ES2903534T3 - Amortiguadores de masa para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura - Google Patents

Abstract

Un amortiguador de masa (10, 30) para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura a lo largo de una primera dirección que comprende: una masa (12, 33) dispuesta para realizar un movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección en respuesta al movimiento oscilante de la estructura, caracterizado porque la masa (12, 33) comprende un freno centrífugo configurado para frenar al menos parcialmente el movimiento de la masa a lo largo de la primera dirección cuando la masa supera una velocidad predefinida.

Description

DESCRIPCIÓN

Amortiguadores de masa para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura

ANTECEDENTES

[0001] La presente divulgación se refiere a amortiguadores de masa (“tuned mass dampers”) para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura. La presente divulgación se refiere además a turbinas eólicas que comprenden dichos amortiguadores de masa.

[0002] Un amortiguador de masa, también conocido como amortiguador de armónicos, es un dispositivo montado en estructuras para reducir la amplitud de las vibraciones estructurales. La aplicación de estos amortiguadores de masa puede evitar molestias, daños o directamente el fallo de la estructura, dependiendo de la aplicación. Los amortiguadores de masa se utilizan para estabilizar las estructuras y protegerlas de los movimientos violentos causados por las vibraciones armónicas. Un amortiguador de masa tiene como objetivo reducir la vibración de una estructura con un componente comparativamente ligero para que las vibraciones del peor caso sean menos intensas. Las estructuras que emplean amortiguadores de masa se ajustan para alejar el modo principal de una frecuencia de excitación problemática o para añadir amortiguación a una resonancia que es difícil o costosa de amortiguar directamente.

[0003] Los amortiguadores de masa suelen fijarse a una estructura en una posición efectiva para contrarrestar la vibración del sistema. Un amortiguador de masa básico comprende una masa que se fija a la estructura vibratoria a través de un elemento de suspensión, que suele consistir en un muelle y un amortiguador, modificando así las características vibratorias de la estructura vibratoria.

[0004] El amortiguador de masa se sintoniza con la estructura vibratoria de manera que la masa y la rigidez del elemento de suspensión se seleccionan para proporcionar una contrafuerza adecuada a la fuerza de excitación perturbadora. En particular, la relación de masas, es decir, la relatividad de masas entre la masa del amortiguador de masas y la estructura vibratoria, y la frecuencia de sintonización del amortiguador de masas pueden calcularse específicamente.

[0005] Los amortiguadores se utilizan con frecuencia en, por ejemplo, turbinas eólicas, estructuras de transmisión de energía, automóviles y edificios que están sometidos a excitaciones vibratorias que pueden hacer que la estructura vibre a una frecuencia predeterminada. Las oscilaciones vibratorias de estas y otras estructuras pueden provocar imprecisiones en los equipos asociados a ellas y daños por fatiga en las estructuras.

[0006] En particular, en las turbinas eólicas, algunas partes de la turbina eólica, por ejemplo, la estructura de la torre, pueden sufrir vibraciones no deseadas, es decir, desplazamientos oscilantes o repetitivos en cualquier dirección (vibraciones de delate a atrás, vibraciones laterales o de lado a lado, vibraciones longitudinales, vibraciones de torsión, etc.) de diferentes amplitudes y frecuencias (altas o bajas, constantes o variables) durante el funcionamiento. Estas vibraciones pueden ser causadas por diferentes factores, por ejemplo, el viento que actúa sobre la torre, el paso de las palas a lo largo de la torre y la perturbación local del flujo del viento, las vibraciones transmitidas desde la caja de engranajes a la torre, los movimientos del rotor, los desequilibrios de la góndola, las vibraciones del buje transmitidas a la torre, etc.

[0007] Además, las estructuras de las turbinas eólicas marinos están sometidas a diversas cargas, como por ejemplo impactos, fuerzas ejercidas por las olas, las corrientes y las mareas. En presencia de estas cargas, las turbinas eólicas marinos pueden tener tendencia a desestabilizarse. En particular, estas cargas pueden inducir movimientos de lado a lado que no pueden ser amortiguados adecuadamente por los mecanismos tradicionales de amortiguación aerodinámica como, por ejemplo, el cabeceo. Además, las torres de turbinas eólicas en alta mar pueden ser más altas, y por tanto más propensas y sensibles a las oscilaciones, que las torres de turbinas eólicas en tierra.

[0008] Si una torre está sometida a vibraciones durante un periodo de tiempo prolongado, pueden producirse daños por fatiga. Los daños por fatiga pueden conducir a una reducción de la vida útil de la torre de la turbina eólica y/o de sus componentes. Además, existe el peligro de que cuando las vibraciones provoquen una resonancia en la torre de la turbina eólica, esto puede conducir a un aumento potencialmente peligroso de las vibraciones. Otro factor que complica la situación es que el tamaño de las turbinas eólicas (rotor, góndola, torre, etc.) no deja de aumentar. Además, a medida que las torres son más altas, el efecto de las vibraciones se vuelve más crítico.

[0009] Los amortiguadores de masa pueden colocarse en espacios reducidos, por ejemplo, en las torres de las turbinas eólicas mencionados anteriormente. Sin embargo, estos amortiguadores de masa pueden presentar problemas como grandes excursiones en caso de casos de carga extrema que pueden conducir a un impacto del amortiguador de masa con el entorno. De hecho, una de las principales preocupaciones de los diseñadores es un posible golpe del amortiguador de masa contra el espacio confinado donde se coloca el amortiguador de masa. Un impacto del amortiguador de masa durante el funcionamiento normal o en eventos extremos puede dañar el amortiguador de masa, los alrededores del amortiguador de masa y puede ir en detrimento del rendimiento del amortiguador de masa, por ejemplo, desintonizando el amortiguador de masa.

[0010] El documento EP2746483 divulga una disposición de amortiguación que comprende una masa de amortiguación desplazada en una disposición de carriles de rueda desde una posición central y que actúa fuerzas de retorno sobre la masa de amortiguación fuera de la posición central.

[0011] DE102011107479 divulga un freno centrífugo y un embrague centrífugo para el funcionamiento de un dispositivo, en particular para una turbina eólica.

RESUMEN

[0012] En un primer aspecto, se proporciona un amortiguador de masa para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura a lo largo de una primera dirección. El amortiguador de masa comprende una masa dispuesta para realizar un movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección en respuesta al movimiento oscilante de la estructura, donde la masa comprende un freno centrífugo como mecanismo de frenado, que está configurado para frenar al menos parcialmente el movimiento de la masa a lo largo de la primera dirección cuando se supera una velocidad predefinida de la masa.

[0013] Según este primer aspecto, se proporciona un mecanismo de frenado que está configurado para la función de amortiguar un amortiguador de masa en caso de cargas extremas. "Amortiguar un amortiguador de masa", tal como se utiliza en el presente documento, puede considerarse como "ralentizar un amortiguador de masa" o "limitar el desplazamiento de un amortiguador de masa". El mecanismo de frenado puede ser capaz de extraer energía del amortiguador de masa para limitar las excursiones del amortiguador de masa en caso de cargas extremas. De esta manera, se evita el riesgo de un impacto del amortiguador de masa contra la estructura que se va a controlar en caso de tales situaciones de cargas extremas. En consecuencia, también se puede evitar un posible daño a la estructura y al propio amortiguador de masa.

[0014] Además, el mecanismo de frenado puede estar configurado para actuar sólo en caso de cargas extremas que actúen sobre la estructura y, por tanto, cuando la velocidad del amortiguador de masa asociada al movimiento de la masa sea relativamente alta.

[0015] En resumen, la inclusión de un mecanismo de frenado en un amortiguador de masa puede proporcionar una solución rentable y fiable para evitar grandes excursiones del amortiguador de masa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0016] A continuación, se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Las figuras 1 - 2 muestran vistas en sección transversal longitudinal de un ejemplo de freno centrífugo que puede utilizarse en amortiguadores de masa según los diversos ejemplos divulgados en el presente documento; La figura 3 muestra una vista en sección transversal longitudinal de otro ejemplo de freno centrífugo que puede utilizarse en amortiguadores de masa según los diversos ejemplos divulgados en el presente documento; La figura 4 ilustra esquemáticamente un ejemplo de amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo; Las figuras 5 - 7 ilustran esquemáticamente una vista en sección longitudinal y vistas laterales en sección transversal de otro ejemplo de amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo;

La figura 8 muestra esquemáticamente otro ejemplo de amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo; La figura 9 ilustra el efecto de un freno centrífugo sobre el desplazamiento de un amortiguador de masa según un ejemplo;

La figura 10 ilustra el efecto de un freno centrífugo sobre la velocidad de un amortiguador de masa según un ejemplo;

La figura 11 ilustra una curva de fuerza de frenado de un freno centrífugo, en función de una velocidad de giro según un ejemplo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS EJEMPLOS

[0017] En estas figuras se han utilizado los mismos signos de referencia para designar los elementos coincidentes.

[0018] A lo largo de la presente descripción y de las reivindicaciones, el término "freno centrífugo" puede definirse como un mecanismo de frenado configurado para frenar, al menos parcialmente, el movimiento de una masa que forma parte de un amortiguador de masa cuando se supera una velocidad predefinida de la masa. En particular, el mecanismo de frenado puede estar configurado para frenar al menos parcialmente el movimiento de la masa que forma parte de un amortiguador de masa cuando se supera una velocidad de rotación predefinida de un elemento que forma parte del mecanismo de frenado.

Las figuras 1 - 2 muestran vistas en sección longitudinal de un ejemplo de freno configurado para ejercer una fuerza de frenado cuando se supera una velocidad. La figura 1 muestra un mecanismo de frenado pasivo, en particular un freno centrífugo 1. En otros ejemplos, el mecanismo de frenado puede ser un mecanismo activo configurado para actuar cuando se supera una velocidad.

[0019] El freno centrífugo de la figura 1 puede comprender un conjunto giratorio 2 obligado a girar alrededor de un eje. El conjunto giratorio 2 puede comprender un chasis 3 con un eje central 4. El chasis 3 puede comprender además una zapata de freno 5 acoplada pivotantemente al chasis 3 mediante un pasador 6. En algunos ejemplos, la zapata de freno 5 puede llevar una pastilla (no mostrada) de revestimiento de freno compuesto u otro material adecuado en su superficie exterior. A lo largo de la presente descripción y de las reivindicaciones, el término "zapata" o "zapata de freno" se utiliza para describir un elemento o conjunto móvil que presenta una superficie de frenado, y que puede estar configurado para frenar o ralentizar el conjunto giratorio que forma parte del freno centrífugo.

[0020] En una primera posición "armada" mostrada en la figura 1, la zapata 5 está conectada al pasador 6 mediante un muelle 7. Hay muelles de todas las características y tamaños disponibles y fáciles de montar. En esta posición "armada" no hay prácticamente ningún contacto entre la zapata 5 y una superficie de frenado. Sin embargo, a medida que el conjunto giratorio 2 se hace girar a una velocidad creciente, la fuerza sobre el muelle 7 aumenta, debido a la aceleración centrípeta de la zapata de freno 5. A la velocidad de acoplamiento deseada de la zapata de freno 5, ésta puede ser forzada hacia el exterior en torno a un pivote 9, en la posición "enganchada" mostrada en la figura 2.

[0021] En la posición acoplada mostrada en la figura 2, la zapata 5 (o la pastilla de la zapata, si está presente), puede entrar en contacto con una parte no giratoria, por ejemplo, una superficie de frenado, y puede ralentizar el conjunto giratorio 2 por fricción mecánica. El freno centrífugo 1 puede permanecer en la configuración de "enganchado" hasta que el conjunto giratorio 2 gire a una velocidad decreciente. A medida que el conjunto giratorio 2 gira a una velocidad decreciente, la fuerza que actúa sobre el muelle 7 disminuye y la zapata 5 es forzada a volver a la posición "armada" mostrada en la figura 1. El freno centrífugo 1 puede estar provisto de otra zapata de freno 80. La estructura y el funcionamiento de la zapata 80 pueden ser sustancialmente iguales a los de la zapata 5. En otros ejemplos, pueden preverse otras zapatas de freno.

[0022] La velocidad de enganche o despliegue deseada o seleccionada puede modificarse de varias maneras. Por ejemplo, el pasador 6 puede estar más cargado por un muelle aumentando la constante del muelle 7, para aumentar la velocidad de enganche. La velocidad de enganche también puede aumentarse reduciendo el peso de la zapata 5. En cualquier caso, la fuerza sobre el muelle 7 debida a la aceleración centrípeta debe ser suficiente para proporcionar una fuerza adecuada sobre la zapata 5 con el fin de frenar el conjunto giratorio 2 cuando la zapata 5 se engancha a una superficie de frenado, por ejemplo, una superficie de frenado en un carril o una parte no giratoria, por ejemplo, un tambor.

[0023] El muelle 7 también puede ajustarse de diferentes maneras. Por ejemplo, se puede modificar la fuerza de retención del muelle 7. De este modo, el muelle 7 puede estar configurado para soportar una fuerza predeterminada asociada a una velocidad de rotación predeterminada del conjunto de rotación 2. Sin embargo, cuando esta velocidad de rotación predeterminada es superada por el conjunto de rotación 2 (y, por tanto, se supera la fuerza que el muelle puede soportar sin deformarse), la zapata 5 puede desplegarse para entrar en contacto con una superficie de frenado, por ejemplo, una superficie de frenado dispuesta con la masa del amortiguador de masa ajustada. De este modo, el freno centrífugo 1 puede ajustarse para ralentizar el conjunto 2 mediante el contacto por fricción de la zapata 5 con una superficie de frenado sólo por encima de un determinado valor de velocidad de giro de acoplamiento deseado.

[0024] En otros ejemplos, el freno centrífugo 1 puede actuar contra la superficie de frenado correspondiente de forma progresiva, ya que la fuerza aplicada por la zapata de freno 5 del freno centrífugo 1 en la posición "acoplada" a la superficie de frenado correspondiente puede ser proporcional a la velocidad de rotación que actúa sobre el conjunto giratorio 2 del freno centrífugo. Con esta disposición, puede lograrse un accionamiento relativamente suave del freno centrífugo 1 para frenar, por ejemplo, un amortiguador de masa ajustado en caso de que actúen cargas extremas sobre la estructura que debe controlarse.

[0025] El freno centrífugo 1 puede estar dotado de una alta resistencia a la corrosión (que puede ser particularmente útil para aplicaciones en alta mar), a la adherencia y a otros modos de fallo, de manera que se puede esperar que el freno centrífugo 1 funcione de forma fiable incluso después de muchos años de servicio. Estas características pueden ser especialmente ventajosas para su uso en un amortiguador de masa situado en una turbina eólica, por ejemplo, en la torre de una turbina eólica, que normalmente se espera que funcione de forma fiable durante décadas.

[0026] En ejemplos alternativos, un freno centrífugo de fricción (por ejemplo, el ilustrado en las figuras 1 y 2) puede estar provisto, alternativa o adicionalmente, de elementos magnéticos. Los elementos magnéticos pueden estar dispuestos, por ejemplo, en la zapata 5 o cerca de ella. De este modo, a medida que el conjunto giratorio 2 gira a una velocidad creciente, la fuerza sobre el muelle 7 aumenta, debido a la aceleración centrípeta de la zapata 5 y a una fuerza magnética adicional proporcionada por los imanes. El rendimiento del freno centrífugo para frenar el conjunto giratorio 2 cuando la zapata 5 entra en contacto con una superficie de frenado, por ejemplo, una superficie de frenado en un carril o un tambor, puede así mejorarse.

[0027] La figura 3 muestra una vista en sección transversal longitudinal de otro ejemplo de freno centrífugo que puede utilizarse en amortiguadores de masa según los diversos ejemplos divulgados en el presente documento. La figura 3 muestra un freno centrífugo 100. Al igual que en el caso anterior, a medida que el conjunto giratorio 2 gira a una velocidad creciente cuando se acopla a un cuerpo móvil, por ejemplo, una masa en oscilación que forma parte de un amortiguador de masa, la fuerza (Fc) sobre el muelle 7 aumenta, debido a la aceleración centrípeta de la zapata de freno 5. La conexión operativa entre una masa en oscilación y el conjunto giratorio del freno centrífugo puede realizarse, por ejemplo, mediante un eje 4 que gira cuando la masa está en movimiento.

[0028] A la velocidad de acoplamiento deseada de la zapata 5, la zapata 5 puede ser forzada suficientemente hacia el exterior debido a la fuerza centrífuga de manera que se pueda alcanzar una posición "acoplada". En la "posición acoplada" (no mostrada), la zapata 5 puede entrar en contacto con una parte no giratoria 190, por ejemplo, un tambor, y puede frenar el conjunto giratorio 2 por fricción mecánica.

[0029] La figura 4 ilustra esquemáticamente un ejemplo de amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo. El freno centrífugo utilizado en el ejemplo de la figura 4 puede ser el mismo o similar a los ejemplos de freno centrífugo mostrados en las figuras 1 - 3. Se proporciona un amortiguador de masa 10. El amortiguador de masa 10, por ejemplo, un amortiguador de masa rodante (“Rolling Tuned Mass Dampe?’), puede comprender una masa suspendida 12 y elementos giratorios 13, por ejemplo, rodillos fijados a la masa 12. Los rodillos 13 pueden estar montados en ejes (no mostrados) unidos a la masa 12. Por lo tanto, la masa 12 puede estar configurada para realizar un movimiento alternativo a lo largo de una primera dirección sobre la guía 11 utilizando los elementos giratorios 13 en respuesta a los movimientos oscilantes en la primera dirección de una estructura vibratoria que debe ser amortiguada.

[0030] El amortiguador de masa 10 comprende además la guía 11 comentada anteriormente que forma una trayectoria de rodadura en una primera dirección. La guía 11 puede comprender además una superficie de frenado 11a. La guía 11 puede tener la forma de un arco de un radio de curvatura predeterminado en una dirección longitudinal, es decir, la primera dirección de movimiento de la masa, dispuesta para realizar un movimiento alternativo en respuesta a las oscilaciones de la estructura que debe controlarse.

[0031] La guía 11 puede fijarse a la estructura que se va a controlar, por ejemplo, una superficie interior de la pared lateral de una torre de turbina eólica, utilizando, por ejemplo, pernos o soldadura. En algunos ejemplos, la guía puede comprender un par de canales paralelos (no mostrados), sobre los que el amortiguador de masa 10 puede rodar utilizando los elementos giratorios 13.

[0032] En resumen, la guía 11 puede proporcionar una plataforma sobre la que pueden rodar los elementos giratorios 13. La acción de la gravedad proporciona una rigidez efectiva (es decir, el elemento "muelle") que tiende a mantener la masa 12 centrada dentro de su rango de movimiento. Cuando la estructura a controlar (y por tanto la guía) se mueve con un movimiento oscilante debido a fuerzas externas, la masa 12 del amortiguador de masa 10 puede moverse con respecto a la guía 11.

[0033] La masa 12 puede tener cualquier forma adecuada. La representación de la figura 3 es sólo esquemática.

[0034] En el caso de las turbinas eólicas, la masa 12 puede ser, por ejemplo, del 2 al 4 % de la masa modal efectiva del modo que interesa amortiguar.

[0035] La masa 12 puede estar acoplada a una estructura de soporte (no mostrada) que forma parte de la estructura a controlar. El acoplamiento entre la estructura de soporte y la masa 12 puede realizarse mediante un elemento de suspensión 14, por ejemplo, una varilla de suspensión o un cable de suspensión que permite que la masa 12 ruede sobre la guía 11 utilizando los elementos giratorios 13 en un movimiento. En algunos ejemplos, la masa suspendida 12 puede estar suspendida en una pluralidad de varillas de suspensión sustancialmente rígidas, en una pluralidad de alambres de suspensión o en una combinación de los mismos.

[0036] En algunos ejemplos, el amortiguador de masa 10 puede comprender además un mecanismo de bloqueo para bloquear el amortiguador de masa en una posición deseada a lo largo de la guía 31.

[0037] En otros ejemplos, la masa 12 puede estar al menos parcialmente encapsulada en un contenedor. El contenedor puede estar unido a la estructura de soporte y la masa 12 puede estar unida a las paredes interiores del contenedor. Dicho contenedor puede proteger la masa de la corrosión.

[0038] Por ejemplo, el funcionamiento del amortiguador de masa 10 en el caso de una oscilación a amortiguar en una turbina eólica puede ser el siguiente: la torre de la turbina eólica puede empezar a oscilar de delante a atrás debido, por ejemplo, a las ráfagas de viento. En respuesta a la oscilación de la turbina eólica, la masa 12 puede realizar un movimiento a lo largo de la guía 11 utilizando los elementos giratorios 13. De este modo, las oscilaciones de la turbina eólica pueden amortiguarse eficazmente.

[0039] A fin de garantizar que se eviten grandes excursiones del amortiguador de masa en caso de vibraciones extremas de la estructura que se va a controlar, por ejemplo, una turbina eólica, la masa 12 puede comprender además un freno centrífugo 150 como se ha descrito anteriormente. El freno centrífugo 150 puede estar acoplado operativamente con uno de los elementos giratorios 13. En otros ejemplos, no reivindicados, pueden utilizarse otros mecanismos de frenado.

[0040] En algunos ejemplos, como se muestra, por ejemplo, en las figuras 1 - 3, el freno centrífugo puede comprender un conjunto giratorio 2 con un eje central 4. De nuevo en la figura 4, el eje central del freno centrífugo puede estar conectado operativamente con uno de los elementos giratorios 13 que forman parte del amortiguador de masa 1. Tanto los elementos giratorios 13 como el freno centrífugo 1 pueden, por ejemplo, estar montados en el mismo eje. El conjunto giratorio del freno centrífugo 1 puede así ponerse en rotación durante el desplazamiento de los elementos giratorios 13 sobre la guía 11 en respuesta a un movimiento oscilante de la estructura.

[0041] Como se ha ilustrado anteriormente, una vez que los elementos giratorios alcanzan una velocidad suficientemente alta, las zapatas del freno centrífugo pueden engancharse a una superficie de frenado. Esto ralentiza el freno centrífugo y, debido a la conexión operativa con los elementos giratorios, estos elementos giratorios 13 y la masa 12 también se ralentizan.

[0042] La superficie de frenado puede ser, por ejemplo, una superficie fija de una parte no giratoria 190 del amortiguador de masa o del freno centrífugo. Alternativamente, las zapatas de freno 5, 10 pueden entrar en contacto con la superficie de frenado 11a del carril 11.

[0043] Por lo tanto, es evidente que, en todos los ejemplos, al dotar al amortiguador de masa 10 de un freno centrífugo 150 que puede configurarse para que se despliegue cuando la velocidad de rotación del conjunto giratorio esté por encima de un umbral de velocidad de despliegue/enganche predefinido, el amortiguador de masa 10 puede ralentizarse en caso de cargas extremas en la estructura en la que deben amortiguarse las oscilaciones. De este modo, se puede evitar el riesgo de dañar el amortiguador de masa al golpear su entorno y el riesgo de dañar el entorno en caso de tales cargas extremas.

[0044] Las figuras 5 - 7 ilustran esquemáticamente una vista en sección transversal longitudinal y vistas laterales en sección transversal de otro ejemplo de un amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo. El freno centrífugo utilizado en el ejemplo de las figuras 5 - 7 puede ser el mismo o similar al freno centrífugo mostrado en las figuras 1 -3.

[0045] En la figura 5, puede proporcionarse un amortiguador de masa 30, por ejemplo, un amortiguador de masa rodante. El amortiguador de masa comprende una masa 33 y un elemento giratorio 32, por ejemplo, un rodillo, que puede estar en contacto con una guía 31. El elemento giratorio 32 puede estar unido de forma giratoria a la masa 33. Cuando el elemento giratorio 32 se desplaza con respecto a un reborde 31a de la guía 31, el elemento giratorio se acciona y gira.

[0046] La masa rodante 33 puede comprender además un orificio pasante 33a. Durante el uso, la guía 31, por ejemplo, un carril de guía, puede atravesar el orificio pasante 33a de manera que la masa rodante 33 pueda desplazarse con respecto a la guía 31 en una primera dirección mediante el elemento giratorio 32 en respuesta a una vibración en una estructura.

[0047] La guía 31 puede formar una trayectoria de rodadura en forma de arco en una primera dirección. Al igual que en los ejemplos anteriores, la guía 31 puede fijarse a una estructura en la que se deban amortiguar las oscilaciones, por ejemplo, una torre de turbina eólica.

[0048] En algunos ejemplos, el amortiguador de masa 30 puede comprender además un mecanismo de bloqueo para bloquear el amortiguador de masa en una posición deseada a lo largo de la guía 31.

[0049] Cuando la estructura, por ejemplo, una torre de turbina eólica (y, por tanto, la guía 31 unida a la estructura) se mueve con un movimiento oscilante debido a fuerzas externas, el elemento giratorio 32 se enrolla a lo largo de la brida 31a. La masa rodante 33 del amortiguador de masa se desplaza así con respecto a la guía 31 en una primera dirección, en la que la guía 31 atraviesa el agujero pasante 33a. De este modo se amortiguan las vibraciones de la estructura a controlar.

[0050] Por las razones comentadas anteriormente, el amortiguador de masa 30 puede comprender además un freno centrífugo 160 como se ha descrito anteriormente. En la figura 6, el freno centrífugo está representado en posición "armada". En caso de cargas extremas, el freno centrífugo se despliega, como se muestra en la figura 7.

[0051] En otros ejemplos, el freno centrífugo 160 puede ser igual o similar al mostrado en la figura 3. En este ejemplo, una vez que se alcanza una posición de "enganche" del freno centrífugo 160, las zapatas de freno pueden entrar en contacto con la parte no giratoria 190 en lugar de con el carril.

[0052] En todos los ejemplos, el amortiguador de masa se ralentiza.

[0053] La figura 8 muestra esquemáticamente otro ejemplo de amortiguador de masa que incluye un freno centrífugo. El freno centrífugo puede ser el mismo o similar al freno centrífugo mostrado en las figuras 1 - 3. El amortiguador de masa mostrado en la figura 8 difiere del amortiguador de masa mostrado en las figuras 5 - 7 sólo en que la guía 31 es sustancialmente recta y puede proporcionarse un muelle 36 u otros elementos elásticos. Los muelles u otros elementos elásticos pueden configurarse para proporcionar una fuerza elástica en el sistema en lugar de la gravedad de la figura 5. La estructura y el funcionamiento de los restantes componentes del amortiguador de masa pueden ser sustancialmente los mismos que se han descrito anteriormente.

[0054] En todos los ejemplos de las figuras 4 - 8, la velocidad máxima (que puede ser la velocidad a la que se activa el freno centrífugo) se alcanzará cuando la masa se encuentre en la parte inferior y/o central del carril de guiado, de modo que la activación del freno centrífugo impida que la masa colisione, por ejemplo, con la pared de la torre de la turbina eólica.

[0055] La figura 9 ilustra el efecto de un freno centrífugo sobre el desplazamiento de un amortiguador de masa según un ejemplo. El freno centrífugo utilizado en el ejemplo de la figura 9 puede ser el mismo o similar al freno centrífugo mostrado en las figuras 1 - 3. El amortiguador de masa utilizado en el ejemplo de la figura 9 puede ser el mismo o similar al amortiguador de masa mostrado en las figuras 5 - 7.

[0056] En la figura 9, se ilustra el funcionamiento de un amortiguador de masa con y sin freno centrífugo en términos de desplazamiento (D[m]), en función del tiempo (t [s]). El funcionamiento de un amortiguador de masa en una estructura sometida a vibraciones sin freno centrífugo puede describirse siguiendo la curva 71. La curva 71 muestra un desplazamiento del amortiguador de masa entre aproximadamente 1,25 metros y - 1,25 metros en el caso de una estructura vibratoria.

[0057] Sin embargo, si un freno centrífugo se acopla operativamente con uno de los elementos giratorios del amortiguador de masa como se ha descrito anteriormente, la capacidad de controlar la excursión extrema de la masa puede aumentar. En particular, en este ejemplo, el freno centrífugo puede estar configurado para actuar para evitar desplazamientos superiores a /- 0,75 metros. La curva 72 que muestra el funcionamiento del amortiguador de masa en una estructura sometida a vibraciones con un amortiguador de masa puede ser el resultado. La curva 72 muestra un desplazamiento del amortiguador de masa entre aproximadamente 0,80 metros y - 0,80 metros. Por lo tanto, está claro que el efecto de un freno centrífugo es que el desplazamiento del amortiguador de masa se limita cuando una estructura está sometida a cargas extremas, evitando así la posibilidad de golpear la estructura con el amortiguador de masa.

[0058] La figura 10 ilustra el efecto de un freno centrífugo sobre el desplazamiento de un amortiguador de masa según un ejemplo. El freno centrífugo utilizado en el ejemplo de la figura 10 puede ser el mismo o similar al freno centrífugo mostrado en las figuras 1 - 3. El amortiguador de masa utilizado en el ejemplo de la figura 10 puede ser el mismo o similar al amortiguador de masa mostrado en las figuras 5 - 7.

[0059] En la figura 10, se ilustra el funcionamiento de un amortiguador de masa con y sin freno centrífugo en términos de velocidad (S[m/s]), en función del tiempo (T[s]). El funcionamiento de un amortiguador de masa en una estructura sometida a vibraciones sin freno centrífugo puede describirse siguiendo la curva 81. La curva 81 muestra una velocidad del amortiguador de masa entre aproximadamente 2,5 m/s y -2,5 m/s en el caso de una estructura vibratoria.

[0060] Sin embargo, si se acopla un freno centrífugo a uno de los elementos giratorios del amortiguador de masa como se ha descrito anteriormente, la capacidad de controlar la excursión extrema de la masa puede aumentarse reduciendo la velocidad del amortiguador de masa. El freno centrífugo puede accionarse sólo para velocidades superiores a, por ejemplo, 1,4 m/s. La curva 82 que muestra el funcionamiento del amortiguador de masa en una estructura sometida a vibraciones con un freno centrífugo puede ser el resultado. La curva 82 muestra una velocidad del amortiguador de masa entre aproximadamente 1,5 metros por segundo y - 1,5 metros por segundo.

[0061] En los ejemplos de las figuras 9 y 10 se observa que la velocidad máxima del amortiguador de masa corresponde al punto de equilibrio, es decir, al punto en el que el desplazamiento del amortiguador de masa es cero. El accionamiento del freno centrífugo se realiza durante los desplazamientos del amortiguador de masa en la posición de equilibrio o cerca de ella, en la que la velocidad de giro es máxima.

[0062] Se verá que las curvas de desplazamiento y/o velocidad, en función del tiempo pueden variar si se utiliza un amortiguador de masa afinado diferente o un freno centrífugo diferente.

[0063] Se observa que en todos los ejemplos cuanto mayor es la amplitud del movimiento, mayor es la velocidad y el tiempo de actuación del freno centrífugo también es mayor. Si la velocidad de giro está por debajo del umbral establecido para el freno centrífugo, no hay accionamiento del freno centrífugo.

[0064] La figura 11 ilustra una curva de fuerza de frenado de un freno centrífugo, en función de una velocidad de giro según un ejemplo. El freno centrífugo utilizado en el ejemplo de la figura 11 puede ser igual o similar a cualquiera de los frenos centrífugos mostrados en las figuras 1 - 3. El amortiguador de masa utilizado en el ejemplo de la figura 11 puede ser igual o similar a cualquiera de los ejemplos de amortiguadores de masa mostrados en las figuras 4 - 8.

[0065] En la figura 11, se ilustra el funcionamiento del freno centrífugo que forma parte de un amortiguador de masa en términos de fuerza de frenado (F[N]), en función de la velocidad de giro (w[rpm]). El funcionamiento del amortiguador de masa en una estructura sometida a vibraciones con un freno centrífugo puede describirse siguiendo la curva 98. La curva 98 muestra que el freno centrífugo proporciona una fuerza de frenado significativa sólo para velocidades de rotación superiores a un umbral predefinido. Una vez que el freno centrífugo se activa, el aumento de la fuerza centrífuga ejercida por el freno centrífugo es proporcional a la velocidad de giro. Por lo tanto, es evidente que en todos los ejemplos el mecanismo de frenado sólo funciona por encima de una velocidad de rotación predefinida y que la fuerza aumenta de manera proporcional con respecto a la velocidad de rotación. En todos los ejemplos comentados con referencia a las figuras, se utilizan frenos centrífugos. Sin embargo, en otros ejemplos no reivindicados, pueden utilizarse otros mecanismos de frenado configurados para proporcionar una fuerza de frenado cuando la masa supera una velocidad predefinida. Tales mecanismos de frenado pueden ser activos, es decir, un mecanismo se activa utilizando la energía o la potencia almacenada en el mecanismo de frenado de alguna forma al alcanzar la velocidad predefinida. En otros mecanismos de frenado, el mecanismo de frenado puede ser pasivo, es decir, el mecanismo de frenado se activa intrínsecamente por el movimiento de la masa y no comprende ninguna fuente específica de energía o potencia.

[0066] Cabe señalar que los amortiguadores de masa descritos en todos los ejemplos no sólo pueden ayudar a amortiguar las oscilaciones de proa a popa, sino que también pueden mitigar las cargas causadas por las oscilaciones de lado a lado. Los amortiguadores de masa descritos en el presente documento pueden ser especialmente ventajosos para su uso en turbinas eólicas en alta mar que suelen estar sometidas a movimientos de lado a lado (no alineados con el viento) debido a las excitaciones de las olas, en las que los movimientos de lado a lado no pueden mitigarse, por ejemplo, mediante el cabeceo.

[0067] En ejemplos, se proporciona un absorbedor de masa rodante para amortiguar un movimiento oscilante de una torre de turbina eólica a lo largo de una primera dirección. El amortiguador de masa rodante comprende una masa rodante dispuesta para realizar un movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección en respuesta al movimiento oscilante de la torre de la turbina eólica, donde la masa rodante comprende un freno centrífugo.

[0068] En algunos otros ejemplos, el freno centrífugo antes mencionado comprende elementos de frenado que están configurados para entrar en contacto de fricción con una superficie de frenado de tal manera que el movimiento de la masa rodante a lo largo de la primera dirección es frenado al menos parcialmente.

[0069] En otros ejemplos, el freno centrífugo comprende uno o más elementos rotatorios acoplados de forma rotatoria a la masa rodante, en los que el freno centrífugo está acoplado operativamente a los elementos rotatorios.

[0070] En ejemplos, se proporciona un amortiguador de masa para amortiguar un movimiento oscilante de una torre de turbina eólica a lo largo de una primera dirección. El amortiguador de masa comprende una masa dispuesta para realizar un movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección en respuesta al movimiento oscilante de la torre de la turbina eólica, donde la masa comprende un freno centrífugo.

[0071] En algunos ejemplos, el freno centrífugo comprende elementos de frenado que están configurados para entrar en contacto por fricción con una superficie de frenado, de manera que el movimiento de la masa suspendida a lo largo de la primera dirección se frena al menos parcialmente.

[0072] Esta descripción escrita utiliza ejemplos para divulgar la invención, incluyendo las realizaciones preferidas, y también para permitir a cualquier persona experta en la materia practicar la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier método incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la materia. Estos otros ejemplos están destinados a estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales de los lenguajes literales de las reivindicaciones. Los aspectos de las diversas realizaciones descritas, así como otros equivalentes conocidos para cada uno de dichos aspectos, pueden ser mezclados y combinados por un experto en la materia para construir realizaciones y técnicas adicionales de acuerdo con los principios de esta solicitud. Si los signos de referencia relacionados con los dibujos se colocan entre paréntesis en una reivindicación, son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la reivindicación, y no se interpretarán como una limitación del alcance de la misma.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un amortiguador de masa (10, 30) para amortiguar un movimiento oscilante de una estructura a lo largo de una primera dirección que comprende:

una masa (12, 33) dispuesta para realizar un movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección en respuesta al movimiento oscilante de la estructura, caracterizado porque la masa (12, 33) comprende un freno centrífugo configurado para frenar al menos parcialmente el movimiento de la masa a lo largo de la primera dirección cuando la masa supera una velocidad predefinida.

2. Un amortiguador de masa según la reivindicación 1, que comprende además una guía (11, 31) para guiar la masa en el movimiento alternativo a lo largo de la primera dirección.

3. Un amortiguador de masa según la reivindicación 2, en el que la guía (11, 31) está fijada a la estructura.

4. Un amortiguador de masa según la reivindicación 3, en el que la guía (11, 31) está soldada o atornillada a una superficie interior de la pared lateral de la estructura.

5. Un amortiguador de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que el mecanismo de frenado (1, 100) comprende elementos de frenado (5) que están configurados para entrar en contacto de fricción con una superficie de frenado de tal manera que el movimiento de la masa (12, 33) a lo largo de la primera dirección se frena al menos parcialmente.

6. Un amortiguador de masa según la reivindicación 5, en el que la superficie de frenado forma parte de la guía (11, 31).

7. Un amortiguador de masas según la reivindicación 5, en el que la superficie de frenado comprende una parte no giratoria que forma parte del amortiguador de masa o del mecanismo de frenado.

8. Un amortiguador de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, que comprende además uno o más elementos giratorios (13, 32) acoplados de forma giratoria a la masa (12, 33), en el que el mecanismo de frenado (1, 100) está acoplado operativamente a los elementos giratorios (13, 32).

9. Un amortiguador de masa según la reivindicación 8 cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 2 - 4, en el que los elementos giratorios (13, 32) están dispuestos para ser accionados por el movimiento alternativo de la masa (12, 33) a lo largo de la primera dirección con respecto a la guía (11, 31).

10. Un amortiguador de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que la masa es una masa suspendida (12) que está conectada operativamente a una estructura de soporte y en el que la masa suspendida está conectada a la estructura de soporte mediante una varilla de suspensión (14) o un cable de suspensión (14), en el que la masa suspendida está situada en un extremo de la varilla o del cable.

11. Un amortiguador de masa según cualquiera de las reivindicaciones 2 - 8 y 10, en el que la masa comprende un orificio pasante (33a) y la guía es un carril de guiado (31) para atravesar el orificio pasante (33a), en el que la masa (33) está dispuesta para ser desplazada a lo largo del carril de guiado (31) en el movimiento alternativo.

12. Una turbina eólica que comprende:

una estructura de soporte que comprende una torre,

una góndola montada en la estructura de soporte, y

un amortiguador de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11.

13. La torre de turbina eólica de la reivindicación 12, en la que la estructura de soporte comprende una pluralidad de secciones de estructura de soporte y el amortiguador de masa se proporciona dentro de la sección de estructura de soporte más alta.

14. La torre de turbina eólica de cualquiera de las reivindicaciones 12 - 13, en la que la turbina eólica es una turbina eólica marina.