ES2969906T3 - Tratamiento de un tren de accionamiento de turbina eólica - Google Patents

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Abstract

Se describe un método para tratar un sistema de rodamientos (3) comprendido en un tren de transmisión (5) de una turbina eólica durante su almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de transmisión (5) un rotor (13) acoplado a un generador (11), comprendiendo el método: controlar el generador (11) para entregar un par motor que haga que el rotor (13) gire alrededor de al menos una revolución, en particular más de 100 o más de 1000 revoluciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Tratamiento de un tren de accionamiento de turbina eólica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método y a una disposición de tratamiento de un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de accionamiento un rotor acoplado a un generador. Además, la presente invención se refiere a un método para almacenar y/o transportar una disposición de turbina eólica que comprende un tren de accionamiento con un rotor, un generador acoplado al rotor, un sistema de cojinetes que soporta de manera giratoria al menos un componente del tren de accionamiento y un sistema de convertidor auxiliar.
Antecedentes de la técnica
El documento WO 2004/083630 A2 describe un método para mover los medios giratorios de una turbina eólica durante el transporte o la parada. Un dispositivo auxiliar está conectado a los medios giratorios de la turbina eólica. El dispositivo auxiliar transfiere energía a dichos uno o más ejes de los medios giratorios durante el transporte y mueve de este modo uno o más ejes de los medios giratorios. El dispositivo auxiliar se controla con señales de salida de un sistema de control y monitorización para mover los medios giratorios de la turbina eólica durante el transporte o la parada.
Una turbina eólica comprende un número de partes móviles que deben soportarse de manera giratoria por uno o más cojinetes. En particular, un tren de accionamiento de la turbina eólica comprende un rotor en el que se conectan varias palas de rotor y cuyo rotor está acoplado al generador eléctrico. El rotor, por ejemplo, puede estar soportado de forma giratoria por un cojinete principal del rotor, por ejemplo, entre el buje en el que se conectan las palas y el generador. En general, el tren de accionamiento puede comprender un número de porciones de cojinete. Por lo tanto, un sistema de cojinetes puede comprender varias porciones de cojinete que soportan varios componentes del tren de accionamiento. El tren de accionamiento puede comprender o no una caja de engranajes que está conectada a un rotor (por ejemplo, primario) y que está en una sección de salida conectada a otro rotor (por ejemplo, secundario) que puede acoplarse al generador.
Una vez que una turbina eólica está montada, o parcialmente ensamblada, los cojinetes que son parte del tren de accionamiento están bajo una carga que coloca presión sobre los puntos de contacto dentro de los cojinetes. La carga tiene múltiples fuentes que pueden incluir el peso de los componentes soportados, así como las restricciones geométricas en el ensamblaje a medida que múltiples componentes se sujetan entre sí. Los puntos de contacto pueden estar entre los elementos del cojinete que pueden incluir rodillos y pistas de rodadura en un diseño o bolas de cojinete de rodillos y pistas de carreras en un diseño de cojinete de bolas. Pueden existir otros tipos de puntos de contacto dentro de los cojinetes. Generalmente, la presión entre estos puntos aumenta una vez que los cojinetes son parte de un conjunto en comparación con cuando no están montados.
Debido a esta presión entre los puntos de contacto, los cojinetes están en riesgo de sufrir daños durante el transporte y almacenamiento debido a vibraciones pequeñas que se infligan sobre los cojinetes debido al entorno (movimiento del viento y la tierra) o debido a la actividad del transporte.
Cuando se producen pequeñas vibraciones, los puntos de contacto dentro de los cojinetes migran a través de la capa delgada de lubricante (grasa) que separa las superficies metálicas. A continuación, estas vibraciones pueden conducir al daño denominado “ falsa deformación” que puede ser causado por el movimiento oscilante relativo de las superficies metálicas cuando están bajo presión de contacto. Otro término común para este tipo de daño es “ marcas de estancamiento” . Este tipo de daño puede reducir significativamente la vida útil del cojinete. Como resultado, el cojinete debe reemplazarse antes de que la vida útil de la turbina eólica se complete agregando costes operativos significativos a un operador de turbina eólica. Este problema surge en turbinas eólicas con múltiples cojinetes o solo un único cojinete generador (por ejemplo, cojinete principal del rotor). Además, en turbinas eólicas equipadas con una caja de engranajes, puede producirse un modo de daño similar entre los puntos de contacto en los dientes de engranaje. De nuevo, las marcas de estancamiento pueden evolucionar y pueden conducir a componentes defectuosos debido a las mismas vibraciones experimentadas durante el almacenamiento y el transporte.
El documento EP 2 909 472 B1 describe el uso de pistones hidráulicos para hacer uso de cojinetes y otros componentes de tren de accionamiento. Un impacto negativo para grandes cojinetes o cajas de engranajes que se montan con su eje giratorio horizontalmente es que el movimiento hacia adelante y hacia atrás puede hacer que la grasa y el aceite se asienten en áreas bajas debido a la gravedad. Esto puede eliminar el lubricante de las partes superiores de los componentes y puede conducir a la corrosión y otros tipos de daños.
Otros sistemas de la técnica anterior utilizan rodillos alimentados por motores eléctricos que giran el generador u otra parte de la turbina eólica. Una desventaja es que los rodillos pueden dañar la superficie del generador. Además, el sistema es costoso debido a múltiples partes móviles y motores.
Otros sistemas emplean múltiples motores y rodillos/engranajes para hacer girar el generador de accionamiento directo pesado.
El documento US 2008/0181761 A1 describe métodos y sistemas para hacer girar componentes giratorios dentro de máquinas rotativas, en donde se proporciona un conjunto de engranaje giratorio.
Sin embargo, se ha observado que los sistemas y métodos convencionales tienen varios inconvenientes.
Por lo tanto, puede haber una necesidad de un método y una disposición para tratar un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, en donde el método y la disposición se simplifican en comparación con los métodos y sistemas convencionales y asegura una operación fiable y segura.
Resumen de la invención
Esta necesidad puede ser satisfecha por el objeto según las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
Según una realización de la presente invención, se proporciona un método para tratar un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de accionamiento un rotor acoplado a un generador, comprendiendo el método: controlar el generador (por ejemplo, para operar como un motor) para entregar un par de accionamiento que hace que el rotor gire aproximadamente al menos media o al menos una revolución, en particular más de 100, o más de 1000 revoluciones.
El tren de accionamiento de turbina eólica puede comprender partes del buje en las que pueden conectarse varias palas de rotor, puede comprender el rotor que está conectado al buje, puede comprender el generador y opcionalmente también una caja de engranajes instalada entre el buje y el generador. Además, el tren de accionamiento comprende el sistema de cojinetes. El sistema de cojinetes está adaptado para soportar componentes del tren de accionamiento de turbina eólica, en particular para soportar de forma giratoria los componentes del tren de accionamiento con respecto a los componentes estáticos. El sistema de cojinetes puede comprender, por ejemplo, un cojinete principal del rotor, es decir, un cojinete que soporta de forma giratoria el rotor que está conectado al buje y al generador. El cojinete principal del rotor puede estar dispuesto, por ejemplo, entre el buje y el generador. En caso de que el tren de accionamiento comprenda una caja de engranajes, un rotor primario que está conectado al buje debe estar soportado por una parte de cojinete, así como un rotor secundario conectado a una sección de salida de la caja de engranajes (y al generador) debe estar soportado de forma giratoria por una parte de cojinete. Además, la propia caja de engranajes puede comprender varias partes de cojinete de caja de engranajes y también ruedas de engranaje que comprenden lubricante. Además, el sistema de cojinetes puede comprender un cojinete generador, por lo tanto un cojinete que soporta de manera giratoria un rotor generador con respecto a un estator generador. Un cojinete generador individual puede estar presente en particular si el tren de accionamiento de turbina eólica comprende una caja de engranajes. En caso de una turbina eólica de accionamiento directo (en la que no hay ninguna caja de engranajes presente), el cojinete del generador puede corresponder al cojinete principal del rotor. Otras configuraciones pueden ser posibles. El sistema de cojinetes puede comprender una o más porciones de cojinete adicionales.
El sistema de cojinetes puede comprender todas las porciones de cojinete que soportan de forma giratoria los componentes que giran debido a la rotación del rotor principal. El sistema de cojinetes puede, durante el almacenamiento y/o transporte, estar en riesgo de dañarse cuando se mantiene parado durante un largo período de tiempo.
El generador puede controlarse para entregar el par de accionamiento al suministrar al generador señales de accionamiento adecuadas o una corriente de accionamiento (potencia). De este modo, el generador funciona como un motor, consumiendo así energía eléctrica y generando energía mecánica, en particular energía rotacional. Dado que el rotor es parte del tren de accionamiento, todo el tren de accionamiento será accionado girando el generador, accionando así también el sistema de cojinetes.
Cuando el generador hace que el rotor gire aproximadamente al menos media o al menos una revolución, el lubricante o grasa dentro de las porciones de cojinete del sistema de cojinetes puede distribuirse a través de superficies funcionales comprendidas dentro de las porciones de cojinete, para reducir el daño que de otro modo ocurriría durante la parada.
Aparte del generador (por ejemplo, el principal de la turbina eólica), es posible que no se necesite ningún otro accionador para llevar a cabo el método, simplificando así el método. Simplemente, el generador debe controlarse adecuadamente o proporcionarse con señales de accionamiento. No se requieren instalaciones mecánicas de equipos auxiliares adicionales, simplificando así el método y una disposición correspondiente y reduciendo los costes.
Cuando se hace que el rotor gire aproximadamente varias revoluciones, tal como más de 100 o más de 1000 revoluciones, la distribución de la grasa y el lubricante puede volverse aún más uniforme y también la carga experimentada durante un período de tiempo en diferentes puntos de contacto dentro de las porciones de cojinete puede volverse sustancialmente igual, equilibrando así también las cargas en las porciones de cojinete.
Según una realización de la presente invención, al rotar el rotor, al menos un rodillo y/o bola se mueve con respecto a una pista de rodadura de al menos un componente del sistema de cojinetes, y/o en donde el par de accionamiento generado por el generador de forma continua y/o de manera gradual y/o hacia delante y hacia atrás hace girar el rotor durante al menos un 20 %, en particular, entre un 50 % y un 100 %, del tiempo de transporte y/o tiempo de almacenamiento.
Cada porción de cojinete del sistema de cojinetes puede comprender al menos una pista de rodadura con respecto a la cual se mueve al menos un rodillo o al menos una bola cuando la pista de rodadura gira con respecto a otra pista de rodadura, en donde entre la pista de rodadura y la otra pista de rodadura, puede disponerse el al menos un rodillo o la al menos una bola. Al girar el rodillo o la bola con respecto a la pista de rodadura, la carga en el componente respectivo del sistema de cojinetes puede distribuirse igualmente y/o el lubricante o grasa puede distribuirse uniformemente a lo largo de la pista de rodadura. Cuando el rotor gira durante una fracción relativamente larga del tiempo de transporte o el tiempo de almacenamiento, la probabilidad de que se produzcan marcas de estancamiento se reduce porque es más probable que haya una película de lubricante entre las superficies de contacto.
La rotación se puede realizar de forma continua (sin parada) de manera gradual (incluyendo períodos de tiempo de movimiento y parada) y/o hacia adelante y hacia atrás dependiendo de la aplicación particular. La rotación gradual puede reducir la energía requerida para la rotación.
La rotación puede ser relativamente lenta, en particular, a una velocidad de rotación predeterminada, en particular entre 0,1 rpm y 5 rpm, además en particular entre 1 rpm y 2 rpm. De este modo, puede lograrse un equilibrio eficaz de las cargas y distribución de lubricante en diferentes puntos de contacto dentro del componente del sistema de cojinetes, así como también puede garantizarse una operación segura, mientras que la necesidad de energía puede ser relativamente pequeña.
Una corriente de alimentación de accionamiento puede suministrarse al generador desde un sistema convertidor auxiliar. Mientras se realiza el método, el generador puede desacoplarse, en particular, desconectarse eléctricamente, de cualquier otro circuito al que está conectado durante el funcionamiento normal para producir energía eléctrica a partir de energía eólica. El sistema convertidor auxiliar puede suministrar exclusivamente la corriente de alimentación de accionamiento al generador cuando el generador junto con el tren de accionamiento (por ejemplo, comprendido en una góndola) se almacena o transporta. El sistema convertidor auxiliar puede ser un sistema relativamente pequeño y económico que tiene un peso relativamente pequeño. El sistema convertidor auxiliar puede actuar como un sistema controlador de motor, como se conoce en la técnica convencional. Al suministrar la corriente de alimentación de accionamiento al generador, el generador puede funcionar como un motor para generar el par de accionamiento. Durante el funcionamiento normal mientras se genera energía eléctrica, el generador puede funcionar en un modo generador, convirtiendo energía rotacional (del buje y rotor) en energía eléctrica.
Según una realización de la presente invención, el sistema convertidor auxiliar comprende un convertidor de frecuencia auxiliar que se alimenta mediante una fuente de alimentación externa, en particular, una fuente de alimentación del sistema de transporte, además en particular una fuente de alimentación de embarcación, en donde en particular una corriente de alimentación de CA trifásica que tiene una frecuencia predeterminada, además en particular 50 Hz o 60 Hz, se suministra al convertidor de frecuencia auxiliar.
La fuente de alimentación externa puede comprender, por ejemplo, una batería, un acumulador o un motor de combustión diésel acoplado con un generador de alimentación eléctrica, por ejemplo. La fuente de alimentación externa puede, por ejemplo, entregar 3 x 400 V, por ejemplo, de un sistema de suministro de energía de embarcación. En otras realizaciones, la fuente de alimentación externa puede proporcionar fases menos o más eléctricas a una tensión más pequeña o mayor. El convertidor de frecuencia auxiliar puede configurarse para convertir la frecuencia de la fuente de alimentación externa a una frecuencia deseada a la que se desea operar el generador. De este modo, la velocidad de rotación a la que se opera el generador puede elegirse a demanda.
Según una realización de la presente invención, el convertidor de frecuencia auxiliar comprende interruptores controlables conectados entre terminales de CC en una sección de entrada y comprende interruptores controlables adicionales conectados entre terminales de CC en una sección de salida, en donde los estados de conductancia de los interruptores controlables y los interruptores controlables adicionales son controlados por un controlador de convertidor auxiliar que suministra señales de control, en particular señales de modulación de ancho de pulso, a puertas de los interruptores controlables y los interruptores controlables adicionales.
Los interruptores controlables pueden comprender, por ejemplo, transistores respectivos, tales como IGBT. El controlador del convertidor auxiliar puede generar las señales de modulación de ancho de pulso para lograr una frecuencia y potencia particulares y voltaje en los terminales de salida del convertidor de frecuencia auxiliar cuyos terminales están conectados al generador.
Según una realización de la presente invención, el sistema convertidor auxiliar es diferente de (y, por ejemplo, adicional a) un convertidor de turbina eólica o comprende al menos un convertidor de turbina eólica conectable al generador y usado durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, para convertir una corriente de alimentación de frecuencia variable, generada por el generador debido al impacto por viento en la pala de rotor conectada al rotor, a una corriente de alimentación de frecuencia sustancialmente fija para ser entregada a una red de servicio público, en particular a través de uno de más transformadores, en donde el sistema de convertidor auxiliar tiene una capacidad de entre el 1 % y el 20 % de la capacidad de cada convertidor de turbina eólica.
Típicamente, el convertidor de turbina eólica tiene una capacidad o potencia nominal relativamente grande, ya que está diseñado para proporcionar en su terminal de salida una corriente de alta potencia para ser entregada a una red de servicios públicos. En comparación con esta capacidad o clasificación relativamente alta, la capacidad del sistema convertidor auxiliar puede ser relativamente pequeña, ya que solo está destinado a provocar una rotación relativamente pequeña del generador durante el transporte y/o almacenamiento sin requerir una potencia o energía extensa. Por lo tanto, puede ser ventajoso proporcionar un sistema convertidor auxiliar adicional y diferente del al menos un convertidor de turbina eólica.
En otras realizaciones, sin embargo, el convertidor de turbina eólica (ya existente) puede utilizarse para accionar también el generador para operar en el modo de motor para hacer girar el generador, moviendo así partes del tren de accionamiento para tratar apropiadamente el sistema de cojinetes. En esta realización, es posible que solo se requiera hardware convencional de una turbina eólica convencional. Puede que solo sea necesario controlar adecuadamente el convertidor de turbina eólica mediante un algoritmo de control respectivo, tal como un programa de control.
Según una realización de la presente invención, el sistema de cojinetes comprende al menos uno de: un cojinete principal de rotor primario y/o secundario; un cojinete de caja de engranajes; un cojinete generador. El sistema de cojinetes puede comprender más porciones. De este modo, todos los tipos de partes móviles del sistema de cojinetes pueden tratarse ventajosamente durante el transporte y/o almacenamiento, para aumentar la vida útil del sistema de cojinetes.
Según una realización de la presente invención, el método se realiza durante el transporte de una góndola cargada en un bastidor de transporte, comprendiendo la góndola el generador, el rotor, el tren de accionamiento y el sistema de cojinetes, estando el sistema convertidor auxiliar en particular dispuesto en o en la góndola o en el bastidor de transporte.
La góndola puede comprender, al lado del sistema convertidor auxiliar, todos los componentes necesarios para realizar el método. En otras realizaciones, solo un generador puede almacenarse o transportarse, en donde también el generador puede comprender el cojinete de generador y es parte del tren de accionamiento. Por lo tanto, las partes muy complejas y costosas de la turbina eólica pueden almacenarse y transportarse, teniendo cuidado a la vez del sistema de cojinetes.
Según una realización de la presente invención, la góndola comprende, además: al menos un convertidor de turbina eólica, en particular múltiples convertidores de turbina eólica en caso de un generador de conjunto de bobinado múltiple, cada uno de los convertidores de turbina eólica conectable al generador.
El convertidor de turbina eólica o los convertidores de turbina eólica pueden configurarse para convertir una corriente de alimentación de frecuencia variable emitida por el generador durante el funcionamiento normal de la producción de energía a una corriente de alimentación de frecuencia sustancialmente fija (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) para ser suministrada a una red de servicios públicos.
Según una realización de la presente invención, cada uno de los convertidores de turbina eólica se puede conectar al generador a través de un disyuntor generador respectivo (por ejemplo, un interruptor), en donde durante el método se abren los disyuntores de generador (en particular todos).
Durante la realización del método, los disyuntores de generador están abiertos de manera que el generador acoplado al sistema convertidor auxiliar se desacopla y desconecta de todos los demás circuitos a los que el generador está conectado durante el funcionamiento normal mientras produce energía eléctrica. De este modo, este circuito adicional no está dañado (y/o no interfiere) durante el transporte y/o almacenamiento y durante la realización del método.
Según una realización de la presente invención, el generador es un único generador de conjuntos de bobinado o un generador de múltiples conjuntos de bobinado, en donde en el caso de un generador de conjuntos de bobinado múltiple, el sistema convertidor auxiliar está conectado solo a un conjunto de bobinado del generador. Cuando el sistema convertidor auxiliar se conecta a solo un conjunto de bobinado del generador, la complejidad del método y la disposición respectiva se pueden reducir, mientras que el sistema de cojinetes se cuida de una manera fiable.
Según una realización de la presente invención, el generador es un generador síncrono de imán permanente, que tiene en particular un rotor externo con múltiples imanes permanentes, o es un generador de inducción. De este modo, pueden soportarse múltiples tipos de generadores.
Según una realización de la presente invención, se proporciona un método para almacenar y/o transportar una disposición de turbina eólica que comprende un tren de accionamiento con un rotor, un generador acoplado al rotor, un sistema de cojinete que soporta de forma giratoria al menos un componente del tren de accionamiento, y un sistema convertidor auxiliar, que comprende realizar un método según una de las realizaciones anteriores. De este modo, la disposición de turbina eólica puede almacenarse o/y transportarse de forma segura, reduciendo de este modo el riesgo de daño del sistema de cojinetes.
Debe entenderse que las características, individualmente o en cualquier combinación, descrita o explicadas con respecto a un método de tratamiento de un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte también son aplicables, individualmente o en cualquier combinación, a una disposición para tratar un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte según realizaciones de la presente invención y viceversa.
Según una realización de la presente invención, se proporciona una disposición para tratar un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de accionamiento un rotor acoplado a un generador, comprendiendo la disposición: un sistema de accionamiento, en particular un sistema convertidor auxiliar, conectado para controlar el generador, en particular para operar como un motor, para entregar un par de accionamiento que hace que el rotor (por ejemplo, lentamente y/o por ejemplo continuamente) gire durante/aproximadamente al menos media o al menos una revolución, comprendiendo la disposición en particular una góndola, comprendiendo el sistema de accionamiento en particular un sistema convertidor auxiliar.
Además, se proporciona una turbina eólica que incluye toda la disposición.
Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se infieren de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación en la memoria haciendo referencia a ejemplos de realización, no estando la invención limitada a los mismos.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 ilustra esquemáticamente una disposición para tratar un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte según una realización de la presente invención;
La figura 2 ilustra esquemáticamente una góndola durante el almacenamiento o transporte en la que un método de tratamiento de un sistema de cojinetes comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica se realiza según una realización de la presente invención;
La figura 3 ilustra de manera esquemática un sistema convertidor auxiliar que puede emplearse en métodos o disposiciones según las realizaciones de la presente invención; y
La figura 4 ilustra un gráfico para seleccionar una velocidad de rotación que se aplicará para la rotación del rotor durante el almacenamiento y/o transporte según una realización de la presente invención.
Descripción detallada
Las realizaciones de la presente invención protegen las porciones de cojinete de un sistema de cojinete y otras partes del tren de accionamiento mediante el uso del propio generador de la turbina eólica para girar. Durante el almacenamiento o transporte, la potencia se suministra al generador para que actúe como un motor. Esta potencia se usa para hacer girar el tren de accionamiento lentamente y, por ejemplo, de forma continua para asegurar que la película de lubricación esté siempre presente entre las superficies de contacto dentro del cojinete o entre los dientes de una caja de engranajes. La potencia puede entregarse a través de un convertidor de frecuencia al generador de imanes permanentes síncronos. El convertidor de frecuencia puede controlar la frecuencia de la potencia entregada para garantizar una rotación lenta y continua. En particular, se puede usar un convertidor de frecuencia independiente que se conecta directamente a la conexión eléctrica del generador. Los disyuntores eléctricos pueden evitar que cualquiera de la tensión o corriente eléctrica se suministre a otras partes de la turbina eólica.
Durante el almacenamiento o transporte, es posible que las partes del sistema eléctrico de la turbina eólica no se completen ni se pongan en servicio. Por lo tanto, puede ser necesario en esta configuración asegurarse de que la potencia solo se suministre al generador. Esta interfaz entre el convertidor de frecuencia y el generador puede ser temporal o una parte permanente del diseño de turbina eólica.
La herramienta giratoria puede usarse de forma opcional o continua o de forma gradual desde el momento en que el tren de accionamiento se monta hasta que tenga lugar la instalación, incluyendo el transporte por carretera y/o mar. Esto puede asegurar que siempre esté presente una película de lubricación y reducirá significativamente el desarrollo de marcas de estancamiento en los cojinetes y otras partes del tren de accionamiento.
Al usar el generador de la turbina eólica para girar los cojinetes y otras partes del tren de accionamiento, no es necesario una herramienta mecánica o una interfaz con la parte giratoria del tren de accionamiento. Esto puede reducir el coste de producir la turbina eólica, ya que no es necesario diseñar una interfaz (tal como posiciones de montaje para una herramienta de rotación o dientes de engranaje en partes giratorias).
Además, el coste de las unidades de frecuencia ha disminuido significativamente en los últimos 20 años, lo que les permite comprarse a un bajo coste para esta aplicación. Mediante el uso de un convertidor de frecuencia, la frecuencia de salida puede controlarse y, por lo tanto, la velocidad de rotación del generador puede ajustarse según sea necesario. Por lo tanto, se puede ajustar una velocidad de rotación lenta y energéticamente eficiente y segura. Debido a que el sistema también consiste en un convertidor de frecuencia, es muy sencillo de mantener, basta con reemplazar una unidad por otra.
Para una solución mecánica convencional hay múltiples partes móviles que pueden desgastarse o fallar. Esta solución convencional puede requerir mantenimiento. Debido a que el mantenimiento no siempre puede tener lugar cuando sea necesario, el resultado puede ser que los cojinetes u otras partes del tren de accionamiento puedan sufrir daños. El coste de reemplazar un cojinete generador de accionamiento directo dañado en alta mar es extraordinariamente caro.
Las realizaciones de la presente invención son aplicables para turbinas eólicas de tren de accionamiento directo, pero también para turbinas eólicas que usan un diseño de generador o configuración de tren de accionamiento diferente (por ejemplo, una máquina inductiva con una caja de engranajes). La herramienta giratoria funcionaría de la misma manera y se conectaría directamente al generador y se alimentaría externamente. El sistema convertidor auxiliar puede ser alimentado por un suministro externo o podría usar baterías para proporcionar energía al convertidor de frecuencia.
Los métodos convencionales pueden haber usado el generador para el “ posicionamiento del rotor” , para lograr una posición objetivo del rotor de la turbina eólica. Sin embargo, estos métodos y disposiciones son diferentes de las realizaciones de la presente invención, ya que el propósito y el uso del generador no es en este caso posicionar la parte giratoria de la turbina en un ángulo particular, sino en particular para la rotación continua con el fin de proteger el cojinete durante el transporte y almacenamiento. En particular, al menos media o al menos una revolución se gira para asegurar una distribución igual de lubricante dentro de los componentes de cojinete.
La disposición 1 ilustrada en la figura 1 para tratar un sistema de cojinetes 3 comprendido en un tren de accionamiento de turbina eólica 5 durante el almacenamiento y/o transporte según una realización de la presente invención comprende un sistema de accionamiento 7, en particular, un sistema de convertidor auxiliar 9, conectado para controlar el generador 11, en particular para funcionar como un motor, para entregar un par de accionamiento que hace que el rotor 13 gire aproximadamente al menos media revolución. De este modo, el rotor 13 está soportado de manera giratoria por el sistema de cojinetes 3, que comprende en particular un cojinete 4 principal del rotor. El rotor 13 está conectado mecánicamente al buje 15 en el que se conectan varias palas 17 de rotor.
El generador 11 está configurado en la realización ilustrada como un generador de dos conjuntos de bobinado que tiene conjuntos de bobinado independientes 19 y 21 (en particular trifásicos) que conducen a, a través de disyuntores de circuito generador 23, 25, convertidores de turbina eólica respectivos 27, 29 que están configurados como convertidores CA-CC-CA. Las corrientes de alimentación de salida de los convertidores de turbina eólica 27, 29 se suministran, respectivamente, a los reactores 31, 33 seguido de filtros armónicos 35, 37, en donde la resistencia de carga 39, 41 se conecta en paralelo. Además, varios disyuntores, tales como los disyuntores de circuito principal 43, 45, los respectivos disyuntores de circuito auxiliar 47, 49 permiten la interrupción de las respectivas corrientes de alimentación.
Además, las corrientes de alimentación de salida se transforman a una tensión más alta usando transformadores de convertidor 51, 53 respectivos y adicionalmente un transformador de turbina eólica 55. La corriente de alimentación de salida se suministra a una red de servicios públicos 57, en particular a través de un punto de acoplamiento común y uno o más transformadores de parque eólico adicionales. Además, una entrada 59 del generador de diésel, así como una entrada 61 del controlador de motor auxiliar, permiten suministrar energía externa a la turbina eólica 1.
En particular, la disposición 1 está configurada como una turbina eólica. A diferencia de una turbina eólica o góndola o generador convencional, la disposición 1 comprende el sistema de accionamiento 7 que está configurado para controlar el generador 11 para entregar un par que provoca que el rotor 13 gire durante al menos media revolución. De este modo, el sistema de accionamiento 7 está configurado como un sistema de convertidor auxiliar 9 que emite una corriente de alimentación de CA trifásica 63 que hace que el generador 11 actúe como un motor que gira a una velocidad de rotación predeterminada. El sistema de convertidor auxiliar 9 es alimentado por la fuente de alimentación externa 65 que suministra una corriente de alimentación de CA trifásica 67, por ejemplo, a una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz.
El sistema de convertidor auxiliar 9 comprende un controlador de convertidor auxiliar 14 que suministra señales de control a los interruptores controlables no ilustrados para controlar sus estados de conductancia.
Como se puede ver en la figura 1, el convertidor de frecuencia auxiliar 9 es diferente y adicional a los convertidores de frecuencia 27 y 29 (turbina eólica). El sistema de cojinetes 3 comprende en la realización ilustrada un cojinete principal de rotor 4 que soporta de forma giratoria el rotor principal 13 en el que se conectan el buje 15 y las palas de rotor 17. En otras realizaciones, puede haber una caja de engranajes conectada entre el buje 15 y el generador, en donde la caja de engranajes puede incluir componentes adicionales del sistema de cojinetes que también se giran girando el eje 13 conectado al generador 11 según las realizaciones de la presente invención.
La figura 2 ilustra esquemáticamente una góndola 101 como un ejemplo de la disposición 1 ilustrada en la figura 1 durante el transporte. La góndola 101 se carga en una estructura de transporte 102, mientras que se realiza un método según una realización. De este modo, la góndola puede comprender, por ejemplo, todos los elementos ilustrados en la figura 1, excepto el transformador de turbina eólica 55 y la red de servicio público 57 y, en algunas realizaciones, excepto el sistema de accionamiento 7. Además, la góndola no comprende las palas de rotor 17 ilustradas en la figura 1. El sistema de accionamiento 7 puede colocarse en otra zona de carga de la estructura de transporte 102 o puede, en otras realizaciones, colocarse dentro de la góndola 101.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema de accionamiento 7 configurado como un convertidor de frecuencia 9 que puede utilizarse en la disposición 1 ilustrada en la figura 1. El sistema de accionamiento 7 comprende un cable de suministro 8 para suministrar energía, por ejemplo, desde un suministro de energía externo. Además, el sistema de accionamiento 7 comprende un cable de salida 10 configurado para emitir una corriente de alimentación de CA que tiene una frecuencia deseada o predeterminada y para conectarse a través de la interfaz de conexión 64 que conduce al generador 11 (véase, por ejemplo, la figura 1).
El sistema de accionamiento puede configurarse de manera simple teniendo únicamente un interruptor de apagadoencendido^ que permite activar el sistema de accionamiento o apagar el sistema de accionamiento. Durante el transporte y/o el almacenamiento de una parte de turbina eólica que comprende un cojinete acoplado directa o indirectamente al rotor, el sistema de accionamiento puede encenderse.
La figura 4 ilustra un gráfico 18 en un sistema de coordenadas que tiene una abscisa 14 que indica la velocidad de rotación w en unidades de rpm y que tiene una ordenada 16 que indica el par T requerido para lograr la velocidad de rotación respectiva. A una velocidad de rotación w a aproximadamente 2 rpm, el par T requerido para hacer girar el generador es más pequeño. Por motivos de seguridad, todavía se elige una velocidad de rotación más pequeña de aproximadamente 1 rpm para girar el rotor usando el generador 11 durante el transporte y/o almacenamiento. La velocidad de rotación predeterminada puede determinarse basándose en la aplicación particular y la necesidad.
El sistema de accionamiento, en particular el convertidor de frecuencia 7, 9, puede colocarse en una ubicación fácilmente accesible dentro de la góndola o en o sobre la estructura de transporte 102. El convertidor de frecuencia 9 puede ser alimentado por la fuente de alimentación externa 65 que puede, por ejemplo, suministrar 3 x 400 V desde un sistema de suministro de embarcación. El convertidor de frecuencia 9 está conectado a los terminales 20 de un conjunto de bobinado 19 del generador 11 a través de una interfaz de conexión rápida 64 en un lado del disyuntor 23 del circuito de generador. Cuando se activa usando el interruptor 12, por ejemplo, el convertidor 7 de frecuencia suministra una potencia de CA de baja frecuencia suficiente para girar el generador lentamente y constantemente por ejemplo a 1 rpm. En otras realizaciones, el sistema de accionamiento o convertidor de frecuencia 7 puede incluir un botón de parada de emergencia y un botón o rueda de selección de velocidad.
Cabe señalar que el término “ que comprende” no excluye otros elementos o etapas y los artículos “ un” o “ una” no excluyen una pluralidad. También pueden combinarse elementos descritos asociados a distintas realizaciones. También hay que señalar que los signos de referencia de las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las mismas.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Método para tratar un sistema de cojinetes (3) comprendido en un tren de accionamiento (5) de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de accionamiento (5) un rotor (13) acoplado a un generador (11), comprendiendo el método:
    controlar el generador (11) para entregar un par de accionamiento que provoca que el rotor (13) gire aproximadamente al menos media revolución o al menos una revolución, en particular, más de 100, o más de 1000 revoluciones,
    en donde controlar el generador comprende:
    suministrar una corriente de alimentación de accionamiento (63) desde un sistema de convertidor auxiliar (7, 9) al generador (11).
  2. 2. Método según la reivindicación anterior,
    en donde al girar el rotor (13) al menos un rodillo y/o bola se mueve con respecto a una pista de rodadura de al menos un componente del sistema de cojinetes (3), y/o
    en donde el par de accionamiento generado por el generador de manera continua y/o gradual y/o hacia adelante y hacia atrás hace girar el rotor durante al menos el 20 %, en particular, entre el 50 % y el 100 %, del tiempo de transporte y/o el tiempo de almacenamiento.
  3. 3. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el par de accionamiento generado por el generador gira el rotor (13) con una velocidad de rotación predeterminada, en particular, entre 0,1 rpm y 5 rpm, además, en particular, entre 1 rpm y 2 rpm.
  4. 4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema convertidor auxiliar (7) comprende un convertidor de frecuencia auxiliar (9) que está alimentado por una fuente de alimentación externa (65), en particular, una fuente de alimentación del sistema de transporte, más en particular un suministro de energía de embarcación,
    en donde, en particular, una corriente de alimentación (67) de CA trifásica que tiene una frecuencia predeterminada, más en particular 50 Hz o 60 Hz, se suministra al convertidor de frecuencia auxiliar (9).
  5. 5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el convertidor de frecuencia auxiliar (9) comprende interruptores controlables conectados entre terminales de CC en una sección de entrada y comprende interruptores controlables adicionales conectados entre terminales de CC en una sección de salida, en donde los estados de conductancia de los interruptores controlables y los interruptores controlables adicionales son controlados por un controlador de convertidor auxiliar (14) que suministra señales de control, en particular, señales de modulación de ancho de pulso, a puertas de los interruptores controlables y los interruptores controlables adicionales.
  6. 6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de convertidor auxiliar (9) es diferente de (adicional a) o comprende al menos un convertidor de turbina eólica (27, 29) conectable al generador (11) y usado durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, para convertir una corriente de potencia de frecuencia variable, generada por el generador debido al impacto del viento en la pala de rotor conectada al rotor, a una corriente de alimentación de frecuencia sustancialmente fija para ser entregada a una red de servicios públicos, en particular, a través de uno de más transformadores,
    en donde el sistema de convertidor auxiliar (9) tiene una capacidad de entre el 1 % y el 20 % de una capacidad de cada convertidor de turbina eólica (27, 29).
  7. 7. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de cojinetes (3) comprende al menos uno de:
    un cojinete principal de rotor primario y/o secundario (4);
    un cojinete de caja de engranajes;
    un cojinete generador.
  8. 8. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el método se realiza durante el transporte de una góndola (101) cargada en una estructura de transporte (102), comprendiendo la góndola el generador (11), el rotor (13), el tren de accionamiento (5) y el sistema de cojinetes (3),
    estando dispuesto el sistema de convertidor auxiliar (9), en particular, en o en la góndola o en la estructura de transporte.
  9. 9. Método según la reivindicación anterior, en donde la góndola comprende, además:
    al menos un convertidor de turbina eólica (27, 29), en particular, múltiples convertidores de turbina eólica en caso de un generador de conjunto de bobinado múltiple, cada uno de los convertidores de turbina eólica conectable al generador (11).
  10. 10. Método según la reivindicación anterior, en donde cada uno de los convertidores de turbina eólica (27, 29) se puede conectar al generador a través de un disyuntor generador (23, 25) respectivo, en donde durante el método los disyuntores de generador se abren.
  11. 11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el generador es un único generador de conjunto de bobinado o un generador de conjunto de bobinado múltiple (11), en donde en el caso de un generador de conjunto de bobinado múltiple, el sistema de convertidor auxiliar (9) está conectado solo a un conjunto de bobinado (19) del generador (11).
  12. 12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el generador es un generador síncrono de imán permanente, teniendo en particular un rotor externo con múltiples imanes permanentes, o un generador de inducción.
  13. 13. Método para almacenar y/o transportar una disposición de turbina eólica (1, 101) que comprende un tren de accionamiento (5) con un rotor (13), un generador (11) acoplado al rotor, un sistema de cojinete (3) que soporta de manera giratoria al menos un componente del tren de accionamiento, y un sistema convertidor auxiliar (7, 9), que comprende realizar un método según una de las reivindicaciones anteriores.
  14. 14. Disposición (1) para tratar un sistema de cojinetes (3) comprendido en un tren de accionamiento (5) de turbina eólica durante el almacenamiento y/o transporte, comprendiendo el tren de accionamiento un rotor (13) acoplado a un generador (11), comprendiendo la disposición:
    un sistema de accionamiento (7), que comprende un sistema convertidor auxiliar (9), conectado para controlar, suministrando una corriente de potencia de accionamiento (63), al generador (11), para operar como un motor, para entregar un par de accionamiento que provoca que el rotor (13) gire aproximadamente al menos una revolución, comprendiendo la disposición en particular una góndola (101).
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