ES2820579T3 - Dispositivo de variación de paso de pala de turbina eólica, procedimiento de variación de paso, dispositivo de control de variación de paso y turbina eólica - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de variación de paso para una pala de turbina eólica, configurado para controlar un ángulo de paso de una pala montada de manera rotativa en un cubo (100), y estando la pala montada en el cubo (100) a través de un cojinete de paso (200), y el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica comprende: una estructura de accionamiento de tipo disco (300) montada fijamente en la pala y que es perpendicular a un eje del cojinete de paso (200), en la que una pista (310) que rodea el eje del cojinete de paso (200) se proporciona en la estructura de accionamiento de tipo disco (300); un primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) que tiene un extremo articulado al cubo (100) y otro extremo conectado a la pista (310) a través de un primer miembro de sujeción (405) capaz de sujetar la pista (310), en el que el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) y el primer miembro de sujeción (405) están conectados a través de una conexión articulada; y un segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) que tiene un extremo articulado al cubo (100) y otro extremo conectado a la pista (310) a través de un segundo miembro de sujeción (505) capaz de sujetar la pista (310), en el que el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) y el segundo miembro de sujeción (505) están conectados a través de una conexión articulada; en el que: en un caso en el que un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual sea mayor que un umbral preestablecido, el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300); y en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual que el umbral preestablecido, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de variación de paso de pala de turbina eólica, procedimiento de variación de paso, dispositivo de control de variación de paso y turbina eólica
Campo
La presente solicitud se refiere al campo de los dispositivos de generación de energía eólica y, en particular, se refiere a un dispositivo de variación de paso, un procedimiento de variación de paso y un dispositivo de control de variación de paso para una pala de turbina eólica y una turbina eólica.
Antecedentes
La invención se refiere a un dispositivo de variación de paso de acuerdo con la reivindicación 1, un procedimiento para un dispositivo de variación de paso de acuerdo con la reivindicación 6 y un dispositivo de control de acuerdo con la reivindicación 10. Se utiliza un sistema de variación de paso para una turbina eólica para ajustar un ángulo de paso de pala, para permitir que la turbina eólica funcione en las condiciones óptimas de trabajo, y el sistema de variación de paso también es una parte importante de un sistema de seguridad de la turbina eólica, que puede garantizar el arranque y la detención normal y la detención de emergencia en una situación especial de la turbina eólica. La turbina eólica se encuentra en un modo de variación de paso de ángulo pequeño durante aproximadamente el 70% del tiempo de trabajo, lo que requiere que el sistema de variación de paso tenga una alta precisión y un mecanismo de variación de paso tenga una carrera de actuación corta. La turbina eólica está en un modo de variación de paso de ángulo grande durante aproximadamente el 30% del tiempo de trabajo, lo que requiere que el sistema de variación de paso tenga una respuesta rápida y que el mecanismo de inclinación tenga una carrera de actuación larga.
El sistema existente de variación de paso accionado por engranaje es un conjunto de actuador de variación de paso, en el que un motor de variación de paso impulsa un reductor de velocidad de variación de paso, el reductor de velocidad de variación de paso impulsa un engranaje de salida de variación de paso para rotar, el engranaje de salida de variación de paso impulsa un cojinete de paso para rotar, y el cojinete de paso impulsa las palas para variar el paso de pala. Una rueda de accionamiento de variación de paso (es decir, el engranaje de salida de variación de paso) tiene dientes exteriores, el cojinete de paso tiene dientes internos y las palas están fijadas al cojinete de paso mediante pernos. En el caso de que el cojinete de paso sea accionado por el engranaje, algunos dientes del engranaje de salida de variación de paso y del cojinete de paso podrían desgastarse durante el modo de variación de paso de ángulo pequeño, causando una abrasión excesiva de los dientes internos del cojinete de paso, y dando como resultado una falla por fatiga del engranaje, y eventualmente el engranaje se romperá y dañará. Los daños al engranaje del cojinete de paso darán como resultado una variación de paso anormal, y se requiere un nuevo cojinete de paso para reemplazar el roto, lo que aumentará el costo de mantenimiento de la turbina eólica.
El documento de patente DE 202015001902 U1 se refiere a una turbina eólica que tiene una unidad de ajuste, y la unidad de ajuste está configurada para ajustar un ángulo de paso de una pala de rotor. En la turbina eólica, la pala de rotor está montada en un cubo de rotor por medio de un cojinete de pivote. El cojinete de pivote incluye anillos de cojinete que rotan en sentido contrario. La unidad de ajuste incluye dos actuadores de ajuste, los actuadores de ajuste están dispuestos en una parte portadora conectada rígidamente con el anillo de cojinete que está fijado al cubo de rotor. Los actuadores de ajuste tienen un punto de enlace en la parte portadora y un punto de enlace en el anillo de cojinete conectado con la pala de rotor. Se pueden extender o retraer dos actuadores de ajuste simultáneamente para rotar de manera opuesta los dos cojinetes, o un actuador de ajuste puede extenderse y el otro retraerse para rotar de forma opuesta los dos cojinetes, para ajustar el ángulo de paso de la pala de rotor.
El documento de patente US 2013193686 A1 se refiere a un sistema y a un procedimiento para determinar los ángulos de paso de una turbina eólica durante un recorte de punta. El sistema incluye un sensor y un controlador de turbina. El controlador de turbina recibe señales del sensor, y se puede determinar un ángulo de paso objetivo en base a una relación matemática entre el ángulo de paso objetivo y el parámetro de recorte de punta. El controlador de turbina puede controlar el ángulo de paso transmitiendo señales de control a un mecanismo de ajuste de paso.
Sumario
Se proporciona un dispositivo de variación de paso, un procedimiento de variación de paso y un dispositivo de control de variación de paso para una pala de turbina eólica y una turbina eólica de acuerdo con la presente solicitud, para abordar el problema de que un engranaje de transmisión se desgasta severamente durante el modo de variación de paso de ángulo cuando se emplea un sistema de accionamiento por engranaje en la turbina eólica existente.
En un primer aspecto, se proporciona un dispositivo de variación de paso para una pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, y está configurado para controlar un ángulo de paso de una pala montada de manera rotativa en un cubo, la pala está montada en el cubo a través de un cojinete de paso, y el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica incluye:
una estructura de accionamiento de tipo disco montada fijamente en la pala y que es perpendicular a un eje del cojinete de paso, en la que se proporciona una pista que rodea el eje del cojinete de paso en la estructura de accionamiento de tipo disco;
un primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal que tiene un extremo articulado al cubo y otro extremo conectado a la pista a través de un primer miembro de sujeción capaz de sujetar la pista, en el que el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal y el primer miembro de sujeción están conectados a través de una conexión articulada; y
un segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal que tiene un extremo articulado al cubo y otro extremo conectado a la pista a través de un segundo miembro de sujeción capaz de sujetar la pista, en el que el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal y el segundo miembro de sujeción están conectados a través de una conexión articulada; en el que:
en un caso en el que un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual sea mayor que un umbral preestablecido, el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco); y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual que el umbral preestablecido, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco.
En un segundo aspecto, además se proporciona un procedimiento de control para el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye:
adquirir un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual;
comparar el ángulo incluido con un umbral preestablecido; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, enviar una primera señal de control, en el que la primera señal de control está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala pueda acercarse al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, enviar una segunda señal de control, en el que la segunda señal de control está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo; y
en el que el umbral preestablecido es superior a 0 grados.
En un tercer aspecto, además se proporciona un dispositivo de control de variación de paso de pala para el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye:
una unidad de adquisición configurada para adquirir un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual;
una unidad de determinación configurada para comparar el ángulo incluido con un umbral preestablecido; y una unidad de envío de señal, en la que:
en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una primera señal de control, y la primera señal de control está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala se acerque al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una segunda señal de control, y la segunda señal de control está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo; y
en el que el umbral preestablecido es superior a 0 grados.
En un cuarto aspecto, además se proporciona una turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica anterior y el dispositivo de control de variación de paso de pala para la turbina eólica.
Se proporciona un dispositivo de variación de paso, un procedimiento de variación de paso y un dispositivo de control de variación de paso para una pala de turbina eólica y una turbina eólica de acuerdo con la presente solicitud. El dispositivo de variación de paso reemplaza un sistema de variación de paso de tipo integral existente accionado por un engranaje, realiza variaciones de paso segmentarias de la turbina eólica, superando de esta forma la pérdida de fricción entre las caras de dientes de un engranaje de accionamiento y el cojinete de paso durante el procedimiento de variación de paso (particularmente el procedimiento de variación de paso de ángulo pequeño), prolongando la vida útil del cojinete de paso y reduciendo el costo de mantenimiento, mejorando de esta forma el rendimiento de la variación de paso y la calidad de generación de energía de la turbina eólica. Breve descripción de los dibujos
La presente solicitud se comprenderá mejor a partir de las siguientes descripciones realizadas junto con los dibujos.
Otras características, objetos y ventajas de la presente solicitud serán más evidentes con referencia a la descripción detallada de realizaciones no limitativas realizadas junto con los dibujos, en los que, números de referencia iguales o similares se refieren a características iguales o similares.
La Figura 1 es una vista esquemática que muestra la estructura de un dispositivo de variación de paso para una pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud;
La Figura 2 es una vista esquemática que muestra la estructura de un dispositivo de control de variación de paso del dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud.
Números de referencia en las Figuras:
100 cubo, 200 cojinete de paso,
300 estructura de accionamiento de tipo disco, 310 pista,
400 primer mecanismo de accionamiento
telescópico lineal,
401 primer miembro telescópico, 402 primer mecanismo de accionamiento, 405 primer miembro de sujeción,
500 segundo mecanismo de accionamiento
telescópico lineal,
501 segundo miembro telescópico, 502 segundo mecanismo de accionamiento 505 segundo miembro de sujeción.
Descripción detallada
Las características en varios aspectos y realizaciones ejemplares de la presente solicitud se describen en detalle a continuación. En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de ayudar a comprender en profundidad la presente solicitud. Sin embargo, es obvio para los expertos en la técnica que la presente solicitud puede ser implementada sin algunos de estos detalles específicos. Las siguientes descripciones de las realizaciones están destinadas simplemente a proporcionar una mejor comprensión de la presente solicitud ilustrando ejemplos de la presente solicitud. La presente solicitud no se limita a ninguna configuración y algoritmo específicos que se presentan en lo sucesivo; y cualquier modificación, reemplazo y mejora de elementos, miembros y algoritmos están cubiertos en el alcance de la presente solicitud sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En los dibujos y la siguiente descripción, las estructuras y técnicas bien conocidas no se ilustran para evitar oscurecer de forma innecesaria la presente solicitud.
Se describirán con más detalle realizaciones ejemplares con referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, las realizaciones ejemplares se pueden implementar de diversas formas, y no debe interpretarse que la presente solicitud se limita a las realizaciones ilustradas en la presente memoria; por el contrario, estas realizaciones se proporcionan para hacer la presente solicitud más completa y abarcadora, y para transmitir completamente los conceptos de las realizaciones ejemplares a los expertos en la técnica. En los dibujos, el grosor de las regiones y capas podría estar exagerado para mayor claridad. Los mismos números de referencia en los dibujos indican estructuras iguales o similares y, por tanto, se omiten sus descripciones detalladas.
Como se muestra en la Figura 1, se proporciona un dispositivo de variación de paso para una pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que está configurado para controlar un ángulo de paso de una pala montada de manera rotativa en un cubo 100. La pala está montada en el cubo 100 a través de un cojinete de paso 200, y el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica incluye una estructura de accionamiento de tipo disco 300, un primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 y un segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500.
La estructura de accionamiento de tipo disco 300 está montada fijamente en la pala y es perpendicular a un eje del cojinete de paso 200, y se proporciona una pista 310 que rodea el eje del cojinete de paso 200 en la estructura de accionamiento de tipo disco 300.
El primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 tiene un extremo articulado al cubo 100, y otro extremo conectado a la pista 310 a través de un primer miembro de sujeción 405 capaz de sujetar la pista 310, y el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 y el primer miembro de sujeción 405 está conectado mediante una conexión articulada.
El segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 tiene un extremo articulado al cubo 100, y otro extremo conectado a la pista 310 a través de un segundo miembro de sujeción 505 capaz de sujetar la pista 310, y el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 y el segundo miembro de sujeción 505 están conectados mediante una conexión articulada.
En el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con esta realización, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 puede usar un dispositivo de actuación de alta precisión para lograr una actuación precisa, y el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 puede usar un dispositivo de actuación de gran empuje y carrera larga para realizar una actuación de carrera larga. Los dos mecanismos de accionamiento telescópicos cooperan para reemplazar el sistema de variación de paso de tipo integral existente accionado por un engranaje y, por lo tanto, el control de variación de paso de ángulo pequeño de la pala se puede lograr utilizando solo el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400; y en el caso de que se requiera un control de variación de paso de ángulo grande de la pala, primero se utiliza el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 para accionar la hoja, y luego se utiliza el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 para controlar la pala cuando está a punto de alcanzar un ángulo de variación de paso, logrando de esta forma un control preciso del ángulo de variación de paso de pala. En el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con esta realización, se emplean dos mecanismos de accionamiento telescópicos para realizar una actuación segmentaria, superando de esta forma la pérdida por fricción entre las caras de dientes de un engranaje de accionamiento y el cojinete de paso durante el procedimiento de variación de paso (particularmente el procedimiento de variación de paso de ángulo pequeño), prolongando la vida útil del cojinete de paso y reduciendo el costo de mantenimiento, mejorando de esta forma el rendimiento de la variación de paso y la calidad de generación de energía de la turbina eólica. En el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con esta realización, cuando el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 acciona la estructura de accionamiento de tipo disco 300, el primer miembro de sujeción 405 sujeta la pista 310 y el segundo miembro de sujeción 505 se desacopla de la pista 310; y cuando el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 acciona la estructura de accionamiento de tipo disco 300, el primer miembro de sujeción 405 se desacopla de la pista 310, y el segundo miembro de sujeción 405 sujeta la pista 310.
La estructura de accionamiento de tipo disco 300 está montada fijamente en un anillo interior o anillo exterior, que está conectado fijamente a la pala del cojinete de paso 200. Por ejemplo, en el caso de que el anillo exterior del cojinete de paso 200 esté conectado fijamente a la pala, la estructura de accionamiento de tipo disco 300 está montada fijamente en el anillo exterior del cojinete de paso 200; o, en el caso de que el anillo interior del cojinete de paso 200 esté conectado fijamente a la pala, la estructura de accionamiento de tipo disco 300 está montada fijamente en el anillo interior del cojinete de paso 200.
La pista 310 puede ser una pista única y, en la presente memoria, la pista 310 puede tener la forma de un círculo, un óvalo o un arco (es decir, parte de un círculo), y un centro del círculo, óvalo o arco anterior es preferentemente el eje del cojinete de paso.
Opcionalmente, la pista 310 puede tener pistas dobles, y la pista 310 puede tener la forma de un círculo, un óvalo o un arco (es decir, parte de un círculo) y un centro del círculo, óvalo o arco anterior es preferentemente el eje del cojinete de paso. En este caso, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 está conectado a una pista de las pistas dobles, y el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 está conectado a la otra pista de las pistas dobles.
En el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con esta realización, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 incluye un primer miembro telescópico 401 y un primer mecanismo de accionamiento 402. El primer mecanismo de accionamiento 402 acciona el primer miembro telescópico 401 para realizar un movimiento telescópico, el primer mecanismo de accionamiento 402 está articulado al cubo 100 y el primer miembro telescópico 401 está articulado al primer miembro de sujeción 405. El primer mecanismo de accionamiento 402 puede ser un motor lineal o un cilindro hidráulico, el primer miembro telescópico 401 es una varilla telescópica y el accionamiento telescópico lineal se puede realizar utilizando el motor lineal o el cilindro hidráulico para accionar la varilla telescópica.
El primer mecanismo de accionamiento 402 también puede ser un motor bidireccional, por consiguiente, el primer miembro telescópico 401 es una varilla roscada, y la varilla roscada es accionada por el motor bidireccional para accionar linealmente un manguito en la varilla roscada.
En el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con esta realización, el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 incluye un segundo miembro telescópico 501 y un segundo mecanismo de accionamiento 502. El segundo mecanismo de accionamiento 502 acciona el segundo miembro telescópico 501 para realizar un movimiento telescópico, el segundo mecanismo de accionamiento 502 está articulado al cubo 100 y el segundo miembro telescópico 501 está articulado al segundo miembro de sujeción 505.
El segundo mecanismo de accionamiento 502 puede ser un motor lineal o un cilindro hidráulico, el segundo miembro telescópico 501 es una varilla telescópica y el accionamiento telescópico lineal se puede realizar utilizando el motor lineal o el cilindro hidráulico para accionar la varilla telescópica.
El segundo mecanismo de accionamiento 502 también puede ser un motor bidireccional, por consiguiente, el segundo miembro telescópico 501 es una varilla roscada, y la varilla roscada es accionada por el motor bidireccional para accionar linealmente un manguito en la varilla roscada. El motor bidireccional se caracteriza por tener una alta precisión de actuación y una alta precisión de control y, por lo tanto, está adaptado para situaciones de empuje pequeño y está adaptado para un ajuste fino de variación de paso en situaciones en las que la velocidad del viento está cerca de una condición nominal. La combinación del motor bidireccional y la varilla roscada puede aumentar el empuje y la carrera del mecanismo de accionamiento de variación de paso y, por lo tanto, está adaptada para condiciones de trabajo con alta velocidad del viento o de arranque y detención normales. Al subdividir las condiciones de variación de paso, el mecanismo de accionamiento de variación de paso se subdivide y las características de la combinación del motor bidireccional y la varilla roscada se utilizan racionalmente para reducir el costo del sistema de variación de paso, mejorar la precisión y fiabilidad del sistema de variación de paso, mejorando de esta forma la calidad de generación de energía de la turbina eólica.
Opcionalmente, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 y el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 pueden emplear el mismo diseño estructural, o pueden emplear diferentes diseños estructurales, es decir, uno de ellos emplea el diseño con un empuje alto y una carrera larga, y el otro emplea el diseño con una alta precisión y una carrera corta, para cumplir con los requisitos de control para diferentes precisiones y carreras. Por ejemplo, en el caso de que se requiera un gran empuje, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 puede emplear múltiples mecanismos de accionamiento conectados en paralelo como el primer mecanismo de accionamiento 402, para accionar el primer miembro telescópico 401, a fin de proporcionar un mayor empuje, o, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 puede emplear múltiples mecanismos de accionamiento, cada mecanismo de accionamiento acciona un miembro telescópico respectivo, las posiciones fijas de todos los mecanismos de accionamiento están espaciadas de un centro de pala por las mismas distancias, y los ángulos incluidos entre todos los miembros telescópicos y la pista 310 son iguales, lo que garantiza que los múltiples mecanismos de accionamiento puedan accionar los múltiples miembros telescópicos sincrónicamente.
Se proporciona además un procedimiento de control para el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye:
adquirir un ángulo incluido A entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual;
comparar el ángulo incluido A con un umbral preestablecido B, en el que generalmente, el ángulo incluido A puede ser mayor que el umbral preestablecido B, y también puede ser menor que el umbral preestablecido B, y con respecto a estas dos situaciones:
en un caso en el que el ángulo incluido A sea mayor que el umbral preestablecido B, enviar una primera señal de control que está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala se acerque al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido A sea menor o igual que el umbral preestablecido B, enviar una segunda señal de control que está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco, para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo.
Las posiciones del primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 y del segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 en la Figura 1 son ejemplos ilustrativos. Debe notarse que las posiciones del primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 y del segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 no están limitadas a las posiciones mostradas en la Figura 1, y pueden ser ajustadas por los expertos en la técnica durante la implementación de acuerdo con los requerimientos de diseño.
De acuerdo con el procedimiento de control anterior, en un caso en el que el ángulo incluido A sea mayor que el umbral preestablecido B, primero se usa el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 para accionar la pala para que se acerque al ángulo de paso objetivo; y en un caso en el que el ángulo incluido A sea menor que (o igual a) el umbral preestablecido B, el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 se controla para detenerse y, al mismo tiempo, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 se pone en marcha para continúe accionando la pala para alcanzar el ángulo de paso objetivo.
El ángulo incluido A varía de 0 a 90 grados, y el umbral preestablecido B varía de 0,1 a 5 grados. El umbral preestablecido B se puede ajustar de acuerdo con los requisitos de diseño y uso, por ejemplo, el umbral preestablecido B se puede establecer generalmente en 2 o 3 grados.
En el caso de que el ángulo incluido A sea menor o igual que el umbral preestablecido B, se envía una primera señal de reinicio y está configurada para permitir que el primer miembro de sujeción 405 sujete la pista 310, el segundo miembro de sujeción 505 se desacople de la pista 310, y el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 se reinicie a una posición inicial.
En el caso de que el ángulo incluido A sea mayor que el umbral preestablecido B, se envía una segunda señal de reinicio y está configurada para permitir que el primer miembro de sujeción 405 se desacople de la pista 310, el segundo miembro de sujeción 505 sujete la pista 310, y el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 se reinicie a una posición inicial.
El control de los dos miembros de sujeción puede evitar un fenómeno de autobloqueo de los dos mecanismos de accionamiento telescópicos durante el procedimiento de accionamiento. Cuando se pone en marcha uno de los mecanismos de accionamiento telescópico, el otro de los mecanismos de accionamiento telescópico se reinicia automáticamente, lo que facilita el control del accionamiento de variación de paso siguiente.
Tanto el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 como el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 en las posiciones iniciales no son perpendiculares a la pista 310, lo que puede evitar la situación de que no se pueda controlar una dirección de accionamiento durante el procedimiento de accionamiento de los mecanismos de accionamiento telescópico lineal, evitando de esta forma daños a la pista 310 en la estructura de accionamiento de tipo disco 300.
Cuando la pala rota de acuerdo con el ángulo de paso objetivo, se envía una señal de detención y está configurada para controlar los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal para que se detengan al mismo tiempo, y para controlar los dos miembros de sujeción para que sujeten la pista, para bloquear el ángulo de variación de paso a través de los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal, por lo tanto, el ángulo de variación de paso de la pala es más estable y no puede verse afectado por el viento.
Se proporciona además un dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye:
una unidad de adquisición configurada para adquirir un ángulo incluido A entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual;
una unidad de comparación configurada para comparar el ángulo incluido A con un umbral preestablecido B;
una unidad de envío de señal; en la que
en un caso en el que el ángulo incluido A sea mayor que el umbral preestablecido B, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una primera señal de control, y la unidad de envío de señal está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco 300, para permitir que la pala se acerque al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido A sea menor o igual que el umbral preestablecido B, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una segunda señal de control, y la segunda señal de control está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco 300, para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo.
El ángulo incluido A varía de 0 a 90 grados, y el umbral predeterminado B varía de 0,1 a 5 grados. El umbral preestablecido B se puede ajustar de acuerdo con los requisitos de diseño y uso, por ejemplo, el umbral preestablecido B se puede establecer generalmente en 2 o 3 grados.
Opcionalmente, en un caso en el que el ángulo incluido A sea menor o igual que el umbral preestablecido B, la unidad de envío de señal además está configurada para enviar una primera señal de reinicio, y la primera señal de reinicio está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 para que se reinicie a una posición inicial; y
en un caso en el que el ángulo incluido A sea mayor que el umbral preestablecido B, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una segunda señal de reinicio, y la segunda señal de reinicio está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 para que se reinicie a una posición inicial. Opcionalmente, tanto el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal 500 como el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400 en las posiciones iniciales no son perpendiculares a la pista 310.
Opcionalmente, cuando la pala rota de acuerdo con el ángulo de paso objetivo, la unidad de envío de señal además está configurada para enviar una señal de detención, y la señal de detención está configurada para controlar los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal para que se detengan al mismo tiempo, y para controlar los dos miembros de sujeción para que sujeten la pista.
Opcionalmente, el dispositivo de control de variación de paso de pala está integrado en un controlador principal y/o un controlador de variación de paso.
Al realizar un control de variación de paso en la pala, el dispositivo de control de variación de paso de pala se utiliza para controlar dos miembros de sujeción para que sujeten la pista alternativamente, para evitar el fenómeno de que la pala se bloquee cuando los dos miembros de sujeción sujetan la pista al mismo tiempo. El dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con esta realización puede ser un dispositivo de control electrónico, por ejemplo, la acción de sujeción de cada miembro de sujeción se realiza mediante el accionamiento de un motor pequeño, y la acción del motor pequeño está controlada por el dispositivo de control de variación de paso de pala para garantizar un procedimiento de variación de paso suave.
El dispositivo de control de variación de paso de pala de la Figura 2 es sólo un ejemplo ilustrativo. Debe entenderse que, el dispositivo de control de variación de paso de pala en esta realización también puede emplear un dispositivo de transmisión mecánica, en particular, se puede realizar mediante el enlace con los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal. Por ejemplo, el primer miembro de sujeción 405 está enlazado con el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400, y cuando se pone en marcha el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400, controla automáticamente el primer miembro de sujeción 405 para sujetar la pista 310; y cuando se detiene el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal 400, controla automáticamente el primer miembro de sujeción 405 para liberar la pista. El segundo miembro de sujeción 505 puede ser diseñado con referencia al diseño del primer miembro de sujeción 405, que no se describirá con más detalle en la presente memoria.
Se proporciona además una turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente solicitud, que incluye el dispositivo de variación de paso y el dispositivo de control de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con las realizaciones anteriores.
La turbina eólica de acuerdo con la realización de la presente solicitud reemplaza un sistema existente de variación de paso de tipo integral accionado por un engranaje, y realiza variaciones de paso segmentarias de la turbina eólica, superando de esta forma la pérdida por fricción entre las caras de los dientes de un engranaje de accionamiento y el cojinete de paso durante el procedimiento de variación de paso (particularmente el procedimiento de variación de paso de ángulo pequeño), prolongando la vida útil del cojinete de paso y reduciendo el costo de mantenimiento, mejorando de esta forma el rendimiento de la variación de paso y la calidad de generación de energía de la turbina eólica.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de variación de paso para una pala de turbina eólica, configurado para controlar un ángulo de paso de una pala montada de manera rotativa en un cubo (100), y estando la pala montada en el cubo (100) a través de un cojinete de paso (200), y el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica comprende:
una estructura de accionamiento de tipo disco (300) montada fijamente en la pala y que es perpendicular a un eje del cojinete de paso (200), en la que una pista (310) que rodea el eje del cojinete de paso (200) se proporciona en la estructura de accionamiento de tipo disco (300);
un primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) que tiene un extremo articulado al cubo (100) y otro extremo conectado a la pista (310) a través de un primer miembro de sujeción (405) capaz de sujetar la pista (310), en el que el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) y el primer miembro de sujeción (405) están conectados a través de una conexión articulada; y un segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) que tiene un extremo articulado al cubo (100) y otro extremo conectado a la pista (310) a través de un segundo miembro de sujeción (505) capaz de sujetar la pista (310), en el que el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) y el segundo miembro de sujeción (505) están conectados a través de una conexión articulada; en el que:
en un caso en el que un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual sea mayor que un umbral preestablecido, el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300); y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual que el umbral preestablecido, el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) está configurado para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300).
2. El dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:
cuando el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) acciona la estructura de accionamiento de tipo disco (300), el primer miembro de sujeción (405) está configurado para sujetar la pista (310) y el segundo miembro de sujeción (505) está configurado para ser desacoplado de la pista (310); y
cuando el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) acciona la estructura de accionamiento de tipo disco (300), el primer miembro de sujeción (405) está configurado para ser desacoplado de la pista (310) y el segundo miembro de sujeción (505) está configurado para sujetar la pista (310).
3. El dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la estructura de accionamiento de tipo disco (300) está montada fijamente en un anillo interior o un anillo exterior, que está conectado fijamente a la pala del cojinete de paso (200).
4. El dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) comprende un primer miembro telescópico (401) y un primer mecanismo de accionamiento (402), el primer mecanismo de accionamiento (402) está configurado para accionar el primer miembro telescópico (401) para realizar un movimiento telescópico, el primer mecanismo de accionamiento (402) está articulado al cubo (100) y el primer miembro telescópico (401) está articulado al primer miembro de sujeción (405).
5. El dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) comprende un segundo miembro telescópico (501) y un segundo mecanismo de accionamiento (502), el segundo mecanismo de accionamiento (502) está configurado para accionar el segundo miembro telescópico (501) para realizar un movimiento telescópico, el segundo mecanismo de accionamiento (502) está articulado al cubo (100), y el segundo miembro telescópico (501) está articulado al segundo miembro de sujeción (505).
6. Un procedimiento de control para el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende:
adquirir el ángulo incluido entre el ángulo de paso objetivo y el ángulo de paso actual;
comparar el ángulo incluido con el umbral preestablecido; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, enviar una primera señal de control, en el que la primera señal de control está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300), para permitir que la pala se acerque al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, enviar una segunda señal de control, en el que la segunda señal de control está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300), para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo; y en el que el umbral preestablecido es mayor que 0 grados.
7. El procedimiento de control de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende:
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, enviar una primera señal de reinicio, en el que la primera señal de reinicio está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) para que se reinicie a una posición inicial; y en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, enviar una segunda señal de reinicio, en el que la segunda señal de reinicio está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) para que se reinicie a una posición inicial.
8. El procedimiento de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que tanto el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) como el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) en las posiciones iniciales no son perpendiculares a la pista (310).
9. El procedimiento de control de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende:
enviar una señal de detención cuando la pala rota de acuerdo con el ángulo de paso objetivo, en la que la señal de detención está configurada para controlar los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal para que se detengan al mismo tiempo, y para controlar los dos miembros de sujeción para que sujeten la pista.
10. Un dispositivo de control de variación de paso de pala configurado para controlar el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende:
una unidad de adquisición configurada para adquirir un ángulo incluido entre un ángulo de paso objetivo y un ángulo de paso actual;
una unidad de determinación configurada para comparar el ángulo incluido con un umbral preestablecido; y
una unidad de envío de señal, en la que en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una primera señal de control, y la primera señal de control está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300), para permitir que la pala se acerque al ángulo de paso objetivo; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, la unidad de envío de señal está configurada para enviar una segunda señal de control, y la segunda señal de control está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) para accionar la estructura de accionamiento de tipo disco (300), para permitir que la pala alcance el ángulo de paso objetivo; y
en el que el umbral preestablecido es superior a 0 grados.
11. El dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 10, en el que:
en un caso en el que el ángulo incluido sea menor o igual al umbral preestablecido, la unidad de envío de señal además está configurada para enviar una primera señal de reinicio, y la primera señal de reinicio está configurada para controlar el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) para que se reinicie a una posición inicial; y
en un caso en el que el ángulo incluido sea mayor que el umbral preestablecido, la unidad de envío de señal además está configurada para enviar una segunda señal de reinicio, y la segunda señal de reinicio está configurada para controlar el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) para que se reinicie a una posición inicial.
12. El dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 11, en el que tanto el segundo mecanismo de accionamiento telescópico lineal (500) como el primer mecanismo de accionamiento telescópico lineal (400) en las posiciones iniciales no son perpendiculares a la pista (310).
13. El dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la unidad de envío de señal está además configurada para enviar una señal de detención cuando la pala rota de acuerdo con el ángulo de paso objetivo, y la señal de detención está configurada para controlar los dos mecanismos de accionamiento telescópico lineal para que se detengan al mismo tiempo, y para controlar los dos miembros de sujeción para que sujeten la pista.
14. El dispositivo de control de variación de paso de pala de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que el dispositivo de control de variación de paso de pala está integrado en un controlador principal y/o un controlador de variación de paso.
15. Una turbina eólica que comprende el dispositivo de variación de paso para la pala de turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y el dispositivo de control de variación de paso de pala para la turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14.
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