ES2883703T3 - Método y sistema para lavar un circuito de refrigeración de aceite de engranajes en una turbina eólica - Google Patents

Método y sistema para lavar un circuito de refrigeración de aceite de engranajes en una turbina eólica Download PDF

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Abstract

Un método para lavar un circuito de refrigeración (A) para aceite de engranajes de una caja de engranajes (1) en una turbina eólica, comprendiendo el circuito de refrigeración (A) una bomba de aceite de engranajes (4) y un intercambiador de calor (9), estando conectado el circuito de refrigeración (A) a la caja de engranajes (1) y configurado para la circulación de aceite de engranajes desde la caja de engranajes (1) a través del circuito de refrigeración (A) mediante la bomba de aceite de engranajes (4) durante la operación estándar de la turbina eólica cuando produce electricidad; comprendiendo el método conectar una válvula de liberación de presión (11) al circuito de refrigeración (A) corriente abajo del intercambiador de calor (9) entre el intercambiador de calor (9) y la caja de engranajes (1), estando configurada la válvula de liberación de presión (11) para cerrar el flujo de líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, del circuito de refrigeración (A) a la caja de engranajes (1) y para abrir el flujo de líquido de lavado cuando la presión en el circuito de refrigeración (A) supera un límite de presión predeterminado; proporcionar un circuito de lavado (B) corriente arriba del intercambiador de calor (9) y diferente del circuito de refrigeración (A), comprendiendo el circuito de lavado (B) un extremo corriente arriba (18) y un extremo corriente abajo (19) y entre los mismos un filtro de lavado (14) y un suministro de aire (16, 17) corriente abajo del filtro de lavado (14); conectar mediante un primer tubo (P1) el extremo corriente arriba (18) del circuito de lavado (B) a la caja de engranajes (1) o al circuito de refrigeración (A) corriente arriba del intercambiador (9) para recibir líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, desde la caja de engranajes (1) al circuito de lavado (B) a través del primer tubo (P1) y el extremo corriente arriba (18); conectar mediante un segundo tubo (P2) un extremo corriente abajo (19) del circuito de lavado (B) al circuito de refrigeración (A) en una ubicación de conexión corriente abajo (20) corriente arriba del intercambiador de calor (9); bombear líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado o aceite de engranajes, desde la caja de engranajes (1) a través del primer tubo (P1), el extremo corriente arriba (18) y el filtro de lavado (14), pasar por el suministro de aire (16, 17) y a través del intercambiador de calor (9), el extremo corriente abajo y el segundo tubo (P2), y añadir aire del suministro de aire (16, 17) al líquido de lavado en el circuito de lavado (B) mientras el líquido de lavado pasa por el suministro de aire (16, 17); mientras la válvula de liberación de presión (11) está cerrada, acumular presión hasta un nivel predeterminado en el circuito de lavado (B) y en el circuito de refrigeración (A) y, tras alcanzar este límite de presión predeterminado, abrir la válvula de liberación de presión (11) corriente abajo del intercambiador de calor (9) y provocar un flujo turbulento en el circuito de refrigeración (A) durante una liberación enérgica de presión desde el circuito de refrigeración (A) a través de la válvula de liberación de presión (11).

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para lavar un circuito de refrigeración de aceite de engranajes en una turbina eólica
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método y sistema para limpiar el sistema de refrigeración de aceite de engranajes en turbinas eólicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El aceite de la caja de engranajes de ciertos tipos de turbinas iónicas se enfría con el fin de prevenir un sobrecalentamiento. Como se explica en el documento de Patente US8869940 de Johnson et al. asignado a General Electric Corp., el circuito de refrigeración comprende una bomba que impulsa el aceite a través de una unidad filtrante a un intercambiador de calor antes de que vuelva a la caja de engranajes. Como se desvela en el documento de Patente US9163536 de Becker et al. asignado a Siemens AG, el cambio periódico del aceite es necesario y puede estar automatizado. Para retirar impurezas antes de una nueva recarga de aceite en la caja de engranajes, se desvela un equipo de lavado de aceite en el documento de Patente US7456842 de Llorente Gonzalez et al. asignado a Gamesa, en el que se hacen recircular aceites a través de un sistema filtrante de 3 micrómetros. Tal lavado es importante, ya que las partículas metálicas conducen a un aumento del desgaste.
Como se discute en el documento de Patente US5077444 de Sundholm, el lavado de sistemas hidráulicos se realiza ventajosamente con un flujo turbulento. Para tubos pequeños y muy largos, por ejemplo tubos hidráulicos en un barco, el documento de Patente US5077444 de Sundholm desvela el lavado con una combinación de aceite y gas para proporcionar flujo turbulento. Este lavado se realiza en una ocasión para la limpieza después de fabricar los tubos y antes de la instalación. Bajo presión, la combinación se llena en el tubo y se presuriza a alta presión, por ejemplo 35 o 50 bar, tras lo cual el aceite presurizado se libera enérgicamente a un tanque a través de una válvula.
Tal presión de 35 bar es demasiado elevada para los intercambiadores de calor que se usan para aceite de engranajes en turbinas eólicas. Otro ejemplo de antecedente en la técnica pertinente se conoce del documento de Patente US2624354. Aún existe necesidad de mejora en la limpieza del sistema de refrigeración de aceite en cajas de engranajes en turbinas eólicas.
DESCRIPCIÓN/SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Por tanto, el objeto de la invención es proporcionar una mejora en la técnica. En especial, un objetivo es mejorar el procedimiento de limpieza para el circuito de refrigeración de aceite en cajas de engranajes de turbinas eólicas. En particular, un objetivo es mejorar la vida útil de las cajas de engranajes de las turbinas eólicas. Esto se consigue con un método para lavar un circuito de refrigeración para aceite de engranajes de una caja de engranajes de una turbina eólica y el correspondiente sistema, que se desvelan en lo sucesivo.
El circuito de refrigeración se proporciona en la turbina eólica como un componente de la turbina eólica, por lo general en la góndola de la turbina eólica. Comprende una bomba de aceite de engranajes para recircular continuamente aceite de engranajes desde la caja de engranajes a través del circuito de refrigeración y de vuelta a la caja de engranajes durante la operación estándar de la turbina eólica cuando produce electricidad. El circuito de refrigeración comprende un intercambiador de calor para liberar calor del aceite de engranajes, por ejemplo al entorno alrededor de la turbina eólica.
Por lo general, el circuito de refrigeración también comprende una unidad filtrante para filtrar partículas del aceite de engranajes durante la circulación. La unidad filtrante comprende un alojamiento dentro del cual se proporciona un medio filtrante para filtrar partículas del aceite de engranajes cuando fluye a través de la unidad filtrante.
El método presentado en el presente documento comprende una modificación del circuito de flujo para el flujo de líquido de lavado desde la caja de engranajes a través de un circuito de lavado y al menos parte del circuito de refrigeración. El circuito de lavado añade aire al líquido de lavado, por lo general aceite de lavado con una viscosidad menor que el aceite de la caja de engranajes, y aumenta la presión en el circuito de refrigeración hasta un límite de presión predeterminado, por ejemplo en el intervalo de 3 -10 bar, opcionalmente 5 -10 bar. El aumento de presión conduce a una compresión del aire en el líquido de lavado. Posteriormente, se proporciona una liberación enérgica de la presión en el circuito de refrigeración de modo que el aire comprimido se expanda rápidamente y provoque turbulencia en el circuito de refrigeración, que da como resultado la limpieza de las paredes internas del circuito de refrigeración.
Habitualmente, el líquido de lavado es aceite, por lo general aceite de lavado, que tiene una viscosidad menor que el aceite de engranajes habitual, aunque en algunos circuitos también puede usarse aceite de engranajes como líquido de lavado. Por lo general, el aceite de engranajes tiene una viscosidad en el intervalo de 250 -400 cSt, por ejemplo del orden de 320 cSt, y puede ser suficientemente eficaz para lavar en ciertas situaciones. Sin embargo, debido a su viscosidad inferior, por ejemplo en el intervalo de 15 -32 cSt, y la mayor tendencia correspondiente a la turbulencia durante el lavado, a menudo es preferente el aceite de lavado. Potencialmente, se añaden aditivos al aceite de lavado o aceite de engranajes, opcionalmente un eliminador de barniz.
Además de la turbulencia, la liberación enérgica provoca en el sistema ondas de presión, denominadas habitualmente ondas de sonido inducidas, que mejoran el efecto de la turbulencia. Estas ondas de presión son suficientemente suaves para evitar daños en el sistema, especialmente el intercambiador de calor, pero favorecen la liberación de las partículas de las paredes del sistema. La formación de estas ondas de sonido inducidas está favorecida por el volumen del intercambiador de calor.
Opcionalmente, para mejorar más el efecto de la turbulencia y las ondas de sonido inducidas, se retira el medio filtrante de la unidad filtrante de modo que el alojamiento de la unidad filtrante pueda funcionar como acumulador de aire y aceite. En tal caso, el acumulador actúa como deposito para aire comprimido adicional así como cuerpo de resonancia para las ondas de sonido inducidas, especialmente las ondas de sonido de baja frecuencia, añadiéndose al efecto de la turbulencia y la liberación enérgica de partículas de las paredes internas del circuito de refrigeración. El alojamiento del filtro también tiene una función protectora dado que su volumen amortigua los picos de ondas durante la liberación enérgica, lo que reduce las fuerzas en el intercambiador de calor, minimizando de ese modo el daño al intercambiador de calor.
Se ha de indicar que el lavado se realiza a una presión mucho menor que la propuesta de 35 o 50 bar del documento de Patente US5077444 de Sundholm, dado que el intercambiador de calor podría estallar con tal presión elevada. Sin embargo, a pesar de ser una presión mucho menor, se ha descubierto sorprendentemente que puede conseguirse una turbulencia suficiente en el sistema de refrigeración de aceite para retirar de forma eficaz partículas de las paredes del circuito de refrigeración mediante la turbulencia, incluso partículas menores de 3 micrómetros.
Se ha de destacar que el filtro de 3 micrómetros que se desvela en el documento de Patente US7456842 de Gamesa mencionado anteriormente no es óptimo. Estudios detallados del inventor han revelado que las partículas menores de 3 micrómetros también causan un desgaste creciente en la caja de engranajes. Sin embargo, un sistema como el desvelado en el documento de Patente US7456842 no es útil para retirar partículas menores de las paredes debido a la carencia de suficiente turbulencia. De ese modo, no sería suficiente instalar un filtro con poros menores que los poros del filtro de 3 micrómetros del documento de Patente US7456842.
En realizaciones prácticas, se usa el siguiente método.
Para controlar una liberación enérgica de la presión, se conecta una válvula de liberación de presión al circuito de refrigeración entre el intercambiador de calor y la caja de engranajes. La válvula de liberación de presión está configurada para cerrar el flujo de líquido de lavado desde el circuito de refrigeración a la caja de engranajes cuando está en estado cerrado y para abrir el flujo de líquido de lavado desde el circuito de refrigeración a la caja de engranajes cuando está en estado abierto. En la caja de engranajes, se libera aire del líquido de lavado para evitar la cavitación cuando se recircula mediante la bomba.
En algunas realizaciones, la válvula de liberación de presión se opera manualmente mientras que, en otras realizaciones, la válvula de liberación de presión está automatizada. Por ejemplo, la válvula de liberación de presión cambia automáticamente entre el estado cerrado y abierto dependiendo de la presión del circuito de refrigeración. Se abre automáticamente o se abre manualmente cuando la presión ha superado un límite de presión predeterminado y se cierra automáticamente o se cierra manualmente de nuevo cuando la presión ha caído por debajo de un límite de presión predeterminado adicional que es inferior al primer limite de presión.
Por ejemplo, la válvula de liberación de presión se abre automáticamente o se abre manualmente cuando el nivel de presión del circuito de control ha aumentado a más de 5 bar y se cierra automáticamente o se cierra nuevamente cuando la liberación enérgica ha reducido la presión a menos de 4 bar.
Además, se proporciona un circuito de lavado, diferente del circuito de refrigeración. El circuito de lavado comprende un extremo corriente arriba y un extremo corriente abajo y entre los mismos un filtro de lavado y un suministro de aire, proporcionándose el suministro de aire corriente abajo del filtro de lavado. Opcionalmente, también se proporciona una bomba de lavado. En este caso, el suministro de aire se proporciona ventajosamente corriente abajo de la bomba de lavado para evitar la cavitación.
Mediante un primer tubo, por ejemplo un tubo flexible, se conecta con tubo un extremo corriente arriba del circuito de lavado a la caja de engranajes o al circuito de refrigeración corriente arriba de la bomba de aceite de engranajes para recibir líquido de lavado, habitualmente aceite de lavado, de la caja de engranajes al circuito de lavado a través del primer tubo y el extremo corriente arriba del circuito de lavado. Un extremo corriente abajo del circuito de lavado está conectado con tubo mediante un segundo tubo al circuito de refrigeración en una ubicación de conexión corriente abajo.
En algunas realizaciones, la bomba de aceite de engranajes se usa para bombear el líquido de lavado a través del circuito de lavado y el circuito de refrigeración. En realizaciones alternativas, el circuito de lavado comprende una bomba de lavado diferente de la bomba de aceite de engranajes, para bombear el líquido de lavado a través del circuito de lavado y al menos parte del circuito de refrigeración y a través de la válvula de liberación de presión.
Por ejemplo, la ubicación corriente abajo está entre el intercambiador de calor y la bomba de aceite de engranajes, si la última está corriente arriba del intercambiador de calor. Si el circuito de lavado se proporciona con una bomba de lavado en tal configuración, el circuito de lavado circunvala la bomba de aceite de engranajes pero no el intercambiador de calor. Opcionalmente, durante el lavado, se usa la bomba de lavado, y la bomba de aceite de engranajes no está operativa para protegerla de las partículas durante el proceso de lavado.
El líquido de lavado, habitualmente aceite de lavado con una viscosidad menor que el aceite de engranajes, se bombea desde la caja de engranajes a través del primer tubo, el extremo corriente arriba, a través del filtro de lavado, pasa por el suministro de aire y a través del intercambiador de calor, el extremo corriente abajo, y el segundo tubo. Cuando el líquido de lavado pasa por el suministro de aire, se añade aire al líquido de lavado en el circuito de lavado.
Mientras la válvula de liberación de presión está cerrada, se acumula presión hasta un nivel predeterminado en el circuito de lavado y en el circuito de refrigeración de forma controlada, por ejemplo lentamente. Tras alcanzar el límite de presión predeterminado, la válvula de liberación de presión se abre, provocando una liberación enérgica de presión desde el circuito de refrigeración a través de la válvula de liberación de presión, por ejemplo de vuelta a la caja de engranajes. Esto provoca una liberación enérgica de presión desde el circuito de refrigeración a través de la válvula de liberación de presión, dando como resultado un flujo turbulento en el circuito de refrigeración, que libera incluso las partículas pequeñas de las paredes interiores del circuito de refrigeración.
Opcionalmente, la válvula de liberación de presión se opera de forma cíclica una pluralidad de veces para acumular repetidamente presión hasta el límite de presión predeterminado y liberar enérgicamente la presión.
En algunas realizaciones, el circuito de refrigeración comprende una unidad filtrante para la filtración del aceite de engranajes durante la operación estándar de la turbina eólica cuando produce electricidad. En tal caso, es ventajoso retirar el medio filtrante de la unidad filtrante antes de la acumulación de presión en el circuito de refrigeración para proporcionar un flujo suave a través de la unidad filtrante durante la liberación enérgica. Además, la unidad filtrante vacía actúa como acumulador y potencialmente también como cuerpo de resonancia para las ondas de sonido inducidas durante la liberación enérgica. Por ejemplo, la ubicación para la conexión de un extremo corriente abajo del circuito de lavado al circuito de refrigeración es entre la bomba de aceite de engranajes y la unidad filtrante.
Durante la liberación de la presión que se ha acumulado en el circuito de refrigeración, la mezcla liberada enérgicamente de líquido de lavado y aire a través de la válvula de liberación de presión es útil para lavar la caja de engranajes. Por ejemplo, la liberación de presión se usa para proporcionar un chorro de líquido de lavado y aire, que se usa para lavar el interior de la caja de engranajes variando la dirección del chorro hacia las paredes interiores de la caja de engranajes y hacia diversas partes internas de la caja de engranajes. Opcionalmente, un operador en la góndola dirige manualmente el chorro a través de una cubierta superior abierta de la caja de engranajes hacia diferentes ubicaciones de la caja de engranajes para liberar no solo partículas sino también el barniz de las paredes y las ruedas de engranajes. La eficacia de retirada de barniz puede aumentarse añadiendo un eliminador de barniz al líquido de lavado. Opcionalmente, la válvula de liberación de presión se opera manualmente, por ejemplo mediante el mismo operador que dirige el chorro.
Un ciclo a modo de ejemplo para lavar es una acumulación de presión de 1 -2 minutos y una liberación enérgica de 10 -30 segundos. Un ejemplo del flujo es una liberación de 20 -50 litros en esos 10 -30 segundos. Habitualmente se realizan una diversidad de ciclos, por ejemplo 20 -60 ciclos.
Habitualmente, mientras que la válvula de liberación de presión se proporciona en la góndola, los componentes para el circuito de lavado no se proporcionan necesariamente en el interior o en la góndola. En lugar de elevar los componentes del circuito de lavado hasta la góndola, donde están ubicados normalmente la caja de engranajes y el circuito de refrigeración, el circuito de lavado puede está situado a nivel del suelo para turbinas eólicas terrestres o a nivel de la superficie del agua para turbinas eólicas marinas. Basta con conectar el circuito de lavado al circuito de refrigeración mediante el primer tubo y el segundo tubo. A continuación, los tubos se extienden desde el nivel del suelo o el nivel de la superficie del agua hasta la góndola, por ejemplo en un cordón umbilical. Opcionalmente, están contenidos tubos adicionales en el cordón umbilical para drenar y rellenar el aceite de la caja de engranajes.
Por ejemplo, el primer tubo y el segundo tubo se proporcionan en el interior de un manguito de un cordón umbilical. Habitualmente, tal cordón umbilical comprende un conector de elevación en un extremo para elevar el cordón umbilical mediante un elevador. A continuación, un extremo del cordón umbilical se eleva mediante un elevador, por ejemplo el elevador de la turbina eólica, hasta la góndola, mientras que el otro extremo se conecta al circuito de lavado. A continuación, el primer tubo y el segundo tubo se conectan para realizar el lavado. Después del lavado, el primer tubo y el segundo tubo se desconectan, y el elevador vuelve a bajar el cordón umbilical.
El aceite de engranajes se drena ventajosamente a través del cordón umbilical y, después del lavado, el aceite de engranajes limpio se rellena en la caja de engranajes a través del cordón umbilical.
Opcionalmente, el método comprende comprobar, para un límite de presión predeterminado, si la liberación enérgica de presión induce ondas de sonido en el circuito de refrigeración para mejorar el flujo turbulento y, si las ondas de sonido no se inducen en un nivel suficiente, el límite de presión se aumenta hasta que se induzcan ondas de presión satisfactorias.
Habitualmente, el límite de presión predeterminado se selecciona en el intervalo de 3 -10 bar. Esto depende de la capacidad del sistema para soportar presión sin daños. Especialmente, los componentes, por ejemplo el intercambiador de calor, no deberían situarse en riesgo de recibir daños debido a la presión.
Como se ha mencionado, el sistema de lavado habitualmente no es parte de la turbina eólica. A continuación, se explica un ejemplo de tal sistema de lavado para lavar un circuito de refrigeración de una caja de engranajes en una turbina eólica.
En este ejemplo, el sistema comprende un colector de lavado de regulación de presión para inserción en un circuito de refrigeración entre la caja de engranajes y un intercambio de calor de un circuito de refrigeración de aceite de engranajes. Una válvula de liberación de presión está conectada con tubo al colector de lavado de regulación de presión para recibir del mismo líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, y está configurada para cerrar el flujo del líquido de lavado desde el colector cuando está en estado cerrado y para abrir el flujo del líquido de lavado cuando la presión supera un límite de presión predeterminado.
Por ejemplo, la válvula de liberación de presión está configurada para cambiar automáticamente entre el estado cerrado y abierto dependiendo de la presión en el circuito de refrigeración de modo que se abra cuando se supera un límite de presión predeterminado. Alternativamente, está configurada para operación manual.
Opcionalmente, también se proporciona una válvula de seguridad para liberar el líquido de lavado del colector de lavado de regulación de presión automáticamente cuando la presión del líquido de lavado en el colector de lavado de regulación de presión alcanza un límite de presión de seguridad, en donde el límite de presión de seguridad es mayor o igual que el límite de presión predeterminado. La liberación a través de la válvula de seguridad no es enérgica, sino que solo drena suficiente líquido de lavado del circuito de refrigeración para evitar que la presión supere el límite de presión de seguridad. El límite de presión de seguridad es la presión máxima que puede acumularse en el circuito de refrigeración y, por tanto, es mayor o igual que el límite de presión predeterminado.
Opcionalmente, la válvula de seguridad se usa para llenar de aire y líquido de lavado el circuito de refrigeración antes de abrir la válvula de liberación de presión, por ejemplo manualmente.
El sistema comprende además un circuito de lavado, que es diferente del circuito de refrigeración. El circuito de lavado comprende un extremo corriente arriba y un extremo corriente abajo con un colector de conexión de lavado para la conexión al circuito de refrigeración. Entre el extremo corriente arriba y el extremo corriente abajo, se proporciona un filtro de lavado así como un suministro de aire para añadir aire al líquido de lavado. Por ejemplo, el circuito de lavado comprende una bomba de lavado, un filtro de lavado, y un suministro de aire dispuestos en serie, proporcionándose el suministro de aire corriente abajo de la bomba de lavado.
El sistema está configurado para recibir líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, a través del extremo corriente arriba en el circuito de lavado y para bombear el líquido de lavado, por ejemplo mediante la bomba de lavado, a través del filtro de lavado y pasar por el suministro de aire, para añadir aire al líquido de lavado, y además para bombear el líquido de lavado aireado a través del extremo corriente abajo y el colector de conexión de lavado al circuito de refrigeración como parte del procedimiento de lavado.
El sistema está configurado además para acumular presión hasta un nivel de presión predeterminado en el circuito de lavado y el circuito de refrigeración, cuando está conectado, mientras la válvula de liberación de presión está cerrada, y para la liberación enérgica de la presión a través de la válvula de liberación de presión tras alcanzar este límite de presión predeterminado en la válvula de liberación de presión por apertura de la válvula de liberación de presión y para provocar un flujo turbulento en el circuito de refrigeración durante la liberación enérgica.
En el caso en que el circuito de lavado se proporcione a nivel del suelo o el mar, el sistema comprende opcionalmente un cordón umbilical con un primer tubo y un segundo tubo de una longitud suficiente para extenderse desde el nivel del suelo o el nivel del mar hasta la góndola de la turbina eólica. El lavado, y opcionalmente el cambio de aceite de engranajes, se realiza a través del cordón umbilical.
Opcionalmente, para bobinar y desbobinar el cordón umbilical a nivel del suelo o el mar, se proporciona un sistema de carrete. Si el sistema de carrete se proporciona en un barco en el mar, se incorpora ventajosamente un compensador automático de olas. Se desvela un ejemplo en el documento de Patente WO2014/169918 de Ocean Team.
La válvula de liberación de presión está conectada potencialmente de forma electrónica a un medidor de presión. Alternativamente, la válvula de liberación de presión tiene un ajuste del nivel de presión puramente mecánico. Como alternativa adicional, ya mencionada anteriormente, la válvula de liberación de presión se opera manualmente por un operador en la góndola. En el último caso, la válvula se usa ventajosamente para dirigir un haz de alta presión de aceite a la caja de engranajes para limpiar el interior de la caja de engranajes.
A continuación se dan las dimensiones habituales del sistema de lavado con el circuito de lavado (B):
- diámetro interior del primer y segundo tubos: 3/4 de pulgada (19,05 mm)
- longitud del primer y segundo tubos: 2 -5 m cuando están en la góndola o 100 m cuando están en cordón umbilical - capacidad de bombeo de la bomba de lavado: 15 -50 litros/minuto
- capacidad de filtración del filtro de lavado: 1 -3 micrómetros
- intervalo de presión para el límite de presión predeterminado: 3 -10 bar, por ejemplo 3 -10 bar
- número de ciclos de lavado: 20 -50 ciclos
- período habitual por ciclo de lavado: 1 -5 minutos, por ejemplo 3 min
- cantidad de aire añadido por litro de líquido de lavado: 5 -15 %, por ejemplo 10 %
- número de Reynolds objetivo de la liberación enérgica de la presión: >3000.
A continuación se dan las dimensiones habituales del circuito de refrigeración (A):
- volumen del intercambiador de calor: 20 -50 litros
- diámetro de los tubos del circuito de refrigeración: 1 -2 pulgadas (25,4 mm -50,8 mm)
- longitud del circuito de refrigeración: 5 -10 m
- volumen del alojamiento de la unidad filtrante: 20 -40 litros
- volumen total del circuito de refrigeración: 40 -90 litros
- fracción de la unidad filtrante del volumen del circuito de refrigeración: 20 -60 %, por ejemplo 40 %
- fracción del intercambiador de calor del volumen del circuito de refrigeración: 20 -60 %, por ejemplo 40 %
- volumen total de aceite de engranajes: 300 -2500 litros.
Aunque en la técnica anterior se usa habitualmente aceite de engranajes para lavar, se aplican ventajosamente otros líquidos de lavado con una viscosidad inferior para proporcionar flujo turbulento con mayor facilidad. Los líquidos de lavado habituales son aceites con una viscosidad sustancialmente menor que el aceite de engranajes, por ejemplo una viscosidad que es menor en al menos un factor de 3, por ejemplo menor en un factor de 5 o 10 que el aceite de engranajes. Son preferentes los aceites de lavado que son compatibles con el aceite de engranajes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se explicará con mayor detalle por referencia a los dibujos, donde
la Figura 1 ilustra una turbina eólica donde se extiende un cordón umbilical desde un barco a nivel del mar hasta la góndola,
la Figura 2 es un diagrama de lavado para los componentes del circuito de lavado,
la Figura 3 es un diagrama de lavado para una realización alternativa.
DESCRIPCIÓN DETALLADA/REALIZACIÓN PREFERENTE
La Figura 1 ilustra una turbina eólica marina donde un cordón umbilical se extiende desde un sistema de carrete en un barco al nivel del mar hasta la góndola.
La Figura 2 describe un circuito de lavado B conectado al circuito de refrigeración de aceite A de una caja de engranajes 1 en una turbina eólica. Por ejemplo, el circuito de lavado B se proporciona como un dispositivo en un barco como se ilustra en la Figura 1 y conectado al circuito de refrigeración mediante un cordón umbilical. Alternativamente, el circuito de lavado B se proporciona en tierra para una turbina eólica terrestre y conectado al circuito de refrigeración mediante un cordón umbilical. Como alternativa adicional, el circuito de lavado se eleva hasta la góndola y se conecta al circuito de refrigeración dentro de la góndola.
El circuito de refrigeración del aceite de engranajes A comprende una válvula de entrada 3 que conecta la caja de engranajes 1 con una bomba de aceite de engranajes 4 que bombea el aceite de engranajes a través de una unidad filtrante 7 y a través de un intercambiador de calor 9, antes de que el aceite de engranajes vuelva a la caja de engranajes 1. Una termoválvula de tres vías 8 regula la cantidad de aceite de engranajes que enfría el intercambiador de calor 9 y la cantidad de aceite de engranajes que circunvala el intercambiador de calor 9. Una línea de retorno de seguridad 5 alrededor de la bomba de aceite de engranajes 4 comprende una válvula de seguridad y protege el circuito de refrigeración A de la sobrepresión.
Un extremo corriente arriba 18 del circuito de lavado B está conectado a una válvula de sumidero 2 de la caja de engranajes 1 a través de un primer tubo P1. Alternativamente, podría conectarse al circuito de refrigeración A en una ubicación corriente arriba de la bomba de aceite de engranajes 4, tal como entre la válvula de entrada 3 y la bomba de aceite de engranajes 4.
Una bomba de lavado 12 bombea el líquido de lavado, habitualmente aceite de lavado que tiene una viscosidad menor que el aceite de engranajes, a través de un filtro de lavado 14 y a través de un colector de conexión de lavado 6 al circuito de refrigeración de aceite A después de haber inyectado aire desde una fuente de aire 16 al líquido de lavado a través de una válvula de regulación de aire 17.
Una línea de retorno de seguridad con una válvula de seguridad 13 protege la bomba de lavado 12 de daños por sobrepresión.
Un colector de lavado de regulación de presión 10 está insertado en el circuito de refrigeración A corriente arriba de la caja de engranajes 1 y corriente abajo del intercambiador de calor 9. El colector de presión 10 comunica con una válvula de liberación de presión 11 para la liberación enérgica del líquido de lavado presurizado en el circuito de refrigeración A para provocar el lavado turbulento del circuito de refrigeración A. La combinación B1 del colector de presión 10 y la válvula de liberación de presión 11 se usa para lavar en combinación con el circuito de lavado B y no es parte del circuito de refrigeración A estándar.
En una fase de compresión, mientras la válvula de liberación de presión 11 está cerrada, se acumula presión en el circuito de lavado B y el circuito de refrigeración A. La presión máxima que se acumula es una presión bastante inferior a la que causaría daños al intercambiador de calor 9. Habitualmente, el límite de presión predeterminado está en el intervalo de 3 -10 bar, opcionalmente 5 -10 bar. Por ejemplo, el límite de presión predeterminado es 5 bar.
El colector de presión 10 comprende una válvula de seguridad 21 para liberar automáticamente el líquido de lavado cuando la presión del líquido de lavado en el circuito de refrigeración A alcanza un límite de presión de seguridad. La liberación a través de la válvula de seguridad 21 no es enérgica, sino que solo drena suficiente líquido de lavado del circuito de refrigeración A para evitar que la presión sobrepase el límite de presión de seguridad. El límite de presión de seguridad es la presión máxima que puede acumularse en el circuito de refrigeración (A) y, por tanto, es mayor o igual que el límite de presión predeterminado.
En algunas realizaciones, como se explica posteriormente con mayor detalle, la válvula de liberación de presión 11 se opera manualmente. Si no está abierta durante la fase de compresión, el líquido de lavado se drenará a través de la válvula de seguridad 21 y evitará daños al sistema. Este drenaje se usa opcionalmente al principio del procedimiento de lavado para llenar el circuito de refrigeración A con líquido de lavado al que se ha añadido aire. Por ejemplo, se bombea líquido de lavado al circuito de refrigeración, y la válvula de alivio de presión 11 no está abierta, que da como resultado la abertura de la válvula de seguridad a la presión máxima, conduciendo a un flujo lento de líquido de lavado aireado en el circuito de refrigeración.
Para lavar, una vez se ha alcanzado un límite de presión predeterminado en el circuito de refrigeración de aceite A, se abre la válvula de liberación de presión 11, manual o automáticamente, para proporcionar una fase de liberación de presión donde la presión se libera brusca y enérgicamente a través de la válvula de liberación de presión 11. Esta liberación brusca de la presión provoca no solo flujo turbulento a través del circuito de refrigeración de aceite A, sino que también provoca una onda de sonido inducida de vuelta a través del circuito de refrigeración A. La onda de sonido inducida es de múltiples frecuencias y se propaga a través del sistema, rebotando potencialmente hacia delante y atrás unas pocas veces antes de extinguirse.
La combinación de flujo turbulento y onda de sonido inducida ha resultado ser una forma eficaz de provocar la liberación de partículas de las paredes del circuito de refrigeración A, incluso partículas menores de 3 micrómetros. La capacidad de filtración del filtro de lavado 14 se ajusta de forma correspondiente con respecto al tamaño. Opcionalmente, el filtro de lavado 14 se configura para filtrar partículas menores de 3 micrómetros, por ejemplo, partículas con un tamaño inferior a 1 micrómetro. Sin embargo, dependiendo de las necesidades, el filtro tiene un tamaño de poro menor en el intervalo de 1 -6 micrómetros, por ejemplo en el intervalo de 1 -3 micrómetros.
Una válvula de retención 15 protege el filtro 14 de esta onda de sonido inducida y cualquier contrapresión.
En condiciones de filtración normales, la unidad filtrante 7 comprende un alojamiento de filtro en cuyo interior se proporciona un medio filtrante. Para mejorar más la eficacia del sistema, el medio filtrante de la unidad filtrante 7 se saca del alojamiento del filtro, de modo que la unidad filtrante 7 tenga un alojamiento vacío. Esto da como resultado que el alojamiento del filtro actúe como un acumulador de la mezcla de aceite/aire, aumentando el volumen total de la mezcla de aceite/aire contenida en el que se acumula presión durante la fase de compresión. A medida que el gas comprimido impulsa el aceite del circuito de refrigeración A durante la fase de liberación de presión, el mayor volumen de aire comprimido del alojamiento del filtro aumenta el flujo y mejora la turbulencia, lo que es beneficioso para la liberación de las partículas de las paredes interiores del circuito de refrigeración de aceite A. La introducción de aire en el líquido de lavado se usa por simplicidad, y pueden usarse otros gases en lugar de aire, por ejemplo nitrógeno gaseoso.
Además, el alojamiento de filtro vacío actúa como cuerpo de resonancia para la onda de sonido inducida, especialmente a bajas frecuencias, durante la fase de liberación de presión, lo que mejora la liberación de las partículas de las paredes interiores del circuito de refrigeración de aceite A. De ese modo, el alojamiento de filtro vacío tiene una función doble, que es aumentar el volumen de gas así como mejorar la acción de las ondas de sonido inducidas.
La Figura 3 ilustra una realización alternativa, en la que la bomba de refrigeración 4 se usa para acumular presión en el circuito de refrigeración A y en donde el circuito de lavado B entre el extremo corriente arriba 18 y el extremo corriente abajo 19 comprende los componentes de un filtro de lavado 14, una válvula de retención 15 y una válvula de regulación de aire 17. En este caso, el circuito de lavado B está interpuesto entre el lado corriente abajo de la bomba de refrigeración 4 y el lado corriente arriba del intercambiador de calor 9. La bomba de refrigeración 4 impulsa el líquido de lavado a través del tubo P1, y a través del extremo corriente arriba 18 al circuito de lavado B con el filtro de lavado 14, la válvula de retención 15, la válvula de regulación de aire 17 para la entrada de aire, el extremo corriente abajo 19 del circuito de lavado B, y el tubo P2, y a continuación de vuelta al circuito de refrigeración A y a través del intercambiador de calor 9.
Para el caso opcional en que el circuito de refrigeración A también comprenda una unidad filtrante 7, el circuito de lavado B está interpuesto entre la bomba de refrigeración 4 y la unidad filtrante 7. Como se ha explicado anteriormente, se retira ventajosamente el medio filtrante de la misma. De forma similar a la función del circuito de la Figura 2, se acumula presión en el circuito de refrigeración A de la Figura 3 hasta que la presión se libera enérgicamente a través de la válvula de liberación de presión 11.
En algunas realizaciones, también válidas para los principios de las Figuras 2 y 3, la válvula de liberación de presión 11 es una válvula operada manualmente. Habitualmente, una persona operaría la válvula en la góndola. A medida que el líquido de lavado presurizado, habitualmente aceite, se libera enérgicamente a través de la válvula de liberación de presión 11, la liberación puede usarse para crear un chorro de líquido de lavado, que a continuación se dirige manualmente hacia las ruedas de engranajes y las paredes de la caja de engranajes para retirar partículas y lodos de las paredes de la caja de engranajes.
Como indican las líneas curvas, el tubo P3 se usa para la conexión adicional entre el circuito de refrigeración A y la válvula de liberación de presión 11. Los tubos P1, P2 conectan el circuito de refrigeración A con el circuito de lavado B.
Por ejemplo, el circuito de lavado está instalado en la góndola de la turbina eólica.
Alternativamente, los componentes principales del circuito de lavado B pueden estar conectados mediante tubos largos P1, P2, por ejemplo a través de un cordón umbilical. Esto implica la posibilidad de mantener los componentes principales, incluyendo el filtro de lavado 14 así como la válvula de regulación de aire 17, y opcionalmente también la bomba de lavado 12, en el suelo o en un barco mientras solo se elevan los tubos P1, P2 hasta la góndola de la turbina eólica.
Habitualmente, los tubos P1 y P2 tienen un diámetro interno en el intervalo de media pulgada (12,7 mm) a una pulgada (25,4 mm), por ejemplo 3/4 de pulgada (19,05 mm).
Opcionalmente, se usa un cordón umbilical con tubos para drenar el aceite de engranajes de la caja de engranajes y rellenar el aceite de engranajes en la caja de engranajes.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un método para lavar un circuito de refrigeración (A) para aceite de engranajes de una caja de engranajes (1) en una turbina eólica, comprendiendo el circuito de refrigeración (A) una bomba de aceite de engranajes (4) y un intercambiador de calor (9), estando conectado el circuito de refrigeración (A) a la caja de engranajes (1) y configurado para la circulación de aceite de engranajes desde la caja de engranajes (1) a través del circuito de refrigeración (A) mediante la bomba de aceite de engranajes (4) durante la operación estándar de la turbina eólica cuando produce electricidad; comprendiendo el método
conectar una válvula de liberación de presión (11) al circuito de refrigeración (A) corriente abajo del intercambiador de calor (9) entre el intercambiador de calor (9) y la caja de engranajes (1), estando configurada la válvula de liberación de presión (11) para cerrar el flujo de líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, del circuito de refrigeración (A) a la caja de engranajes (1) y para abrir el flujo de líquido de lavado cuando la presión en el circuito de refrigeración (A) supera un límite de presión predeterminado;
proporcionar un circuito de lavado (B) corriente arriba del intercambiador de calor (9) y diferente del circuito de refrigeración (A), comprendiendo el circuito de lavado (B) un extremo corriente arriba (18) y un extremo corriente abajo (19) y entre los mismos un filtro de lavado (14) y un suministro de aire (16, 17) corriente abajo del filtro de lavado (14); conectar mediante un primer tubo (P1) el extremo corriente arriba (18) del circuito de lavado (B) a la caja de engranajes (I) o al circuito de refrigeración (A) corriente arriba del intercambiador (9) para recibir líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, desde la caja de engranajes (1) al circuito de lavado (B) a través del primer tubo (P1) y el extremo corriente arriba (18);
conectar mediante un segundo tubo (P2) un extremo corriente abajo (19) del circuito de lavado (B) al circuito de refrigeración (A) en una ubicación de conexión corriente abajo (20) corriente arriba del intercambiador de calor (9); bombear líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado o aceite de engranajes, desde la caja de engranajes (1) a través del primer tubo (P1), el extremo corriente arriba (18) y el filtro de lavado (14), pasar por el suministro de aire (16, 17) y a través del intercambiador de calor (9), el extremo corriente abajo y el segundo tubo (P2), y añadir aire del suministro de aire (16, 17) al líquido de lavado en el circuito de lavado (B) mientras el líquido de lavado pasa por el suministro de aire (16, 17);
mientras la válvula de liberación de presión (11) está cerrada, acumular presión hasta un nivel predeterminado en el circuito de lavado (B) y en el circuito de refrigeración (A) y, tras alcanzar este límite de presión predeterminado, abrir la válvula de liberación de presión (11) corriente abajo del intercambiador de calor (9) y provocar un flujo turbulento en el circuito de refrigeración (A) durante una liberación enérgica de presión desde el circuito de refrigeración (A) a través de la válvula de liberación de presión (11).
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el método comprende liberar enérgicamente la presión desde el circuito de refrigeración (A) a través de la válvula de liberación de presión (11) a la caja de engranajes (1).
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el método comprende liberar enérgicamente la presión desde el circuito de refrigeración (A) a través de la válvula de liberación de presión (11) como un chorro de líquido de lavado y lavar el interior de la caja de engranajes (1) variando la dirección del chorro hacia diversas partes internas de la caja de engranajes (1).
4. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el método comprende operar la válvula de liberación de presión (11) de forma cíclica una pluralidad de veces para acumular repetidamente presión hasta el límite de presión predeterminado y liberar enérgicamente la presión.
5. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el método comprende proporcionar la ubicación de conexión corriente abajo (20) entre la bomba de aceite de engranajes (4) y el intercambiador de calor (9).
6. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el circuito de refrigeración (A) comprende una unidad filtrante (7) para la filtración del aceite de engranajes durante la operación estándar de la turbina eólica cuando produce electricidad; en donde el método comprende retirar el medio filtrante de la unidad filtrante (7) antes de la acumulación de presión en el circuito de refrigeración (A) para proporcionar un flujo suave a través de la unidad filtrante (7) durante la liberación enérgica.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la ubicación de conexión corriente abajo (20) está entre la bomba de aceite de engranajes (4) y la unidad filtrante (7).
8. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el circuito de lavado (B) comprende una bomba de lavado (12) diferente de la bomba de aceite de engranajes (4), para bombear el líquido de lavado a través del circuito de lavado (B) y al menos parte del circuito de refrigeración y a través de la válvula de liberación de presión ( I I ) .
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la ubicación de conexión corriente abajo (20) está corriente arriba del intercambiador de calor (9) entre la bomba de aceite de engranajes (4) y el intercambiador de calor (9) para circunvalar la bomba de aceite de engranajes (4) por el circuito de lavado (B) pero no el intercambiador de calor (9).
10. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el método comprende seleccionar el límite de presión predeterminado en el intervalo de 3 -10 bar.
11. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el líquido de lavado es aceite con una viscosidad menor que el aceite de engranajes y está configurado para turbulencia durante la liberación enérgica de la presión a través de la válvula de liberación de presión 11.
12. Un sistema de lavado para lavar un circuito de refrigeración (A) para aceite de engranajes de una caja de engranajes (1) en una turbina eólica, comprendiendo el sistema
- un colector de lavado de regulación de presión (10) para inserción en el circuito de refrigeración entre la caja de engranajes (1) y un intercambiador de calor (9) de un circuito de refrigeración de aceite de engranajes (A);
- una válvula de liberación de presión (11) conectada mediante tubo al colector de lavado de regulación de presión (10) para recibir líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, del mismo y configurada para cerrar el flujo de líquido de lavado del colector (10) y para abrir el flujo del líquido de lavado cuando la presión supera un límite de presión predeterminado;
- una válvula de seguridad (21) para liberar automáticamente el líquido de lavado del colector (10) cuando la presión del líquido de lavado en el colector (10) alcanza un límite de presión de seguridad, en donde el límite de presión de seguridad es mayor o igual que el límite de presión predeterminado;
- un circuito de lavado (B) diferente del circuito de refrigeración (A), comprendiendo el circuito de lavado (B) un extremo corriente arriba (18) y un extremo corriente abajo (19) con un colector de conexión de lavado (6) para la conexión al circuito de refrigeración (A) corriente arriba del intercambiador de calor (9) y, entre el extremo corriente abajo y el extremo corriente arriba, una bomba de lavado (12), un filtro de lavado (14), y un suministro de aire (16, 17) dispuestos en serie, proporcionándose el suministro de aire (16, 17) corriente abajo de la bomba de lavado (12) para añadir aire al líquido de lavado;
en donde el sistema está configurado para recibir líquido de lavado, por ejemplo aceite de lavado, a través del extremo corriente arriba (18) corriente arriba del intercambiador de calor (9) y al circuito de lavado (B) y para bombear el líquido de lavado mediante la bomba de lavado (12) a través del filtro de lavado (14) y pasar por el suministro de aire (16, 17), para añadir aire al líquido de lavado, y para bombear además el líquido de lavado aireado a través del extremo corriente abajo y el colector de conexión de lavado (6) al circuito de refrigeración (A) corriente arriba del intercambiador de calor (9) como parte del procedimiento de lavado;
en donde el sistema está configurado además para acumular presión hasta un nivel de presión predeterminado en el circuito de lavado (B) y el circuito de refrigeración (A), cuando hay conexión, mientras la válvula de liberación de presión (11) está cerrada, y en donde el sistema está configurado para la liberación enérgica de la presión a través de la válvula de liberación de presión (11) tras alcanzar este límite de presión predeterminado en la válvula de liberación de presión por abertura de la válvula de liberación de presión (11) corriente abajo del intercambiador de calor (9) y para provocar un flujo turbulento en el circuito de refrigeración (A) durante la liberación enérgica.
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