ES2962631T3 - Turbina eólica con un generador superconductor que tiene una estructura térmicamente aislada mejorada - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una turbina eólica con un generador y a un método para ensamblar un generador de la misma, en donde el generador comprende un rotor dispuesto de manera giratoria con respecto a un estator. El rotor comprende una pluralidad de unidades polares superconductoras dispuestas sobre un hierro trasero que está separado de una estructura de rotor por una serie de placas o vigas térmicamente aislantes. Dichas placas o vigas están ubicadas entre cualquiera de los extremos del rotor y orientadas con respecto a la dirección de rotación del rotor. Cada placa tiene un primer extremo firmemente conectado a otra primera viga que se extiende en dirección axial y un segundo extremo firmemente conectado a otra segunda viga que también se extiende en dirección axial. Las primeras vigas están además firmemente conectadas al hierro trasero mientras que las segundas vigas están aún más firmemente conectadas a la estructura del rotor. Las placas o vigas térmicamente aislantes proporcionan una interfaz de soporte flexible y económica que puede adaptarse a las tolerancias de los componentes individuales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Turbina eólica con un generador superconductor que tiene una estructura térmicamente aislada mejorada
Campo de la invención
La presente invención se relaciona con una turbina eólica con un generador conductor y un montaje de un generador superconductor del mismo, en donde el generador comprende un rotor dispuesto de forma giratoria en relación con un estator, el rotor comprende una contraplancha de hierro térmicamente aislada de una estructura de rotor, el rotor comprende además una pluralidad de unidades de poste dispuestas en relación con la contraplancha de hierro, cada unidad de poste comprende bobinas de rotor hechas de un material superconductor, el estator comprende una pluralidad de unidades de poste con bobinas de estator, en donde las bobinas de rotor están configuradas para interactuar con las bobinas de estator a través de un campo electromagnético cuando el rotor gira con respecto al estator.
Antecedentes de la invención
Se sabe que los generadores superconductores separan térmicamente la estructura caliente del rotor de las unidades de poste superconductoras frías para minimizar la masa total que debe enfriarse hasta la temperatura criogénica de funcionamiento. Esto, a su vez, permite reducir la capacidad de enfriamiento del sistema de enfriamiento.
EP 2521252 Al resuelve este problema al colocar las unidades de poste superconductoras en criostatos individuales en forma de escalera que, a su vez, están dispuestos sobre una contraplancha de hierro de soporte conectada directamente a una estructura de rotor. Esta configuración proporciona una solución compleja y costosa que aumenta el tiempo total de montaje. Este diseño requiere, además, que las bobinas superconductoras estén dispuestas de forma estable dentro de cada criostato individual, lo que aumenta aún más la complejidad de esta solución.
US 2008/0079323 Al describe una solución alternativa en la que las bobinas superconductoras están dispuestas de forma estable dentro de un soporte con forma de contraplancha de hierro. Esta contraplancha de hierro también se mantiene por debajo de la temperatura crítica del material superconductor. La contraplancha de hierro fría está separada de la estructura de rotor caliente por medio de una pluralidad de bloques de soporte térmico. La contraplancha de hierro fría se conecta además a la estructura de rotor mediante pernos térmicamente aislantes. Los pernos individuales y los bloques de soporte aumentan la complejidad y los costos de la solución. Esta configuración también requiere una alineación precisa del bloque de soporte individual para permitir que la contraplancha de hierro se coloque correctamente de modo que los pernos puedan montarse en la estructura de rotor.
CN 103501104 A describe una configuración de estator-rotor superconductor, donde las bobinas superconductoras en forma de pista de rodadura están dispuestas de soporte sobre una contraplancha de hierro posterior que está aislada térmicamente de la estructura del rotor conectada al árbol de rotor. Una pluralidad de varillas de soporte aisladas térmicamente están dispuestas circunferencialmente entre la contraplancha de hierro posterior y la estructura del rotor. Por lo tanto, existe la necesidad por una estructura de soporte térmicamente aislante mejorada que permita un montaje sencillo y económico de la contraplancha de hierro.
Objeto de la invención
Un objeto de esta invención es proporcionar una estructura de soporte que resuelva los problemas mencionados en lo anterior.
Un objeto de esta invención es proporcionar una estructura de soporte que sea capaz de adaptarse a las tolerancias de los componentes individuales.
Un objeto de esta invención es proporcionar una estructura de soporte que proporcione un aislamiento térmico mejorado entre la estructura de rotor y la contraplancha de hierro.
Un objeto de esta invención es proporcionar un método de montaje que permita un montaje rápido y sencillo de la contraplancha de hierro.
Descripción de la invención
Un objeto de la invención se logra mediante un turbina eólica que comprende:
- una torre de turbina eólica,
- una góndola dispuesta en la parte superior de la torre de turbina eólica,
- un buje giratorio dispuesto en relación con la góndola, cuyo buje está conectado a al menos dos palas de turbina eólica,
- un generador conectado de forma giratoria al buje, en donde el generador comprende un rotor dispuesto de forma giratoria con respecto a un estator, el rotor comprende una contraplancha de hierro y una estructura de rotor, el rotor comprende además al menos una unidad de poste dispuesta con respecto a la contraplancha de hierro, la al menos una unidad de poste comprende al menos una bobina de rotor hecha de un material superconductor, el estator comprende al menos una unidad de poste con al menos una bobina de estator, en donde la al menos una bobina de rotor está configurada para interactuar con la al menos una bobina de estator a través de un campo electromagnético cuando el rotor gira con respecto al estator en una dirección rotacional,
en donde el rotor y el estator se extienden en una dirección axial definida por un eje de rotación central del generador y además en una dirección radial perpendicular a la dirección axial, el rotor comprende dos extremos enfrentados en direcciones axiales opuestas y comprende además al menos un elemento de soporte dispuesto entre la contraplancha de hierro posterior y la estructura del rotor, el al menos un elemento de soporte tiene forma de placa y comprende un primer extremo conectado a la contraplancha de hierro posterior y un segundo extremo conectado a la estructura del rotor, la contraplancha de hierro posterior comprende una superficie lateral orientada hacia la estructura del rotor y la estructura del rotor comprende una superficie lateral correspondiente orientada hacia la contraplancha posterior, en donde el primer extremo está conectado a la superficie lateral y el segundo extremo está conectado a la superficie lateral correspondiente, caracterizado porque el al menos un elemento de soporte está hecho de un material térmicamente aislante, y el al menos un elemento de soporte se extiende continuamente entre los dos extremos axiales del rotor y está orientado en relación con la dirección de rotación del rotor de modo que el primero y los segundos extremos se extienden en paralelo a la dirección axial del rotor a lo largo de la superficie lateral y la superficie lateral correspondiente, y en donde al menos un elemento de soporte se extiende entre el primer y segundo extremos en una dirección en ángulo con respecto a un dirección tangencial de las superficies laterales en la posición del primer y segundo extremos.
Los términos "placa" y "elemento en forma de placa" se definen como una placa que tiene una longitud y una anchura que son al menos cuatro veces el grosor de la placa. La placa forma dos grandes superficies laterales con cualquier perfil de superficie adecuado, incluido un perfil de superficie plano, curvo, ondulado o cualquier otro perfil de superficie adecuado. Los términos "viga" y "elemento en forma de viga" se definen como una viga que tiene una longitud y una anchura, en la que la anchura no es más de cuatro veces el grosor de la viga.
De este modo se logra un montaje sencillo y económico de la contraplancha de hierro y la estructura de rotor, que además mejora el aislamiento térmico entre la contraplancha de hierro fría y la estructura caliente del rotor. Las placas térmicamente aislantes también proporcionan una interfaz de montaje flexible capaz de adaptarse a las tolerancias de los componentes individuales, lo que a su vez permite un proceso de montaje más sencillo y rápido. En comparación con las soluciones de montaje convencionales que utilizan varillas de tensión, no se necesitan rótulas móviles y, por lo tanto, no hay piezas móviles dentro de la cámara de vacío.
La estructura de rotor y un alojamiento exterior conectado a la estructura de rotor forman una cámara cerrada en la que se disponen la contraplancha de hierro y las unidades de poste superconductoras. El alojamiento exterior puede estar definido por una pared frontal o exterior, paredes de extremo y, opcionalmente, partes intermedias traseras o paredes interiores. La estructura de rotor, por ejemplo un yugo del mismo, puede formar al menos una parte de la pared posterior o interior del alojamiento exterior. Las respectivas partes de la pared pueden estar firmemente unidas, por ejemplo mediante pegado o soldadura, o montadas entre sí, por ejemplo mediante pernos o tornillos. Pueden utilizarse medios de sellado, por ejemplo elementos de caucho deformables o soldaduras, para formar un sello hermético entre las respectivas partes de la pared. De este modo, el alojamiento exterior forma una cámara cerrada que puede evacuarse para formar una cámara de vacío. Por ejemplo, el grosor del alojamiento exterior, es decir, de sus paredes, puede estar comprendido entre 1 mm y 20 mm, por ejemplo, entre 5 mm y 10 mm.
La presente configuración es adecuada para cualquier tipo de turbina eólica que comprenda un generador en el que el rotor y, opcionalmente, también el estator comprendan bobinas superconductoras. El uso de placas térmicamente aislantes reduce la masa total de la parte fría, es decir, las unidades de poste superconductoras y la contraplancha de hierro lo que a su vez reduce la capacidad de enfriamiento necesaria del sistema de enfriamiento. Las placas también permiten un proceso de fabricación económico y sencillo en comparación con las varillas de tensión aislantes térmicas convencionales.
El rotor y el estator se extienden en una dirección axial definida por el eje de rotación central del generador. El rotor y el estator se extienden además en una dirección radial perpendicular a la dirección axial. La contraplancha de hierro tiene dos extremos orientados en direcciones axiales opuestas y una superficie lateral orientada hacia la estructura de rotor. Asimismo, la estructura de rotor tiene dos extremos orientados en direcciones axiales opuestas y una superficie lateral orientada hacia la contraplancha de hierro. La contraplancha de hierro del rotor está separada de la estructura de rotor por medio de un número de elementos de soporte, al menos dos, situados entre los dos extremos del rotor. El número de elementos de soporte puede seleccionarse en función de la configuración y las dimensiones específicas del generador. Por ejemplo, el número de elementos de soporte puede estar comprendido entre 3 y 20, por ejemplo entre 5 y 12, por ejemplo 8 o 10. Por ejemplo, este espacio entre la contraplancha de hierro y la estructura de rotor puede tener cualquier longitud radial adecuada, como por ejemplo hasta 500 mm, por ejemplo entre 100 mm y 300 mm. Esto permite aislar térmicamente la contraplancha de hierro fría de la estructura caliente del rotor. Este espacio puede evacuarse para aislar aún más los componentes fríos de los componentes calientes circundantes.
Cada elemento de soporte tiene un primer extremo orientado hacia la superficie lateral de la contraplancha de hierro y un segundo extremo orientado hacia la superficie lateral de la estructura de rotor, donde el primer y segundo extremos se extienden en la dirección axial. El elemento de soporte se coloca en una primera posición angulada con respecto a una dirección tangencial de la superficie lateral de la contraplancha de hierro. El elemento de soporte se coloca además en una segunda posición angulada con respecto a una dirección tangencial de la superficie lateral de la contraplancha de hierro por ejemplo, paralelo a la dirección tangencial. Los ángulos primero y segundo se miden a lo largo de una línea que se extiende a través del primer y segundo extremos del elemento de soporte respectivo. Por ejemplo, el primer ángulo puede estar comprendido entre 20 y 80 grados, por ejemplo, entre 25 y 60 grados, por ejemplo, entre 30 y 40 grados. Por ejemplo, el segundo ángulo puede estar comprendido entre 0 grados y 80 grados, por ejemplo entre 20 grados y 60 grados. Esto permite que los elementos de soporte se orienten sustancialmente en la misma dirección o en dirección opuesta a la dirección de rotación del rotor. Esto también permite que el par de torsión y otras fuerzas se transfieran de la contraplancha de hierro, y por lo tanto de las unidades de poste superconductoras, a la estructura de rotor.
Los elementos de soporte pueden estar distribuidos a lo largo de la superficie lateral de la estructura de rotor alrededor de la circunferencia de la estructura de rotor. Opcionalmente, uno o más de estos elementos de soporte pueden estar definidos por un conjunto de elementos de soporte alineados en la dirección axial. Cada conjunto puede comprender un número de elementos de soporte individuales, es decir, al menos dos, en los que sus respectivos extremos están alineados entre sí en la dirección axial. Esto permite que el elemento de soporte respectivo se forme como un solo elemento de soporte continuo o como un conjunto de elementos de soporte individuales. Esto facilita la manipulación de los elementos de soporte durante el proceso de montaje.
Opcionalmente, el rotor puede comprender además uno o más elementos de soporte que están dispuestos en relación con los elementos de soporte mencionados en lo anterior. Por ejemplo, estos elementos de soporte adicionales se colocan simétricamente con respecto a los elementos de soporte mencionados en lo anterior, de modo que se extienden sustancialmente en la dirección opuesta con respecto al elemento de soporte mencionado en lo anterior. El elemento de soporte adicional y el elemento de soporte mencionado en lo anterior pueden formar un solo elemento de soporte en forma de V en el que el primer extremo está definido por una zona intermedia situada entre los dos segundos extremos, o viceversa. Alternativamente, el elemento de soporte adicional y el elemento de soporte mencionado en lo anterior pueden ser elementos de soporte separados. Estos elementos de soporte adicionales también permiten que el par de torsión de torsión y otras fuerzas se transfieran de la contraplancha de hierro, y por lo tanto de las unidades de poste superconductoras, a la estructura de rotor.
Alternativamente, el elemento de soporte adicional y el elemento de soporte mencionado anteriormente pueden ser elementos de soporte separados. Estos elementos de soporte adicionales también permiten que el par de torsión y otras fuerzas se transfieran desde la contraplancha de hierro y, por tanto, las unidades de poste superconductoras, a la estructura del rotor.
De acuerdo con una realización, al menos un elemento en forma de viga está dispuesto en al menos uno del primer y segundo extremos, en donde el al menos un elemento en forma de viga se extiende en la dirección axial.
Los elementos de soporte pueden, por ejemplo, tener forma de placas y un número de vigas, es decir, al menos una, pueden además estar dispuestas en una o ambas superficies laterales de la estructura de rotor y la contraplancha de hierro. El número de vigas puede corresponder al número de placas. Opcionalmente, una o más de estas vigas pueden estar definidas por un conjunto de vigas individuales alineadas en la dirección axial. El número de vigas de cada conjunto puede corresponder al número de placas de cada conjunto. Una primera viga está dispuesta en el primer extremo de la placa y una segunda viga está dispuesta en el segundo extremo de la placa. Cada viga está configurada para conectar la placa respectiva a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor.
Cada viga se extiende en la dirección axial y tiene un primer extremo orientado hacia una placa respectiva y un extremo opuesto orientado hacia fuera de la placa respectiva, cuando está instalada. Cada viga tiene además al menos una superficie lateral (en la dirección radial) orientada hacia la contraplancha de hierro o la estructura de rotor. Opcionalmente, cada viga tiene además otra superficie lateral orientada en la dirección opuesta que actúa como superficie de contacto para entrar en contacto con la superficie lateral respectiva de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor.
Las vigas tienen una longitud medida en dirección axial y una anchura medida entre el primer y el segundo extremo, por ejemplo, en dirección tangencial. La dirección tangencial es perpendicular a las direcciones axial y radial del rotor y del estator. El espesor de las vigas se mide entre las dos superficies laterales o entre la superficie lateral de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor y la superficie lateral de la viga. Por ejemplo, el grosor y/o la longitud de la viga es igual o mayor que el grosor y/o la longitud correspondientes de la placa o del conjunto de placas.
De acuerdo con una realización, el al menos uno del primer y segundo extremos y el al menos un elemento en forma de viga están firmemente conectados por medios de montaje o medios de unión.
Las vigas pueden formar parte de la estructura de rotor, por ejemplo, un yugo, y/o de la contraplancha de hierro por lo que las vigas pueden sobresalir de la superficie lateral de la estructura de rotor o de la contraplancha de hierro. Esto permite que las vigas se formen en el mismo proceso de fabricación que la estructura de rotor o la contraplancha de hierro. Esto reduce el tiempo total de montaje y el número de pasos de montaje necesarios. Alternativamente, las vigas pueden formarse como elementos separados que pueden estar firmemente conectados a la estructura de rotor o a la contraplancha de hierro. En esta configuración, la superficie lateral de la estructura de rotor y/o de la contraplancha de hierro actúa también como superficie de contacto con la superficie lateral correspondiente de las vigas respectivas. Opcionalmente, la superficie lateral de la estructura de rotor y/o de la contraplancha de hierro puede comprender un número de zonas predeterminadas que están preparadas para recibir y sujetar las vigas respectivas. Por ejemplo, una o más de estas zonas pueden incluir un hueco configurado para seguir la forma de la viga correspondiente y/u orificios para montar las vigas como se describe a continuación. Cada área define un punto de conexión que permite posicionar selectivamente las vigas en una o más áreas.
Las vigas pueden montarse en la estructura de rotor y/o en la contraplancha de hierro utilizando medios de montaje, por ejemplo, pernos y tuercas opcionales, tornillos u otros medios de montaje adecuados. Las vigas pueden comprender un primer conjunto de orificios pasantes configurados para recibir estos medios de montaje. Asimismo, la estructura de rotor y/o la contraplancha de hierro pueden comprender una pluralidad de orificios correspondientes, por ejemplo, orificios pasantes, configurados para recibir los medios de montaje mencionados en lo anterior. Alternativa o adicionalmente, las vigas pueden estar unidas a la estructura de rotor y/o a la contraplancha de hierro utilizando medios de unión, por ejemplo, pegamento u otros medios de unión adecuados. Los medios de unión/pegamento específicos pueden seleccionarse de modo que tengan propiedades de unión altas con los materiales de la estructura de rotor, la contraplancha de hierro y/o las vigas. Por ejemplo, el adhesivo puede ser un epoxi de dos componentes, como AralditeMR 2015. Esto permite que las vigas respectivas estén firmemente unidas a la estructura de rotor y/o a la contraplancha de hierro. Las vigas también pueden unirse firmemente por otros medios, por ejemplo, mediante soldadura.
Cada viga puede comprender además un segundo conjunto de orificios, por ejemplo, orificios pasantes, configurados para recibir otros medios de montaje para fijar la placa respectiva a la viga. Estos medios de montaje pueden ser pernos y tuercas opcionales, tornillos, pasadores u otros medios de montaje adecuados. El laminado húmedo de la placa puede, por ejemplo, colocarse en relación con estos orificios en la viga respectiva, y estos pasadores pueden empujarse a través del laminado húmedo antes de que se cure. Esto permite que las fibras del interior del laminado se aparten sin romperse. Esto, a su vez, aumenta la resistencia estructural de la placa alrededor de los orificios formados por los pasadores, en particular cuando se somete a fuerzas de tensión. Alternativamente, se pueden insertar casquillos en los orificios de la placa y, opcionalmente, adherirlos a la placa para aumentar la resistencia estructural. De este modo, la viga y la placa correspondiente pueden unirse firmemente utilizando medios de montaje.
Alternativa o adicionalmente, la viga puede unirse a la placa respectiva utilizando medios de unión, por ejemplo, pegamento u otros medios de unión adecuados. El medio de unión/adhesivo puede seleccionarse para que tenga unas propiedades de unión altas con los materiales de la estructura de rotor y/o las vigas. Por ejemplo, el adhesivo puede ser un epoxi de dos componentes, como AralditeMR 2015. El medio de unión/adhesivo se aplica a una o más superficies de contacto de la viga y/o a un número correspondiente de superficies de contacto de la placa. Esto forma una unión adecuada entre la placa y la viga que permite que la viga y la placa respectiva estén firmemente unidas.
El primer conjunto de orificios puede estar dispuesto en las superficies del primer y segundo extremos, mientras que el segundo conjunto de orificios puede estar dispuesto en las superficies laterales mencionadas en lo anterior. Alternativamente, tanto el primer como el segundo juego de orificios pueden estar dispuestos en las superficies laterales, por ejemplo, en dos filas diferentes.
De acuerdo con una realización, el al menos uno del primer y segundo extremos y el al menos un elemento en forma de viga están firmemente conectados por una combinación de medios de montaje y medios de unión.
La placa y la viga pueden conectarse opcionalmente mediante una combinación de medios de montaje y medios de unión. La viga y la estructura de rotor pueden conectarse además mediante una combinación de medios de montaje y medios de unión. Esto proporciona una conexión fuerte capaz de transferir cargas y fuerzas, por ejemplo, fuerzas de compresión y tensión, entre la contraplancha de hierro y la estructura de rotor. Esto también permite que los componentes respectivos permanezcan firmemente conectados incluso si la unión falla, por ejemplo, debido a grietas o a la pérdida de la unión.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento en forma de viga forma parte de al menos uno del primer y segundo extremos.
En su lugar, la primera y/o segunda viga puede formar parte de la placa respectiva, por ejemplo como un primer y/o segundo extremos engrosado. En esta configuración, el segundo conjunto de orificios puede omitirse y los medios de montaje pueden insertarse en otro segundo conjunto de orificios en la viga respectiva. Los casquillos pueden insertarse en estos orificios y, opcionalmente, adherirse a la viga respectiva para aumentar la resistencia estructural. Alternativamente, la primera y/o segunda viga puede estar firmemente conectada a la estructura de la contraplancha de hierro y/o del rotor mediante pasadores adecuados o varillas roscadas que se empujan a través del laminado húmedo de la viga respectiva antes de que se cure. Esto permite que las fibras del interior del laminado se aparten sin romperse, lo que a su vez aumenta la resistencia estructural de la viga alrededor de los orificios formados por estos pasadores o varillas roscadas.
Alternativa o adicionalmente, la viga respectiva puede en esta configuración estar unida a la contraplancha de hierro y/o a la estructura de rotor utilizando medios de unión, por ejemplo, pegamento u otros medios de unión adecuados. Los medios de unión/pegamento específicos pueden seleccionarse para que tengan propiedades de unión altas para los materiales de la viga respectiva, la contraplancha de hierro y/o la estructura de rotor. Por ejemplo, el adhesivo puede ser un epoxi de dos componentes, como AralditeMR 2015. El medio de unión/pegamento se aplica a una o más superficies de contacto de la viga y/o a un número correspondiente de superficies de contacto de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor. De este modo se forma una unión adecuada entre la viga respectiva y la contraplancha de hierro o entre la viga respectiva y la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento en forma de viga comprende al menos un elemento de descarga, por ejemplo una ranura de descarga, configurado para reducir las tensiones en el al menos un elemento en forma de viga.
La primera y/o segunda viga puede comprender opcionalmente varios elementos de descarga, es decir, al menos uno, configurados para reducir las tensiones en la viga respectiva causadas por la deformación térmica de la viga. Los elementos de descarga pueden configurarse como ranuras de descarga formadas en una o ambas superficies laterales de la viga respectiva. Pueden utilizarse otras formas para aliviar las tensiones térmicas en las vigas. Cada uno de los elementos de descarga puede extenderse en dirección axial y disponerse en una o más filas. De este modo se reducen las tensiones en las vigas debido a la deformación térmica de las vigas.
De acuerdo con una realización, uno de los al menos uno del primer y segundo extremos y el al menos un elemento en forma de viga tiene un extremo en forma de cuña frente al otro de los al menos uno del primer y segundo extremos y el al menos un elemento en forma de viga, en el que el otro de los al menos uno del primer y segundo extremos y el al menos un elemento en forma de viga tiene un extremo correspondiente formado para recibir el extremo en forma de cuña.
La viga y la placa respectivas pueden estar configuradas para formar al menos una junta solapada definida por al menos el primer extremo de la viga y el extremo respectivo de la placa. Al menos uno de los extremos de la viga y de la placa puede comprender al menos una parte saliente que se extiende hacia el extremo opuesto. Al menos el otro extremo respectivo de la placa y el primer extremo de la viga pueden comprender al menos una ranura o muesca correspondiente configurada para recibir esta parte saliente. Alternativamente, ambos extremos de la viga y de la placa pueden comprender al menos una parte saliente y al menos una ranura o muesca correspondiente. Estas partes salientes y las ranuras o muescas correspondientes forman al menos dos superficies de contacto opuestas. En una o varias de estas superficies de contacto puede aplicarse el medio de unión/pegamento mencionado en lo anterior. Esto aumenta el área de superficie total entre los dos extremos y, por lo tanto, permite una unión más fuerte entre la viga respectiva y la placa.
El primer extremo de la viga puede tener forma de cuña en la que el grosor de este extremo en forma de cuña se estrecha hacia su superficie final. Alternativamente, una o más de las partes salientes mencionadas en lo anterior pueden tener forma de cuña en la que su grosor se estrecha hacia su superficie final. De este modo, la ranura o muesca correspondiente puede tener una forma que siga los contornos de esta parte en forma de cuña. De este modo, las tensiones en la viga y en la placa se distribuyen más uniformemente y se evita que las tensiones se concentren en la junta solapada.
Opcionalmente, la viga respectiva puede formar además otra junta solapada definida por el segundo extremo de la viga y el extremo respectivo de otra placa. Esto permite conectar los extremos de dos placas a la misma viga. Alternativamente, las ranuras o muescas pueden omitirse y, en su lugar, la zona de la placa o los extremos de la placa pueden intercalarse entre la viga y la contraplancha de hierro o entre la viga y la estructura de rotor. A continuación, la viga y la zona de la placa o los extremos de la placa se montan y/o pegan a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor. Si no se utilizan vigas separadas, la zona de la placa y los extremos superpuestos de la placa pueden montarse y/o adherirse directamente a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento de soporte comprende al menos un elemento de refuerzo que se extiende entre el primer extremo y el segundo extremo.
Una o más de las placas pueden comprender varios elementos de refuerzo, es decir, al menos uno, configurados para añadir rigidez a las placas respectivas durante el funcionamiento. Los elementos de refuerzo se extienden desde el primer extremo hasta el segundo, o viceversa. Los elementos de refuerzo pueden formar parte de la placa o estar firmemente unidos a ella mediante montaje, unión, soldadura u otras técnicas. Por ejemplo, los elementos de refuerzo pueden ser ondulaciones, dientes de sierra, elementos trapezoidales, refuerzos u otros elementos de refuerzo adecuados. Los elementos de refuerzo pueden sobresalir hacia el exterior en una o ambas superficies laterales de la placa. Esto agrega resistencia estructural a las placas y evita que se doblen debido a las fuerzas de compresión.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento de soporte está hecho de un material reforzado con fibra, por ejemplo, plásticos reforzados con fibra.
Los elementos de soporte son de cualquier material aislante térmico o compuesto con propiedades de baja conductividad térmica. Los elementos de soporte están hechos, por ejemplo, de un material reforzado con fibras, como plásticos reforzados con fibras (FRP). Las fibras pueden ser orgánicas, de carbono, de vidrio u otras fibras adecuadas. Las vigas mencionadas en lo anterior pueden estar hechas del mismo material, o compuesto, que los elementos de soporte, o de un material o compuesto diferente. Las vigas pueden ser de metal, como aluminio o acero, o de materiales compuestos, como plásticos reforzados con fibras, u otro material adecuado o compuesto de los mismos. Por ejemplo, los materiales de los elementos de soporte, las vigas y, opcionalmente, el medio de unión/pegamento pueden seleccionarse de modo que tengan las mismas propiedades de deformación térmica, o al menos sustancialmente las mismas, en una o más direcciones.
El material o compuesto del elemento de soporte, por ejemplo, las placas, se selecciona de modo que tenga suficiente resistencia estructural y, al mismo tiempo, le permita adaptarse, por ejemplo, flexionarse, a las tolerancias de los respectivos componentes individuales y a la contracción térmica de la contraplancha de hierro fría con respecto a la estructura caliente del rotor. Esto permite un proceso de fabricación y montaje más económico y sencillo en comparación con las soluciones convencionales que utilizan varillas aislantes térmicas.
Los elementos de soporte tienen una longitud medida en dirección axial y una anchura medida entre el primer y el segundo extremo, por ejemplo, en dirección radial y tangencial combinada. El grosor del elemento de soporte se mide entre las superficies laterales que dan a la contraplancha de hierro y la estructura de rotor. Por ejemplo, la longitud puede ser de hasta 1500 mm, por ejemplo, entre 800 mm y 1200 mm. Por ejemplo, la anchura puede ser de hasta 3800 mm, por ejemplo, entre 500 mm y 2500 mm. Por ejemplo, el grosor puede estar comprendido entre 10 mm y 50 mm, por ejemplo, entre 20 mm y 40 mm, o incluso superior a 50 mm, como se indica más adelante. El espesor puede medirse en una parte central situada entre los dos extremos o en uno de estos extremos.
La contraplancha de hierro y la estructura de rotor pueden estar hechas de cualquier material o aleación adecuados, como acero, hierro (por ejemplo, FeNi) u otro material o aleación adecuados.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento de soporte está hecho de una primera capa intercalada entre al menos dos segundas capas, en la que una de la primera capa y la al menos segunda capa tiene una mayor resistencia estructural que la otra capa.
Los elementos de soporte, por ejemplo las placas, pueden tener una estructura intercalada que comprenda una primera capa y al menos una segunda capa. Por ejemplo, la placa puede tener una capa central/primera y al menos una capa exterior/segunda situada a ambos lados de la capa central/primera. La primera capa puede estar configurada para proporcionar aislamiento térmico a la placa, mientras que la segunda capa está configurada para proporcionar resistencia estructural a la placa, o viceversa. La primera y la segunda capa pueden tener las mismas o diferentes propiedades de aislamiento térmico. Esto permite que la placa tenga una resistencia estructural adecuada a la vez que actúa como barrera térmica entre las vigas calientes y frías.
De acuerdo con una realización, una pluralidad de elementos de soporte están dispuestos unos con respecto a otros a lo largo de una dirección axial definida por el rotor.
En lugar de utilizar un solo elemento de soporte continuo, puede disponerse una pluralidad de elementos de soporte a lo largo de la dirección axial entre la contraplancha de hierro y la estructura de rotor y alineados entre sí. Cada elemento de soporte individual tiene un primer extremo orientado hacia la contraplancha de hierro y un segundo extremo orientado hacia la estructura de rotor. Esto divide el área de contacto total entre el elemento de soporte respectivo y la contraplancha de hierro o entre cada elemento de soporte respectivo y la estructura de rotor en una pluralidad de áreas de contacto individuales. Esto también proporciona una estructura de soporte fuerte con una superficie reducida para cada elemento de soporte.
De acuerdo con una realización, al menos un elemento de montaje está dispuesto en al menos uno del primer y segundo extremos de cada uno de la pluralidad de elementos de soporte, en el que el al menos un elemento de montaje está firmemente conectado a al menos uno de la contraplancha de hierro y la estructura de rotor.
En lugar de vigas, pueden disponerse uno o más elementos de montaje en los extremos primero y/o segundo de las placas individuales. Por ejemplo, se puede disponer un primer elemento de montaje en el primer extremo y un segundo elemento de montaje en el segundo extremo de cada placa. Los elementos de montaje están hechos de metal, como aluminio o acero, o de materiales compuestos, como plásticos reforzados con fibra, u otro material adecuado o compuesto de los mismos. Esto permite que las placas individuales estén firmemente unidas a la contraplancha de hierro y/o a la estructura de rotor.
Como alternativa, el primer y/o segundo elementos de montaje puede formar parte de la placa respectiva, por ejemplo, como un primer y/o segundo extremos engrosado. Esto permite fabricar los elementos de montaje en el mismo proceso de fabricación que las placas.
Cada elemento de montaje se extiende en la dirección axial y tiene un primer extremo orientado hacia una placa respectiva y un extremo opuesto orientado hacia fuera de la placa respectiva, cuando está instalado. Cada elemento de montaje tiene además al menos una superficie lateral (en la dirección radial) orientada hacia la contraplancha de hierro o la estructura de rotor. Opcionalmente, cada elemento de montaje tiene además otra superficie lateral orientada en la dirección opuesta que actúa como superficie de contacto para entrar en contacto con la superficie lateral respectiva de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, la pluralidad de elementos de soporte comprende al menos un primer elemento de soporte y al menos un segundo elemento de soporte, en el que el al menos un primer elemento de soporte desde su primer extremo hacia su segundo extremo se extiende sustancialmente en una dirección relativa a una dirección de rotación del rotor, y el al menos un segundo elemento de soporte desde su primer extremo hacia su segundo extremo se extiende sustancialmente en una dirección opuesta.
Los elementos de soporte individuales, por ejemplo, las placas, pueden orientarse con respecto a la dirección rotacional del rotor de modo que todos ellos se extiendan sustancialmente en el mismo sentido o en sentido contrario al de giro. Alternativamente, un primer elemento de soporte puede extenderse sustancialmente en la misma dirección que la dirección de rotación, mientras que un segundo elemento de soporte puede extenderse sustancialmente en la dirección opuesta a la dirección de rotación. El primer y el segundo elemento de soporte pueden estar situados en el mismo plano tangencial o estar angulados entre sí en el plano radial. Por ejemplo, el primer elemento de soporte puede colocarse en cualquier ángulo entre 0 grados y 180 grados con respecto al segundo elemento de soporte.
Un extremo, o ambos extremos, de los primero y segundo elementos de soporte pueden alinearse tangencialmente de modo que los respectivos elementos de montaje primero y/o segundo de los mismos estén alineados a lo largo de una línea axial común. Esto reduce la cantidad total de mecanizado de la estructura de la contraplancha de hierro y/o del rotor. Alternativamente, un extremo, o ambos extremos, de los primero y segundo elementos de soporte pueden estar desplazados uno respecto del otro en la dirección tangencial, de modo que los respectivos primeros elementos de montaje de los mismos estén alineados a lo largo de una línea axial, mientras que los respectivos segundos elementos de montaje de los mismos estén alineados a lo largo de otra línea axial paralela. Esto permite optimizar la longitud de los primero y segundo elementos de soporte y, por lo tanto, el aislamiento térmico de los elementos de soporte.
Los primero y segundo elementos de soporte pueden además estar desplazados entre sí en la dirección axial o estar alineados entre sí en el plano radial. Los respectivos elementos de montaje primero o segundo de los primero y segundo elementos de soporte pueden estar formados como un solo elemento de montaje o como elementos de montaje separados. Si están alineados radialmente, los primero y segundo elementos de soporte pueden formar un solo elemento de soporte que se extiende a través de un elemento de montaje intermedio que actúa como primer o segundo elemento de montaje.
De acuerdo con una realización, la pluralidad de elementos de soporte comprende un primer conjunto de elementos de soporte y al menos un segundo conjunto de elementos de soporte, en el que al menos uno de los elementos de soporte del primer conjunto intersecta al menos uno de los elementos de soporte del al menos segundo conjunto.
Los elementos de soporte individuales, por ejemplo, las placas, pueden además estar dispuestos en conjuntos a lo largo de la circunferencia de la estructura de rotor. Los conjuntos individuales pueden estar dispuestos uno respecto del otro de manera que se crucen entre sí. Por ejemplo, una primera placa de un conjunto y una segunda placa de un conjunto adyacente pueden disponerse de modo que se crucen en un punto de intersección, y viceversa. Esto también permite optimizar las longitudes de las placas individuales para lograr una conducción térmica mínima y, por lo tanto, un aislamiento térmico mejorado. Esto permite además colocar las placas en un ángulo óptimo con respecto a la estructura de rotor, lo que permite una transferencia de fuerza óptima y ahorra material de la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, la pluralidad de elementos de soporte comprende un primer conjunto de elementos de soporte y al menos un segundo conjunto de elementos de soporte, en el que el al menos un elemento de montaje del primer conjunto y el al menos un elemento de montaje del al menos segundo conjunto están alineados a lo largo de una línea axial común.
Los elementos de soporte individuales, por ejemplo, las placas, pueden disponerse alternativamente unos con respecto a otros de manera que no se crucen entre sí. Por ejemplo, la primera placa de un conjunto y la segunda placa de un conjunto adyacente pueden colocarse una con respecto a la otra de modo que sus respectivos extremos primero y/o segundo estén sustancialmente alineados a lo largo de una línea axial común, por ejemplo, definida por los respectivos elementos de montaje. Esto también permite el uso de placas más cortas y requiere menos mecanizado de la contraplancha de hierro y/o de la estructura de rotor. Esto también permite una instalación más rápida y sencilla, por ejemplo envolviendo, un laminado de aislamiento térmico alrededor de las placas y opcionalmente de los elementos de montaje, ya que las placas no se cruzan entre sí.
Este laminado aislante térmico puede comprender al menos una capa de polietileno, poliéster u otro material de soporte adecuado y al menos una capa de un material reflectante, por ejemplo aluminio, que actúe como espejo contra la radiación térmica. Por ejemplo, pueden utilizarse películas o laminados superaislantes disponibles en el mercado.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento de montaje está firmemente conectado a al menos uno de la contraplancha de hierro y la estructura de rotor por medios de montaje o medios de unión o una combinación de los mismos.
Los respectivos elementos de montaje pueden conectarse firmemente al elemento de soporte, a la contraplancha de hierro y/o a la estructura de rotor utilizando medios de montaje y/o medios de unión como los descritos en lo anterior. Por ejemplo, el elemento de montaje puede tener un conjunto de orificios u orificios pasantes configurados para recibir medios de montaje, como pernos o tornillos. La contraplancha de hierro y/o la estructura de rotor también pueden comprender un conjunto de orificios u orificios pasantes configurados para recibir los medios de montaje. Opcionalmente, los medios de montaje pueden estar pre-tensados para garantizar una conexión firme entre el elemento de montaje respectivo y la contraplancha de hierro o entre el elemento de montaje respectivo y la estructura de rotor. La estructura de la contraplancha de hierro y/o del rotor puede incluir varias salientes, al menos una, situadas en la superficie lateral respectiva. Cada protuberancia puede extenderse en dirección axial y proyectarse hacia el exterior desde la superficie lateral respectiva. Cada protuberancia puede tener al menos una superficie de contacto para entrar en contacto con una superficie de contacto correspondiente en los elementos de montaje individuales. Los elementos de montaje individuales pueden entonces conectarse firmemente a la protuberancia respectiva. Alternativamente, el primer extremo del elemento de montaje respectivo puede colocarse en una posición inclinada, por ejemplo entre 20 grados y 80 grados, con respecto a la dirección tangencial de la superficie lateral respectiva de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor. Los elementos de montaje individuales pueden entonces conectarse firmemente de forma directa a la superficie lateral de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor sin necesidad de utilizar salientes.
De acuerdo con una realización no cubierta por la invención reivindicada, el al menos un elemento de montaje está firmemente conectado al al menos un elemento de soporte mediante al menos una conexión de pasador.
Como alternativa, el elemento de montaje puede estar firmemente conectado al elemento de soporte respectivo mediante una o más conexiones de pasador. El elemento de soporte, por ejemplo el primer y/o segundo elemento de soporte, puede comprender al menos un orificio pasante, por ejemplo dos o más, que se extienden en la dirección axial para recibir y sujetar el pasador. El primer y/o segundo extremos del elemento de soporte puede comprender uno o más elementos salientes en los que se encuentran los orificios pasantes. El elemento de montaje, por ejemplo el primer y/o segundo elemento de montaje, puede comprender al menos uno, por ejemplo dos o más, elementos salientes complementarios que se extienden hacia el elemento de soporte. Los elementos salientes y los elementos salientes complementarios pueden tener forma de nudillos o de miembros de placa. El pasador puede incluir medios para bloquearlo en su posición, por ejemplo, orificios para recibir un pasador de bloqueo, una cabeza de perno, un acoplamiento roscado para montar una tuerca u otros medios de bloqueo adecuados. Esto permite que los primero y segundo elementos de soporte giren durante el funcionamiento mientras transfieren cargas de esfuerzo cortante en las direcciones radial y tangencial a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor.
El elemento de montaje puede incluir además uno o más recortes para ahorrar peso y material. Por ejemplo, un recorte puede disponerse en relación con el pasador de modo que la altura del acoplamiento del pasador, es decir, el eje de rotación, pueda reducirse hacia la cara lateral de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor. Esto reduce el brazo de momento y requiere menos material para transferir las cargas a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor, respectivamente.
Puede aplicarse una fuerza de pre-tensión a las conexiones individuales de los pasadores durante la instalación para limitar la compresión durante el enfriamiento de los componentes fríos. El primer elemento de montaje puede configurarse como un elemento de montaje común para la primera y la segunda placa, en el que los elementos salientes de ambas placas se conectan al mismo pasador. Esto reduce el número total de elementos de montaje.
La forma del elemento de montaje puede optimizarse para permitir una transferencia óptima de las cargas a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor. Esto puede conseguirse proporcionando al elemento de montaje de uno o más elementos en forma de salientes que se montan o adhieren a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor, aumentando la superficie de adherencia o aumentando la distancia entre los puntos o zonas individuales de montaje/adhesión. Por ejemplo, el elemento de montaje puede comprender al menos cuatro salientes o elementos en forma de dedo que se extienden hacia fuera del elemento de montaje en dirección tangencial y/o axial. Esto reduce el peso del elemento de montaje y ahorra material.
De acuerdo con una realización especial, el al menos un elemento de soporte tiene un espesor de entre 10 milímetros y 50 milímetros medido en una parte central situada entre los extremos primero y segundo o en uno de los extremos primero y segundo.
El elemento de soporte puede tener un mayor grosor en el primer y/o segundo extremos en comparación con el grosor de la parte central. Esto aumenta la resistencia estructural alrededor del orificio pasante. Esto también reduce el riesgo de deslaminación en el elemento de soporte, lo que podría provocar un fallo en la conexión del pasador. Alternativamente, el elemento de soporte puede tener un grosor constante a lo largo de toda su longitud, es decir, el grosor en los extremos y en la parte central es el mismo. Opcionalmente, el elemento de soporte puede tener uno o más recortes dispuestos en las superficies laterales para ahorrar material y peso. De este modo se evita que el elemento de soporte se doble durante el funcionamiento debido a las fuerzas de compresión.
Alternativamente, los elementos de soporte pueden tener forma de vigas, en las que las vigas pueden estar firmemente unidas a los respectivos elementos de montaje, por ejemplo, mediante las conexiones de pasador antes mencionadas. Por ejemplo, las vigas pueden tener un grosor, medido por ejemplo en un extremo, de entre 80 mm y 120 mm. Por ejemplo, las vigas pueden tener una longitud comprendida entre 180 mm y 220 mm. Esto permite reducir el número de elementos de soporte y aumentar al mismo tiempo la superficie de contacto de cada elemento de soporte.
La resistencia estructural requerida del laminado en el primer y/o segundo extremos puede lograrse disponiendo las capas individuales de esteras de fibra alrededor de un pasador o varilla temporal que define el orificio pasante. El pasador o varilla se retira después del curado. Alternativamente, los orificios pasantes pueden taladrarse en el primer y/o segundo extremos después del curado. Opcionalmente, puede disponerse un casquillo en el orificio pasante para añadir resistencia estructural. Pueden utilizarse otras técnicas conocidas para proporcionar la resistencia estructural necesaria.
Un objeto de la invención también se logra mediante un método de montaje de un generador de una turbina eólica como el descrito en lo anterior, en el que el método comprende los pasos de:
- proporcionar un rotor de un generador, en donde el rotor comprende al menos una estructura de rotor,
- disponer una contraplancha de hierro del rotor en relación con la estructura de rotor,
- posicionar al menos un elemento de soporte en relación con la estructura de rotor y la contraplancha de hierro, el al menos un elemento de soporte se forma como placa,
- montar un primer extremo de el al menos un elemento de soporte a la contraplancha de hierro y montar además un segundo extremo de el al menos un elemento de soporte a la estructura de rotor,
en donde al menos un elemento de soporte está hecho de un material térmicamente aislante y se extiende continuamente entre los dos extremos axiales del rotor en la dirección axial, el al menos un elemento de soporte está dispuesto además entre una superficie lateral de la contraplancha posterior y una superficie lateral correspondiente de la estructura del rotor en la dirección radial, y además orientada en relación con la dirección de rotación del rotor de modo que los primero y segundo extremos se extiendan en paralelo a la dirección axial del rotor a lo largo de la superficie lateral y la superficie lateral correspondiente, y en el que al menos un elemento de soporte se extiende entre los primero y segundo extremos en una dirección en ángulo con respecto a una dirección tangencial de las superficies laterales en la posición del primer y segundo extremos.
La presente configuración permite un proceso de montaje sencillo y económico del rotor que minimiza la masa total que debe enfriarse. El presente método de montaje proporciona además un montaje flexible de la contraplancha de hierro y de la estructura de rotor que no requiere una alineación muy precisa de los componentes individuales y es capaz de adaptarse a las tolerancias de los componentes individuales. A diferencia de los métodos convencionales, no son necesarias rótulas en la cámara de vacío para el montaje de la plancha dorsal fría en la estructura de rotor.
El uso de placas para separar térmicamente la contraplancha de hierro de la estructura de rotor permite un mejor aislamiento térmico entre los componentes fríos y los componentes calientes. No se necesitan bloques de aislamiento térmico ni pernos de aislamiento térmico con sus correspondientes ranuras. Los componentes fríos, por ejemplo, el hierro dorsal y las unidades de poste superconductoras, pueden fabricarse y, opcionalmente, montarse por separado de los componentes calientes, por ejemplo, la estructura de rotor, el alojamiento y el árbol de transmisión.
Los elementos de soporte, por ejemplo placas o vigas, están situados entre los dos extremos del rotor y están orientados en relación con la dirección de rotación del rotor de modo que el primer y el segundo extremo se extienden paralelos a la dirección axial del rotor. De este modo, los elementos de soporte pueden extenderse en una dirección radial y tangencial combinada. Los elementos de soporte individuales o los conjuntos de elementos de soporte se colocan en una posición angular de modo que los extremos primero y segundo estén desplazados radialmente entre sí. De este modo, los elementos de soporte actúan como radios y permiten que el par de torsión y otras fuerzas se transfieran desde la contraplancha de hierro y, por lo tanto, desde las unidades de poste superconductoras, a la estructura de rotor. Las cargas de transición de las unidades de poste superconductoras, por ejemplo en caso de cortocircuito de las unidades de poste superconductoras, también se transfieren a la estructura de rotor a través de estas placas. La contraplancha de hierro puede tener un diámetro exterior de 2000 mm a 4000 mm, por ejemplo entre 2500 mm y 3500 mm.
La estructura de rotor puede formar parte del árbol de transmisión o estar montada en el árbol de transmisión. La estructura de rotor puede constar de un yugo orientado hacia la contraplancha de hierro y una pieza de soporte interior orientada hacia el árbol de transmisión. El yugo y la pieza de soporte interior pueden estar formados por una sola pieza, o conectarse utilizando medios de montaje (por ejemplo, pernos y tuercas), soldadura u otras técnicas adecuadas. La pieza de soporte interior puede incluir uno o más elementos de refuerzo y, opcionalmente, uno o más recortes. Esto reduce el peso y ahorra material del rotor.
La contraplancha de hierro y/o el yugo pueden tener un grosor medido en dirección radial de hasta 120 mm, por ejemplo entre 50 mm y 100 mm, por ejemplo entre 70 mm y 80 mm.
De acuerdo con una realización, el primer o segundo extremo se monta en la contraplancha de hierro o en la estructura de rotor antes de disponer la contraplancha de hierro en relación con la estructura de rotor.
Uno o más de los elementos de soporte pueden colocarse en relación con la respectiva estructura de rotor o contraplancha de hierro y conectarse firmemente a ella. A continuación, la contraplancha de hierro puede colocarse en su posición de instalación y los elementos de soporte restantes pueden colocarse posteriormente en relación con la contraplancha de hierro o la estructura de rotor y, por último, firmemente unidos a la contraplancha de hierro o estructura de rotor. Esto permite utilizar los elementos de soporte para guiar la contraplancha de hierro hasta su alineación con la estructura de rotor.
Una vez instaladas la contraplancha de hierro y las unidades de poste de superconducción, el resto del alojamiento exterior puede montarse en la estructura de rotor. La estructura de rotor, por ejemplo, su yugo, puede actuar como una pared trasera del alojamiento a la que puede montarse una pared extrema en cualquiera de sus extremos, por ejemplo, a través de una parte intermedia de la pared trasera. La pared extrema puede montarse además en una pared delantera situada entre la contraplancha de hierro y el estator. Puede utilizarse un sistema de vacío para evacuar la cámara cerrada definida por el alojamiento exterior. De este modo se forma una cámara de vacío en la que se encuentran las unidades de poste superconductoras y en la que el espacio evacuado también proporciona aislamiento térmico entre los componentes fríos y los componentes calientes, por ejemplo, la alojamiento exterior y la estructura de rotor, que rodean a los componentes fríos.
Por último, las conexiones eléctricas y las conexiones de enfriamiento pueden acoplarse a las unidades de poste superconductoras para que las bobinas superconductoras puedan enfriarse a una temperatura de funcionamiento criogénica. Las bobinas superconductoras están configuradas para interactuar con una pluralidad de bobinas correspondientes del estator de unidades de poste situadas en el estator a través de un campo electromagnético cuando el rotor gira con respecto al estator. Los componentes fríos, por ejemplo, las bobinas superconductoras, pueden funcionar a una temperatura de funcionamiento criogénica comprendida entre 10 K y 70 K. Los componentes calientes, por ejemplo la estructura de rotor, pueden funcionar a una temperatura ambiente, por ejemplo entre 250 K y 350 K. De acuerdo con una realización, el método comprende además el paso de:
- disponer al menos un elemento en forma de viga en al menos una de las superficies laterales y en la superficie lateral correspondiente, y colocar al menos uno del primer y segundo extremos en relación con el elemento en forma de viga. Un conjunto de primeros vigas puede, por ejemplo, disponerse en la superficie lateral de la contraplancha de hierro en una serie de zonas predeterminadas y/u otro conjunto de segundos vigas puede disponerse en la superficie lateral correspondiente de la estructura de rotor. Los primeros y segundos vigas pueden estar alineados paralelamente a la dirección axial. Esto puede presentarse antes o después de que la contraplancha de hierro esté colocada y alineada con la estructura de rotor.
A continuación, las placas individuales pueden colocarse en relación con las vigas individuales primera y segunda para permitir que la contraplancha de hierro se conecte a la estructura de rotor. Esto puede hacerse después de colocar la contraplancha de hierro en su posición de instalación. Las vigas y/o placas pueden deslizarse en dirección axial o en la dirección tangencial. La contraplancha de hierro puede colocarse en una posición de pre-instalación con respecto a la estructura de rotor en la que las vigas y las placas pueden utilizarse para guiar la contraplancha de hierro hasta su posición de instalación final. Esto reduce la complejidad del proceso de montaje y también reduce el tiempo total de montaje en comparación con otros métodos de montaje convencionales, ya que no se requiere una alineación muy precisa de la contraplancha de hierro para montar los elementos de soporte aislantes térmicos.
Una o más placas adicionales pueden estar dispuestas en relación con las placas antes mencionadas y conectadas a la contraplancha de hierro y a la estructura de rotor a través de una primera y una segunda vigas separadas. Por ejemplo, estas placas adicionales se colocan simétricamente con respecto a las placas antes mencionadas de manera que se extienden sustancialmente en la dirección opuesta. Alternativamente, estas placas adicionales pueden estar conectadas a las mismas vigas primera y/o segunda que las placas antes mencionadas. Estas placas adicionales también pueden actuar como radios y permitir que el par de torsión y otras fuerzas se transfieran desde la contraplancha de hierro, y por lo tanto las unidades de poste superconductoras, a la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, el al menos un elemento en forma de viga y el al menos uno del primer y segundo extremos están firmemente conectados mediante el uso de medios de montaje y/o medios de unión.
La primera y segunda vigas pueden estar firmemente unidas a la estructura de la contraplancha de hierro y del rotor, por ejemplo, a su yugo, utilizando medios de montaje y/o unión adecuados. Esto puede hacerse antes o después de colocar la contraplancha de hierro en su posición de instalación. La primera y segunda vigas pueden instalarse antes de colocar la contraplancha de hierro en su posición con respecto a la estructura de rotor, ya que esto permite un fácil acceso a las vigas y, opcionalmente, a los medios de montaje de las mismas.
La primera y segunda vigas pueden además estar firmemente unidas a las placas respectivas utilizando medios de montaje y/o unión adecuados. Esto puede hacerse antes, durante o después de que la contraplancha de hierro se mueva a su posición de instalación final. Las placas pueden instalarse utilizando medios de unión de modo que las vigas respectivas y la placa formen uniones solapadas.
Alternativamente, el método comprende además el paso de:
- conectar firmemente al menos un elemento en forma de viga a al menos uno del primer y segundo extremos, y posicionar el al menos un elemento en forma de viga con respecto a al menos una de la superficie lateral y la superficie lateral correspondiente antes de montar el al menos un elemento de soporte a la contraplancha de hierro y a la estructura de rotor.
En esta configuración, la primera y segunda vigas pueden estar firmemente conectadas a las placas individuales durante o después del proceso de fabricación de estas placas. A continuación, la plancha posterior puede colocarse en relación con la estructura de rotor en su posición de instalación. Después, las placas con las vigas conectadas pueden colocarse y conectarse firmemente a la contraplancha de hierro y a la estructura de rotor. Esto permite que las placas y las vigas primera y segunda estén pre-montadas antes de la instalación.
De acuerdo con una realización, el paso de posicionamiento del al menos un elemento de soporte comprende la disposición de una pluralidad de elementos de soporte a lo largo de una dirección axial definida por el rotor.
Durante el montaje, una pluralidad de elementos de soporte pueden estar dispuestos a lo largo de la dirección axial y orientados con respecto a la dirección de rotación del rotor. Por ejemplo, entre 2 y 15, por ejemplo entre 5 placas y 10, por ejemplo 3 ó 4, elementos de soporte están dispuestos a lo largo de la dirección axial. Estos elementos de soporte pueden colocarse en una posición inclinada con respecto a una dirección tangencial de la superficie lateral de la contraplancha de hierro y de la estructura de rotor, tal como se ha mencionado en lo anterior. Esto permite una manipulación y colocación rápida y sencilla de los elementos de soporte individuales. Esto también proporciona una estructura de soporte fuerte que tiene un área de superficie total reducida que reduce la transferencia de calor entre la estructura de rotor y la contraplancha de hierro.
De acuerdo con una realización, el método comprende además el paso de:
- disponer al menos un elemento de montaje en al menos uno del primer y segundo extremos de cada uno de la pluralidad de elementos de soporte.
Las placas individuales, por ejemplo los elementos de soporte, pueden, por ejemplo, estar equipadas con uno o más elementos de montaje, por ejemplo durante o después de la fabricación de estas placas. Los elementos de montaje pueden conectarse firmemente a las placas utilizando medios de montaje y/o medios de unión como se ha descrito en lo anterior. Un primer elemento de montaje de la placa respectiva se coloca entonces en relación con la superficie lateral de la contraplancha de hierro, por ejemplo en un saliente de la misma, y se conecta firmemente a la contraplancha de hierro. Un segundo elemento de montaje de la placa respectiva se coloca en relación con la superficie lateral de la estructura de rotor, por ejemplo, en un saliente de la misma, y se conecta firmemente a la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización especial, el al menos un elemento de montaje está firmemente conectado a el al menos uno del primer y segundo extremos mediante al menos una conexión de pasador.
Como alternativa, los elementos de montaje pueden conectarse firmemente a los elementos de soporte, por ejemplo placas, mediante conexiones de pasador como se ha descrito en lo anterior. Esto permite una instalación más rápida, ya que los elementos de montaje y los elementos de soporte se pueden colocar y conectar firmemente por separado. Esto también permite una instalación más rápida del laminado o película de aislamiento térmico, ya que los elementos de soporte pueden cubrirse al menos parcialmente con este laminado o película antes o después de conectarlos a los elementos de montaje.
Los primero y segundo elementos de montaje pueden estar firmemente unidos a la contraplancha de hierro y a la estructura de rotor, respectivamente. A continuación, la contraplancha de hierro se desplaza, por ejemplo en dirección axial, hasta su posición final con respecto a la estructura de rotor. A continuación, los elementos de soporte individuales, por ejemplo, el primer y segundo elementos de soporte, pueden colocarse en relación con el primer y segundo elementos de montaje, y los pasadores pueden insertarse en los orificios pasantes de los elementos de montaje y en los extremos de las placas.
Alternativamente, los primeros elementos de montaje están firmemente conectados a la contraplancha de hierro o los segundos elementos de montaje están firmemente conectados a la estructura de rotor. A continuación, los elementos de soporte individuales se colocan y se conectan a estos elementos de montaje a través de los pasadores. Los otros elementos de montaje se conectan firmemente a los elementos de soporte individuales a través de los pasadores. A continuación, la contraplancha de hierro se desplaza, por ejemplo en dirección axial, hasta su posición final con respecto a la estructura de rotor. A continuación, los demás elementos de montaje se unen firmemente a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor.
En todavía otra alternativa, los primeros elementos de montaje están firmemente unidos a la contraplancha de hierro o los segundos elementos de montaje están firmemente unidos a la estructura de rotor. A continuación, la contraplancha de hierro se desplaza, por ejemplo en dirección axial, hasta su posición final con respecto a la estructura de rotor. A continuación, los elementos de soporte individuales se conectan a los demás elementos de montaje a través de los pasadores. A continuación, las placas con los demás elementos de montaje se colocan en relación con la contraplancha de hierro o con la estructura de rotor y se conectan firmemente a la contraplancha de hierro o a la estructura de rotor y a los elementos de montaje ya conectados firmemente.
De acuerdo con una realización, el método comprende además los pasos de:
- posicionar al menos un primer elemento de soporte en relación con la dirección de rotación del rotor, de forma que se extienda sustancialmente en una dirección, y
- posicionar al menos un segundo elemento de soporte en relación con el al menos un primer elemento de soporte de modo que se extienda sustancialmente en una dirección opuesta.
Cada elemento de soporte individual, por ejemplo, placa o viga, está orientado con respecto a la dirección de rotación del rotor, por ejemplo, en la misma dirección o en dirección opuesta. Por ejemplo, un primer elemento de soporte está inclinado con respecto a la dirección tangencial de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor, de modo que se extiende sustancialmente a lo largo de la dirección de rotación. Un segundo elemento de soporte está angulado con respecto a la dirección tangencial de la contraplancha de hierro o de la estructura de rotor, de modo que se extiende sustancialmente en la dirección de rotación opuesta. El primer y el segundo elemento de soporte pueden estar dispuestos en orden alterno o en grupos a lo largo de la dirección axial. El primer elemento de soporte puede colocarse además en una posición inclinada con respecto al segundo elemento de soporte en el plano radial o en el mismo plano tangencial. Esto permite seleccionar la disposición y las posiciones del primer y segundo elementos de soporte en función de la configuración específica del rotor.
Durante el posicionamiento del primer y segundo elementos de soporte, los segundos elementos de montaje de estos elementos de soporte pueden estar desplazados entre sí en dirección axial y/o radial. Esto permite montar o desmontar individualmente los primero y segundo elementos de soporte. Alternativamente, los segundos elementos de montaje de estos elementos de soporte pueden estar alineados entre sí en dirección axial y/o radial. De este modo, los primero y segundo elementos de soporte pueden montarse o desmontarse por parejas.
De acuerdo con una realización, al menos uno de estos elementos de soporte se cruza con al menos otro elemento de soporte.
Los primero y segundo elementos de soporte pueden formar un conjunto de elementos de soporte que se extienden a lo largo de la dirección axial. Pueden disponerse varios conjuntos a lo largo de la circunferencia de la estructura de rotor. Por ejemplo, el número de conjuntos puede estar comprendido entre 3 y 20 conjuntos, por ejemplo, entre 6 y 16 conjuntos, por ejemplo, entre 9 y 12 conjuntos. Por ejemplo, una primera placa de un conjunto puede colocarse de manera que se cruce con una segunda placa de un conjunto adyacente. Las segundas placas de este conjunto pueden colocarse de forma que intersecten una primera placa de otro conjunto adyacente. Los puntos de intersección entre las placas primera y segunda pueden estar situados entre los extremos primero y segundo de las placas respectivas. Esto permite aumentar la distancia, por ejemplo la cuerda, entre los primeros extremos de las placas primera y segunda en comparación con el uso de una única placa continua como se ha mencionado en lo anterior. Esto, a su vez, proporciona una transferencia de fuerza óptima entre la contraplancha de hierro y la estructura de rotor y ahorra material de la estructura de rotor.
De acuerdo con una realización, al menos uno de los elementos de soporte y al menos un elemento en forma de viga se fabrican mediante pultrusión o extrusión. En una realización no cubierta por la invención, al menos un elemento de montaje se fabrica mediante pultrusión o extrusión.
Los diversos elementos de soporte descritos en lo anterior pueden fabricarse por extrusión, pultrusión u otro proceso de fabricación adecuado. Esto reduce la cantidad de trabajo de acabado, por ejemplo, esmerilado y pulido. También se reduce la cantidad de fibras rotas en el laminado del elemento de soporte. Alternativamente, los elementos de soporte individuales pueden cortarse en las dimensiones deseadas utilizando un elemento de soporte más grande.
Del mismo modo, las vigas y/o los elementos de montaje utilizados para conectar firmemente los elementos de soporte a la estructura de la contraplancha de hierro o del rotor pueden fabricarse por extrusión, pultrusión u otro proceso de fabricación adecuado. Las vigas y/o los elementos de montaje pueden entonces mecanizarse hasta su configuración final utilizando diversas máquinas herramienta. Alternativamente, las vigas y/o los elementos de montaje pueden formarse durante la fabricación de las placas.
La invención no se limita a las realizaciones descritas en la presente, por lo que las realizaciones descritas pueden combinarse de cualquier manera sin apartarse de los objetivos de la invención.
Descripción de los dibujos
La invención se describe únicamente a título de ejemplo y con referencia a los dibujos, en los que:
La figura 1 muestra una realización ejemplar de un turbina eólica;
La figura 2 muestra una realización ejemplar de un generador en la turbina eólica;
La figura 3 muestra una primera realización del rotor del generador mostrado en la figura 2;
La figura 4 muestra una vista en sección de la contraplancha de hierro y la estructura de rotor;
La figura 5 muestra una primera realización de la primera viga;
La figura 6 muestra una primera realización de la segunda viga;
La figura 7 muestra una segunda realización de una viga respectiva;
La figura 8 muestra una tercera realización de la viga respectiva;
La figura 9 muestra una cuarta realización de la viga respectiva;
La figura 10 muestra tres realizaciones de una junta solapada entre la viga respectiva y la placa;
La figura 11 muestra otras tres realizaciones de la junta solapada mostrada en la figura 10;
La figura 12 muestra una segunda realización del rotor del generador;
La figura 13 muestra la placa y el elemento de montaje mostrados en la figura 12;
La figura 14 muestra una vista en sección del rotor mostrado en la figura 12;
La figura 15 muestra el rotor de la figura 12 observado en dirección axial;
La figura 16 muestra una primera realización del montaje del rotor del generador;
La figura 17 muestra una segunda realización del montaje del rotor del generador;
La figura 18 muestra una tercera realización de las placas y los elementos de montaje del rotor mostrados en las figuras 16-17; y
La figura 19 muestra una cuarta realización del rotor del generador.
En el siguiente texto, las figuras se describirán una a una, y las diferentes partes y posiciones que se ven en las figuras se numerarán con los mismos números en las diferentes figuras. No todas las partes y posiciones indicadas en una figura específica se plantearan necesariamente junto con esa figura.
Lista de números de posición
1. Turbina eólica
2. Torre
3. Cimiento
4. Góndola
5. Buje
6. Palas de turbina eólica
7. Generador
8. Estator
9. Rotor
10. Unidades de poste con bobinas superconductoras
11. Contraplancha de hiero
12. Estructura de rotor
13. Superficie lateral de la estructura de rotor
14. Superficie lateral de la contraplancha de hierro
15. Elementos de soporte, placas
16. Primer extremo de la placa
17. Segundo extremo de la placa
18. Dirección rotacional
19. Primera viga
20. Segunda viga
21. Primer extremo de la viga
22. Segundo extremo de la viga
23. Superficies laterales de la viga
24. Medios de montaje
25. Ranura en la viga
26. Medios de unión
27. Pasadores
28. Casquillos
29. Proyección de elementos
30. Ranuras para recibir elementos salientes
31. Elementos de soporte, placas
32. Primer elemento de montaje
33. Segundo elemento de montaje
34. Orificios pasantes del primer elemento de montaje 35. Orificios del segundo elemento de montaje
36. Saliente de la contraplancha de hierro
37. Saliente de la estructura de rotor
38. Primera placa
39. Segunda placa
40. Elementos salientes, miembros de placa
41. Orificio pasante
42. Pasador
43. Salientes
44. Primera viga, elemento de soporte
45. Segunda viga, elemento de soporte
Descripción detallada de la invención
La figura 1 muestra una realización ejemplar de un turbina eólica 1. La turbina eólica 1 se compone de una torre de turbina eólica 2 situada sobre unos cimientos 3. Una góndola 4 está dispuesta en la parte superior de la torre de turbina eólica 2 y configurada para guiñar con respecto a la torre de turbina eólica 2 mediante un sistema de guiñada (no mostrado). Un buje 5 está dispuesto de forma giratoria con respecto a la góndola 4, en el que al menos dos palas de turbina eólica 6 están montadas en el buje 5, en este punto se muestran tres palas de turbina eólica. El buje 5 está conectado a una máquina giratoria en forma de generador (mostrada en la figura 2) dispuesta en la góndola 4 a través de un árbol de transmisión para producir una potencia de salida.
La figura 2 muestra una realización ejemplar del generador 7 conectado al buje 5. En este punto, sólo se muestra un eje de rotación central (señalado con una línea de puntos) del árbol de transmisión. El generador 7 está formado por un estator 8 y un rotor 9 dispuesto de forma giratoria con respecto al estator 8. El estator 8 comprende una pluralidad de unidades de poste (indicadas por líneas de puntos) que tienen bobinas de estator configuradas para interactuar con bobinas de rotor situadas en una pluralidad de unidades de poste 10.
Al menos las bobinas del rotor están hechas de un material superconductor que funciona por debajo de su temperatura crítica. De este modo, al menos las unidades de poste 10 actúan como unidades de poste superconductoras. Las bobinas del estator están hechas de un material conductor, como el cobre, que funciona a temperatura ambiente.
La figura 3 muestra una primera realización del rotor 9 en la que las unidades de poste 10 están dispuestas en una plancha posterior 11 orientada hacia el estator 8, por ejemplo, en una superficie lateral exterior (mostrada en la figura 3). Se utiliza un sistema de enfriamiento (no mostrado) para enfriar las unidades de poste 10 hasta una temperatura de funcionamiento criogénica comprendida entre 10 K y 70 K.
El rotor 9 comprende además una estructura de rotor 12 que tiene una parte de soporte interior orientada hacia el árbol de transmisión y un yugo orientado hacia la contraplancha de hierro 11. La parte de soporte interior tiene forma de disco con uno o más cortes, como se muestra en la figura 2. La parte de soporte interior está montada en el árbol de transmisión mediante medios de montaje. El yugo tiene forma de anillo o elemento tubular con una superficie lateral 13 orientada hacia la contraplancha de hierro 11. La contraplancha de hierro 11 tiene además forma de anillo o elemento tubular con una superficie lateral 14 orientada hacia la estructura de rotor 12.
La contraplancha de hierro 11 está separada de la estructura de rotor 12 por una serie de elementos de soporte 15 dispuestos entre las superficies laterales 13, 14. Los elementos de soporte tienen forma de placas 15 que están fabricadas con un material aislante térmico, por ejemplo, plástico reforzado con fibra (FRP), de manera que la contraplancha de hierro 11 está aislada térmicamente de la estructura de rotor 12. La estructura de rotor 12 funciona a una temperatura ambiente comprendida entre 250 K y 350 K. Cada placa 15 tiene un primer extremo 16 orientado hacia la contraplancha de hierro 11 y un segundo extremo 17 orientado hacia la estructura de rotor 12.
La figura 4 muestra una vista en sección de la estructura de rotor 12 y la contraplancha de hierro 11. En este punto, las unidades de poste 10 se omiten a efectos ilustrativos. Las placas 15 están colocadas de modo que los extremos primero y segundo 16, 17 se extienden en la dirección axial como se ilustra en las figuras 2 y 3. Las placas 15 se orientan además de modo que se extiendan en una dirección radial y tangencial combinada y, por lo tanto, se extiendan sustancialmente en la misma dirección que la dirección rotacional 18 del rotor 9, como se indica en la figura 4.
Una primera viga 19 está dispuesta en el primer extremo 16 de la placa 15 y una segunda viga 20 está dispuesta en el segundo extremo 17 de la placa 15. La primera y segunda vigas 19, 20 se extienden a lo largo de las superficies laterales 13, 14 en la dirección axial como se muestra en las figuras 3 y 4. La primera viga 19 está firmemente unida a la plancha posterior 11 y al primer extremo 16 de la placa 15. La primera viga 20 está firmemente unida a la estructura de rotor 12 y al segundo extremo 17 de la placa 15.
La figura 5 muestra una primera realización de la primera viga 19 con un primer extremo 21 orientado hacia la placa 15 y un segundo extremo 22 orientado en dirección opuesta. La primera viga 19 tiene además dos superficies laterales opuestas 23 en la dirección radial, una de las cuales actúa además como superficie de contacto con la superficie lateral 14, por ejemplo en una zona predeterminada de la misma. En este punto, el primer extremo 21 está colocado en una primera posición angulada, por ejemplo entre 20 grados y 80 grados, con respecto a la dirección tangencial de la superficie lateral 14.
La primera viga 19 comprende un primer conjunto de orificios pasantes para recibir medios de montaje 24 en forma de pernos y tuercas para conectar firmemente la primera viga 19 a la contraplancha de hierro 11. La contraplancha de hierro 11 incluye un conjunto correspondiente de orificios pasantes para los medios de montaje 24, como se indica en la figura 4.
La figura 6 muestra una primera realización de la segunda viga 20 con un primer extremo 21' orientado hacia la placa 15 y un segundo extremo 22 orientado en dirección opuesta. La segunda viga 20 tiene además dos superficies laterales opuestas 23 en la dirección radial, una de las cuales actúa además como superficie de contacto con la superficie lateral 13, por ejemplo en una zona predeterminada de la misma. En este punto, el primer extremo 21' está colocado en una segunda posición acodada, por ejemplo, paralela a la dirección tangencial de la superficie lateral 13.
La segunda viga 20 comprende un primer conjunto de orificios pasantes para recibir medios de montaje 24 en forma de pernos para conectar firmemente la segunda viga 20 a la estructura de rotor 12. La estructura de rotor 12 comprende un conjunto correspondiente de orificios pasantes para los medios de montaje 24, como se indica en la figura 4.
Se forma al menos una ranura 25 en los primeros extremos 21, 2V de los primeros y segundos largueros 19, 20 para recibir los primeros y segundos extremos 16, 17 de la placa 15 como se muestra en las figuras 5 y 6. Una o más de las superficies interiores de la respectiva ranura 25 pueden actuar como superficies de contacto para entrar en contacto con una o más superficies correspondientes en el respectivo extremo 16, 17 de la placa 15. Los medios de unión 26 en forma de pegamento se aplican a estas superficies de contacto para conectar firmemente la placa 15 a la primera y segunda vigas 19, 20. Alternativamente, la viga respectiva 19, 20 comprende un segundo conjunto de orificios pasantes para recibir medios de montaje 24 en forma de pernos y tuercas, o el primer conjunto de orificios pasantes de la viga respectiva 19, 20 se utiliza además para conectar firmemente la placa 15 a la viga respectiva 19, 20 como se muestra en la figura 4.
La figura 7 muestra una segunda realización de una viga respectiva 19, 20 en la que el segundo conjunto de orificios pasantes está configurado para recibir otros medios de montaje 27 en forma de pasadores. Los pasadores se empujan a través del laminado del alma del extremo respectivo 16, 17 de la placa 15 de modo que las fibras del laminado se apartan sin romperse. Esto, a su vez, aumenta la resistencia estructural de la placa 15 alrededor de los orificios pasantes formados por los pasadores.
La figura 8 muestra una tercera realización de una viga respectiva 19, 20 en la que la viga forma parte de la placa 15'. En esta configuración, el extremo respectivo 16', 17' que define la viga tiene un grosor mayor que el resto de la placa 15'. Se colocan casquillos 28, por ejemplo casquillos metálicos, en el primer conjunto de orificios pasantes para aumentar la resistencia estructural de la placa 15' alrededor de estos orificios pasantes. A continuación, la placa 15' se conecta firmemente a la contraplancha de hierro 11 o a la estructura de rotor 12 a través de los medios de montaje 24. La figura 9 muestra una cuarta realización de una viga respectiva 19, 20 en la que la viga forma parte de la placa 15'. Esta configuración difiere de la de la figura 7 en que los respectivos extremos 16', 17' tienen el mismo grosor que el resto de la placa 15'. Los medios de montaje 24 se pueden insertar a través de estos casquillos 28' para conectar firmemente la placa 15' a la contraplancha de hierro 11 o a la estructura de rotor 12.
La figura 10 muestra tres formas de realización de una junta solapada entre la viga respectiva 19, 20 y el extremo respectivo 16, 17 de la placa 15.
En la figura 10A, la viga respectiva 19, 20 tiene un perfil transversal rectangular observado en la dirección tangencial. El extremo respectivo 16, 17 de la placa 15 y, por lo tanto, la ranura 25 tienen además un perfil rectangular.
En la figura 10B, la viga respectiva 19', 20' tiene un perfil de sección transversal en forma de cuña observado en la dirección tangencial. El espesor medido entre las superficies laterales 23' disminuye desde el segundo extremo 22' hacia el primer extremo 21'. Los respectivos extremos 16, 17 de la placa 15 y, por lo tanto, la ranura 25 tienen un perfil rectangular.
En la figura 10C, los respectivos extremos 16", 17" de la placa 15" y, por lo tanto, la ranura 25' tienen un perfil de sección transversal en forma de cuña observado en la dirección tangencial, y la ranura 25' tiene el correspondiente perfil de sección transversal en forma de cuña invertida. El espesor medido entre las superficies laterales de la placa 15" se estrecha hacia el borde del extremo 16", 17" como se indica en la figura 10C.
La figura 11 muestra otras tres formas de realización de la unión solapada entre la viga respectiva 19, 20 y el extremo respectivo 16, 17 de la placa 15. En estas configuraciones, la viga respectiva 19, 20 y la placa 15 comprenden cada una al menos un elemento saliente 29 y al menos una ranura 30 configurada para recibir un elemento saliente opuesto 29. En la figura 11 A, los elementos salientes 29 y las ranuras 30 tienen un perfil rectangular observado en la dirección tangencial. Del mismo modo, la viga respectiva 19, 20 tiene un perfil rectangular.
En la figura 11B, al menos uno de los elementos salientes 29' de la viga respectiva 19", 20" tiene un perfil en forma de cuña y al menos una de las ranuras correspondientes 30' tiene un perfil en forma de cuña invertida. El grosor de este elemento saliente en forma de cuña 29' se estrecha hacia el borde del elemento, como se indica en la figura 11B. La viga respectiva 19", 20" tiene un perfil transversal en forma de cuña como se muestra en la figura 10B.
La figura 12 muestra una segunda realización del rotor 9' del generador 7 en la que una pluralidad de elementos de soporte 31 está dispuesta a lo largo de la dirección axial. Los elementos de soporte 31 tienen forma de placas 31 fabricadas con un material térmicamente aislante, por ejemplo, plástico reforzado con fibra (FRP). Cada placa 31 está firmemente unida a la contraplancha de hierro 11' a través de un primer elemento de montaje 32. Cada placa 31 está firmemente unida a la estructura de rotor 12' a través de un segundo elemento de montaje 33. En este punto se muestran cinco placas 31 en dirección axial. Sólo el yugo de la estructura de rotor 12' se muestra en este punto con fines ilustrativos.
La figura 13 muestra la placa 31 y los elementos de montaje 32, 33 de la misma. Las placas 31 están hechas de un material aislante térmico, por ejemplo, plásticos reforzados con fibra (FRP), de modo que la contraplancha de hierro 11' está aislada térmicamente de la estructura de rotor 12'.
Los elementos de montaje 32, 33 tienen un primer extremo orientado hacia la placa 31 y un segundo extremo orientado en dirección opuesta. Los elementos de montaje 32, 33 tienen además dos superficies laterales opuestas, una de las cuales actúa además como superficie de contacto con la superficie lateral de la contraplancha de hierro 11' o la estructura de rotor 12'.
Los primero y segundo elementos de montaje 32, 33 están configurados para conectar firmemente la placa 31 a la contraplancha de hierro 11' y a la estructura de rotor 12'. El primer elemento de montaje 32 comprende un conjunto de orificios pasantes 34 para recibir medios de montaje en forma de pernos para conectar firmemente el primer elemento de montaje 32 a la contraplancha de hierro 11'. La contraplancha de hierro 11' comprende un conjunto correspondiente de orificios (no mostrados) para recibir los medios de montaje. El segundo elemento de montaje 33 comprende un conjunto de orificios 35 para recibir medios de montaje en forma de pernos para conectar firmemente el segundo elemento de montaje 33 a la estructura de rotor 12'. La estructura de rotor 12' comprende un conjunto correspondiente de orificios pasantes (mostrados en la figura 14) para recibir los medios de montaje.
La figura 14 muestra una vista en sección del rotor 9' en la que los elementos de montaje 32, 33 están situados en relación con los salientes 36, 37 situados en las superficies laterales 13', 14' de la contraplancha de hierro 11' y la estructura de rotor 12'.
Cada uno de los primeros elementos de montaje 32 de las placas 31 en dirección axial está firmemente unido al saliente 36 de las superficies laterales 14' de la plancha posterior 11', como se indica en las figuras 12 y 14. Se puede acceder a los medios de montaje del primer elemento de montaje 32 desde una dirección sustancialmente radial, como se indica en las figuras 12 y 14.
Cada uno de los segundos elementos de montaje 33 de las placas 31 en dirección axial está firmemente unido al saliente 37 de las superficies laterales 13' de la estructura de rotor 11', tal como se indica en las figuras 12 y 14. Los medios de montaje del segundo elemento de montaje 32 se pueden acceder desde una dirección sustancialmente tangencial como se indica en las figuras 12 y 14.
La figura 15 muestra el rotor 9' observado en dirección axial, en el que una primera placa 38 está posicionada de forma que se extiende sustancialmente en la misma dirección que la dirección de rotación 18 del rotor 9'. Una segunda placa 39 está posicionada de manera que se extiende sustancialmente en la dirección opuesta a la dirección de rotación 18 del rotor 9'. Las placas primera y segunda 38, 39 están desplazadas entre sí en dirección axial, tal como se muestra en la figura 14. Los segundos elementos de montaje 33 de las placas primera y segunda 38, 39 están además desplazados entre sí en dirección radial, tal como se muestra en las figuras 14 y 15.
Las placas primera y segunda adyacentes 38, 39, vistas en la dirección axial, forman un conjunto situado en la circunferencia de la estructura de rotor 12'. En este punto se muestran seis conjuntos de primeras y segundas placas 38, 39 a lo largo de la circunferencia de la estructura de rotor 12'. La primera placa 38 de este conjunto se coloca durante el montaje de manera que se cruce con una segunda placa 39 de un conjunto adyacente, como se muestra en la figura 15. Del mismo modo, la segunda placa 39 de este conjunto se coloca durante el montaje de modo que se cruza con una primera placa 38 de otro conjunto adyacente como se muestra en la figura 15.
La figura 16 muestra una primera realización de un método de montaje del rotor 9" de acuerdo con la invención. Inicialmente, se proporciona una estructura de rotor 12. Varios segundos elementos de montaje 33' se disponen en la superficie lateral 13 y se conectan firmemente a la estructura de rotor 12. Una serie de primeras y segundas placas 38', 39' se colocan entonces en relación con los segundos elementos de montaje 33' y se conectan firmemente a través de primeras conexiones de pasador (mostradas en la figura 18). Varios primeros elementos de montaje 32' se colocan en relación con las placas primera y segunda 38', 39' y se conectan firmemente mediante segundas conexiones de pasador (mostradas en la figura 18). La contraplancha de hierro 11 se alinea con respecto a la estructura de rotor 12 y se coloca en posición. A continuación, los primeros elementos de montaje 32' se conectan firmemente a la contraplancha de hierro 11.
Las bobinas del rotor se colocan en la contraplancha de hierro 11 antes o después de mover la contraplancha de hierro 11 a su posición.
La figura 17 muestra una segunda realización del método de montaje del rotor 9"'. En esta realización, los segundos elementos de montaje 33' se disponen en la superficie lateral 13 y se conectan firmemente a la estructura de rotor 12". A continuación, la contraplancha de hierro 11 se coloca en posición con respecto a la estructura de rotor 12. La primera y segunda placas 38', 39' están firmemente unidas a los respectivos primeros elementos de montaje 32' separados del rotor 9' como se muestra en la figura 17. Las placas primera y segunda 38', 39' con los primeros elementos de montaje 32' se disponen entonces en la superficie lateral 14 y se conectan firmemente a la plancha posterior 11 y a los segundos elementos de montaje 33' respectivamente. En este punto sólo se muestra una zona predeterminada de la plancha posterior 11 para recibir las placas primera y segunda 38', 39' con los primeros elementos de montaje 32'.
La figura 18 muestra una tercera realización del rotor 9" en la que los primero y segundo elementos de montaje 32', 33' difieren de los primero y segundo elementos de montaje 32, 33. En este punto sólo se muestra una vista en sección del rotor 9"'. En esta realización, los elementos de montaje 32', 33' tienen al menos dos elementos salientes 40 que se extienden radialmente hacia fuera desde una parte inferior. La parte inferior está configurada para el montaje y/o la unión a la contraplancha de hierro 11 o a la estructura de rotor 12. Cada uno de los elementos salientes 40 tiene un orificio pasante 41 que se extiende en dirección axial para recibir y sujetar un pasador desmontable 42.
Otro orificio pasante 41 está dispuesto en los extremos primero y segundo de las respectivas placas 38', 39'. Este orificio pasante 41 también se extiende en dirección axial y está configurado para recibir y sujetar el pasador 42. El pasador 42 está conectado a la primera y segunda placas 38' como se muestra en las figuras 16 y 17.
Uno o ambos de los elementos de montaje 32', 33' tienen opcionalmente un número de salientes 43 que se extienden en la dirección tangencial como se muestra en la figura 18. En este punto, los salientes 43 sólo se muestran en los primeros elementos de montaje 32'. Los salientes 43 están configurados para ser montados y/o adheridos a la contraplancha de hierro 11 o a la estructura de rotor 12 para una transferencia óptima de las cargas.
La figura 19 muestra una cuarta realización del rotor 9" ' en la que el elemento de soporte difiere de la placa 15 y la placa 31. En esta realización, los elementos de soporte tienen forma de vigas hechas de un material térmicamente aislante, por ejemplo, plásticos reforzados con fibra (FRP). Cada una de las vigas tiene un grosor constante a lo largo de su longitud.
Un primer elemento de soporte o viga 44 y un segundo elemento de soporte o viga 45 comprenden un número de miembros de placa o nudillos, por ejemplo, uno, dos o más, distribuidos a lo largo de la anchura de los respectivos extremos primero y segundo, como se indica en la figura 19. Cada miembro de placa o nudillo tiene un orificio de paso 41 para recibir y sujetar el pasador 42. El primer y el segundo elemento de montaje 32", 33"' pueden comprender además al menos un elemento saliente adicional, por ejemplo, un miembro de placa o un nudillo, para añadir soporte. El pasador 42 se extiende además a través de este elemento saliente adicional.
Claims (16)
1. Una turbina eólica (1) que comprende:
- una torre de turbina eólica (2),
- una góndola (4) dispuesta en la parte superior de la torre de turbina eólica (2),
- un buje giratorio (5) dispuesto en relación con la góndola (4), cuyo buje (5) está conectado al menos a dos palas de turbina eólica (6),
- un generador (7) conectado de forma giratoria al buje (5), en el que el generador (7) comprende un rotor (9) dispuesto de forma giratoria con respecto a un estator (8), el rotor (9) comprende una contraplancha de hierro (11) y una estructura de rotor (12), el rotor (9) comprende además al menos una unidad de postes (10) dispuesta con respecto a la contraplancha de hierro (11), El estator (8) comprende al menos una unidad de postes con al menos una bobina de estator, en la que la al menos una bobina de rotor está configurada para interactuar con la al menos una bobina de estator a través de un campo electromagnético cuando el rotor (9) gira con respecto al estator (8) en una dirección de rotación (18),
en donde el rotor (9) y el estator (8) se extienden en una dirección axial (X) definida por un eje de rotación central (C) del generador (7) y además en una dirección radial (Y) perpendicular a la dirección axial (X), el rotor (9) comprende dos extremos orientados en direcciones axiales opuestas (X) y además comprende al menos un elemento de soporte (15, 31) dispuesto entre la contraplancha de hierro (11) y la estructura de rotor (12), el al menos un elemento de soporte (15) tiene forma de placa y comprende un primer extremo (16) conectado a la contraplancha de hierro (11) y un segundo extremo (17) conectado a la estructura de rotor (12), la contraplancha de hierro (11) presenta una superficie lateral (14) orientada hacia la estructura de rotor (12) en dirección radial y la estructura de rotor (12) presenta una superficie lateral (13) correlativa orientada hacia la contraplancha de hierro (11) en la dirección radial donde el primer extremo (16) está conectado a la superficie lateral (14) y el segundo extremo (17) está conectado a la superficie lateral correspondiente (13), donde el al menos un elemento de soporte (15) está hecho de un material térmicamente aislante, y el al menos un elemento de soporte (15) se extiende continuamente entre los dos extremos axiales del rotor (9) y está orientado en relación con la dirección de rotación (18) del rotor (9) de manera que los extremos primero y segundo (16, 17) se extienden en paralelo a la dirección axial (X) del rotor (9) a lo largo de la superficie lateral (14) y la superficie lateral (13) correspondiente, y en el que el al menos un elemento de soporte (15) se extiende entre los extremos primero y segundo (16, 17) en una dirección angulada con un ángulo agudo con respecto a una dirección tangencial de las superficies laterales (13, 14) en la posición del primer y segundo extremos (16, 17).
2. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos un elemento en forma de viga (19, 20) está dispuesto en al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17), en el que el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) se extiende en la dirección axial.
3. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) están firmemente conectados por medios de montaje o medios de unión.
4. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) están firmemente conectados mediante una combinación de medios de montaje y medios de unión.
5. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) forma parte del al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17).
6. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) comprende al menos un elemento de descarga, por ejemplo, una ranura de descarga, configurado para reducir las tensiones en el al menos un elemento en forma de viga (19, 20).
7. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6 en el que uno de los al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) tiene un extremo en forma de cuña orientado hacia el otro de los al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20), en el que el otro de los al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) tiene un extremo correspondiente conformado para recibir el extremo en forma de cuña.
8. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que el al menos un elemento de soporte (15) incluye al menos un elemento de refuerzo que se extiende entre el primer extremo (16) y el segundo extremo (17).
9. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que el al menos un elemento de soporte (15) está hecho de un material reforzado con fibras, por ejemplo, plásticos reforzados con fibras.
10. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que el al menos un elemento de soporte (15) está formado por una primera capa intercalada entre al menos dos segundas capas, en el que una de la primera capa y la al menos segunda capa tiene una mayor resistencia estructural que la otra capa.
11. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el que el al menos un elemento de soporte (15) tiene un espesor comprendido entre 10 milímetros y 50 milímetros medido en una parte central situada entre los extremos primero y segundo (16, 17) o en uno de estos extremos primero y segundo (16, 17).
12. Un método de montaje de un generador de un turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el método comprende los pasos de:
- proporcionar un rotor (9) de un generador (7), en el que el rotor (9) comprende al menos una estructura de rotor (12), - disponer una contraplancha de hierro (11) del rotor (9) en relación con la estructura de rotor (12),
- colocar al menos un elemento de soporte (15) en relación con la estructura de rotor (12) y la contraplancha de hierro (11), teniendo el al menos un elemento de soporte (15) forma de placa,
- montar un primer extremo (16) de el al menos un elemento de soporte (15) en la contraplancha de hierro (11), y montar además un segundo extremo (17) de el al menos un elemento de soporte (15) en la estructura de rotor (12), en el que el al menos un elemento de soporte (15) está hecho de un material térmicamente aislante y se extiende continuamente entre los dos extremos axiales del rotor (9) en la dirección axial (X), el al menos un elemento de soporte (15) está dispuesto además entre una superficie lateral (14) de la contraplancha de hierro (11) y una superficie lateral correspondiente (13) de la estructura de rotor (12) en la dirección radial (Y), y orientado además en relación con la dirección de rotación (18) del rotor (9) de manera que los extremos primero y segundo (16, 17) se extienden en paralelo a la dirección axial (X) del rotor (9) a lo largo de la superficie lateral (14) y la correspondiente cara lateral (13), y en el que el al menos un elemento de soporte (15) se extiende entre los extremos primero y segundo (16, 17) en una dirección angulada con un ángulo agudo con respecto a una dirección tangencial de las superficies laterales (13, 14) en la posición del primer y segundo extremos (16, 17).
13. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer o segundo extremo (16, 17) se monta en la contraplancha de hierro (11) o en la estructura de rotor (12) antes de disponer la contraplancha de hierro (11) con respecto a la estructura de rotor (12).
14. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en el que el método comprende además el paso de:
- disponer al menos un elemento en forma de viga (19, 20) en al menos una de la superficie lateral (14) y la superficie lateral correspondiente (13), y posicionando al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) en relación con el al menos un elemento en forma de viga (19, 20).
15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) y el al menos uno del primer y segundo extremos (16, 17) están firmemente conectados mediante el uso de medios de montaje o medios de unión o una combinación de los mismos.
16. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 15, en el que al menos uno de los al menos un elemento de soporte (15) y el al menos un elemento en forma de viga (19, 20) se fabrican por pultrusión o extrusión.
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