudinal de la pala (1).
9. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un eje (8) o eje-rotula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) que se encuentra al menos parcialmente integrado en forma de protuberancia en dicha placa de accionamiento (6), formando una unica pieza.
10. - Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala segun la reivindicacion 9 caracterizado por que el actuador (7) se encuentra unido al buje (4) por un primer extremo de dicho actuador (7), y unido a un extremo de la protuberancia de la placa de accionamiento (6) por un segundo extremo del actuador (7).
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