ES2939599T3 - Accionamiento de regulación de paso para una pala de rotor de un aerogenerador y procedimiento para hacer funcionar un accionamiento de regulación de paso - Google Patents

Abstract

Accionamiento de paso para una pala de rotor (17, 18, 19) de un aerogenerador. El impulsor de paso comprende un motor eléctrico (28) para impulsar un movimiento giratorio entre la pala del rotor (17, 18, 19) y un cubo del rotor (22) y una bomba hidráulica (30) que es accionada por el movimiento giratorio entre el rotor se acciona la pala (17, 18, 19) y el cubo del rotor (22). En al menos un estado de funcionamiento, la bomba hidráulica (30) trabaja contra una resistencia hidráulica (36, 37, 38, 45, 25). La invención también se refiere a un método asociado. La invención también se refiere a un sistema y un método para hacer funcionar una pluralidad de accionamientos de paso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Accionamiento de regulación de paso para una pala de rotor de un aerogenerador y procedimiento para hacer funcionar un accionamiento de regulación de paso

La invención se refiere a un accionamiento de regulación de paso para una pala de rotor de un aerogenerador y un procedimiento para hacer funcionar un accionamiento de regulación de paso. El accionamiento de regulación de paso comprende un motor eléctrico para accionar un movimiento giratorio entre la pala de rotor y un cubo de rotor. La invención se refiere además a un sistema y a un procedimiento para hacer funcionar una multitud de accionamientos de regulación de paso.

En aerogeneradores, el consumo de potencia del rotor a partir del viento puede ajustarse al modificarse el ángulo de incidencia (ángulo de paso) de las palas de rotor. Actualmente es habitual adaptar continuamente el ángulo de paso de las palas de rotor individuales en el funcionamiento del aerogenerador, por ejemplo, para mantener constante el consumo de potencia o para evitar picos de carga.

El rotor de un aerogenerador comprende un cubo de rotor al que están conectadas las palas de rotor. El accionamiento de regulación de paso está engranado con el cubo de rotor y con la pala de rotor y acciona un movimiento giratorio entre ambos elementos en el que la pala de rotor se gira alrededor de su eje longitudinal. Al accionamiento de regulación de paso pertenece un freno con el que la pala de rotor puede retenerse en su posición cuando el motor eléctrico no está en funcionamiento.

Por el documento DE 200 17994 U1 se conoce un accionamiento de regulación de paso híbrido que comprende un accionamiento eléctrico y un accionamiento hidráulico. Un ejemplo adicional del estado de la técnica se conoce por el documento EP2698533 A1.

La invención se basa en el objetivo de presentar un accionamiento de regulación de paso y un procedimiento asociado con un freno que puede emplearse de manera flexible que ofrezca una elevada seguridad funcional. Partiendo del estado de la técnica mencionado el objetivo se resuelve con las características de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas se indican formas de realización ventajosas.

El accionamiento de regulación de paso según la invención comprende una bomba hidráulica que se acciona mediante un movimiento giratorio entre la pala de rotor y el cubo de rotor. En al menos un estado de funcionamiento del accionamiento de regulación de paso la bomba hidráulica funciona contra una resistencia hidráulica.

Mediante dicha resistencia hidráulica a un movimiento giratorio de la pala de rotor con respecto al cubo de rotor se opone una fuerza de frenado. La invención ha reconocido que una resistencia hidráulica utilizada en el accionamiento de regulación de paso abre distintas posibilidades de aplicación, y en particular, permite un aumento de la fiabilidad operacional de un aerogenerador.

La bomba hidráulica del accionamiento de regulación de paso según la invención puede estar integrada en un circuito de fluido hidráulico que se extiende desde una salida de la bomba hidráulica hasta una entrada de la bomba hidráulica. La bomba hidráulica puede estar diseñada para un accionamiento bidireccional de manera que las posiciones de la entrada y de la salida de la bomba hidráulica pueden cambiarse independientemente del estado de funcionamiento. La bomba hidráulica puede estar diseñada, por ejemplo, como bomba de ruedas dentadas, como bomba de émbolo giratorio o como bomba orbital. Las bombas orbitales son conocidas por el experto, por ejemplo, por los documentos DE 102013 104245 A1 y DE102016116384A.

En el circuito de fluido puede estar dispuesta una válvula de mando que bloquea la circulación en un primer estado de conmutación y libera la circulación en un segundo estado de conmutación. La válvula de mando puede estar limitada a estos dos estados de conmutación, también son posibles válvulas de mando con otras posiciones intermedias. En el primer estado de conmutación el circuito de fluido puede estar bloqueado de modo que la bomba hidráulica trabaja contra un bloqueo hidráulico. Una bomba hidráulica en el bloqueo hidráulico actúa como freno que está engranado. El segundo estado de conmutación en el que la válvula de mando libera la circulación se corresponde a un freno en la marcha libre. En el sentido de la invención la bomba hidráulica trabaja en el primer estado de conmutación contra una resistencia hidráulica, siempre que no haya otro camino a lo largo del cual el circuito de fluido hidráulico está cerrado. La válvula de mando puede estar diseñada de modo que está cerrada en el estado normal (estado de bloqueo en caso de fallo) y se abre al aplicar una señal de control, en particular una señal de control eléctrica. Esto tiene la ventaja de que la bomba hidráulica, en el caso de un corte de corriente puede desplegar su efecto de frenado completo. Una pala de rotor que está fijada en una posición es menos crítica para la seguridad del aerogenerador que una pala de rotor que se mueve sin control.

El accionamiento de regulación de paso puede comprender una unidad de control que está diseñada para controlar el motor eléctrico y/la válvula de mando con instrucciones de mando. La unidad de control puede estar configurada, por ejemplo, de modo que abre la válvula de mando, cuando el motor eléctrico está funcionando, y que cierra la válvula de mando cuando el motor eléctrico no está funcionando. De este modo el motor eléctrico puede accionar el movimiento de la pala de rotor sin funcionar contra una resistencia elevada de la bomba hidráulica.

En el circuito de fluido puede estar dispuesta una válvula de rebose que en el funcionamiento normal bloquea el paso y que libera el paso cuando la diferencia de presión sobre la válvula de rebose es mayor que un valor umbral especificado. La válvula de rebose puede estar diseñada bidireccional de manera que la apertura es independiente de la dirección en la que se aplica la diferencia de presión. Mediante dicha válvula de rebose puede realizarse una protección contra sobrecargas para la pala de rotor. En un estado del bloqueo hidráulico se impide fundamentalmente a la pala de rotor girar con respecto al cubo de rotor. Mediante la válvula de rebose puede permitirse un resbalamiento de la pala de rotor con respecto al cubo de rotor cuando el momento de torsión que actúa sobre la pala de rotor aumenta demasiado y con ello la diferencia de presión a través de la válvula de rebose sobrepasa el valor umbral. La pala de rotor puede resbalar mientras que el momento de torsión elevado actúa. Tan pronto como el momento de torsión disminuye, la válvula de rebose se cierra de nuevo y el movimiento giratorio de la pala de rotor se detiene. La válvula de rebose puede actuar en este estado como regulador de presión que mantiene constante la presión dentro un margen determinado. El valor umbral para la diferencia de presión en la que la válvula de rebose se abre puede situarse, por ejemplo, entre 40 bar y 150 bar, preferiblemente entre 60 bar y 100 bar.

La válvula de rebose puede estar dispuesta dentro del circuito de fluido paralela a la válvula de mando. Si la válvula de mando está abierta, por regla general no se aplicará ninguna diferencia de presión sobre la válvula de rebose de manera que la válvula de rebose permanece en su estado normal cerrado. Cuando la válvula de mando está cerrada, el circuito de fluido hidráulico está bloqueado y la válvula de rebose está sometida a la diferencia de presión que se aplica en el circuito de fluido hidráulico. El motor eléctrico puede estar diseñado para pasar por alto la válvula de rebose de modo que la pala de rotor todavía pueda moverse cuando en un caso de fallo están bloqueadas otras secciones del circuito hidráulico.

Frente a un freno diseñado como freno de fricción, dicho freno hidráulico tiene la ventaja de que no hay ninguna transición entre fricción estática y fricción de deslizamiento. Un freno hidráulico puede ponerse en movimiento sin preparación previa sin que la fuerza necesaria para el accionamiento disminuya repentinamente. La invención ha reconocido que esta propiedad del freno hidráulico en el contexto de un accionamiento de regulación de paso es ventajosa.

Un flujo de fuga en el circuito de fluido puede tener como consecuencia el que la pala de rotor no se mantenga rígida en su posición sino que se desplace ligeramente. Para impedir esto puede estar previsto un bloqueo mecánico que mantiene la pala de rotor independientemente del freno hidráulico en su posición. El bloqueo mecánico puede controlarse mediante la unidad de control.

En el circuito de fluido puede estar dispuesto un estrangulador que está diseñado para limitar la circulación en una sección del circuito de fluido. Con dicho estrangulador puede limitarse la velocidad con la cual la pala de rotor puede girarse con respecto al cubo de rotor. En vista de una relación cuadrática entre la velocidad de giro de la pala de rotor y la resistencia hidráulica del freno la resistencia sube muy rápidamente por encima de una velocidad de giro determinada de la pala de rotor de modo que la pala de rotor tampoco sigue acelerándose cuando está sometida a fuerzas intensas. Dicha limitación de la velocidad máxima es interesante en particular en un funcionamiento de emergencia del accionamiento de regulación de paso. Si se produce un fallo en el accionamiento de regulación de paso, la batería puede conectarse directamente al motor eléctrico de manera que el motor eléctrico lleva a la pala de rotor a la posición de bandera en una operación no regulada. Si en dicha situación la fuerza aerodinámica actúa en la misma dirección que el motor eléctrico, entonces esto puede llevar a una velocidad de giro excesiva de la pala de rotor. Con un estrangulador en el circuito de fluido puede impedirse que la velocidad de giro de la pala de rotor aumente más allá de una medida deseada.

Para impedir que la bomba hidráulica funcione también en el funcionamiento normal contra una resistencia innecesaria, el circuito de fluido hidráulico puede estar diseñado de modo que el estrangulador solo se active en estados de funcionamiento seleccionados. Es posible por ejemplo un estrangulador conmutable cuyo flujo pueda ajustarse. En otra forma de realización, el estrangulador dentro del circuito de fluido está conectado en paralelo a la válvula de mando y/o a la válvula de rebose y está equipado con un equipo de conmutación que bloquea o libera el paso selectivamente a través del estrangulador. El estrangulador delimita el flujo hidráulico, lo que significa que el flujo hidráulico a través del estrangulador abierto es menor que el flujo hidráulico a través de la válvula de mando abierta. El equipo de conmutación puede estar diseñado de manera que el estrangulador en el funcionamiento normal está cerrado y se abra cuando el accionamiento de regulación de paso pasa a un funcionamiento de emergencia. En particular el equipo de conmutación puede abrirse cuando el motor eléctrico acciona la pala de rotor en un funcionamiento no regulado.

El motor eléctrico puede comprender un árbol de motor con el que se acciona un piñón engranado con la pala de rotor. El piñón puede estar engranado con una corona dentada de la pala de rotor de manera que la pala de rotor se mueve con respecto al cubo de rotor cuando el piñón se gira. En una forma de realización el piñón está fijado sobre el árbol de motor del motor eléctrico de modo que el árbol de motor forma al mismo tiempo el árbol de piñón. Es posible también que el árbol de motor esté separado del árbol de piñón y que el árbol de piñón esté engranado a través de una transmisión con el árbol de motor. La transmisión puede comprender uno o varios árboles intermedios a través de los cuales el momento de torsión se transmite entre el árbol de motor y el árbol de piñón.

El accionamiento de regulación de paso puede estar diseñado de modo que la bomba hidráulica esté acoplada con el árbol de motor de manera que el motor eléctrico actúe al mismo tiempo como accionamiento para la bomba hidráulica. Para ello la bomba hidráulica puede estar engranada directamente con el árbol de motor. Es posible también un acoplamiento indirecto entre la bomba hidráulica y el motor eléctrico, por ejemplo al estar engranada la bomba hidráulica con el árbol de piñón, con un árbol intermedio dispuesto entre el árbol de piñón y el árbol de motor o con un árbol independiente, en donde el árbol independiente a su vez está acoplado con la corona dentada de la pala de rotor. El árbol independiente puede estar engranado directamente con la corona dentada de la pala de rotor o estar acoplado a través de una transmisión con la corona dentada de la pala de rotor. El uso de un árbol independiente tiene la ventaja de que el efecto de frenado de la bomba hidráulica también puede facilitarse cuando la transmisión entre el motor eléctrico y la pala de rotor falle.

La disposición de la bomba hidráulica sobre el árbol de motor es especialmente preferida. Para ello, el motor en uno de los lados puede presentar el árbol de accionamiento que está acoplado con la transmisión o el piñón. En el lado enfrentado puede estar dispuesto ventajosamente un segundo muñón de árbol en el que se dispone la bomba hidráulica.

El rotor de un aerogenerador tiene habitualmente una multitud de palas de rotor, en muchos casos tres palas de rotor. La invención se refiere también a un rotor en el que cada una de las palas de rotor está equipada con dicho accionamiento de regulación de paso, así como un aerogenerador con dicho rotor.

La invención se refiere además a un sistema compuesto de una multitud de accionamientos de regulación de paso, en donde cada accionamiento de regulación de paso comprende una bomba hidráulica y en donde una primera línea de conexión se extiende entre la bomba hidráulica del primer accionamiento de regulación de paso y la bomba hidráulica del segundo accionamiento de regulación de paso. Dicho sistema tiene por sí mismo contenido inventivo, aun sin que una bomba hidráulica trabaje en al menos un estado de funcionamiento contra una resistencia hidráulica.

El sistema puede comprender una segunda línea de conexión configurada como línea de retorno de modo que desde la primera bomba hidráulica hacia la segunda bomba hidráulica retornando a la primera bomba hidráulica se produce un circuito de fluido cerrado. Un circuito de fluido cerrado que se extiende a través de varios accionamientos de regulación de paso se denomina en lo sucesivo circuito de fluido grande. En contraste, un circuito de fluido que se extiende dentro de un accionamiento de regulación de paso entre la salida de la bomba hidráulica y la entrada de la bomba hidráulica es un circuito de fluido pequeño.

El gran circuito de fluido puede comprender una válvula de mando que, por ejemplo, puede estar dispuesta en la línea de conexión entre el primer accionamiento de regulación de paso y el segundo accionamiento de regulación de paso. Una válvula de mando del circuito de fluido grande se denomina en lo sucesivo segunda válvula de mando. En contraste, una válvula de mando en un circuito de fluido pequeño es una primera válvula de mando. Tanto una primera válvula de mando como una segunda válvula de mando pueden aparecer varias veces en un sistema según la invención. Segundas válvulas de mando pueden tener las mismas características técnicas que las primeras válvulas de mando.

Si dos accionamientos de regulación de paso están acoplados entre sí mediante un circuito de fluido grande pueden afrontarse distintos casos de averías. Si una primera válvula de mando en el circuito de fluido pequeño de un primer accionamiento de regulación de paso está defectuosa y ya no puede abrirse, entonces la segunda válvula de mando puede abrirse para guiar el flujo hidráulico a través del gran circuito de fluido. Si en este caso la primera válvula de mando del segundo accionamiento de regulación de paso está cerrada, las bombas hidráulicas de ambos accionamientos de regulación de paso están acoplados rígidamente entre sí y giran con la misma velocidad. Esto se aplica también cuando el primer accionamiento de regulación de paso no presenta ningún circuito de fluido pequeño.

La apertura de la primera válvula de mando del segundo accionamiento de regulación de paso puede modificar la velocidad de la segunda bomba hidráulica con respecto a la velocidad de la primera bomba hidráulica. Si adicionalmente la primera válvula de mando del segundo accionamiento de regulación de paso tampoco puede abrirse, entonces las bombas hidráulicas de ambos accionamientos de regulación de paso están acopladas entre sí de manera forzada. En el sentido de la invención una segunda bomba hidráulica que se acciona mediante una primera bomba hidráulica forma una resistencia hidráulica para la primera bomba hidráulica. La expresión bomba hidráulica se aplica también cuando una bomba hidráulica trabaja a motor en determinados estados de funcionamiento.

Si el motor eléctrico del primer accionamiento de regulación de paso falla, entonces la primera válvula de mando de este accionamiento de regulación de paso puede cerrarse para impedir un movimiento giratorio no controlado de la pala de rotor conectada. Mediante la apertura de la segunda válvula de mando el primer accionamiento de regulación de paso puede acoplarse a través del circuito de fluido grande con el segundo accionamiento de regulación de paso de manera que la primera pala de rotor se acciona sincrónicamente a la segunda pala de rotor. Mediante una apertura temporal de la primera válvula de mando del segundo accionamiento de regulación de paso la velocidad de giro de la primer pala de rotor puede reducirse con respecto a la velocidad de giro de la segunda pala de rotor. Esto puede utilizarse para sincronizar el paso de las palas de rotor entre sí. Cuando ambas palas de rotor están sincronizadas al mismo paso puede pasarse a un acoplamiento hidráulico rígido de ambos accionamientos de regulación de paso al cerrarse la primera válvula de mando del segundo accionamiento de regulación de paso.

El sistema de accionamiento de regulación de paso puede comprender una unidad de control que controla las primeras válvulas de mando, las segundas válvulas de mando y/o los motores eléctricos de los accionamientos de regulación de paso. Las instrucciones de mando pueden estar adaptadas en particular unas a otras de modo que pueden realizarse uno o varios de los desarrollos descritos.

Mediante el acoplamiento hidráulico según la invención de los accionamientos de regulación de paso se hace posible modificar todavía el ángulo de paso de una pala de rotor también cuando el motor eléctrico del accionamiento de regulación de paso asociado está averiado. Esto es ventajoso con respecto a sistemas anteriores en los cuales el aerogenerador tuvo que diseñarse de manera que soportara las cargas que aparecen en una pala de rotor atascada. Si este caso puede descartarse, el caso de carga asociado ya no debe considerarse en el diseño de un aerogenerador. La probabilidad de una pala de rotor atascada puede reducirse adicionalmente cuando el rodamiento de pala está diseñado como rodamiento de rodillos. Frente a los rodamientos sobre cuatro puntos habituales, puede reducirse claramente el riesgo de una inmovilización en el caso de rodamientos de rodillos.

Cuando la bomba hidráulica de un accionamiento de regulación de paso funciona contra una resistencia, la presión en la salida de la bomba hidráulica sube y baja en la entrada de la bomba hidráulica. Si la caída de presión en la entrada de la bomba hidráulica es tan intensa que se produce un vacío puede producirse una cavitación en el líquido hidráulico. Para impedir esto, en el circuito de fluido puede estar dispuesto un compensador de presión que está diseñado para mantener también una sobrepresión de al menos 1 bar, preferiblemente al menos 3 bar en el lado de entrada de la bomba. El compensador de presión puede estar diseñado, por ejemplo, como acumulador de membrana en el que un volumen de gas está separado por una membrana y en la que el gas de presión actúa a través de la membrana sobre el líquido hidráulico. El volumen de gas puede estar lleno por ejemplo de nitrógeno. El volumen de gas puede estar dimensionado de modo que el líquido hidráulico en la sección en cuestión del circuito de fluido se mantiene continuamente en vacío. Adicionalmente, o como alternativa a ello, el volumen de gas puede estar dimensionado de modo que la expansión térmica se compensa. En ambos casos es suficiente un volumen pequeño. Por ejemplo, el volumen del compensador de presión es menor de 500 ml, preferiblemente menor de 200 ml, de manera más preferible menor de 100 ml. El compensador de presión no está dimensionado de modo que la energía almacenada en él sea suficiente para accionar una bomba hidráulica.

Puede estar dispuesto un compensador de presión en un circuito de fluido pequeño de un accionamiento de regulación de paso. En el caso de un sistema de varios accionamientos de regulación de paso, cada accionamiento de regulación de paso puede presentar un compensador de presión. Adicionalmente, o como alternativa, un circuito de fluido grande que comprende varios accionamientos de regulación de paso puede estar equipado con uno o varios compensadores de presión.

En una forma de realización, el trabajo realizado con la bomba hidráulica de un accionamiento de regulación de paso puede utilizarse para cagar un acumulador intermedio. En el acumulador intermedio el líquido hidráulico puede almacenarse a presión. En otro estado de funcionamiento del accionamiento de regulación de paso la energía almacenada en el acumulador intermedio puede utilizarse para poner en movimiento la bomba hidráulica de un accionamiento de regulación de paso. La capacidad del acumulador intermedio puede estar dimensionada de modo que una bomba hidráulica accionada desde el acumulador intermedio cargado por completo acciona al menos 2 vueltas, preferiblemente al menos 5 vueltas, de manera adicionalmente preferible al menos 10 vueltas de un piñón engranado con la corona dentada de la pala de rotor. En particular, la capacidad del acumulador intermedio puede estar dimensionada de manera que una pala de rotor del rotor, o preferiblemente todas las palas de rotor del rotor, pueden llevarse desde una posición de funcionamiento a la posición de bandera. El acumulador intermedio puede ser un acumulador intermedio pasivo en el sentido de que las bombas hidráulicas de los accionamientos de regulación de paso son el único medio con el cual el acumulador intermedio puede cargarse.

El sistema de accionamiento según la invención puede comprender más de dos accionamientos de regulación de paso, en particular tres accionamientos de regulación de paso. A este respecto, todos los accionamientos de regulación de paso del sistema pueden estar conectados en serie en el circuito de fluido grande. Cuando el circuito de fluido grande está abierto y todas las primeras válvulas de mando están cerradas todos los accionamientos de regulación de paso están acoplados rígidamente entre sí. Mediante una conmutación selectiva de las primeras válvulas de mando el acoplamiento de los accionamientos de regulación de paso puede anularse total o parcialmente.

La invención se refiere además a un procedimiento para hacer funcionar un accionamiento de regulación de paso de un aerogenerador en el que una pala de rotor se gira con un motor eléctrico con respecto a un cubo de rotor, y en el que mediante el movimiento giratorio entre la pala de rotor y el cubo de rotor se acciona una bomba hidráulica. La bomba hidráulica funciona en al menos un estado de funcionamiento contra una resistencia hidráulica.

La invención se refiere además a un procedimiento para hace funcionar una multitud de accionamientos de regulación de paso. Una primera pala de rotor se gira con un primer motor eléctrico con respecto a un cubo de rotor. Mediante el movimiento giratorio entre la primera pala de rotor y el cubo de rotor se acciona una primera bomba hidráulica. Una segunda pala de rotor se gira con un segundo motor eléctrico con respecto al cubo de rotor. Mediante el movimiento giratorio entre la segunda pala de rotor y el cubo de rotor se acciona una segunda bomba hidráulica. La primera bomba hidráulica y la segunda bomba hidráulica están unidas mediante una línea de conexión hidráulica, en donde en al menos un estado de funcionamiento se bombea aceite hidráulico desde la primera bomba hidráulica hacia la segunda bomba hidráulica.

Los procedimientos pueden perfeccionarse con características adicionales que se describen en relación con el accionamiento de regulación de paso según la invención o el sistema según la invención. Por el contrario, el accionamiento de regulación de paso y el sistema pueden perfeccionarse con características que se han descrito en relación con el procedimiento según la invención.

La invención se describe a continuación a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos mediante formas de realización ventajosas. Muestran:

Fig. 1: un aerogenerador equipado con un accionamiento de regulación de paso según la invención;

Fig. 2: una representación esquemática de un cubo de rotor con tres accionamientos de regulación de paso según la invención;

Fig. 3: una forma de realización de un accionamiento de regulación de paso según la invención;

Fig. 4: una forma de realización alternativa de un accionamiento de regulación de paso según la invención;

Fig. 5: un sistema según la invención compuesto de una multitud de accionamientos de regulación de paso.

En un aerogenerador mostrado en la Fig. 1 está dispuesta una góndola 14 de manera giratoria sobre una torre 15. La góndola soporta un rotor 16 con un cubo 22 de rotor y tres palas 17, 18, 19 de rotor. El rotor 16 está alojado de manera giratoria alrededor de un eje 20 de rotor y a través de un árbol de rotor acciona un generador que está alojado en la carcasa de la góndola 14. La góndola 14 puede girarse con respecto a la torre 15 para alinear el rotor 16 en la dirección del viento.

El consumo de potencia del rotor 16 procedente del viento se ajusta modificando el ángulo de paso de las palas 17, 18, 19 de rotor. Para ajustar el ángulo de paso las palas 17, 18, 19 de rotor se giran alrededor de un eje longitudinal 21 de rotor que está indicado en el ejemplo de la pala 19 de rotor. Los rodamientos de pala entre las palas 17, 18, 19 de rotor están configurados preferiblemente como rodamiento de rodillos.

En el interior del cubo 22 de rotor están dispuestos tres accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso que están diseñados para ajustar el ángulo de paso de las palas 17, 18, 19 de rotor. Las palas 17, 18, 19 de rotor están equipadas en la zona de la raíz de pala en cada caso con una corona dentada 26 que se engrana con un piñón 27 del accionamiento de regulación de paso. El piñón 27 se pone a girar a través de un motor eléctrico 28 y un árbol 29 de accionamiento. El piñón 27 y la corona dentada 26 forman una transmisión 32 con la que el giro del piñón 27 se convierte en un giro de la pala 17, 18, 19 de rotor conectada a la corona dentada 26. Habitualmente, entre motor eléctrico 28 y piñón 27 se encuentra una transmisión adicional que por motivos de claridad no se representa. El árbol 29 de accionamiento se extiende como árbol de motor a través del motor eléctrico 28 hasta una bomba hidráulica 30 de modo que con el giro del árbol de accionamiento 29 también se acciona la bomba hidráulica 30. La función de la bomba hidráulica 30 con los componentes hidráulicos adicionales se explica más adelante con detalle.

En el cubo 22 de rotor además está dispuesta una unidad 31 de control que controla la interacción de los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso. La unidad 31 de control está conectada a través de líneas de control con los motores eléctricos 28 y elementos de conmutación hidráulicos de todos los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso y proporciona a estos componentes las instrucciones de mando necesarias.

En el accionamiento de regulación de paso mostrado en la Fig. 3 un pequeño circuito 35 de fluido se extiende desde una salida 33 de la bomba hidráulica 30 hasta una entrada 34 de la bomba hidráulica 30. En el circuito 35 de fluido están conectadas en paralelo una primera válvula 36 de mando accionada y una válvula 37 de rebose. El líquido hidráulico circula en el circuito 35 de fluido esencialmente libre cuando, bien la primera válvula 36 de mando o bien la válvula 37 de rebose están abiertas. Si tanto la primera válvula 36 de mando como la válvula 37 de rebose están cerradas, entonces el circuito 35 de fluido está bloqueado y la bomba hidráulica 30 no puede girarse. En este estado la bomba hidráulica 30 actúa como freno que retiene la pala 19 de rotor en su posición.

La válvula 37 de rebose se abre cuando entre la salida 33 y la entrada 34 de la bomba hidráulica se aplica una diferencia de presión de, por ejemplo, más de 70 bar. Dicha diferencia de presión puede aparecer cuando mediante la pala 19 de rotor actúa un momento de torsión muy alto sobre la bomba hidráulica 30. Al abrirse la válvula 37 de rebose se permite un movimiento giratorio de la bomba hidráulica 30 y con ello un movimiento giratorio de la pala 19 de rotor. Con dicho resbalamiento del freno pueden atenuarse los picos de carga que actúan en la pala 19 de rotor. La válvula 37 de rebose se cierra de nuevo cuando la fuerza ejercida por la pala 19 de rotor disminuye y la diferencia de presión a través de la válvula 37 de rebose desciende por debajo del valor umbral ilustrativo de 70 bar.

Si la unidad 31 de control recibe la orden de adaptar el ángulo de paso de la pala 19 de rotor, entonces el motor eléctrico 28 y la primera válvula 36 de mando se controlan sincrónicamente. La primera válvula 36 de mando se abre para que el motor eléctrico 28 no funcione contra un bloqueo hidráulico en el circuito 35 de fluido. Si el ángulo de paso está ajustado, el motor eléctrico 28 se detiene y la primera válvula 36 de mando se cierra de manera que la pala 19 de rotor se frena de nuevo mediante el bloqueo hidráulico en el circuito 35 de fluido.

Para aumentar la seguridad ante las averías, el motor eléctrico 28 puede estar dimensionado de modo que, en caso de una utilización de potencia plena, pueda generar una diferencia de presión suficiente para abrir la válvula 37 de rebose por encima de la bomba hidráulica 30. Esto hace posible regular el ángulo de paso de la pala 19 de rotor también cuando la primera válvula 36 de mando está defectuosa y ya no puede abrirse.

En la forma de realización alternativa según la Fig.4 en el circuito 35 de fluido pequeño está dispuesto un estrangulador 38 conmutable en paralelo a la primera válvula 36 de mando. El estrangulador 38 conmutable está cerrado en el funcionamiento normal. En el caso de un fallo en la unidad 31 de control una batería 39 de socorro se conecta directamente al estrangulador 38 conmutable y al motor eléctrico 28 de modo que el estrangulador 38 se cierra y el motor eléctrico 28 mueve la pala 19 de rotor en un desplazamiento no regulado en la dirección de la posición de bandera. Mediante el estrangulador 38 se limita el flujo hidráulico en el circuito 35 de fluido pequeño, con lo cual al mismo tiempo se limita la velocidad de giro de la pala 19 de rotor a un valor máximo. Esto puede garantizar que el giro de la pala 19 de rotor tampoco se acelere demasiado cuando, por ejemplo, la fuerza del motor eléctrico 28 y la fuerza aerodinámica actúen en la misma dirección.

La transmisión 32 está equipada adicionalmente con un bloqueo mecánico 40 que se controla asimismo por la unidad 31 de control. El bloqueo mecánico 40 se controla de modo que está engrando cuando la primera válvula 36 de mando está cerrada. Con el bloqueo mecánico 40 la pala 19 de rotor también puede mantenerse en su posición cuando con el freno hidráulico no puede impedirse un ligero desplazamiento debido a un flujo de fuga interno.

En la forma de realización según la Fig. 5 los tres accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso del rotor 16 se unen entre sí para formar un sistema hidráulico. La estructura de los accionamientos de regulación 23, 24, 25 de paso de palas individuales se corresponde en cada caso con la forma de realización mostrada en la Fig. 3. Entre los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso se extienden líneas 42, 43, 44 de conexión con las cuales los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso en un circuito 41 de fluido grande se unen entre sí.

En la línea 43 de conexión entre los accionamientos 24, 25 de regulación de paso están dispuestas dos segundas válvulas 45 de mando que en su estructura y su funcionamiento se corresponden con las primeras válvulas 36 de mando. Las segundas válvulas 45 de mando se controlan asimismo mediante la unidad 31 de control. Las segundas válvulas 45 de mando están incluidas entre dos compensadores 46 de presión que compensan una expansión de temperatura eventual y garantizan que en ningún estado de funcionamiento se origine un vacío en las líneas hidráulicas. Con un sensor 47 de temperatura se vigila la temperatura del líquido hidráulico, con un sensor 48 de presión se vigila la presión del líquido hidráulico.

El líquido hidráulico impelido por una bomba hidráulica 30 puede moverse o a lo largo del circuito 35 de fluido pequeño del accionamiento de regulación de paso asociado o a lo largo del circuito 41 de fluido grande que se extiende a través de todos los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso. La combinación de pequeños circuitos hidráulicos 35 y un circuito 41 de fluido grande tiene ventajas en diferentes casos de avería.

Un posible caso de avería es cuando la primera válvula 36 de mando de un accionamiento 23 de regulación de paso está defectuosa y ya no puede abrirse. En este caso las segundas válvulas 45 de mando pueden abrirse mediante una señal de control de la unidad 31 de control para liberar el circuito 41 de fluido grande. Para que el líquido hidráulico pueda tomar el camino a lo largo del circuito de fluido grande, mediante la unidad 31 de control se abren las primeras válvulas 36 de mando de los otros accionamientos 24, 25 de regulación de paso. Al mismo tiempo los motores eléctricos 28 de los otros accionamientos 24, 25 de regulación de paso se controlan para girar asimismo las palas 17, 18 de rotor conectadas allí o para impedir un giro no deseado de estas palas de rotor. A pesar de la avería de una primera válvula 36 de mando, de este modo todas las palas 17, 18, 19 de rotor pueden ajustarse al ángulo de paso deseado independientemente unas de otras.

Si las primeras válvulas 36 de mando de dos accionamientos 23, 24 de regulación de paso se averían al mismo tiempo y ya no pueden abrirse más, entonces esto lleva a un acoplamiento forzoso de los accionamientos 23, 24 de regulación de paso en cuestión. Los ángulos de paso de las palas 18, 19 de rotor conectadas pueden modificarse solo de manera síncrona entre sí. Con ello solo es posible un funcionamiento limitado del aerogenerador que, sin embargo, es suficiente en cualquier caso para detener de manera segura la instalación.

En el caso de que el motor eléctrico 28 de un accionamiento 23 de regulación de paso se averíe, entonces la pala 18 de rotor conectada puede mantenerse en su posición mediante el cierre de la primera válvula 36 de mando. Si el ángulo de paso de la pala 18 de rotor se modificara, entonces esto puede realizarse a través de un acoplamiento forzoso en el circuito 41 de fluido grande. En el estado inicialmente cerrado de las segundas válvulas 45 de mando puede ajustarse una pala 19 de rotor contigua a un ángulo de paso que se adapta a la pala 18 de rotor. A continuación, las segundas válvulas 45 de mando pueden abrirse y la primera válvula 36 de mando de la pala 19 de rotor puede abrirse de modo que se produce un acoplamiento forzado entre las bombas hidráulicas 30 de las palas 18, 19 de rotor. Con el motor eléctrico 28 de la pala 19 de rotor las dos palas 18, 19 de rotor pueden ajustarse ahora de manera síncrona. Un funcionamiento de emergencia correspondiente es posible incluso cuando dos motores eléctricos 28 se averían al mismo tiempo.

También en el funcionamiento normal del aerogenerador en el que ningún componente del accionamiento de regulación de paso se ha averiado, el circuito 41 de fluido puede utilizarse para el apoyo mutuo de los accionamientos 23, 24, 25 de regulación de paso. Puede partirse del hecho de que las cargas aerodinámicas de las palas de rotor están sometidas a un desplazamiento de fase de 120°. Si el ángulo de paso de dos palas de rotor se modificara, respaldándose esto en el caso de una pala de rotor mediante la fuerza aerodinámica, mientras que la fuerza en la otra pala contrarresta el giro de la pala de rotor, entones el exceso de energía aerodinámica puede transmitirse desde una de las palas de rotor a través del circuito 41 de fluido grande a la otra pala de rotor para respaldar el motor eléctrico 28 de esta pala de rotor.

Al circuito 41 de fluido grande está conectado además un acumulador intermedio 50 representado simplificado en la figura. En la línea de conexión entre el circuito 41 de fluido grande y el acumulador intermedio 50 está dispuesta una válvula antirretorno 49 de manera que puede introducirse líquido hidráulico en el acumulador intermedio 50 contra la presión dominante en el acumulador intermedio 50 y puede almacenarse allí. Si se produce una avería del sistema eléctrico, entonces puede usarse la energía almacenada en el acumulador intermedio 50 para llevar a las palas 17, 18, 19 de rotor accionadas hidráulicamente a la posición de bandera.

La unidad 31 de control está configurada de modo que, en el caso de un corte de corriente, se emite una señal de control, según la cual se accede a la energía acumulada en el acumulador intermedio 50 y según la cual la primera y segundas válvulas 36, 45 de mando se diseñan de modo que las palas 17, 18, 19 de rotor se giran en la dirección de la posición de bandera.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   i. Accionamiento de regulación de paso para una pala (17, 18, 19) de rotor de un aerogenerador, con un motor eléctrico (28) para accionar un movimiento giratorio entre la pala (17, 18, 19) de rotor y un cubo (22) de rotor, con una bomba hidráulica (30) que se acciona mediante el movimiento giratorio entre la pala (17, 18, 19) de rotor y el cubo (22) de rotor, en donde la bomba hidráulica (30) funciona en al menos un estado de funcionamiento contra una resistencia hidráulica (36, 37, 38, 45, 25).
2. 2. Accionamiento de regulación de paso según la reivindicación 1, caracterizado por que la bomba hidráulica (30) está integrada en un circuito (35, 41) de fluido que se extiende desde una salida (33) de la bomba hidráulica (30) hasta una entrada (34) de la bomba hidráulica (30).
3. 3. Accionamiento de regulación de paso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que en el circuito (35, 41) de fluido está dispuesta una válvula (35, 41) de mando que en un primer estado de conmutación bloquea el flujo y en un segundo estado de conmutación libera el flujo, en donde, en particular, en el primer estado de conmutación de la válvula (35, 41) de mando, el circuito (35, 41) de fluido está bloqueado de modo que la bomba hidráulica (30) funciona contra un bloqueo hidráulico.
4. 4. Accionamiento de regulación de paso según la reivindicación 3, caracterizado por una unidad (31) de control que abre la válvula (36) de mando cuando el motor eléctrico (28) está funcionando y cierra la válvula (36) de mando cuando el motor eléctrico (28) no está funcionando.
5. 5. Accionamiento de regulación de paso según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por una válvula (37) de rebose que está dispuesta en el circuito (35) de fluido paralela a la válvula (36) de mando y/o por un estrangulador (38) conmutable que está dispuesto en el circuito (35) de fluido en paralelo a la válvula (36) de mando.
6. 6. Accionamiento de regulación de paso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la bomba hidráulica (30) está acoplada con un árbol (29) de motor del motor eléctrico (28).
7. 7. Accionamiento de regulación de paso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que un acumulador intermedio (50) hidráulico está conectado al circuito (35, 51) de fluido.
8. 8. Sistema compuesto por una multitud de accionamientos (23, 24, 25) de regulación de paso, en donde un primer accionamiento (23) de regulación de paso presenta un primer motor eléctrico (28) para accionar un movimiento giratorio entre una primera pala (17) de rotor y un cubo (22) de rotor, así como una primera bomba hidráulica (30) accionada por un movimiento giratorio entre la primera pala (17) de rotor y el cubo (22) de rotor, y en donde un segundo accionamiento (24) de regulación de paso presenta un segundo motor eléctrico para accionar un movimiento giratorio entre una segunda pala (18) de rotor y el cubo (22) de rotor así como una segunda bomba hidráulica (30) accionada por un movimiento giratorio entre la segunda pala (18) de rotor y el cubo (22) de rotor, y en donde una línea (42, 43, 44) de conexión hidráulica se extiende entre la primera bomba hidráulica (30) del primer accionamiento (23) de regulación de paso y la segunda bomba hidráulica (30) del segundo accionamiento (24) de regulación de paso.
9. 9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado por que los accionamientos (23, 24, 25) de regulación de paso presentan en cada caso un circuito (35) de fluido pequeño y por que un circuito (41) de fluido grande se extiende a través de un primer accionamiento (23) de regulación de paso y un segundo accionamiento (24) de regulación de paso, en donde en particular una primera válvula (36) de mando está dispuesta en el circuito (35) de fluido pequeño y una segunda válvula (45) de mando está dispuesta en el circuito de fluido grande.
10. 10. Sistema según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por una unidad (31) de control que está diseñada para controlar las primeras válvulas (36) de mando, las segundas válvulas (45) de mando y los motores eléctricos (28).
11. 11. Procedimiento para hacer funcionar un accionamiento de regulación de paso de un aerogenerador en el que una pala (17, 18, 19) de rotor con un motor eléctrico (28) se gira con respecto a un cubo (22) de rotor y en el que mediante el movimiento giratorio entre la pala (17, 18, 19) de rotor y el cubo (22) de rotor se acciona una bomba hidráulica (30), y en el que la bomba hidráulica (30) trabaja en al menos un estado de funcionamiento contra una resistencia hidráulica (36, 37, 38, 45, 25).
12. 12. Procedimiento para hacer funcionar una multitud de accionamientos (23, 24, 25) de regulación de paso en el que una primera pala (17) de rotor con un primer motor eléctrico (28) se gira con respecto a un cubo (22) de rotor, y en el que mediante el movimiento giratorio entre la primera pala (17) de rotor y el cubo (22) de rotor se acciona una primera bomba hidráulica (30), y en el que una segunda pala (18) de rotor con un segundo motor eléctrico (28) se gira con respecto al cubo (22) de rotor, y en el que mediante el movimiento giratorio entre la segunda pala (18) de rotor y el cubo (22) de rotor se acciona una segunda bomba hidráulica (30), y en donde la primera bomba hidráulica (30) y la segunda bomba hidráulica (30) están conectadas mediante una línea (42, 43, 44) de conexión hidráulica, y en donde en al menos un estado de funcionamiento se bombea aceite hidráulico desde la primera bomba hidráulica (30) hacia la segunda bomba hidráulica (30).