ES2899126T3

ES2899126T3 - Sistema de orientación para una turbina eólica

Info

Publication number: ES2899126T3
Application number: ES18382549T
Authority: ES
Inventors: Pardo Santiago Canedo; Jordi Mercadé
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: US11092140B2; EP3597903B1; PL3597903T3; EP3597903A1; US20200025179A1

Abstract

Un sistema de orientación (20) para hacer girar una góndola (4) con respecto a una torre (2) alrededor de un eje de rotación (19) en una turbina eólica (1) que comprende: un rodamiento de orientación deslizante (30) que comprende un primer componente de rodamiento (31) configurado para acoplarse a una torre (2), un segundo componente de rodamiento (32) configurado para acoplarse a una góndola (4) y un conjunto de deslizamiento (50) dispuesto entre el primer (31) y el segundo componentes de rodamiento (32), en el que el primer componente de rodamiento (31) está configurado para girar con respecto al segundo componente de rodamiento (32); un engranaje anular (21) y una pluralidad de accionamientos de orientación (22) con un motor (23) y un piñón (25) para engranar con el engranaje anular (21) para hacer girar el primer sistema de rodamiento (31) con respecto al segundo sistema de rodamiento (32); un disco de freno (40); y una o más unidades de frenado (41) configuradas para ejercer una fuerza de frenado sobre el disco de freno (40) para frenar la rotación del primer componente de rodamiento (31) con respecto al segundo componente de rodamiento (32), estando el sistema de orientación caracterizado por que el disco de freno (40) está separado del primer (31) y del segundo (32) componentes de rodamiento.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de orientación para una turbina eólica

[0001] La presente divulgación se refiere a sistemas de orientación para turbinas eólicas, adaptadores de torre que comprenden un disco de freno de la orientación y turbinas eólicas que comprenden dichos sistemas de orientación (“yaw systems”) o adaptadores de torre.

Antecedentes

[0002] Las turbinas eólicas modernas se usan comúnmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbinas eólicas de este tipo en general comprenden una torre y un rotor dispuesto en la torre. El rotor, que comprende típicamente un buje y una pluralidad de palas, se pone en rotación bajo la influencia del viento en las palas. Dicha rotación genera un par de torsión que se transmite normalmente a través de un eje de rotor a un generador, bien directamente ("accionamiento directo") o a través del uso de una caja de engranajes. De esta manera, el generador produce electricidad que se puede suministrar a la red eléctrica.

[0003] La mayoría de las turbinas eólicas comprenden un sistema de orientación usado para orientar el rotor de la turbina eólica en la dirección predominante del viento. Normalmente, cuando el rotor está alineado con la dirección del viento, el sistema de orientación mantiene la posición mediante frenos (por ejemplo, pinzas de freno hidráulicas y/o electrofrenos de los motores de orientación). Cuando el rotor está desalineado con respecto a la dirección del viento, el sistema de orientación hace girar la góndola para alcanzar una alineación adecuada con el viento.

[0004] El sistema de orientación normalmente realiza esta rotación de la góndola por medio de un accionamiento de la orientación que incluye una pluralidad de motores (eléctricos o hidráulicos) con cajas de engranajes adecuadas para el accionamiento de engranajes (piñones) que engranan con un engranaje anular o anillo de engranaje unido a la góndola o a la torre de la turbina eólica. Por tanto, la góndola se puede girar alrededor del eje longitudinal de la torre dentro o fuera de la dirección del viento. La conexión giratoria entre la torre de la turbina eólica y la góndola se denomina rodamiento de orientación (“yaw bearing”). El rodamiento de orientación puede ser de tipo rodillos o deslizante.

[0005] Los rodamientos de orientación de rodillos pueden comprender, en general, bolas o elementos de rodadura dispuestos entre un anillo interior y un anillo exterior para reducir la fricción entre estos anillos. Como la fricción entre los anillos interior y exterior es muy baja, los sistemas de orientación que tienen rodamientos de rodillos pueden requerir que los motores de orientación y los sistemas de frenado se activen constantemente para mantener la dirección de orientación. Como resultado, los sistemas de frenado y los motores de orientación suelen estar sobredimensionados. Además, los rodamientos de rodillos son relativamente costosos en comparación con otros rodamientos, especialmente los rodamientos de rodillos de orientación grandes.

[0006] Los generadores de turbina eólica grandes están sometidos, en general, a altas cargas que se transfieren desde la góndola hacia la torre a través de los rodamientos de orientación. Por lo tanto, los rodillos también están sometidos a cargas elevadas. Algunos rodillos o bolas pueden aplastarse y, por lo tanto, es posible que sea necesario reemplazar los rodamientos. Además, como las cargas pueden ser tanto axiales como radiales, algunas cargas pueden causar una separación de los anillos interior y exterior del rodamiento de rodillos de orientación. Por consiguiente, los rodamientos de orientación de rodillos para grandes turbinas eólicas pueden tener que reforzarse, lo que también puede aumentar el coste de estos rodamientos de orientación.

[0007] Los rodamientos de orientación deslizantes o los rodamientos de orientación de deslizamiento se pueden usar en grandes turbinas eólicas porque son más baratos que los rodamientos de orientación de rodillos y pueden soportar cargas elevadas en direcciones axial y radial. Los rodamientos de orientación deslizantes o de deslizamiento pueden incluir un engranaje anular o un anillo de engranaje configurado para fijarse a la torre en el que el bastidor de la góndola puede descansar y deslizarse en su movimiento de orientación. Se puede aplicar lubricación, por ejemplo, aceite o grasa, entre el engranaje anular y el bastidor de la góndola para permitir que el bastidor gire con respecto al engranaje anular. La lubricación reduce la fricción entre el engranaje anular y el bastidor de la góndola y evita el desgaste del engranaje anular y/o del bastidor. La falta de lubricación puede provocar la generación de ruido. Además, se puede proporcionar una superficie deslizante o de deslizamiento entre el engranaje anular y el bastidor para evitar un contacto directo entre ellos. Los rodamientos de orientación deslizantes normalmente no se pueden activar o desactivar, por lo que la fuerza de fricción proporcionada es básicamente constante.

[0008] A pesar de esto, la superficie de deslizamiento puede todavía proporcionar una fuerza de fricción para mantener la góndola en una dirección de orientación deseada. Los motores del sistema de orientación también pueden ayudar a bloquear la góndola en una posición de orientación. Sin embargo, es posible que los motores deban funcionar constantemente, lo que puede provocar el desgaste de los dientes de los engranajes, lo que implica costosas reparaciones. En consecuencia, pueden ser necesarios sistemas de frenado. Los sistemas de frenado pueden comprender dos pastillas de freno móviles, por ejemplo, pinzas de freno, que ejercen una presión sobre el engranaje anular para evitar la rotación de la góndola con respecto a la torre (o al menos para aumentar la fuerza de fricción).

Estos sistemas de freno pueden activarse y desactivarse mediante el sistema de control de la turbina eólica, por ejemplo, un SCADA.

[0009] Sin embargo, la lubricación entre el engranaje anular y el bastidor de la góndola puede causar un efecto negativo en los sistemas de frenado debido a que la lubricación también puede contaminar el área del engranaje anular sujeta por las pastillas de freno. Los sistemas de frenado típicamente requieren una superficie seca y limpia para proporcionar una alta fuerza de fricción para retener la góndola en una posición de orientación. Como resultado, la fuerza de frenado aplicada por las pastillas de freno contra el engranaje anular puede reducirse. Además, como se puede aplicar lubricación durante las operaciones de mantenimiento preventivo o cuando se detectan ruidos o vibraciones excesivas, la fricción proporcionada por las pastillas de freno contra el engranaje anular puede no ser constante a lo largo del tiempo. La fuerza de fricción proporcionada por las pastillas de freno puede no ser suficiente para hacer que la góndola mantenga una dirección de orientación. Por tanto, se reduce la eficacia del sistema de frenado. Si la fricción proporcionada por las pastillas de freno disminuye, puede causar daños en los motores de orientación, por ejemplo, una avería en la caja de engranajes, y en el peor de los casos puede desgastar el engranaje anular.

[0010] Los documentos DE 102005 001 344, US 2005/0196280 y DE 10 2011 010 830 divulgan un sistema de orientación para hacer girar una góndola con respecto a una torre de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

[0011] La presente divulgación proporciona ejemplos de sistemas y procedimientos que al menos resuelven parcialmente algunas de las desventajas antes mencionadas.

Breve explicación

[0012] En un aspecto, se proporciona un sistema de orientación para hacer girar una góndola con respecto a una torre alrededor de un eje de rotación en una turbina eólica. El sistema de orientación comprende un rodamiento de orientación deslizante que comprende un primer componente de rodamiento configurado para acoplarse a una torre, un segundo componente de rodamiento configurado para acoplarse a una góndola y un conjunto de deslizamiento dispuesto entre el primero y el segundo componentes de rodamiento, en el que el primer componente de rodamiento está configurado para girar con respecto al segundo componente de rodamiento. El sistema de orientación también comprende un engranaje anular (“annular gear”) y una pluralidad de accionamientos de orientación con un motor y un piñón para engranar con el engranaje anular para hacer girar el primer sistema de rodamiento con respecto al segundo sistema de rodamiento. Además, el sistema de orientación comprende un disco de freno y una o más unidades de frenado configuradas para ejercer una fuerza de frenado sobre el disco de freno para frenar la rotación del primer componente de rodamiento con respecto al segundo componente de rodamiento.

[0013] En este aspecto, se proporciona un disco de freno separado del primer y segundo componentes de rodamiento. El sistema de orientación separa así el rodamiento de orientación deslizante y los sistemas de freno de orientación. De este modo se reduce o evita la contaminación del disco de freno. La fuerza de frenado proporcionada por las unidades de frenado sobre el disco de freno puede, por tanto, no verse afectada por la lubricación aplicada al primer y al segundo componentes del rodamiento. Por tanto, aumenta la capacidad de frenado.

[0014] Además, este sistema de orientación permite el uso de sistemas de frenado más sencillos y económicos, por ejemplo, pinzas de freno, cuando se compara con sistemas de orientación en los que la fuerza de frenado se aplica directamente sobre el primero o sobre el segundo componentes de rodamiento. Por tanto, los costes también pueden reducirse.

[0015] En otro aspecto, se proporciona un adaptador de torre para una turbina eólica que se extiende a lo largo de un eje vertical y está configurado para acoplarse de manera fija a una parte superior de una torre de turbina eólica y para acoplarse de forma giratoria a una góndola de turbina eólica. El adaptador de torre comprende un primer componente de rodamiento de un rodamiento de orientación deslizante configurado para girar con respecto a un segundo componente de rodamiento del rodamiento de orientación deslizante y un disco de freno para recibir una fuerza de frenado de una o más unidades de frenado para frenar la rotación del primer componente de rodamiento con respecto al segundo componente de rodamiento.

[0016] De acuerdo con este aspecto, el disco de freno puede estar integrado en el adaptador de la torre. Por tanto, el sistema de orientación puede montarse más fácilmente.

[0017] En otro aspecto más, se proporciona una turbina eólica que comprende una góndola, una torre y un sistema de orientación para hacer girar la góndola con respecto a la torre alrededor de un eje de rotación. El sistema de orientación comprende un rodamiento de orientación deslizante que comprende un primer componente de rodamiento acoplado a la torre, un segundo componente de rodamiento acoplado a la góndola y un conjunto de deslizamiento dispuesto entre el primer y el segundo componentes de rodamiento, en el que el primer componente de rodamiento está configurado para girar con respecto al segundo componente del rodamiento. El sistema de orientación comprende, además, un engranaje anular y una pluralidad de accionamientos de orientación con un motor y un piñón para engranar con el engranaje anular para hacer girar el primer sistema de rodamiento con respecto al segundo sistema de rodamiento. Además, el sistema de orientación comprende un disco de freno y una o más unidades de frenado configuradas para ejercer una fuerza de frenado sobre el disco de freno para frenar la rotación del primer componente de rodamiento con respecto al segundo componente de rodamiento.

Breve descripción de los dibujos

[0018] En lo que sigue, se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica de acuerdo con un ejemplo;

la figura 2 ilustra una vista interna, simplificada, de una góndola de una turbina eólica de acuerdo con ejemplo;

la figura 3 ilustra una vista isométrica de un sistema de orientación de acuerdo con un ejemplo;

la figura 4 ilustra de forma esquemática un sistema de orientación de acuerdo con un ejemplo;

la figura 5 ilustra de forma esquemática un sistema de orientación de acuerdo con un ejemplo;

la figura 6 ilustra esquemáticamente un adaptador de torre de acuerdo con un ejemplo.

Descripción detallada de los ejemplos

[0019] En estas figuras, los mismos signos de referencia se han usado para designar elementos coincidentes.

[0020] La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de una turbina eólica 1. Como se muestra, la turbina eólica 1 incluye una torre 2 que se extiende desde una superficie de soporte 3, una góndola 4 montada en la torre 2 y un rotor 5 acoplado a la góndola 4. El rotor 5 incluye un buje giratorio 6 y al menos una pala de rotor 7 acoplada a, y que se extiende hacia fuera del buje 6. Por ejemplo, en el ejemplo ilustrado, el rotor 5 incluye tres palas de rotor 7. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 5 puede incluir un número superior o inferior a tres palas de rotor 7. Cada pala de rotor 7 puede estar espaciada en torno al buje 6 para facilitar la rotación del rotor 5, para permitir que la energía cinética del viento se convierta en energía mecánica útil y, posteriormente, en energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 6 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico 10 (figura 2) situado dentro de la góndola 4, o que forma parte de la góndola, para permitir que se produzca energía eléctrica.

[0021] La figura 2 ilustra una vista simplificada interna de un ejemplo de la góndola 4 de la turbina eólica 1 de la figura 1. Como se muestra, el generador 10 puede estar dispuesto dentro de la góndola 4. En general, el generador 10 puede acoplarse al rotor 5 de la turbina eólica 1 para generar energía eléctrica a partir de la energía rotativa generada por el rotor 5. Por ejemplo, el rotor 5 puede incluir un eje de rotor principal 8 acoplado al buje 5 para su rotación con el mismo. El generador 10 puede acoplarse entonces al eje de rotor 8 de modo que la rotación del eje de rotor 8 accione el generador 10. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el generador 10 incluye un eje de generador 11 acoplado de forma giratoria al eje de rotor 8 a través de una multiplicadora 9.

[0022] Se debe apreciar que el eje de rotor 8, la multiplicadora 9 y el generador 10 pueden, en general, estar soportados dentro de la góndola 4 mediante un bastidor de soporte o bancada 12 situado encima de la torre de turbina eólica 2.

[0023] La góndola 4 está acoplada de forma giratoria a la torre 2 a través de un sistema de orientación 20. El sistema de orientación comprende un rodamiento de orientación (no visible en la figura 2) que tiene dos componentes de rodamiento configurados para girar uno con respecto al otro. La torre 2 está acoplada a uno de los componentes de rodamiento y la bancada o bastidor de soporte 12 de la góndola 4 está acoplado al otro componente de rodamiento. El sistema de orientación 20 comprende un engranaje anular 21 y una pluralidad de accionamientos de orientación 22 con un motor 23, una caja de engranajes 24 y un piñón 25 para engranar con el engranaje anular para hacer girar uno de los componentes de rodamiento con respecto al otro.

[0024] La figura 3 ilustra una vista isométrica de un sistema de orientación de acuerdo con un ejemplo. El sistema de orientación 20 comprende un rodamiento de orientación deslizante 30 que tiene un primer componente de rodamiento 31 acoplado a la torre 2 y un segundo componente de rodamiento 32 acoplado o que forma parte del bastidor de soporte 12 de la góndola 4, es decir, que comprende una parte del bastidor de soporte 12. En esta figura, el primer componente de rodamiento 31 es una placa deslizante o pista deslizante o un disco deslizante y el segundo componente de rodamiento 32 es una guía de rodamiento o un conjunto de pastilla de guiado. En esta figura, el conjunto de pastilla de guiado o guía de rodamiento puede comprender una parte del bastidor de soporte 12 y la pista deslizante o placa deslizante puede comprender una parte de una torre 2 o puede estar acoplada a la torre. En otros ejemplos, la placa deslizante puede comprender una parte de un adaptador de torre, extendiéndose el adaptador de torre a lo largo de un eje vertical y estando configurado para acoplarse de forma fija a una parte superior de una torre de turbina eólica. Entre estos dos componentes del rodamiento puede disponerse un conjunto de deslizamiento (no visible en la figura 3) para reducir la fricción entre ellos.

[0025] El sistema de orientación puede comprender un engranaje anular 21 acoplado a la torre 2 y una pluralidad de accionamientos de orientación 22 acoplados al bastidor de soporte 12. Los accionamientos de orientación 22 comprenden un motor y un piñón 25 para engranar con el engranaje anular 21. La rotación del piñón puede hacer girar el piñón con respecto al engranaje anular 21. En este ejemplo, el engranaje anular 21 está acoplado al primer componente de rodamiento 31. Por lo que el primer componente de rodamiento 31 puede girar con respecto al segundo componente de rodamiento 32.

[0026] El engranaje anular 21 puede comprender una pluralidad de dientes que se acoplan con los dientes del piñón 25. En este ejemplo, los accionamientos de orientación 22 y el engranaje anular 21 se colocan fuera del diámetro externo de la torre. Los dientes del engranaje anular están orientados hacia afuera. En algunos ejemplos, el engranaje anular 21 puede conectarse, por ejemplo, soldarse o sujetarse, al rodamiento o placa deslizante. El engranaje anular 21 y la placa deslizante pueden formar una parte integral.

[0027] En la figura 3, la placa deslizante puede deslizarse con respecto al conjunto de pastilla de guiado que puede encerrar parcialmente la placa deslizante. El conjunto de pastilla de guiado puede comprender una superficie de deslizamiento axial superior e inferior y una superficie de deslizamiento radial. Dichas superficies pueden definir una forma de C. La placa deslizante puede disponerse entre estas superficies deslizantes. El conjunto de pastilla de guiado puede, por tanto, guiar la rotación de la placa deslizante.

[0028] En estos ejemplos, el conjunto de pastilla de guiado se coloca en un lado radialmente interior y la placa deslizante en un lado radialmente exterior del rodamiento de orientación deslizante. Por lo tanto, la placa deslizante o pista deslizante puede extenderse radialmente hacia adentro hacia el eje de rotación de la góndola, mientras que el conjunto de pastilla de guiado puede extenderse radialmente hacia afuera desde el eje de rotación de la góndola. Sin embargo, en otros ejemplos, la placa deslizante puede colocarse en un lado radialmente interior y el conjunto de pastilla de guiado en un lado radialmente exterior.

[0029] El sistema de orientación de la figura 3 comprende, además, un disco de freno 40 y una o más unidades de frenado 41 configuradas para ejercer una fuerza de frenado en el disco de freno 40 para el frenado o el bloqueo de la rotación del primer componente de rodamiento 31, por ejemplo, una placa deslizante, con respecto al segundo componente de rodamiento 32, por ejemplo, un conjunto de pastilla de guiado. El segundo disco de freno 40 se puede acoplar al primer componente de rodamiento 31. En la figura 3, el disco de freno y la placa de guía están conectados a la torre, por ejemplo, soldados o mediante sujetadores. En otros ejemplos, el disco de freno y/o la placa deslizante pueden estar formados integralmente con una sección de torre o con un adaptador de torre configurado para conectarse a la parte superior de una torre de turbina eólica. Pueden fabricarse en una sola pieza, por ejemplo, mediante fundición.

[0030] En algunos ejemplos, el disco de freno se puede extender 360° alrededor del eje de rotación. De forma alternativa, el disco de freno puede extenderse menos de 360°, por ejemplo, 90°-270°, alrededor del eje de rotación.

[0031] Las unidades de frenado 41 o pinzas de freno pueden estar unidas al bastidor de soporte 12 y pueden acoplarse con el disco de freno 40 para bloquear la rotación de la góndola respecto a la torre. Las unidades de frenado 41 pueden comprender un par de pastillas de freno móviles entre sí para sujetar el disco de freno. Por tanto, las pastillas de freno pueden proporcionar la fuerza de frenado para frenar la rotación de la góndola o para mantener una dirección de orientación.

[0032] Las unidades de frenado pueden ser pasivas o activas. En algunos ejemplos, algunas unidades de frenado pueden ser pasivas y otras activas.

[0033] Las unidades de frenado pasivas pueden comprender un resorte para mover pasivamente las pastillas de freno las unas hacia las otras. El resorte puede estar conectado a una de las pastillas de freno que puede proporcionar una fuerza de fricción contra el disco de freno.

[0034] Las unidades de frenado activas pueden comprender un sistema de accionamiento para mover las pastillas de freno las unas hacia las otras. El sistema de accionamiento puede controlar la fuerza ejercida por las pastillas de freno sobre el disco de freno. El sistema de accionamiento puede ser un pistón unido a una de las pastillas de freno. De forma alternativa, el sistema de accionamiento puede incluir un par de pistones, cada uno de ellos unido a una de las pastillas de freno. El sistema de accionamiento puede ser hidráulico o electromecánico. En algunos ejemplos, la activación y la desactivación de las unidades de frenado activas pueden controlarse mediante un control de turbina eólica.

[0035] La figura 4 ilustra esquemáticamente un sistema de orientación 20 con accionamientos de orientación externos 22 con un piñón 25 que se acopla a un engranaje anular 21 acoplado a la torre 2. El primer componente de rodamiento 31 es una placa de guía o pista de guía conectada al engranaje anular 21 y a la torre 2. En algunos ejemplos, la placa deslizante puede formarse integralmente con al menos uno del engranaje anular 21 o la torre 2 o el adaptador de torre conectado a una parte superior de una torre. Por tanto, la placa o pista deslizante puede comprender una parte de la torre o del adaptador de la torre. En algunos ejemplos, la placa deslizante puede estar formada por varias partes o elementos.

[0036] En la figura 4, el segundo componente de rodamiento 32 es una guía de rodamiento o pinza de guiado o conjunto de pastilla de guiado conectado al bastidor de soporte 12 que puede girar con respecto al primer componente de rodamiento 31 alrededor de un eje de rotación 19 por la acción del piñón 25 u otros mecanismos de accionamiento. El conjunto de pastilla de guiado puede estar formado por una pieza integral o puede formarse uniendo varias partes. En algunos ejemplos, el conjunto de pastilla de guiado puede comprender una parte del bastidor de soporte. Un par de unidades de frenado 41 que tienen pastillas de freno 42 móviles pueden conectarse al segundo componente de rodamiento 32. Las pastillas de freno 42 pueden sujetar el disco de freno 40 acoplado a la torre 2 para bloquear el movimiento de orientación de la góndola.

[0037] Un conjunto de deslizamiento 50 puede estar dispuesto entre el primer componente de rodamiento 31 y el segundo componente de rodamiento 32.

[0038] El primer componente de rodamiento 31 puede incluir una superficie de deslizamiento axial superior 311, una superficie de deslizamiento axial inferior 312 y una superficie de deslizamiento radial 313. El segundo componente de rodamiento 32 puede encerrar parcialmente el segundo componente de rodamiento. El segundo componente de rodamiento 32 también puede incluir una superficie de deslizamiento axial superior 321, una superficie de deslizamiento axial inferior 322 y una superficie de deslizamiento radial 323. La superficie de deslizamiento axial superior 311 del primer componente de rodamiento 31 puede estar orientada hacia la superficie de deslizamiento axial superior 321 del segundo componente de rodamiento 32. De forma similar, las superficies de deslizamiento axiales inferiores y las superficies de deslizamiento radiales pueden estar enfrentadas respectivamente entre sí.

[0039] De acuerdo con estos aspectos, los componentes de rodamiento pueden tener tres superficies de deslizamiento. Estas superficies de deslizamiento pueden limitar los movimientos no deseables de los segundos componentes del rodamiento con respecto al primer componente de rodamiento. Por lo tanto, las cargas pueden transmitirse de manera más eficiente a la torre.

[0040] Las cargas variables del viento que actúa sobre las palas de la turbina eólica pueden ser transmitidas a través del bastidor de soporte 12 a la torre. Estas cargas que actúan sobre las palas pueden producir un movimiento de proa a popa 18 de la torre, que intenta modificar la inclinación de la góndola. Esto puede crear un movimiento hacia arriba y hacia abajo de las partes opuestas de la góndola. En la figura 4, la superficie de deslizamiento superior 311 y axial inferior 313 del primer componente de rodamiento 31 limita dicho movimiento hacia arriba y hacia abajo de la góndola 4 limitando el movimiento del segundo componente de rodamiento 32 con respecto al primer componente de rodamiento 31.

[0041] Las cargas sobre las palas también pueden producir una fuerza de empuje 17 que intenta producir un movimiento hacia atrás y hacia adelante de la góndola. En la figura 4, la superficie de deslizamiento radial 312 del primer componente de rodamiento 31 puede limitar el movimiento hacia atrás y hacia adelante de la góndola bloqueando el movimiento horizontal del segundo componente de rodamiento 32.

[0042] En algunos ejemplos, el conjunto de deslizamiento 50 dispuesto entre los componentes de rodamiento puede comprender una pluralidad de pastillas de deslizamiento. En algunos de estos ejemplos, el conjunto de deslizamiento 50 puede comprender una o más pastillas de deslizamiento axiales superiores 51 dispuestas entre las superficies de deslizamiento axiales superiores 311, 321 del primer y el segundo componentes de rodamiento, una o más pastillas de deslizamiento axiales inferiores 53 dispuestas entre las superficies de deslizamiento axiales inferiores 313, 323 del primer y el segundo componentes de rodamiento; y una o más pastillas de deslizamiento radiales 52 dispuestas entre las superficies de deslizamiento radiales 312, 313 del primer y el segundo componentes de rodamiento. Por consiguiente, se puede controlar la fricción entre las superficies de deslizamiento de los componentes de rodamiento. En algunos ejemplos, las pastillas de deslizamiento pueden incluir grasa o lubricación para reducir el coeficiente de fricción y reducir o controlar el ruido. Las vibraciones de la góndola también pueden ser absorbidas por las pastillas de deslizamiento del conjunto de deslizamiento 50.

[0043] En algunos ejemplos, una o más de las pastillas de deslizamiento pueden comprender un sistema de presión para controlar la presión proporcionada por las pastillas de deslizamiento a las superficies de deslizamiento. Por tanto, se puede controlar la fricción entre las superficies de deslizamiento adyacentes. El sistema de presión puede comprender un resorte o un perno que ajusta la presión entre los dos componentes de rodamiento. En otros ejemplos, el sistema de presión puede comprender elementos de pretensión neumáticos o hidráulicos.

[0044] La figura 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo de un sistema de orientación 20 en el que los accionamientos de orientación 22 están dispuestos en el lado interior del rodamiento de orientación deslizante, es decir, dentro del diámetro definido por la torre. El engranaje anular 21 se puede acoplar a la torre 2 y, por lo tanto, los dientes pueden estar orientados hacia dentro para engranar el piñón 25 de los accionamientos de orientación 22. El módulo de frenado 41 puede acoplarse al segundo componente de rodamiento 32 y puede acoplarse con el disco de freno 40 acoplado a la torre 2.

[0045] En estos ejemplos, el primer componente de rodamiento 31, por ejemplo, una placa deslizante, se coloca en un lado radialmente interior y el segundo componente de rodamiento 32, un conjunto de pastilla de guiado, en un lado radialmente exterior del rodamiento de orientación deslizante. La abertura del conjunto de pastilla de guiado puede estar orientada hacia el interior de la torre.

[0046] De forma similar a los ejemplos descritos con respecto a la figura 4, en la figura 5 el primer componente de rodamiento 31 y el segundo componente de rodamiento 32 pueden comprender superficies de deslizamiento axiales superiores 311 y 321, superficies de deslizamiento axiales inferiores 313 y 323 y superficies de deslizamiento axiales radiales 312 y 322. Estas superficies de deslizamiento pueden permitir minimizar los movimientos o vibraciones no deseados de la góndola con respecto a la torre, en particular, los movimientos de proa a popa 18 de la torre o los producidos por la fuerza de empuje 17. Puede disponerse un conjunto de deslizamiento 20 que incluye una pastilla de deslizamiento axial superior 51, una pastilla de deslizamiento radial 52 y una pastilla de deslizamiento inferior 53 entre las superficies de deslizamiento adyacentes.

[0047] En algunos otros ejemplos, los accionamientos de orientación 22 pueden estar acoplados a la torre (directamente o a través de una pieza intermedia) y el engranaje anular 21 al bastidor 12. Los accionamientos de orientación pueden disponerse dentro o fuera de la torre. En algunos de estos ejemplos, el primer componente de rodamiento puede ser un conjunto de pastilla de guiado y el segundo componente de rodamiento puede ser una placa deslizante. El primer componente de rodamiento y el segundo rodamiento se pueden colocar, de forma alternativa, en un lado interior o en un lado exterior del sistema de orientación deslizante.

[0048] La figura 6 ilustra esquemáticamente un adaptador de torre 90 de acuerdo con un ejemplo. El adaptador de torre 90 se extiende a lo largo de un eje vertical 92 y está configurado para acoplarse de forma fija a una parte superior de la torre de la turbina eólica (no ilustrada en la figura 6) y para acoplarse de forma giratoria a una góndola 4 de la turbina eólica.

[0049] El adaptador de la torre 90 comprende un primer componente de rodamiento 31 que puede acoplarse con un segundo componente de rodamiento 32 asociado con la góndola 4 para formar un rodamiento de orientación deslizante 30. En la figura 6, el segundo componente de rodamiento 32 puede acoplarse al bastidor de soporte 12.

[0050] El adaptador de la torre puede comprender, además, un disco de freno 40 para recibir una fuerza de frenado a partir de una o más unidades de frenado 41 acopladas al bastidor de soporte 12. El disco de freno 40 y las unidades de frenado 41 pueden ser de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento. Por ejemplo, el disco de freno 40 puede extenderse 360° alrededor del eje vertical. De forma alternativa, el disco de freno puede extenderse menos de 360° alrededor del eje vertical.

[0051] El disco de freno 40 puede estar dispuesto, aparte del primer componente de rodamiento 31. El disco de freno 40 puede estar dispuesto en la parte inferior del adaptador de torre y el primer componente de rodamiento 31 en la parte superior. Por tanto, puede reducirse la contaminación del disco de freno 40 por el aceite o la grasa del rodamiento de orientación deslizante 30.

[0052] El adaptador de la torre 90 puede comprender una brida 91 para conectar, por ejemplo, atornillar, a la parte superior de la torre. Por tanto, puede establecerse una conexión fija entre el adaptador de la torre 90 y la torre. En algunos ejemplos, la brida 91 puede comprender el disco de freno 40.

[0053] En algunos ejemplos, el primer componente de rodamiento 31 puede comprender una superficie de deslizamiento axial superior 311, una superficie de deslizamiento axial inferior 313 y una superficie de deslizamiento radial 312. Estas superficies de deslizamiento pueden acoplarse con las superficies de deslizamiento correspondientes de un segundo componente de rodamiento 32. En algunos de estos ejemplos, el primer componente de rodamiento puede ser una placa de rodamiento o una placa deslizante o un disco de deslizamiento. La placa deslizante puede extenderse hacia el interior hacia el eje vertical 92, es decir, desde la pared del adaptador de la torre hacia el eje vertical 92.

[0054] En algunos ejemplos, el segundo componente de rodamiento 32, por ejemplo, el conjunto de pastilla de guiado puede estar formado integralmente con el bastidor de soporte 12. De forma alternativa, el segundo componente de rodamiento puede estar formado por varias piezas unidas, por ejemplo, soldadas o atornilladas, al bastidor de soporte 12.

[0055] El rodamiento de orientación deslizante 30 que se puede formar con el primer componente de rodamiento 31 del adaptador de la torre 90 y el segundo componente de rodamiento 32 acoplado a la góndola puede ser de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento.

[0056] En algunos ejemplos, el adaptador de la torre 90 puede comprender un engranaje anular 21 para engranar con los piñones de los accionamientos de orientación montados en la góndola. El engranaje del piñón con el engranaje anular hace que la góndola gire con respecto al adaptador de la torre. De forma alternativa, el adaptador de la torre puede comprender uno o más soportes de accionamiento de orientación para soportar los accionamientos de orientación. Por tanto, el accionamiento de orientación puede engranar con un engranaje anular montado en la góndola.

[0057] En algunos ejemplos, un adaptador de la torre de acuerdo con cualquiera de los ejemplos divulgados en el presente documento puede usarse en un procedimiento para la renovación o reacondicionamiento de una turbina eólica. La renovación o reacondicionamiento de una turbina eólica permite usar una tecnología y componentes más eficientes en los componentes de base existentes, por ejemplo, una base y/o una torre. Por ejemplo, se puede proporcionar un nuevo cabezal de máquina más avanzado tecnológicamente y un accionamiento de orientación en una torre existente o en una parte de una torre existente. En consecuencia, se puede proporcionar una vida útil adicional y una generación de energía más eficiente con gastos de capital reducidos. Por esta razón, la renovación de una turbina eólica también se puede llamar repotenciación.

[0058] Un adaptador de torre de acuerdo con cualquiera de los ejemplos divulgados en el presente documento puede usarse para conectar un cabezal de la máquina (“machine head”), es decir, un rotor y una góndola que incluye un generador, a una parte de torre de turbina eólica o a una torre de turbina eólica existente. Los diámetros de una brida superior de la torre existente y un nuevo rodamiento de orientación pueden ser, en general, diferentes. Se puede usar un adaptador de torre para hacer la transición del diámetro de la brida superior de la torre al diámetro del rodamiento de orientación. Por tanto, el adaptador de torre puede permitir acoplar un nuevo rodamiento de orientación a una brida superior de una torre. De acuerdo con este aspecto, el adaptador de torre puede comprender una brida para conectar, por ejemplo, atornillar, a la brida superior de la torre. Por tanto, se puede establecer una conexión fija entre el adaptador de torre y la torre. Por tanto, se puede acoplar un nuevo cabezal de máquina a una torre o parte de torre existente. Por tanto, un lado del adaptador de torre puede tener una brida con diámetros (interior y exterior) correspondientes a una brida superior de la torre, mientras que el lado superior del adaptador de torre incorpora el primer componente de rodamiento de diámetro adecuado para formar el mecanismo de orientación.

[0059] En otro aspecto adicional, se proporciona una turbina eólica. La turbina eólica comprende una góndola, una torre y un sistema de orientación para hacer girar la góndola con respecto a la torre alrededor de un eje de rotación. En algunos ejemplos, la turbina eólica puede comprender el sistema de orientación de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento.

[0060] De forma alternativa o adicionalmente, la turbina eólica puede comprender un adaptador de torre conectado a la parte superior de la torre eólica de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento. El eje vertical del adaptador de torre puede corresponder al eje de rotación de la góndola con respecto a la torre.

[0061] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluidos los modos de realización preferentes, y también para permitir que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y el modo de realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones. Si los signos de referencia relacionados con los dibujos están colocados entre paréntesis en una reivindicación, son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la reivindicación y no se interpretará como una limitación del alcance de la reivindicación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de orientación (20) para hacer girar una góndola (4) con respecto a una torre (2) alrededor de un eje de rotación (19) en una turbina eólica (1) que comprende:

un rodamiento de orientación deslizante (30) que comprende un primer componente de rodamiento (31) configurado para acoplarse a una torre (2), un segundo componente de rodamiento (32) configurado para acoplarse a una góndola (4) y un conjunto de deslizamiento (50) dispuesto entre el primer (31) y el segundo componentes de rodamiento (32), en el que el primer componente de rodamiento (31) está configurado para girar con respecto al segundo componente de rodamiento (32);

un engranaje anular (21) y una pluralidad de accionamientos de orientación (22) con un motor (23) y un piñón (25) para engranar con el engranaje anular (21) para hacer girar el primer sistema de rodamiento (31) con respecto al segundo sistema de rodamiento (32);

un disco de freno (40); y

una o más unidades de frenado (41) configuradas para ejercer una fuerza de frenado sobre el disco de freno (40) para frenar la rotación del primer componente de rodamiento (31) con respecto al segundo componente de rodamiento (32),

estando el sistema de orientación caracterizado por que el disco de freno (40) está separado del primer (31) y del segundo (32) componentes de rodamiento.

2. El sistema de orientación (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer (31) y el segundo componentes de rodamiento (32) comprenden una superficie de deslizamiento axial superior (311, 321), una superficie de deslizamiento axial inferior (312, 322) y una superficie de deslizamiento (313, 323).

3. El sistema de orientación (20) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el conjunto de deslizamiento (50) comprende:

una o más pastillas de deslizamiento axiales superiores (51) dispuestas entre las superficies de deslizamiento axiales superiores (311,321) del primer (31) y del segundo componentes de rodamiento (32);

una o más pastillas de deslizamiento axiales inferiores (53) dispuestas entre las superficies de deslizamiento axiales inferiores (312, 322) del primer (31) y del segundo componentes de rodamiento (32); y

una o más pastillas de deslizamiento radiales (52) dispuestas entre las superficies de deslizamiento axiales (313, 323) del primer (31) y del segundo componentes de rodamiento (32).

4. El sistema de orientación (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, en el que uno de los componentes de rodamiento (31, 32) es una placa deslizante y el otro de los componentes de rodamiento es un conjunto de pastilla de guiado que encierra parcialmente la placa deslizante.

5. El sistema de orientación (20) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el conjunto de pastilla de guiado se coloca en un lado radialmente interior y la placa deslizante en un lado radialmente exterior del rodamiento de orientación deslizante (30).

6. El sistema de orientación (20) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el conjunto de pastilla de guiado comprende una parte del bastidor de soporte (12) de una góndola (4).

7. El sistema de orientación (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 6, en el que la placa deslizante comprende una parte de un adaptador de torre (90), extendiéndose el adaptador de torre (90) a lo largo de un eje vertical (92) y configurado para acoplarse fijamente a una parte superior de una torre de turbina eólica (2).

8. El sistema de orientación (20) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la placa deslizante está colocada en un lado radialmente interior y el conjunto de pastilla de guiado en un lado radialmente exterior del rodamiento de orientación deslizante (30).

9. El sistema de orientación (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que el disco de freno (40) está acoplado al primer componente de rodamiento (31).

10. El sistema de orientación (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que las unidades de frenado (41) comprenden un par de pastillas de freno (42) móviles para sujetar el disco de freno (40).

11. Sistema de orientación (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10, en el que al menos una de las unidades de frenado (41) es pasiva.

12. Una turbina eólica (1) que comprende un sistema de orientación (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11.