AEROGENERADOR CON SISTEMA DE CAMBIO DE PASO DE PALA.

Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala.

La presente invención se refiere a un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala dotado de un ángulo entre la dirección longitudinal de la pala y el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala mediante una disminución en el número de componentes del sistema,

disponiendo la placa de accionamiento del sistema de cambio de paso de pala entre dicha pala y el rodamiento de dicho sistema de cambio de paso de pala.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala dotado de un ángulo entre la dirección longitudinal de la pala y el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala, aumentando así la separación entre la pala y la torre y reduciendo las cargas en el actuador sistema de cambio de paso de pala o pitch.

El objeto de la presente invención es dotar a un aerogenerador de un sistema de cambio de paso de pala en el que se disminuye el número de componentes del sistema, con la consiguiente reducción del número de uniones entre componentes, que conlleva una disminución de las tareas de montaje y operaciones de pretensionado de pernos de unión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El sistema de cambio de paso de pala en aerogeneradores consta de un rodamiento sobre el que se amarra la pala. Este rodamiento está unido por una parte, i.e. la parte fija o estacionaria al buje, mientras que su parte móvil está unida por un lado a la pala y por otro lado, el ubicado hacia el interior del buje, unido a una placa de accionamiento. Dicha pala a su vez dispone de una conexión con un actuador hidráulico o eléctrico unido al buje para dotar de giro a la pala. En caso de actuador hidráulico, éste mueve la placa de accionamiento por medio de un sistema eje-rótula.

La placa de accionamiento tiene dos funciones: por una parte rigidiza al buje, es decir, tiene una función estructural y por otra parte actúa como eslabón de la cadena cinemática del sistema de paso de pala.

El rodamiento tiene las dimensiones de la raíz de pala y generalmente es un rodamiento en el que las superficies de contacto con la pala y con la placa de accionamiento son perpendiculares al eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala de manera que la dirección longitudinal de la pala es coincidente con el eje de la placa de accionamiento, donde dicha placa de accionamiento tiene a su vez el flanco de unión al rodamiento perpendicular a la dirección longitudinal de la pala.

Sin embargo, se ha demostrado beneficioso para los esfuerzos que ha de soportar el aerogenerador, que el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala y la dirección longitudinal de la pala no sean coincidentes sino que exista un ángulo entre ellos de manera que la punta se aleje de la torre y tal que, cuando los esfuerzos son máximos, en la zona del codo de la curva de potencia, la pala al flectar coloque el centro de gravedad en el eje de rotación. De esta forma dichos esfuerzos sobre pala y aerogenerador se ven considerablemente reducidos. Este ángulo se denomina ángulo de preconing.

Este aspecto geométrico es muy importante ya que permite aligerar los diseños de pala y del resto de componentes de aerogenerador. Para lograr el ángulo de preconing existen dos alternativas posibles: disponer las superficies de la pista móvil de rodamiento no paralelas al eje del mismo, mediante mecanizado, tal y como se divulga en la solicitud de patente europea EP2336553A1 o mecanizar la raíz de la pala con el ángulo demandado.

Mecanizar la raíz de la pala con el ángulo demandado resulta impracticable dada la precisión requerida para dicho ángulo así que generalmente se opta por mecanizar el rodamiento, lo que incrementa la cantidad de material requerido para la fabricación del mismo, debido a que el material de partida necesario es mayor que el material de que consta finalmente el rodamiento, donde la diferencia se pierde en el proceso de mecanizado.

A su vez, es ventajoso disponer de una misma plataforma, es decir, de los mismos elementos estructurales del aerogenerador, a saber, torre y elementos de la góndola, con el mismo dimensionamiento, de manera que dicha plataforma pueda ser válida para su uso con diferentes dimensiones de palas para distintas clases de emplazamiento, optimizando de esta manera el coste de fabricación.

Sin embargo, las cargas pueden variar de un aerogenerador a otro dependiendo del rotor que utilice, de manera que es difícil mantener la misma plataforma. Una forma de hacerlo sería imponer para cada pala el ángulo de preconing adecuado. Resulta por tanto de gran interés el emplear métodos y técnicas que permitan adaptar el ángulo entre la pala y la torre de una plataforma a otra de manera sencilla.

Los sistemas de aerogeneradores con sistemas de actuación de paso de pala conocidos en el estado de la técnica comprenden un rodamiento, una placa de accionamiento, un eje o eje-rótula y un actuador lineal hidráulico, donde la pala se dispone en contacto con un primer flanco de la pista móvil del rodamiento, y la placa de accionamiento, también denominada placa pitch, se dispone en contacto con un segundo flanco de la pista móvil del rodamiento enfrentada hacia el interior del buje. A dicha placa de accionamiento se une el actuador que va unido solidariamente al buje mediante el eje-rótula. La pista fija del rodamiento se encuentra unida al buje de la góndola. La introducción de la rótula es necesaria debido a que el ángulo formado entre el eje longitudinal de la pala y el eje de giro de la pista fija del rodamiento hacen que el actuador tenga que maniobrar girando con una órbita cónica en lugar de cilindrica. Si esta órbita fuera perfectamente cilindrica no se precisaría de dicha rótula.

Además, la placa de accionamiento y el eje o eje-rótula se fabrican por separado y se ensamblan posteriormente, generalmente empleando pernos de unión entre los mismos.

La solicitud de patente europea EP2336553A1 dota de un ángulo de preconing al sistema de cambio de paso de pala mediante un mecanizado en el rodamiento de manera que la cara del mismo en contacto con la pala no sea perpendicular al eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala.

Sin embargo, al contar los aerogeneradores con palas de grandes dimensiones, superando incluso los 40 metros, un pequeño error bien de mecanizado o bien de montaje se traduce en un elevado error en punta de pala. Es la cota entre punta de pala y torre la que dimensiona en muchas casos la estructura de la pala; por tanto el mecanizado del rodamiento soporte debe de ser muy preciso y la tolerancia muy restringida. Esto encarece de sobremanera este rodamiento que debe de mecanizarse y ensamblarse con el resto de componentes de forma adecuada para garantizar dicho ángulo, pues se incrementa mucho el material de desecho con respecto a un rodamiento recto.

Todos estos problemas quedan solventados con el aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala donde el aerogenerador comprende:

al menos una pala,

un rodamiento con una pista fija unida a un buje del aerogenerador y una pista móvil,

una placa de accionamiento accionable mediante un actuador unido al buje, donde la placa de accionamiento se encuentra dispuesta entre la pala y el rodamiento.

El aerogenerador comprende además unos medios de fijación que unen la pala, la placa de accionamiento y la pista móvil del rodamiento.

Opcionalmente, la placa de accionamiento se encuentra unida por un primer lado a la pala y por un segundo lado a la pista móvil del rodamiento.

La placa de accionamiento comprende una cara posterior dispuesta en contacto con la pala y una cara anterior dispuesta en contacto con una cara posterior de la pista móvil del rodamiento, donde la cara posterior de la placa de accionamiento es perpendicular a la dirección longitudinal de la pala y la cara anterior de la placa de accionamiento es perpendicular a eje del rodamiento.

Las caras de la placa de accionamiento pueden ser paralelas o formar un ángulo distinto de 0o, preferentemente un ángulo mayor de 0o y menor o igual a 5o. Este ángulo es el ángulo de preconing, ángulo existente entre el eje de giro del rodamiento del sistema de cambio de paso de pala y la dirección longitudinal de la pala.

De esta manera, se traslada la complejidad del sistema de cambio de paso de pala a un único componente, la placa de accionamiento, que adopta el ángulo de preconing necesario para el diseño adecuado del aerogenerador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una solución presente en el estado de la técnica donde el rodamiento se encuentra dispuesto entre la pala y la placa de accionamiento y donde la pala está dotada del ángulo de preconing entre el eje de giro del rodamiento y la dirección longitudinal de la pala.

La Figura 2 muestra una vista esquemática de la solución objeto de la invención donde el ángulo de preconing es de 0°.

1.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala donde el aerogenerador comprende:

al menos una pala (1),

un rodamiento (2) con una pista fija (3) unida a un buje (4) del aerogenerador y una pista móvil (5),

una placa de accionamiento (6) accionable mediante un actuador (7) unido al buje (4),

caracterizado por que la placa de accionamiento (6) se encuentra dispuesta entre la pala (1) y el rodamiento (2).

2.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 1 caracterizado por que la placa de accionamiento (6) comprende una cara posterior (12) dispuesta en contacto con la pala (1) y una cara anterior (15) dispuesta en contacto con una cara posterior (16) de la pista móvil del rodamiento (2), donde la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular a la dirección longitudinal de la pala (1) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) es perpendicular a eje del rodamiento (2).

3.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 2 caracterizado por que la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) son paralelas.

4.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 2 caracterizado por que la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) forman un ángulo distinto de 0°.

5.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 4 caracterizado por que la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6) forman un ángulo entre 1° y 5°.

6.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 caracterizado por que comprende además unos medios de fijación (9, 10) que unen la pala (1), la placa de accionamiento (6) y la pista móvil (5) del rodamiento (2).

7.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 6 caracterizado por que los medios de fijación (9, 10) comprenden unos pernos (9) dispuestos en unos orificios (14) que atraviesan la pista móvil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la raíz de la pala (1), pernos (9) que se disponen paralelos a la dirección longitudinal de la pala (1).

8.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 7 caracterizado por que los medios de fijación (9, 10) comprenden además unas tuercas (10) que permiten llevar a cabo la fijación del conjunto pala (1), placa de accionamiento (9) y pista móvil (5) del rodamiento (2) a través de los pernos (9) dispuestos en los orificios (14) que atraviesan la pista móvil (5) del rodamiento (2), la placa de accionamiento (6) y la raíz de la pala (1).

9.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 8 caracterizado por que el rodamiento (2) comprende una pista móvil (5) y una pista fija (3) con geometría cilíndrica recta, de manera que una cara anterior (11) de la pista móvil (5) del rodamiento (2) de pala situada hacia el interior del buje (4) es perpendicular al eje de giro del rodamiento (2).

10.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 9 caracterizado por que la cara anterior (11) de la pista móvil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) comprende unos mecanizados (13) paralelos a la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) situada en contacto con la pala (1), donde asientan las tuercas (10) de fijación.

11.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 8 caracterizado por que la cara posterior (12) de la placa de accionamiento (6) y una cara anterior (11) de la pista móvil (5) del rodamiento (2) situada hacia el interior del buje (4) son paralelas, de manera que la cara anterior (11) de la pista móvil (5) del rodamiento (2) es perpendicular al eje longitudinal de la pala (1).

12.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 11 caracterizado por que las tuercas (10) de fijación asientan en la cara anterior (11) de la pista móvil (5) del rodamiento (2).

13.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12 caracterizado por que un tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista móvil (5) del rodamiento (2) forma un ángulo con el eje del rodamiento (2) igual al ángulo formado entre la cara posterior (12) y la cara anterior (15) de la placa de accionamiento (6).

14.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12 caracterizado por que un tramo de los orificios (14) que atraviesa la pista móvil (5) del rodamiento (2) es paralelo al eje del rodamiento (2) y presenta un diámetro que define un alojamiento donde los pernos (9) quedan dispuestos paralelos a la dirección longitudinal de la pala (1).

15.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un eje (8) o eje-rótula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) que se encuentra al menos parcialmente integrado en forma de protuberancia en dicha placa de accionamiento

(6), formando una única pieza.

16.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 15 caracterizado por que el eje (8) o eje-rótula que une el actuador (7) con la placa de accionamiento (6) se encuentra totalmente integrado en dicha placa de accionamiento (6).

17.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16 caracterizado por que el actuador (7) se encuentra unido al buje (4) por un primer extremo de dicho actuador (7), y unido a un extremo de la protuberancia de la placa de accionamiento (6) por un segundo extremo del actuador

(7).

18.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 17 caracterizado por que el eje (8) o eje-rótula es un pin cilíndrico unido por interferencia térmica a la placa de accionamiento (6) y mecanizado para permitir que exista juego entre una muñequilla del actuador (7) y dicho eje (8).

19.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según reivindicación 18

caracterizado por que la unión de pin cilindrico y protuberancia (17) es adyacente a la muñequilla del actuador (7)

20.- Aerogenerador con sistema de cambio de paso de pala según cualquiera de 5 las reivindicaciones 15 a 19 caracterizado por que la pieza única que forman el eje (8) o eje-rotula y la placa de accionamiento (6) es de fundición.