ES2927327T3

ES2927327T3 - Sistema de engranajes

Info

Publication number: ES2927327T3
Application number: ES19159712T
Authority: ES
Inventors: Mikko Koponen; Jussi Saastamoinen
Original assignee: Moventas Gears Oy
Current assignee: Moventas Gears Oy
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: KR20200105413A; CN111623087A; US20200271100A1; EP3702647B1; CA3073890A1; DK3702647T3; EP3702647A1; PT3702647T; BR102020003482A2

Abstract

Un sistema de engranajes comprende un engranaje planetario (105) y una estructura de bastidor (102) que comprende secciones de conexión (103, 104) para unir la estructura de bastidor a una estructura mecánica externa, como una góndola de una planta de energía eólica. El engranaje planetario comprende un portasatélites (109), una rueda solar (107), una corona dentada (108) y ruedas planetarias (113) que engranan con la rueda solar y con la corona dentada. El portasatélites comprende una estructura de interfaz mecánica (110) para conectarse a un elemento giratorio externo, como un rotor eólico. La estructura del bastidor comprende un escudo de cubierta frontal (114) que es una sola pieza de material, unido a la corona dentada y conformado para constituir una cubierta de cojinete para cubrir y soportar un cojinete (111) que soporta el portasatélites. Por lo tanto, no hay necesidad de una cubierta de cojinete separada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de engranajes

Campo de la invención

La invención está relacionada en general con sistemas de engranajes. Más particularmente, la invención está relacionada con una estructura de bastidor de un sistema de engranajes que comprende un engranaje planetario. Además, la invención está relacionada con una planta de energía eólica que comprende un sistema de engranajes de este tipo.

Antecedentes

En muchos sistemas de generación de energía, puede ser ventajoso desde el punto de vista de diferentes aspectos de diseño y constructivos conectar un generador a un impulsor principal, p. ej. una turbina eólica, a través de un sistema de engranajes diseñado para convertir la velocidad de rotación del impulsor principal en un rango de velocidad adecuado para el generador. Por ejemplo, en una planta de energía eólica, un sistema de engranajes hace posible el uso de un generador que es significativamente más pequeño en dimensiones y peso que un generador de accionamiento directo de una planta de energía eólica sin engranajes correspondiente. Del mismo modo, en muchas aplicaciones de motores puede ser ventajoso conectar un motor a un actuador a través de un sistema de engranajes diseñado para convertir la velocidad de rotación del motor en un rango de velocidad adecuado para el actuador. El sistema de engranajes puede comprender una única etapa de engranaje o dos o más etapas de engranaje conectadas en serie con cuya ayuda se logra una relación de transmisión deseada. Cada etapa de engranaje puede ser, por ejemplo, un engranaje planetario, un engranaje cilíndrico, un engranaje cónico o algún otro engranaje.

Aspectos de diseño relacionados con un sistema de engranajes son, entre otros, el tamaño y el peso del sistema de engranajes y el número de componentes del sistema de engranajes. Por ejemplo, en una aplicación de energía eólica, los aspectos de diseño del tipo mencionado anteriormente deben optimizarse lo suficiente para que una planta de energía eólica con un sistema de engranajes sea competitiva con una planta de energía eólica sin engranajes que tenga un generador de accionamiento directo. La elección de utilizar un sistema de engranajes o tener un diseño sin engranajes depende de muchos aspectos diferentes, muchos de los cuales se compensan unos con otros. Sin embargo, un sistema de engranajes proporciona muchas ventajas y, por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar soluciones técnicas para aliviar o incluso eliminar los inconvenientes relacionados con el uso de un sistema de engranajes.

La publicación EP2662598 describe un engranaje planetario que comprende una corona, un engranaje sol y un portaplanetas para impulsar al menos tres ejes planetarios cada uno, en el que al menos un planeta que tiene una superficie de contacto radial y una superficie de contacto axial está montado con el giro permitido por medio de una disposición de cojinete liso. La disposición de cojinete liso comprende dos casquillos conectados de forma fija al eje planetario, teniendo cada casquillo fijo una sección transversal en forma de L y teniendo una superficie de contacto radial y una superficie de contacto axial. Los casquillos fijos en forma de L están montados de manera que formen una forma de U en sección transversal y están bloqueados en una dirección axial en ambos lados exteriores por un tope. Al menos una parte del planeta está ubicada dentro de la forma de U formada por los casquillos fijos en forma de L. La disposición de cojinete liso comprende además un soporte deslizante radial entre la superficie de contacto radial de los casquillos fijos en forma de L y la superficie de contacto radial del planeta y un soporte deslizante axial entre la superficie de contacto axial de los casquillos fijos en forma de L y las superficies de contacto axial del planeta.

La publicación US2013178326 describe un sistema de engranajes que comprende al menos un engranaje planetario. Los planetas se sujetan en un portaplanetas del engranaje planetario usando pernos de planeta. Después de quitar una corona del engranaje planetario y liberar los pernos de planeta relacionados con un planeta dado, el planeta en cuestión se puede extraer en una dirección radial hacia afuera.

Compendio

Lo siguiente presenta un resumen simplificado para proporcionar una comprensión básica de la invención como en la reivindicación 1 y de sus realizaciones preferidas como en las reivindicaciones dependientes.

En este documento, la palabra "geométrico", cuando se usa como prefijo, significa un concepto geométrico que no forma parte necesariamente de ningún objeto físico. El concepto geométrico puede ser, por ejemplo, un punto geométrico, una línea geométrica recta o curva, un plano geométrico, una superficie geométrica no plana, un espacio geométrico, o cualquier otra entidad geométrica de cero, una, dos o tres dimensiones.

De acuerdo con la invención, se proporciona un nuevo sistema de engranajes que puede ser, por ejemplo, pero no necesariamente, un sistema de engranajes de una planta de energía eólica.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de engranajes con un número reducido de componentes.

De acuerdo con la presente invención, el problema antes mencionado se resuelve mediante un sistema de engranajes de acuerdo con la reivindicación 1.

Un sistema de engranajes de acuerdo con la invención comprende una estructura de bastidor que comprende secciones de conexión para fijar la estructura de bastidor a una estructura mecánica externa al sistema de engranajes, y un engranaje planetario que comprende:

- un eje solar que comprende un sol y que tiene permitido el giro con respecto a la estructura de bastidor,

- una corona estacionaria con respecto a la estructura de bastidor,

- un portaplanetas que comprende una estructura de interfaz mecánica para conexión a un elemento giratorio, p. ej. un rotor eólico, externo al sistema de engranajes,

- cojinetes primero y segundo que soportan el portaplanetas con el giro permitido con respecto a la estructura de bastidor, estando el primer cojinete axialmente entre la corona y la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas, y

- planetas soportados con el giro permitido con respecto al portaplanetas y engranados con el sol y con la corona, La estructura de bastidor comprende un escudo de cubierta frontal que es una única pieza de material, fijada a la corona y conformada para constituir una cubierta de cojinete para cubrir y soportar el primer cojinete mencionado anteriormente, donde la cubierta de cojinete cubre el primer cojinete para que no sea visible cuando la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas se observa axialmente a lo largo de una dirección axial del portaplanetas. El escudo de cubierta frontal comprende además las secciones de conexión mencionadas anteriormente de la estructura de bastidor.

Dado que el escudo de cubierta frontal está conformado para actuar como una cubierta de cojinete, no hay necesidad de una cubierta de cojinete independiente y, por lo tanto, se reduce el número de componentes del sistema de engranajes, así como el número de fases de montaje.

De acuerdo con una realización particular de la invención, se proporciona también una nueva planta de energía eólica que comprende:

- un rotor eólico,

- un generador para producir energía eléctrica, y

- un sistema de engranajes de acuerdo con la invención para transmitir energía mecánica desde el rotor eólico al generador.

El rotor eólico mencionado anteriormente está conectado de manera que transmita par al portaplanetas del engranaje planetario del sistema de engranajes, y la estructura de bastidor del sistema de engranajes está fijada a estructuras de soporte de una góndola de la planta de energía eólica.

En las reivindicaciones dependientes adjuntas se describen diferentes realizaciones ejemplares y no limitativas de la invención.

Las realizaciones ejemplares y no limitativas de la invención tanto en cuanto a construcciones como a métodos de funcionamiento, junto con objetos y ventajas adicionales de las mismas, se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción de realizaciones ejemplares específicas cuando se lea en conjunto con los dibujos adjuntos.

Los verbos "comprender" e "incluir" se utilizan en este documento como limitaciones abiertas que ni excluyen ni requieren la existencia de rasgos también no mencionados. Los rasgos mencionados en las reivindicaciones dependientes adjuntas se pueden combinar libremente entre sí a menos que se indique explícitamente lo contrario. Además, debe entenderse que el uso de "un" o "una", es decir, una forma singular, a lo largo de este documento, no excluye una pluralidad.

Breve descripción de las figuras

A continuación se explican con mayor detalle realizaciones ejemplares y no limitativas de la invención y sus ventajas, a modo de ejemplos y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

las figuras 1a, 1b y 1c ilustran un sistema de engranajes de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa, y la figura 2 ilustra una planta de energía eólica de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa.

Descripción de realizaciones ejemplares y no limitativas

L^osejemplos específicos proporcionados en la siguiente descripción no se deberían interpretar como limitativos del alcance y/o la aplicabilidad de las reivindicaciones adjuntas. Las listas y grupos de ejemplos proporcionados en la descripción no son exhaustivos a menos que se indique explícitamente lo contrario.

Las figuras 1a y 1b muestran un sistema de engranajes 101 de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa. La figura 1c muestra una sección tomada a lo largo de las polilíneas A-A mostradas en las figuras 1a y 1b. Una parte de la superficie de la sección geométrica es paralela al plano yz de un sistema de coordenadas 199 y otra parte de la superficie de la sección geométrica es paralela al plano xz del sistema de coordenadas 199. El sistema de engranajes 101 comprende una estructura de bastidor 102 que comprende secciones de conexión 103 y 104 para fijar la estructura de bastidor 102 a una estructura mecánica externa al sistema de engranajes 101. Las secciones de conexión 103 y 104 evitan que la estructura de bastidor 102 gire con respecto a la estructura mecánica externa cuando las secciones de conexión están fijadas a la estructura mecánica externa. La estructura mecánica externa puede ser por ejemplo una estructura de soporte en una góndola de una planta de energía eólica. En el caso ejemplar ilustrado en las figuras 1 a-1 c, el sistema de engranajes 101 comprende un primer engranaje planetario 105, un segundo engranaje planetario 119 y un engranaje cilíndrico 123. Sin embargo, también es posible que un sistema de engranajes de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa comprenda solamente un engranaje planetario, ^osolamente un engranaje cilíndrico además de un engranaje planetario, ^oalguna otra disposición de engranajes además de un engranaje planetario.

El engranaje planetario 105 comprende un eje solar 106 que comprende un sol 107. El eje solar 106 tiene permitido el giro con respecto a la estructura de bastidor 102. El engranaje planetario 105 comprende una corona 108 que es estacionaria con respecto a la estructura de bastidor 102. El engranaje planetario 105 comprende un portaplanetas 109 que comprende una estructura de interfaz mecánica 110 para conexión a un elemento giratorio externo al sistema de engranajes. El elemento giratorio externo puede ser, por ejemplo, una turbina eólica. El portaplanetas 109 está soportado con el giro permitido con respecto a la estructura de bastidor 102 con la ayuda de cojinetes primero y segundo 111 y 112, donde el primer cojinete 111 está axialmente, es decir, en la dirección axial, entre la corona 108 y la estructura de interfaz mecánica 110 del portaplanetas 109 y el segundo cojinete 112 está axialmente entre los engranajes planetarios primero y segundo 105 y 119. En las figuras 1a-1c, la dirección axial es paralela al eje z del sistema de coordenadas 199. En este caso ejemplar, los cojinetes primero y segundo 111 y 112 son cojinetes de rodillos cilíndricos. El primer cojinete 111 puede ser algún otro cojinete que no sea un cojinete de rodillos cilíndricos. Por ejemplo, el primer cojinete 111 puede ser un cojinete de bolas ^oun cojinete liso. También es posible que el primer cojinete 111 sea un cojinete de rodillos cónicos y la holgura axial del cojinete de rodillos cónicos se ajuste con medios para ajustar la posición axial del portaplanetas 109, donde los medios están ubicados entre los engranajes planetarios 105 y 119. Del mismo modo, el segundo cojinete 112 puede ser algún otro cojinete que no sea un cojinete de rodillos cilíndricos, p. ej. un cojinete de bolas, un cojinete liso ^oun cojinete de rodillos cónicos. El primer cojinete 111 y el segundo cojinete 112 pueden representar diferentes tipos de cojinetes. Por lo tanto, la invención no está limitada a ningún tipo de cojinete específico.

El engranaje planetario 105 comprende planetas soportados con el giro permitido con respecto al portaplanetas 109 y que engranan con el sol 107 y con la corona 108. En la figura 1 c, uno de los planetas se indica con una referencia 113. La estructura de bastidor 102 comprende un escudo de cubierta frontal 114 que es una única pieza de material como p. ej. acero ^ohierro fundido. El escudo de cubierta frontal 114 está fijado a la corona 108, y el protector de la cubierta frontal 114 está conformado para que constituya una cubierta de cojinete para cubrir y soportar el primer cojinete 111. La cubierta de cojinete cubre el primer cojinete 111 de modo que el primer cojinete 111 no es visible cuando la estructura de interfaz mecánica 110 del portaplanetas se observa axialmente a lo largo de la dirección z positiva del sistema de coordenadas 199. Como se muestra en la figura 1c, el diámetro D1 de una parte del portaplanetas 109 que está en contacto con el primer cojinete 111 es mayor que el diámetro D2 de una abertura del escudo de cubierta frontal 114 a través de la cual está diseñada para sobresalir la estructura de interfaz mecánica 110 del portaplanetas. Dado que el escudo de cubierta frontal 114 está conformado para actuar como la cubierta del cojinete, no hay necesidad de una cubierta de cojinete independiente y, por lo tanto, el número de componentes del sistema de engranajes, así como el número de fases de montaje, se reduce.

En el sistema de engranajes 101 ejemplar ilustrado en las figuras 1a-1c, la estructura de interfaz mecánica 110 del portaplanetas 109 y una sección final 115 del portaplanetas constituyen una única pieza de material. La sección final 115 soporta los primeros extremos de los ejes de los planetas del engranaje planetario, y el portaplanetas comprende otra sección final que soporta los segundos extremos de los ejes de los planetas. La disposición en la que la estructura de interfaz mecánica 110 y la sección final 115 constituyen una única pieza de material proporciona una construcción compacta y mecánicamente resistente.

En el ejemplo del sistema de engranajes 101 ilustrado en las figuras 1a-1c, la corona 108 del engranaje planetario 105 constituye una parte de la estructura de bastidor 102 de modo que una superficie exterior de la corona 108 constituye una parte de una superficie exterior del sistema de engranajes 101. También es posible que una estructura de bastidor de un sistema de engranajes de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa constituya una carcasa de manera que una corona esté dentro de la carcasa.

La figura 1^cmuestra una ampliación de una parte 118 de la vista en sección del sistema de engranajes 101. El sistema de engranajes 101 ejemplar comprende una junta 116 entre la superficie exterior de la estructura de interfaz mecánica 110 y una pared de la abertura del protector de cubierta frontal 114 a través de la cual está diseñada para sobresalir la estructura de interfaz mecánica 110. La junta 116 puede ser, por ejemplo, una junta de fieltro que está soportada axialmente con una placa de soporte 117. También es posible que la junta 116 sea una junta de anillo deflectora.

El segundo engranaje planetario 119 comprende un portaplanetas 120 que está conectado de manera que transmita par al eje solar 106 del primer engranaje planetario 105. Además, el segundo engranaje planetario 119 comprende una corona 122, un eje solar 125 que comprende un sol, y planetas soportados con el giro permitido con respecto al portaplanetas 120 y que engranan con la corona 122 y con el sol del segundo engranaje planetario 119.

En el sistema de engranajes 101 ejemplar ilustrado en las figuras 1a-1c, la estructura de bastidor 102 comprende una parte intermedia 121 conectada a la corona 108 del primer engranaje planetario 105 y a la corona 122 del segundo engranaje planetario 119. La corona 122 del segundo engranaje planetario 119 constituye una parte de la estructura de bastidor 102 de modo que una superficie exterior de la corona 120 del segundo engranaje planetario constituye una parte de la superficie exterior del sistema de engranajes 101.

El engranaje cilindrico 123 comprende una primera rueda dentada 124 que está conectada de manera que transmita par al eje solar 125 del segundo engranaje planetario 119. El engranaje cilindrico 123 comprende una segunda rueda dentada 126 que puede conectarse a un dispositivo externo al sistema de engranajes 101. El dispositivo externo puede ser, por ejemplo, un generador.

El escudo de cubierta frontal 114 comprende las secciones de conexión 103 y 104 para fijar la estructura de bastidor 102 a una estructura mecánica externa al sistema de engranajes 101. En este caso ejemplar, las secciones de conexión 103 y 104 son salientes que sobresalen radialmente. También es posible que tanto el escudo de cubierta frontal 114 como la parte intermedia 121 comprendan secciones de conexión para fijar la estructura de bastidor 102 a una estructura mecánica externa al sistema de engranajes.

La figura 2 ilustra una planta de energía eólica de acuerdo con una realización ejemplar y no limitativa. La planta de energía eólica comprende un rotor eólico 250, un generador 252 para producir energía eléctrica y un sistema de engranajes 201 para transmitir energía mecánica desde el rotor eólico 250 al generador 252. El sistema de engranajes 201 puede ser, por ejemplo, como el sistema de engranajes 101 ilustrado en la figura 1a-1c. El rotor eólico 250 está conectado de manera que transmita par al portaplanetas del primer engranaje planetario del sistema de engranajes 201, y la estructura de bastidor del sistema de engranajes 201 está fijada a estructuras de soporte de una góndola 251 de la planta de energía eólica.

Los ejemplos específicos proporcionados en la descripción dada anteriormente no se deberían interpretar como limitativos del alcance de la protección, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Las listas y grupos de ejemplos proporcionados en la descripción anterior no son exhaustivos a menos que se indique explícitamente lo contrario.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de engranajes (101) que comprende una estructura de bastidor (102) que comprende secciones de conexión (103, 104) para fijar la estructura de bastidor a una estructura mecánica externa al sistema de engranajes, y un primer engranaje planetario (105) que comprende:

- un eje solar (106) que comprende un sol (107) y que tiene permitido el giro con respecto a la estructura de bastidor, - una corona (108) estacionaria con respecto a la estructura de bastidor,

- un portaplanetas (109) que comprende una estructura de interfaz mecánica (110) para conexión a un elemento giratorio externo al sistema de engranajes,

- cojinetes primero y segundo (111, 112) que soportan el portaplanetas con el giro permitido con respecto a la estructura de bastidor, y

- planetas (113) soportados con el giro permitido con respecto al portaplanetas y que engranan con el sol y con la corona,

donde el primer cojinete está axialmente entre la corona y la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas, y la estructura de bastidor comprende un protector de cubierta frontal (114) que es una única pieza de material, fijada a la corona, y conformada para constituir una cubierta de cojinete para cubrir y soportar el primer cojinete (111), cubriendo la cubierta de cojinete el primer cojinete para que no sea visible cuando la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas se observa axialmente a lo largo de una dirección axial del portaplanetas, caracterizado por que el escudo de cubierta frontal (114) comprende las secciones de conexión (103, 104) de la estructura de bastidor.

2. Un sistema de engranajes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un diámetro (D1) de una parte del portaplanetas que está en contacto con el primer cojinete es mayor que un diámetro (D2) de una abertura del escudo de cubierta frontal a través de la cual está diseñada para sobresalir la estructura de interfaz mecánica (110) del portaplanetas.

3. Un sistema de engranajes de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la estructura de interfaz mecánica (110) del portaplanetas y una sección final (115) del portaplanetas constituyen una única pieza de material, soportando la sección final del portaplanetas los primeros extremos de los ejes de los planetas del engranaje planetario y soportando otra sección final del portaplanetas los segundos extremos de los ejes de los planetas.

4. Un sistema de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la corona (108) del primer engranaje planetario constituye una parte de la estructura de bastidor, de modo que una superficie exterior de la corona del primer engranaje planetario constituye una parte de una superficie exterior del sistema de engranajes.

5. Un sistema de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde el sistema de engranajes comprende una junta (116) entre una superficie exterior de la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas y una pared de una abertura del escudo de cubierta frontal a través de la cual está diseñada para sobresalir la estructura de interfaz mecánica del portaplanetas.

6. Un sistema de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el sistema de engranajes comprende un segundo engranaje planetario (119) cuyo portaplanetas (120) está conectado de manera que transmita par al eje solar (106) del primer engranaje planetario.

7. Un sistema de engranajes de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la estructura de bastidor comprende una parte intermedia (121) conectada a la corona (108) del primer engranaje planetario y a una corona (122) del segundo engranaje planetario.

8. Un sistema de engranajes de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la corona del segundo engranaje planetario constituye una parte de la estructura de bastidor de modo que una superficie exterior de la corona del segundo engranaje planetario constituye una parte de una superficie exterior del sistema de engranajes.

9. Un sistema de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8, donde el sistema de engranajes comprende un engranaje cilindrico (123) que comprende ruedas dentadas primera y segunda (124, 126) que engranan entre si, estando conectada la primera rueda dentada (124) de manera que transmita par a un eje solar (125) del segundo engranaje planetario.

10. Un sistema de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el primer cojinete (111) es uno de los siguientes: un cojinete de rodillos cilindricos, un cojinete de bolas, un cojinete liso, un cojinete de rodillos cónicos.

11. Una planta de energía eólica que comprende:

- un rotor eólico (250),

- un generador (252) para producir energía eléctrica, y

- un sistema de engranajes (201) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10 para transmitir energía mecánica desde el rotor eólico al generador,

donde el rotor eólico está conectado de manera que transmita par al portaplanetas del primer engranaje planetario del sistema de engranajes, y la estructura de bastidor del sistema de engranajes está fijada a estructuras de soporte de una góndola (251) de la planta de energía eólica.