ES2861675T3 - Instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un radiador - Google Patents

Instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un radiador Download PDF

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Abstract

Instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un generador (9), en la que están dispuestas dos turbinas radiales orientadas una al lado de otra y paralelas, cada una con un árbol de rotor vertical (1), que están unidad entre sí y pueden pivotar alrededor de un eje de pivotamiento en paralelo a los árboles de rotor (1), y en donde el eje de pivotamiento y un distribuidor de viento en forma de V están situados fuera de la línea de unión de los árboles de rotor (1) y están situados ambos al mismo lado de la línea de unión, y en la que el generador (9) está unido mecánicamente, a través de un engranaje (5), a los árboles de rotor (1), y un mismo generador (9) puede ser accionado por ambos árboles de rotor (1), caracterizada por que el generador (9) puede ser accionado por medio de árboles de accionamiento (7), por que están previstos acoplamientos de separación (8) entre los árboles de rotor (1) y el generador (9), que separan la unión en caso de sobrecarga, porque está previsto un control y en caso de sobrecarga, el control activa los acoplamientos de separación (8), por que cuando una carga del generador (9) alcanza parámetros definidos, el control genera un par predefinido que activa acoplamientos de separación (8) y separa los árboles de rotor (1) del generador (9), por que está previsto un freno mecánico con un disco de freno (4) y con una pinza de freno (4.1), por que el control está realizado de tal forma que, en caso de una sobrecarga del generador (9), evacúa el exceso de energía mediante un frenado eléctrico y, si esto no es suficiente, activa el freno mecánico y, si esto tampoco es suficiente y se alcanza un par predefinido en uno de los acoplamientos de separación (8), activa el acoplamiento de separación (8) para separar el generador (9) del suministro de energía por el árbol (7).

Description

DESCRIPCIÓN
Instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un radiador
La invención se refiere a una instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un generador según el preámbulo de la reivindicación 1.
Estado de la técnica
Una instalación de energía eólica de este tipo se conoce del documento EP2652318B1. Un generador para ambas turbinas así como un freno electromagnético ya se han mencionado en este.
Si cada turbina radial transmite la energía mecánica a través de correas de accionamiento a generadores separados, aparecen los siguientes problemas:
se producen altas pérdidas de transmisión de fuerza por la tensión de correa que presiona al interior del soporte. Una alta presión causa pérdidas de energía por la fricción del soporte. Pero la alta presión se necesita para accionar la correa con poca vibración y poco desgaste. Por fluctuaciones del par en caso de fuertes cambios de viento, la correa se ve sometida a esfuerzos extremos o incluso un esfuerzo excesivo. Un envejecimiento de la correa por humedad y diferencias de temperatura condiciona un fallo prematuro y conduce a una reducción del tiempo operativo.
Además, resulta una producción de ruido que depende del número de revoluciones y de la carga y minimiza las ventajas del sistema en su conjunto.
El documento US4084918A igualmente describe una instalación de energía eólica con dos turbinas radiales orientadas una al lado de otra y paralelas, cada una con un árbol de rotor vertical, que están unidas entre sí y pueden pivotar alrededor de un eje de pivotamiento en paralelo a los árboles de rotor, en la cual un distribuidor de viento en forma de V está situado fuera de la línea de unión de los árboles de rotor, y en la cual un mismo generador puede ser accionado por ambos árboles de rotor a través de árboles de accionamiento. El generador de esta instalación de energía eólica es accionado por los dos árboles de rotor, cada uno de ellos a través de un engranaje angular que está concebido para la multiplicación y para la inversión del sentido de giro. Además, al igual que en la invención, las turbinas radiales están acopladas mecánicamente a través de los árboles de accionamiento.
Del documento US4293274 se conoce una instalación de energía eólica con una turbina radial vertical que presenta un engranaje angular 18 y un acoplamiento de separación entre el árbol de rotor 11 y el generador 22, que en caso de una sobrecarga separa la unión. Otro ejemplo del estado de la técnica se conoce del documento DE102011109217.
Objetivo y solución de invención
El objetivo de la invención consiste en aumentar en una instalación de energía eólica del tipo mencionado al principio la seguridad y la eficiencia. Especialmente, se pretende evitar de una manera sencilla, económica y efectiva las vibraciones de la instalación de energía eólica en caso de una carga de viento irregular de las dos turbinas radiales y las sobretensiones en caso de viento muy fuerte. También se pretende resolver los demás problemas mencionados anteriormente.
Este objetivo se consigue según la invención en una instalación de energía eólica del tipo mencionado al principio mediante las características de la reivindicación 1.
Según la invención, está previsto un equipo de seguridad especial para evitar una sobrecarga del generador en caso de viento muy fuerte. Este equipo de seguridad es de tres etapas. En primer lugar, se efectúa un frenado eléctrico. Si esto no es suficiente, un control activa un freno mecánico y, si esto tampoco es suficiente, entra en acción la tercera etapa de seguridad, a saber, la activación de los acoplamientos de separación.
En el estado de la técnica mencionado anteriormente no se halla ningún equipo de seguridad de múltiples etapas para evitar sobrecargas del generador en caso de viento fuerte. El equipo de seguridad de tres etapas conforme a la invención, a saber, en primer lugar, un frenado eléctrico, en segundo lugar, un frenado mecánico y, en tercer lugar, la activación de los acoplamientos de separación, no se describe en el estado de la técnica citado, tampoco en piezas individuales.
De esta manera, se consigue especialmente un funcionamiento sin perturbaciones y con poco mantenimiento de la instalación.
Formas de realización ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones subordinadas.
Se reducen drásticamente las pérdidas de transmisión mecánica. Un mayor grado de eficacia se consigue mediante la reducción de influencias mecánicas. Mediante la reunión de la multiplicación y la inversión del sentido de giro en los engranajes angulares, en lugar de un engranaje de inversión y un accionamiento de correa, se reducen las pérdidas de transmisión.
Mediante el engranaje angular con árboles y acoplamientos se reduce al mínimo el coste de mantenimiento, por ejemplo, el reemplazo de las piezas de desgaste, y se aumenta la duración útil de los componentes.
También mediante la reducción de componentes y el reemplazo por componentes de alta precisión con un menor comportamiento de desgaste y de pérdida y una mayor resistencia al envejecimiento, aumentan drásticamente la fiabilidad de la transmisión de la energía mecánica y la duración de vida, en comparación con el accionamiento de correa.
Mediante las medidas mencionadas, además, se reduce drásticamente la emisión de ruido que conduce a mayores posibilidades de uso (ubicaciones).
Mediante el uso de componentes de alta de calidad y la eliminación de componentes propensos al envejecimiento se reduce al mínimo el gasto de mantenimiento. Además, al usarse principalmente componentes estándar se hace posible una rápida disponibilidad de piezas de recambio. Por consiguiente, se minimizan los tiempos de parada.
Un aumento de la seguridad se consigue mediante el uso de un llamado acoplamiento de ruptura en la transición de los rotores al generador, que en el caso de una sobrecarga o un fallo del freno de seguridad en caso de tiempo extremo (alta velocidad de viento / fuertes ráfagas) separa los rotores del generador. En el caso de condiciones extremas, especialmente en caso de velocidades de viento muy altas con fuertes ráfagas que conduzcan al alcance de la capacidad máxima para la que está concebida la instalación de forma específica según la ubicación o el cliente, el generador se separa del accionamiento (rotor) antes de alcanzar un rango crítico. De esta manera, queda garantizado que - incluso en caso de un esfuerzo excesivo, más bien improbable, del freno de seguridad - no se podrá producir ninguna sobretensión peligrosa que pudiese dañar la instalación o a personas.
Resultan ventajosos el acoplamiento mecánico de los rotores para una mejor orientación y la reducción de vibraciones regulares así como el funcionamiento de la instalación a través de un solo generador. Mediante el acoplamiento de los rotores se minimiza el comportamiento de vibración del proceso de orientación de la instalación de energía eólica y, por consiguiente, se mejora el comportamiento de regulación de la unidad de alimentación y se optimiza el rendimiento. Además, el acoplamiento permite el funcionamiento de la instalación por medio de un solo generador, lo que reduce los costes y aumenta el grado de eficacia.
Especialmente importantes son la función de protección y el incremento de la eficiencia y de la durabilidad, logrados según la invención.
Con el término “cadena cinemática” se designan aquí los componentes mecánicos para la transmisión de la energía de rotación del respectivo árbol de rotor (1) de la turbina radial al generador (9).
Mediante el uso de la cadena cinemática en la forma descrita se optimizan el funcionamiento mismo así como la seguridad de operación de la instalación. Además, se minimizan las pérdidas mecánicas y eléctricas y por tanto se incrementa la eficiencia. Mediante el uso de componentes estándar de fabricantes establecidos se garantiza y se posibilita en un plazo corto el aprovisionamiento de piezas de recambio.
Ejemplo de realización
A continuación, se describe en detalle un ejemplo de realización de la invención con la ayuda de dibujos. En todos los dibujos, los mismos signos de referencia tienen el mismo significado y, por tanto, dado el caso, se explican sólo una vez.
Muestran
la figura 1 una representación de la cadena cinemática completa en un alzado lateral desde atrás, con todos los componentes transmisores de par y un fragmento parcial de los rotores suministradores de fuerza con los árboles de rotor (1),
la figura 2 la cadena cinemática en una vista desde arriba (vista en planta desde arriba) junto con la pinza de freno (4.1),
la figura 3 la cadena cinemática en un alzado lateral desde la izquierda y
la figura 4 un fragmento parcial de la cadena cinemática según la figura 1 entre el generador / engranaje, a la izquierda del generador.
La instalación generadora (fuente de energía) preconectada, con los dos árboles de rotor (1) conduce la energía cinética, a través de un acoplamiento de árbol (2), a la cadena cinemática a través de un árbol (1.1). Un disco de freno (4) con acoplamiento une el árbol (1.1) a un engranaje angular (5) que multiplica la energía suministrada (relación de multiplicación según la potencia para la que esté concebido el generador) y para el sentido de giro correcto del acoplamiento de árbol (6), del árbol (7), del acoplamiento de separación (8) y del generador (9). El generador (9) convierte la energía cinemática, que le ha sido suministrada, en energía eléctrica.
El engranaje angular (5) sirve por tanto además para la multiplicación y la inversión del sentido de giro.
Preferentemente, en lugar de un solo generador (9), también pueden estar previstos varios generadores dentro de una carcasa, por ejemplo, en forma de pares de devanados adicionales. En este caso, un par de devanados puede estar concebido para potencias bajas y el otro par de devanados puede estar concebido para potencias más altas. Pueden estar previstos hasta tres pares de devanados.
En caso de una sobrecarga del generador (9), un control (invertidor y lógica de control), no representado aquí, intenta evacuar el exceso de energía mediante un frenado eléctrico. Si esto no funcionase, se activa el freno mecánico con un disco de freno (4) a través de una pinza de freno (4.1). Si esto tampoco fuese suficiente y se alcanzase un par predefinido en el acoplamiento de separación (8), dado el caso, generado por parámetros límite predefinidos del control, el acoplamiento de separación (8) separa el generador (9) del suministro de energía por el árbol (7). Esto conduce entonces a la parada del generador (9) y por tanto a la falta de tensión. De esta manera, del generador ya no parte ningún peligro por sobretensión. Esto ocurre tanto a la izquierda como a la derecha del generador (9), es decir, para ambos rotores.
Por lo tanto, como realización ventajosa de la invención se propone que cuando una carga del generador (9) alcanza parámetros definidos, el control genere un par predefinido que active los acoplamientos de separación (8) y separe los árboles de rotor (1) del generador (9). Los parámetros definidos mencionados pueden diferir y dependen especialmente de la forma de construcción y las propiedades técnicas específicas de la instalación de energía eólica.
Otra ventaja de la invención consiste en lo siguiente: el freno de seguridad puede ser entonces más pequeño de lo habitual, ya que en caso de seguridad (caso de perturbación) y en caso de sobrecarga, el generador se separa del suministro de energía y por tanto ya no existe ningún peligro por sobretensión. Además, no se tiene que recurrir a la construcción de turbina o la construcción del generador de energía para poder absorber fuerzas más grandes, en concreto, los pares de frenado más grandes en este caso, que se producirían por el freno más grande que haría falta normalmente.
Otra ventaja de la invención consiste en la mejora de la facilidad de montaje de la instalación, ya que la cadena cinemática puede ponerse a disposición como componente premontado, lo que conduce a la reducción de errores de montaje y de orientación.
Lista de signos de referencia
1 Árbol de rotor
1.1 Árbol para el suministro de energía
2 Acoplamiento de árbol del rotor
3 Soporte portante/ de guiado
4 Disco de freno con acoplamiento
4.1 Pinza de freno
5 Engranaje angular
6 Acoplamiento de árbol
7 Árbol de accionamiento, árbol
8 Acoplamiento de separación
9 Generador
10 Traviesa portante de la cadena cinemática
11 Tubo montante de la turbina eólica

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Instalación de energía eólica con turbinas radiales y con un generador (9), en la que están dispuestas dos turbinas radiales orientadas una al lado de otra y paralelas, cada una con un árbol de rotor vertical (1), que están unidad entre sí y pueden pivotar alrededor de un eje de pivotamiento en paralelo a los árboles de rotor (1), y en donde el eje de pivotamiento y un distribuidor de viento en forma de V están situados fuera de la línea de unión de los árboles de rotor (1) y están situados ambos al mismo lado de la línea de unión, y
en la que el generador (9) está unido mecánicamente, a través de un engranaje (5), a los árboles de rotor (1), y un mismo generador (9) puede ser accionado por ambos árboles de rotor (1),
caracterizada
por que el generador (9) puede ser accionado por medio de árboles de accionamiento (7),
por que están previstos acoplamientos de separación (8) entre los árboles de rotor (1) y el generador (9), que separan la unión en caso de sobrecarga,
porque está previsto un control y en caso de sobrecarga, el control activa los acoplamientos de separación (8), por que cuando una carga del generador (9) alcanza parámetros definidos, el control genera un par predefinido que activa acoplamientos de separación (8) y separa los árboles de rotor (1) del generador (9),
por que está previsto un freno mecánico con un disco de freno (4) y con una pinza de freno (4.1),
por que el control está realizado de tal forma que, en caso de una sobrecarga del generador (9), evacúa el exceso de energía mediante un frenado eléctrico y, si esto no es suficiente, activa el freno mecánico y, si esto tampoco es suficiente y se alcanza un par predefinido en uno de los acoplamientos de separación (8), activa el acoplamiento de separación (8) para separar el generador (9) del suministro de energía por el árbol (7).
2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1,
caracterizada por que
el generador (9) es accionado por los dos árboles de rotor (1), cada uno de ellos a través de un engranaje angular (5).
3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 2,
caracterizada por que
los engranajes angulares (3) están concebidos para la multiplicación y para la inversión del sentido de giro.
4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1,
caracterizada por que
las turbinas radiales están acopladas mecánicamente a través de los árboles de accionamiento (7).
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