ES2934959T3 - Sistema de fluido para una turbina eólica - Google Patents

Abstract

Un sistema de fluidos para una turbina eólica, que es particularmente beneficioso cuando la turbina eólica está funcionando a baja potencia, como durante el modo operativo en ralentí. El fluido se acumula en un dispositivo de almacenamiento de fluido antes de ser liberado de manera intermitente, por ejemplo, por ráfagas o pulsos de fluido, a una o más unidades de consumo, incluidos, entre otros, cojinetes. El sistema de fluido permite ventajosamente que el fluido, tal como el lubricante, se distribuya suficientemente a una o más unidades de consumo incluso si la bomba utilizada para suministrar fluido a las unidades de consumo funciona a baja potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de fluido para una turbina eólica

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de fluido para una turbina eólica, en particular, pero no exclusivamente, a un sistema de lubricación.

Antecedentes de la invención

Los generadores de turbina eólica son sistemas electromecánicos complejos cuya función principal es convertir la energía en un flujo de viento en energía eléctrica que puede transmitirse a una red de distribución eléctrica. La función principal de generación de potencia de una turbina eólica está soportada por varios sistemas auxiliares que deben mantenerse funcionales para que la turbina eólica funcione dentro de parámetros aceptables. Los sistemas auxiliares de turbina eólica generalmente se alimentan de potencia o bien mediante una conexión mecánica directa al árbol de accionamiento de rotación principal de la turbina eólica, o bien por medio de una conexión de red eléctrica que proporciona potencia eléctrica a ese sistema auxiliar. Un ejemplo de esto es un sistema de lubricación, cuyo papel es suministrar fluido de lubricación a las diversas unidades de consumo de fluido de la turbina eólica. Ejemplos de tales unidades de consumo pueden ser el/los cojinete(s) principal(es), cojinetes de caja de engranajes, el alojamiento de caja de engranajes, y cojinetes de generador, por nombrar algunos ejemplos.

Un problema ocurre cuando la turbina eólica se desconecta de la red, durante un fallo de red, por ejemplo, en cuyas circunstancias los sistemas auxiliares pueden no estar dotados de una fuente de potencia suficiente. En el ejemplo de sistema de lubricación comentado anteriormente, una desconexión de red puede significar que una bomba de lubricación accionada eléctricamente ya no tiene una fuente de potencia. Si la bomba de lubricación se acciona mecánicamente, entonces la turbina eólica inactiva puede no proporcionar suficiente velocidad de rotación para generar un flujo de fluido adecuado en el sistema de lubricación para someter a presión todo el sistema de distribución de lubricación y lubricar todas las unidades de consumo a través de sus puntos de lubricación. Esto compromete la eficacia del sistema de lubricación cuando se produce una desconexión de red.

Aunque puede proporcionarse una solución de potencia de reserva, por ejemplo, en forma de un generador diésel o grupo de baterías, esto introducirá complejidad y puede no proporcionar disponibilidad de potencia de reserva durante períodos prolongados.

Las realizaciones de la invención se han ideado frente a estos antecedentes.

El documento US4037687A da a conocer medios de lubricación para el engranaje de transmisión de un barco. El documento US2014/054893A1 da a conocer métodos y aparatos de transmisión hidráulica para turbinas eólicas. El documento EP2891795A2 da a conocer la transmisión hidráulica, un aparato de generación de potencia de turbina eólica, y método de control de funcionamiento. El documento US2014/062088A1 da a conocer turbinas eólicas e hidráulicas de marea con acumulador hidráulico.

Sumario

Según un aspecto de la presente invención, se presenta un sistema de fluido para una turbina eólica, configurado para suministrar lubricación a una o más unidades de consumo. El sistema de fluido incluye un dispositivo de almacenamiento de fluido configurado para recibir fluido desde una bomba. La bomba tiene un modo de funcionamiento normal en el que funciona a una primera velocidad y un modo de funcionamiento de baja potencia en el que funciona a una segunda velocidad que es más baja que la primera velocidad. El modo de funcionamiento de baja potencia puede ocurrir cuando la turbina eólica está en una condición de inactividad en la que no está enviando potencia a una red eléctrica asociada. El sistema de fluido también incluye un sistema de liberación de fluido que está configurado para funcionar cuando la bomba está funcionando en el modo de funcionamiento de baja potencia para liberar fluido de manera intermitente desde el dispositivo de almacenamiento de fluido a la una o más unidades de consumo.

El sistema de fluido permite ventajosamente que el fluido se distribuya suficientemente a las unidades de consumo, tal como cojinete(s) principal(es), cojinetes de caja de engranajes y alojamiento(s) de caja de engranajes, incluso cuando una bomba del sistema de fluido está funcionando a baja potencia. La bomba puede estar funcionando, por ejemplo, a baja potencia cuando no está conectada a una red eléctrica, tal como durante la inactividad.

El sistema de fluido puede configurarse de tal manera que la liberación de fluido por el sistema de liberación de fluido es dependiente de la presión de fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido.

Dado que el fluido desde el dispositivo de almacenamiento de fluido se libera a un nivel de presión adecuado, esto garantiza que el fluido es capaz de alcanzar la mayor parte o la totalidad de las unidades de consumo en el circuito de fluido. De esta manera, las unidades de consumo pueden recibir ráfagas o pulsos de fluido y se evita el riesgo de que algunas unidades de consumo carezcan de fluido de lubricación.

El sistema de fluido está configurado de tal manera que la liberación de fluido por el sistema de liberación de fluido es dependiente de los medios de histéresis. Beneficiosamente, los medios de histéresis garantizan que las ráfagas de fluido contengan o administren una cantidad suficiente de fluido de modo que, idealmente, todas las unidades de consumo en el circuito de fluido reciben un suministro de fluido suficiente.

Los medios de histéresis están configurados de tal manera que el fluido se libera desde el dispositivo de almacenamiento de fluido a las unidades de consumo cuando la presión de fluido alcanza un primer umbral de presión.

El sistema de fluido está configurado de tal manera que los medios de histéresis están configurados para evitar que el fluido se libere del dispositivo de almacenamiento de fluido a las unidades de consumo cuando la presión de fluido alcanza un segundo umbral de presión. El segundo umbral de presión puede ser inferior al primer umbral. Esos umbrales de presión pueden ser ajustables mediante la configuración adecuada de los componentes que influyen en los umbrales de presión.

Tener un umbral de presión ajustable significa que la presión de fluido puede adaptarse al aparato. Por ejemplo, una turbina grande con unidades de consumo separadas entre sí puede requerir que se libere un mayor volumen de fluido, posiblemente a una presión más alta, que una turbina más pequeña con unidades de consumo cercanas entre sí, para que el fluido se distribuya suficientemente. Diferentes unidades de consumo también pueden requerir que se suministre fluido a diferentes niveles de presión para funcionar de manera efectiva.

El sistema de fluido puede configurarse de modo que la una o más unidades de consumo estén configuradas para recibir fluido de lubricación y puedan comprender al menos uno de: un cojinete principal, un cojinete de caja de engranajes, un alojamiento de caja de engranajes y un cojinete de generador.

El sistema de fluido puede configurarse de manera que el dispositivo de almacenamiento de fluido es un acumulador.

El sistema de fluido puede configurarse de manera que el sistema de liberación de fluido comprende una válvula controlada electrónicamente.

El sistema de fluido puede configurarse de manera que el sistema de liberación de fluido es un dispositivo de liberación de fluido implementado mecánicamente. Ventajosamente, un dispositivo de liberación de fluido implementado mecánicamente significa que no se requiere una conexión de potencia separada para el sistema de control del dispositivo. Además, no se necesita un sistema de potencia de reserva en caso de que se pierda potencia, según lo requiera un sistema de liberación de fluido controlado electrónicamente.

En un aspecto adicional de la invención, se proporciona una turbina eólica que comprende una torre, una góndola montada en la torre y un buje conectado a una pluralidad de palas de turbina eólica, en la que el buje está montado en una disposición de rotor principal, que comprende además una pluralidad de unidades de consumo configuradas que van a suministrarse con fluido mediante el sistema de fluido.

Breve descripción de los dibujos

Realizaciones de la presente invención se describirán ahora en detalle con referencias a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista frontal de una turbina eólica en la que pueden incorporarse realizaciones de la invención;

la figura 2 es una vista esquemática de un tren de accionamiento de la turbina eólica de la figura 1, que incluye un sistema de lubricación según una realización de la invención;

la figura 3 es una vista esquemática que muestra el sistema de lubricación en la figura 2 con más detalle;

la figura 4 es un gráfico que representa la liberación intermitente de fluido por el sistema de fluido de la realización de la invención en la figura 3.

Descripción detallada

Las realizaciones de la invención se refieren a un sistema de fluido para una turbina eólica, en particular, a aspectos de cómo funciona ese sistema de fluido cuando la potencia suministrada a sistemas auxiliares de la turbina eólica se reduce y/o se limita. Como se describirá con más detalle más adelante, la invención permite ventajosamente suministrar suficiente fluido a las unidades de consumo para un funcionamiento efectivo cuando una bomba del sistema de fluido está funcionando a baja potencia. Debe indicarse en este punto que el sistema de fluido tiene una aplicación particular a un sistema de lubricación, aunque también puede aplicarse el mismo principio a otros sistemas de fluidos dentro de la turbina eólica. Por ejemplo, el principio puede aplicarse a un sistema de regulación de paso. Proporcionando aceite hidráulico a presión para cargar acumuladores, la regulación de paso puede llevarse a cabo sin una conexión de red eléctrica. Esto puede evitar ventajosamente vibraciones de pala.

Con referencia a la figura 1, una turbina eólica 2 incluye una góndola 4 que está soportada en una torre generalmente vertical 6, que está montada en sí misma en una cimentación 8. La cimentación 8 puede estar en la tierra, o total o parcialmente bajo el agua. La góndola 4 aloja un número de componentes funcionales, algunos de los cuales se muestran en la figura 2, a modo de ejemplo. Una configuración de este tipo se conocerá bien por el experto en la técnica. El experto también apreciará que la arquitectura ilustrada en el presente documento se pretende que sea a modo de ejemplo y se conocen otras arquitecturas y serán aplicables al concepto inventivo.

La figura 2 ilustra la góndola 4 que aloja, al menos en parte, la disposición de rotor principal 10, una caja de engranajes 12 y un generador 14. Por brevedad, algunos componentes típicos se han omitido de la figura 2 ya que no son fundamentales para esta discusión, por ejemplo, un convertidor de potencia y un elemento de accionamiento de guiñada. Sin embargo, la presencia de tales componentes está implícita y se entenderá bien por el lector experto.

La disposición de rotor principal 10 incluye un buje 16 acoplado a un árbol de rotor principal 18, que está soportado de manera rotatoria en un alojamiento de árbol principal 20 mediante una disposición de cojinete 22. El alojamiento de árbol principal a veces se denomina en la técnica como “alojamiento de cojinete principal”. La disposición de cojinete 22 puede comprender, por ejemplo, un cojinete delantero 24 y un cojinete trasero 26. El buje 16 está conectado a una pluralidad de palas de rotor 28, aunque tres palas son típicas en una turbina eólica de eje horizontal (HAWT). El viento actúa sobre las palas 28 y, por lo tanto, el buje 16 aplica un par de fuerzas al árbol de rotor principal 18 que provoca que rote dentro del alojamiento de cojinete principal 20.

Una parte de entrada o “delantera” del árbol de rotor principal 18 comprende una pestaña 18a, mediante lo que el árbol de rotor principal 18 está conectado, y accionado por, al buje 16. En el presente documento, la pestaña 18a se muestra como conectada a una pestaña adicional 18b que está asociada con el buje 16, de manera que las dos pestañas forman un acoplamiento entre el buje 16 y el árbol de rotor principal 18. Por lo tanto, puede considerarse que la pestaña 18a está en el extremo de conexión de buje del árbol de rotor principal 18.

Una parte de salida 19 del árbol 18 proporciona una unidad de entrada a la caja de engranajes 12. La caja de engranajes 12 aumenta la velocidad de rotación del árbol de rotor principal 18 a través de engranajes internos (no mostrados) y acciona un árbol de salida de caja de engranajes de alta velocidad 28. El árbol de salida de alta velocidad 28 a su vez acciona el generador 14, que convierte la rotación del árbol de salida de alta velocidad 28 en electricidad. La energía eléctrica generada por el generador 14 puede convertirse a continuación por otros componentes (no mostrados en el presente documento) según sea necesario antes de suministrarse a la red, por ejemplo. También se conocen las denominadas turbinas eólicas de “accionamiento directo” que no usan cajas de engranajes.

El alojamiento de cojinete principal 20 está soportado en un armazón de base 32, que también puede conocerse como una placa de asiento. Aunque no se muestra en el presente documento, el armazón de base 32 puede estar acoplado a un elemento de accionamiento de guiñada en la parte superior de la torre de turbina eólica 6 para permitir que el armazón de base 32 y, por lo tanto, toda la góndola 4 realice guiñada con respecto a la torre 6 para permitir que la dirección del buje 16 se ajuste con respecto a la dirección del viento.

El armazón de base 32 es normalmente un componente de colada, por ejemplo, de acero o hierro, y tiene la función de transferir las cargas de árbol principal desde el árbol 18, a través de los cojinetes 24, 26, el alojamiento de cojinete principal, y el armazón de base 32, y a la torre de turbina eólica 6.

Tras haber descrito la arquitectura de sistema general de la turbina eólica, la discusión se centrará ahora en un sistema de fluido 40 de la turbina eólica que se indica esquemáticamente en la figura 2 como '40', y con más detalle en la figura 3. En la realización ilustrada, el sistema de fluido 40 es un sistema de lubricación de la turbina eólica que está configurada para suministrar fluido de lubricación a múltiples componentes de la disposición de rotor principal 10 a través de una línea de suministro de fluido o 'circuito de fluido' 41. Estos múltiples componentes de la disposición de rotor principal 10, concretamente, los cojinetes de soporte 24 y 26, la caja de engranajes 12 y el generador 14, representan ejemplos de unidades de consumo 46, que pueden recibir lubricante del sistema de fluido 40. Las unidades de consumo 46 mencionadas en el presente documento son solo ejemplos, y el sistema de fluido 40 puede configurarse para proporcionar lubricante a otros/múltiples componentes de la turbina eólica. Además, debe apreciarse que cada unidad de consumo puede incluir uno o más puntos de lubricación que deben suministrarse con fluido de lubricación. Por ejemplo, un alojamiento de caja de engranajes puede tener varios puntos de lubricación. Por lo tanto, en esta discusión, el término “unidad de consumo” debe entenderse como que comprende uno o más “puntos de consumo” o “puntos de lubricación”.

La figura 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de cómo el sistema de fluido 40 puede configurarse para lograr la funcionalidad requerida. Como se ha mencionado, el sistema de fluido 40 es un sistema de lubricación que está configurado para lubricar una pluralidad de unidades de consumo 46 de la turbina eólica 2. Tales unidades de consumo 46 pueden ser cualquier dispositivo que requiera lubricación, tal como un cojinete principal, la caja de engranajes 12 y los cojinetes en el generador eléctrico. Mientras la turbina eólica 2 está funcionando normalmente, el sistema de lubricación puede hacerse funcionar para suministrar a las unidades de consumo 46 un suministro suficiente de fluido de lubricación para garantizar que se minimice el desgaste mecánico de esos componentes. Sin embargo, un beneficio de la invención es que también es capaz de suministrar suficiente flujo y presión de fluido de lubricación para cargar el circuito de fluido 41 y alcanzar todas las unidades de consumo 46 relevantes cuando se ha retirado la potencia primaria al sistema de lubricación y/o el sistema de lubricación está funcionando a capacidad limitada (flujo). Una situación de este tipo puede ocurrir donde: el sistema de lubricación se alimenta de potencia eléctricamente y se retira la potencia eléctrica primaria a ese sistema o, la lubricación se acciona mecánicamente mediante una conexión al árbol principal, y la turbina eólica 2 se establece en un modo de inactividad. Para este fin, ventajosamente, el sistema de fluido 40 está configurado para proporcionar ráfagas o pulsos intermitentes de fluido a una presión suficientemente alta, cuando el sistema auxiliar de la turbina eólica 2 (por ejemplo, la bomba de lubricación) está funcionando a baja potencia, tal como durante la inactividad (es decir, cuando el sistema no está conectado a la red electrónica). Esto contrasta con los sistemas existentes que pueden recibir un flujo constante de fluido a baja presión y a un caudal volumétrico que es insuficiente para los requisitos de las unidades de consumo 46 cuando el sistema auxiliar de la turbina eólica está funcionando a baja potencia.

Volviendo a la figura 3, el sistema de fluido 40 comprende una bomba 42 que extrae fluido de un depósito, tanque o sumidero adecuado 44, somete a presión a ese fluido y proporciona el mismo a un consumidor de fluido, que en la figura 2 se ilustra como '46' y representa un cojinete, por ejemplo, el cojinete principal de la turbina eólica 2. Puede usarse cualquier tipo de bomba 42 que sea apropiada para bombear un fluido adecuado para la aplicación en cuestión, que es fluido de lubricación en la realización ilustrada. Por ejemplo, la bomba 42 puede ser una bomba de álabes, una bomba de pistón, una bomba de cavidad progresiva o una bomba de engranajes.

Para garantizar que el fluido no pueda fluir de vuelta al interior de la bomba 42, puede proporcionarse una válvula de retención 48 o un componente similar que permite que el fluido pase a su través solo en un sentido.

El sistema de fluido 40 comprende además un dispositivo de liberación de fluido 50 y un dispositivo de almacenamiento de fluido 52 que están conectados a la bomba 42 por una tubería o línea de fluido 54. El dispositivo de liberación de fluido 50 está configurado para controlar la liberación de fluido sometido a presión generado por la bomba 42 y almacenado en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52.

El dispositivo de almacenamiento de fluido 52 puede ser, por ejemplo, un acumulador que incluye, pero no se limita a, uno de tipo de pistón cargado por peso, de tipo de diafragma (o cámara), de tipo de resorte y tipo hidroneumático. A medida que el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 acumula fluido, la presión de fluido aumenta dentro del mismo.

La bomba 42 está configurada para funcionar al menos en dos modos de funcionamiento diferentes. En primer lugar, la bomba 42 funciona en un modo de funcionamiento normal cuando la turbina eólica está funcionando normalmente, es decir, cuando la turbina eólica está conectada a una red eléctrica y suministrando potencia a la misma. En este modo de funcionamiento normal, la bomba 42 funciona a su velocidad normal, que puede ser un rango o intervalo de velocidades normales, y no una única velocidad específica, dependiendo de la configuración de la bomba. La bomba 42 también está configurada para funcionar en un segundo modo de funcionamiento, y esto puede aplicarse cuando la turbina eólica está fuera de línea, es decir, cuando la turbina eólica está desconectada de la red y en inactividad. En tales circunstancias, la bomba 42 está funcionando a baja potencia, ya sea accionada mecánicamente o accionada eléctricamente, como se discute en el presente documento. Como tal, el segundo modo de funcionamiento puede denominarse modo de funcionamiento de baja potencia, y funcionará a una velocidad o intervalo de velocidades que es menor que la velocidad o intervalo de velocidades en el que la bomba funcionará cuando esté en el modo de funcionamiento normal.

Durante circunstancias en las que la bomba está funcionando en un modo de funcionamiento de baja potencia, el dispositivo de liberación de fluido 50 está configurado para liberar fluido sometido a presión a las unidades de consumo 46 de manera intermitente, es decir, a intervalos regulares o irregulares. La liberación intermitente de fluido puede tomar la forma de pulsos o ráfagas cortas. Como tal, el dispositivo de liberación de fluido 50 libera fluido a las unidades de consumo 46 solo cuando se ha almacenado suficiente volumen y, por lo tanto, se ha acumulado presión en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52. Durante un escenario de baja potencia, cuando la bomba 42 está funcionando más lentamente que durante el funcionamiento normal, la bomba 42 acumulará gradualmente presión de fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52. A determinados intervalos, el dispositivo de liberación de fluido 50 funciona para liberar ese fluido sometido a presión desde el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 y suministrar el mismo a las unidades de consumo 46. De esta manera, a las unidades de consumo 46 se les suministra fluido a alta presión que está a una presión suficiente para suministrarse a través de la red de unidades de consumo 46 de modo que todas puedan lubricarse suficientemente. Aunque el suministro de fluido es intermitente, lo importante es que el fluido está a una presión relativamente alta, de modo que alcanzará todas las unidades de consumo 46 para suministrar lubricación a las mismas. El nivel de lubricación puede no ser igual a lo que recibirían esas unidades de consumo 46 en funcionamiento normal, pero será aceptable garantizar que el desgaste o la corrosión no se acelere.

La liberación intermitente de fluido por el dispositivo de liberación de fluido 50 puede lograrse de varias maneras. En una realización, una válvula controlada electrónicamente (no mostrada) puede configurarse para liberar fluido a intervalos predeterminados. Esos intervalos predeterminados pueden establecerse basándose en el funcionamiento conocido de cuánto tiempo tarda la bomba 42 en generar suficiente presión dentro del dispositivo de almacenamiento de fluido 52.

El intervalo de tiempo entre las ráfagas intermitentes puede ser configurable dependiendo de los requisitos de lubricación del sistema. Sin embargo, el intervalo de tiempo del dispositivo de liberación de fluido 50 debe ser de manera que la presión de fluido alcance un nivel suficientemente alto para que el fluido de lubricación se desplace preferiblemente a todas las unidades de consumo. El tiempo preciso entre ráfagas depende de la naturaleza de las unidades de consumo, y, por lo tanto, el sistema es configurable para que pueda ajustarse adecuadamente. Generalmente, se prevé que el intervalo de tiempo entre ráfagas sea de entre 1 minuto y 24 horas. Un límite superior de 24 horas garantizaría que las unidades de consumo reciban al menos algo de lubricación. Preferiblemente, sin embargo, la ráfaga sería más frecuente que una sola ráfaga cada 24 horas.

En una realización alternativa, la válvula controlada electrónicamente puede estar equipada con medios de detección adecuados para detectar la presión de fluido dentro del dispositivo de almacenamiento de fluido 52. La válvula controlada electrónicamente puede funcionar dependiendo de la presión detectada para liberar fluido a las unidades de consumo 46 solo cuando se ha alcanzado un umbral de presión predeterminado. Por ejemplo, la presión dentro del sistema puede detectarse por un grifo/sensor de presión 53 posicionado adecuadamente.

En este contexto, la válvula controlada electrónicamente puede implementarse con una función de histéresis adecuada para garantizar que la válvula no se cierre demasiado rápido una vez que se haya alcanzado el umbral de presión predeterminado, después de lo cual la presión en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 disminuiría rápidamente. De esta manera, tal función de histéresis garantizaría que se administra una ráfaga de fluido suficientemente larga.

La función de histéresis podría implementarse en forma de un temporizador electrónico en función del cual la válvula controlada electrónicamente podría hacerse funcionar para permanecer abierta durante un período de tiempo predeterminado después de que la válvula se haya activado para abrirse, es decir, una vez que se ha alcanzado el umbral de presión.

Alternativamente, la función de histéresis podría implementarse de modo que la válvula controlada electrónicamente permanezca abierta después de activarse hasta que el nivel de presión en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 haya descendido a un umbral de presión y, por lo tanto, alcance un segundo umbral de presión inferior.

Aunque el dispositivo de liberación de fluido 50 puede implementarse como una válvula controlada electrónicamente, como se discutió anteriormente, esto requeriría una conexión de potencia separada para el sistema de control del dispositivo. Se apreciaría que un sistema de este tipo necesitaría un suministro de potencia de reserva en el caso de que se pierda potencia, y el sistema de control necesitaría estar diseñado para ser extremadamente fiable para garantizar que el sistema de lubricación no falle.

Por lo tanto, un sistema puramente mecánico puede ser deseable en algunas circunstancias. Un ejemplo de una implementación mecánica de un dispositivo de liberación de fluido 50 se muestra en la figura 3 y ahora se describirá a continuación con más detalle.

El dispositivo de liberación de fluido 50 en la realización ilustrada comprende una válvula de control de dos posiciones unidireccional 56 que está conectada a la línea de fluido 54. En una primera posición, como se muestra en la figura 3, la válvula de control 56 bloquea el flujo de fluido desde la línea de fluido 54 a las unidades de consumo 46, y en una segunda posición, la válvula de control 56 permite que el fluido fluya. En el presente documento, la válvula de control 56 se representa como una válvula de carrete, pero esto es solo a modo de ejemplo y es la forma convencional de ilustrar tales válvulas esquemáticamente.

La válvula de control 56 puede hacerse funcionar en función de la presión de fluido en la línea de fluido 54 y, para este fin, incluye una disposición de control mecánico 58. Como será evidente, la disposición de control 58 puede hacerse funcionar para activar la válvula de control 56 para que se abra a una presión predeterminada.

La posición de la válvula de control 56 está controlada por un accionador lineal activado por presión 60 que comprende una barra de empuje 62 que está conectada a un pistón 64, en su extremo distal, que puede deslizarse dentro de un cilindro 66. Por lo tanto, se define una cámara de control 67 entre el extremo del cilindro 66 y el pistón 64.

El extremo del cilindro 66 incluye una conexión de fluido 68 a la línea de fluido 54 de modo que la cámara de control está expuesta a fluido sometido a presión que está a la misma presión que el fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52. El cilindro 66 aloja un resorte de válvula 70 que ejerce una fuerza sobre el pistón 64 para empujar la válvula de control 56 a la posición cerrada (esta es la posición mostrada en la figura 3). El movimiento de la barra de empuje 62 y, por lo tanto, la válvula de control 56 está determinada, por lo tanto, por la fuerza aplicada al pistón 64 por el resorte de válvula 70, y la fuerza de oposición aplicada al pistón 64 por fluido sometido a presión en la cámara de control 67. Por lo tanto, una vez que la presión de fluido en la cámara de control ejerce una fuerza sobre el pistón 64 que es mayor que la fuerza de oposición ejercida por el resorte de válvula 70, la válvula de control 56 intentará abrirse.

Sin embargo, para garantizar que la válvula de control 56 se abra y se cierre rápidamente para lograr la ráfaga intermitente de fluido, la disposición de control 60 también incluye una unidad de histéresis 72. En resumen, la unidad de histéresis 72 es responsable de controlar el inicio y el final de la administración de fluido. En otras palabras, la unidad de histéresis establece un intervalo de administración para la administración de fluido. De esta manera, la unidad de histéresis 72 garantiza que se administra un volumen significativo de fluido evitando la posible 'oscilación' de flujo de la válvula de control a medida que la presión de fluido fluctúa durante la apertura de la válvula de control 56. La unidad de histéresis 72 puede ser configurable para establecer la separación entre el inicio y el final de la administración de fluido y, además, puede ser ajustable para permitir que se varie el intervalo de administración. La unidad de histéresis 72 puede realizarse posiblemente como un conmutador que puede hacerse funcionar según el tiempo que permite que la válvula de control se abra durante un período predeterminado. Alternativamente, la histéresis puede ser sensible a la presión de fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido. Naturalmente, el volumen de fluido que se requiere administrar y el tiempo en el que se debe administrar pueden cambiar en función de la aplicación específica. Sin embargo, para poner la invención en contexto, actualmente se prevé que el volumen de fluido que va a administrarse será de entre 1 litro y 20 litros y que normalmente el intervalo de administración sea un máximo de 10 segundos, tal como un máximo de 30 segundos. Se prevé que una tasa de administración práctica para la aplicación actual será 0,5 litros por minuto, aunque debe indicarse que este valor se proporciona simplemente a modo de ejemplo.

En la realización ilustrada, la unidad de histéresis 72 comprende un árbol 74 que es una continuación del carrete de la válvula de control 56 y una unidad de bloqueo liberable 76 que está configurada para bloquear de manera liberable la válvula de control 56 en cualquiera de las posiciones primera y segunda o bien acoplando o bien desacoplando el árbol 74. Como puede verse, el árbol 74 incluye dos ranuras anulares 78, 80 que están en posiciones desplazadas a lo largo de la dirección axial del árbol 74. La unidad de bloqueo liberable 76 incluye un elemento de bloqueo cargado por resorte 81 que está configurado para acoplarse con cualquiera de las dos ranuras 78, 80 dependiendo de la posición del árbol 74. En el presente documento, el elemento de bloqueo 81 se representa como una bola que se desvía en el acoplamiento con el árbol 74 por un resorte 82.

Se apreciará que a medida que la presión en la cámara de control 67 de la válvula de control 56 se acumula a un nivel suficiente, el elemento de bloqueo 81 mantendrá la válvula de control 56 en la posición cerrada para garantizar que la válvula de control 56 no comience a moverse lentamente a la posición abierta. Sin embargo, a un umbral de presión superior predeterminado, la fuerza ejercida por la presión de fluido en la cámara de control 67 será suficiente para superar la fuerza de oposición del resorte de válvula 70, pero también será suficiente para impulsar el elemento de bloqueo 81 fuera de la primera ranura 78. La válvula de control 56 se abrirá, lo que impulsará el árbol 74 hacia la izquierda, como se ilustra en la figura 3, de tal manera que el elemento de bloqueo 81 se acopla entonces con la segunda ranura 80. Esto bloqueará la válvula de control 56 en la posición abierta de modo que el fluido fluya a las unidades de consumo 46 a una presión igual a un primer umbral de presión o 'superior'. Por lo tanto, el umbral de presión está determinado en gran medida por la constante de resorte del resorte 82 que mantiene el elemento de bloqueo 81 en posición en la primera ranura 78, la constante de resorte del resorte de válvula 70, la dimensión del elemento de bloqueo 81 en forma de bola y la dimensión de la primera ranura 78. Obsérvese que la primera ranura 78 también puede denominarse 'ranura de apertura'.

Se apreciará que a medida que la válvula de control 56 se abre, la presión de fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 y, por lo tanto, la línea de fluido 54 comienza a disminuir rápidamente. Sin embargo, dado que el elemento de bloqueo 81 está acoplado en la segunda ranura 80, se impide que la válvula de control 56 se cierre inmediatamente. Por lo tanto, la segunda ranura 80 también puede denominarse 'ranura de cierre'.

Por lo tanto, la válvula de control 56 permanece abierta hasta que la presión cae hasta o por debajo de un segundo umbral de presión o 'inferior'. Este umbral inferior está determinado por la fuerza requerida para mover el elemento de bloqueo 81 fuera de la ranura de cierre 78, que, por lo tanto, es dependiente de la resistencia del resorte 82, el resorte de válvula 70, la dimensión de la ranura de cierre 78 y la dimensión del elemento de bloqueo 81 en forma de bola.

Una vez que la presión de fluido cae por debajo del umbral de presión más bajo, la fuerza de restauración aplicada por el resorte de válvula 70 sobre el pistón 64 es suficiente para desalojar el elemento de bloqueo 81 de la ranura de cierre. Por lo tanto, el árbol 74 se mueve en una dirección de cierre, a la derecha como se muestra en la figura 3, de tal manera que el elemento de bloqueo 80 se mueve desde la ranura de cierre 78 a la ranura de apertura 80. De este modo, la válvula de control 56 se cierra, cortando el flujo de fluido a las unidades de consumo 46.

A partir de la discusión anterior, se apreciará que la válvula de control 56 y la disposición de control 60 actúan mecánicamente para proporcionar ráfagas rápidas de fluido sometido a presión de manera intermitente a las unidades de consumo 46. Además, se indicará que la presión que se suministra a las unidades de consumo 46, y el período de tiempo durante el cual se administra fluido, es dependiente de los umbrales de presión superior e inferior y del tamaño del acumulador 52. Los umbrales de presión superior e inferior pueden configurarse ajustando el tamaño del resorte de válvula 70 en la disposición de control 60 y el resorte 82 en la unidad de histéresis 72, el tamaño del pistón 64, y también el tamaño de la ranura de apertura 80 y la ranura de cierre 78.

Aunque estas variables pueden configurarse en la etapa de fabricación, es posible incluir cierta capacidad de ajuste en el sistema. Por ejemplo, la unidad de histéresis 72 puede configurarse de modo que la carga previa en el resorte de bloqueo 82 sea ajustable, lo que ajustaría la fuerza requerida para desalojar el elemento de bloqueo 81 de las ranuras de apertura y cierre. Tal capacidad de ajuste podría ser útil si se requiere ajustar de manera precisa la administración del lubricante a través del circuito de fluido 41.

A partir de la discusión anterior, se apreciará cómo la válvula de control 56 se activa de manera intermitente cuando la turbina eólica está funcionando en un modo de capacidad reducida de modo que la bomba 42 está funcionando más lentamente de lo habitual, es decir, en el 'modo de funcionamiento de baja potencia', como se discutió anteriormente. Sin embargo, también debe tenerse en cuenta que durante el funcionamiento normal de la bomba 42, la presión de fluido generada en el sistema siempre es alta, de modo que la válvula de control 56 permanece abierta y no influye de otro modo en el suministro de fluido a las unidades de consumo 46. El acumulador 52 además extenderá el tiempo que el circuito de fluido 41 permanecerá sometido a presión después de que la bomba 42 deje de producir flujo si se retira/reduce la potencia eléctrica primaria. Esto puede añadir protección adicional a los componentes lubricados que son especialmente sensibles a la falta de suministro de lubricante (presión de flujo), tal como un cojinete de deslizamiento.

El sistema de fluido 40 puede comprender además una válvula de derivación de seguridad 55. La válvula de derivación de seguridad 55 puede comprender, por ejemplo, una válvula de retención 48, como se ilustra en la figura 3. La válvula de derivación de seguridad 55 puede configurarse para abrirse a un umbral de presión de seguridad (más alto que el umbral de presión superior), de manera que cuando la presión de fluido está en o por encima del umbral de presión de seguridad, la válvula de derivación de seguridad 55 se abre y se convierte en la trayectoria de menor resistencia para que el fluido fluya a su través. En el caso de un mal funcionamiento de la unidad de histéresis 72, por lo tanto, la válvula de derivación 55 puede funcionar para evitar que equipos tales como la cámara de control, el acumulador, la bomba, la válvula de control 56 y el elemento de bloqueo 81 en la realización ilustrativa, se dañen por presiones que exceden sus límites de diseño.

El funcionamiento del sistema de fluido 40 puede ser cíclico, de modo que el fluido se acumule repetidamente en el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 y se libere de manera intermitente. El exceso de fluido desechado por las unidades de consumo 46 puede recogerse, por ejemplo, en el tanque 44, antes de bombearse al dispositivo de almacenamiento de fluido 52 como parte de otro ciclo del sistema de fluido 40.

La figura 3 puede incluir componentes adicionales que no se muestran en el diagrama, pero que están naturalmente unidos con un sistema de lubricación, tales como un intercambiador de calor y filtros de lubricante. El experto apreciará el beneficio de colocar los filtros de lubricante después de la bomba, pero antes del acumulador. Esto se hace para reducir la resistencia al flujo que va a superarse durante una liberación de flujo, y para limitar partículas liberadas desde los filtros.

Como una ilustración adicional del funcionamiento del dispositivo de liberación de fluido 50, la figura 4 ilustra, en forma de gráfico, cómo puede variar la presión de fluido, por ejemplo, a lo largo del tiempo durante el funcionamiento del sistema de fluido 40. Las líneas discontinuas verticales en la figura 4 indican las etapas del sistema de fluido 40 en funcionamiento con fines explicativos.

Comenzando desde el lado izquierdo del gráfico en la figura 4, el primer segmento vertical muestra cómo puede aumentar la presión del fluido a medida que el dispositivo de almacenamiento de fluido 52 acumula fluido. Aunque la figura 4 muestra que el valor de presión más bajo es mayor que cero, el nivel de presión inicial puede tomar cualquier valor, incluyendo cero. Al alcanzar la presión de fluido el umbral de presión superior (T1 en la figura 4), la válvula de control 56 se abre, impulsando el árbol 74 a la izquierda, de manera que el elemento de bloqueo 81 se acopla con la segunda ranura 80. La válvula de control 56 se bloquea de ese modo en la posición abierta. El fluido fluye a las unidades de consumo 46 y la presión cae. Dado que el elemento de bloqueo 81 está acoplado en la segunda ranura 80, se impide que la válvula de control 56 se cierre inmediatamente. Al alcanzar la presión de fluido el umbral de presión inferior (T2 en la figura 4), el elemento de bloqueo 81 se mueve desde la segunda ranura 80 hasta la primera ranura 78 y la válvula de control 56 se cierra. La figura 4 muestra un segundo ciclo del sistema de fluido 40 con la presión de fluido aumentando nuevamente hasta el umbral de presión superior en T3, abriéndose la válvula de control 56 y cayendo la presión. Tras la caída de la presión de fluido de nuevo al umbral inferior en T4, la válvula de control 56 se cierra y el ciclo continúa.

A partir de la discusión anterior, será evidente que ventajosamente el sistema de fluido 40 permite que las unidades de consumo 46 reciban ráfagas intermitentes de fluido a presión suficientemente alta, incluso cuando el sistema auxiliar de la turbina eólica (por ejemplo, la bomba de lubricación) está funcionando a baja potencia, tal como durante la inactividad. Esto contrasta con los sistemas existentes que pueden recibir un flujo constante de fluido a baja presión, cuando el sistema auxiliar de la turbina eólica está funcionando a baja potencia, que es insuficiente para los requisitos de las unidades de consumo 46. Por ejemplo, el sistema de fluido 40 es capaz de administrar fluido a las unidades de consumo 46 a presiones suficientes para distribuir fluido a puntos de distribución específicos o a todos los puntos de distribución requeridos. Los umbrales de presión superior e/o inferior pueden establecerse de modo que el fluido alcance algunas o todas las unidades de consumo 46.

El experto apreciará que las realizaciones ilustradas como se comentó anteriormente pueden variarse sin apartarse del concepto inventivo como se define en las reivindicaciones.

Por ejemplo, aunque la realización ilustrada incluye un acumulador de fluido que se muestra como un dispositivo específico, por ejemplo, un recipiente a presión lleno de gas, para almacenar un volumen significativo de fluido sometido a presión, debe indicarse que otras disposiciones de acumulador pueden ser posibles para lograr la funcionalidad necesaria. Por ejemplo, puede ser posible almacenar suficiente presión dentro de las tuberías del circuito de fluido y, en ese sentido, la tubería aún proporcionaría la funcionalidad de 'acumular' fluido a una presión elevada.

El experto también apreciará que, aunque la realización específica se ha descrito como un sistema de lubricación para la turbina eólica, el concepto inventivo también puede ser aplicable a otros sistemas de fluido. Por ejemplo, los accionadores que se hacen funcionar hidráulica o neumáticamente también podrían estar equipados con un sistema de este tipo para que todavía puedan hacerse funcionar, al menos con funcionalidad limitada, cuando la turbina eólica está en una condición de inactividad.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un sistema de fluido (40) para una turbina eólica, configurado para suministrar fluido a una o más unidades de consumo (46), incluyendo el sistema de fluido (40):

   un dispositivo de almacenamiento de fluido (52) configurado para recibir fluido desde una bomba (42); en el que la bomba (42) tiene un modo de funcionamiento normal en el que funciona a una primera velocidad y un modo de funcionamiento de baja potencia en el que funciona a una segunda velocidad que es más baja que la primera velocidad,

   un sistema de liberación de fluido (50) configurado para funcionar cuando la bomba (42) está funcionando en el modo de funcionamiento de baja potencia para liberar fluido de manera intermitente desde el dispositivo de almacenamiento de fluido (52) a la una o más unidades de consumo (46),

   caracterizado porque

   dicho sistema de fluido incluye medios de histéresis (72) configurados para definir un intervalo de administración del sistema de liberación de fluido (50),

   en el que los medios de histéresis (72) son sensibles a presión de fluido,

   en el que los medios de histéresis (72) están configurados de manera que se libera fluido desde el dispositivo de almacenamiento de fluido (52) a las unidades de consumo (46) cuando la presión de fluido alcanza un primer umbral de presión, y

   en el que los medios de histéresis (72) están configurados para evitar que el fluido se libere del dispositivo de almacenamiento de fluido (52) a las unidades de consumo (46) cuando la presión de fluido alcanza un segundo umbral de presión.
2. 2. El sistema de fluido (40) según la reivindicación 1, en el que la liberación de fluido por el sistema de liberación de fluido (50) es dependiente de la presión de fluido en el dispositivo de almacenamiento de fluido (52).
3. 3. El sistema de fluido según la reivindicación 1 o 2, en el que los medios de histéresis (72) están configurados para permitir que se ajuste el intervalo de administración.
4. 4. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el intervalo de administración está definido por un punto de apertura y un punto de cierre, y en el que los medios de histéresis (72) están configurados para controlar la separación entre el punto de apertura y el punto de cierre.
5. 5. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el intervalo de administración es inferior a 30 segundos.
6. 6. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la una o más unidades de consumo (46) están configuradas para recibir fluido de lubricación y pueden comprender al menos uno de: un cojinete principal, un cojinete de caja de engranajes, un alojamiento de caja de engranajes y un cojinete de generador.
7. 7. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de almacenamiento de fluido (52) es un acumulador.
8. 8. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de liberación de fluido comprende una válvula controlada electrónicamente.
9. 9. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de liberación de fluido es un dispositivo de liberación de fluido implementado mecánicamente.
10. 10. El sistema de fluido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de liberación de fluido está configurado para funcionar cuando la bomba (42) está funcionando en el modo de funcionamiento de baja potencia para liberar fluido de manera intermitente en ráfagas desde el dispositivo de almacenamiento de fluido (52) a la una o más unidades de consumo (46), donde un intervalo de tiempo entre ráfagas es de entre 1 minuto y 24 horas.
11. 11. El sistema de fluido según la reivindicación 10, en el que el volumen de fluido que va a administrarse en cada ráfaga es de entre 1 y 20 litros.
12. 12. Una turbina eólica (2) que comprende una torre, una góndola (4) montada en la torre y un buje (16) conectado a una pluralidad de palas de turbina eólica, en la que el buje está montado en una disposición de rotor principal (10), que comprende además una pluralidad de unidades de consumo (46) configuradas para suministrarse con fluido por el sistema de fluido (40) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.