Accionador electrohidráulico para controlar el paso de una pala de turbina eólica.

Una turbina eólica (20) que tiene una pluralidad de palas de paso variable (24) montadas sobre un buje (23) para su giro en relación con una góndola (22),

comprendiendo la turbina eólica: 5 un accionador electrohidráulico (25) para controlar el paso de una de dichas palas, incluyendo dicho accionador: un motor (26) adaptado para alimentarse con una corriente; una bomba (27) accionada por dicho motor y dispuesta para proporcionar una salida hidráulica en función de la corriente alimentada a dicho motor; y un accionador hidráulico (28) dispuesto operativamente para variar selectivamente el paso de la pala asociada en función de la salida hidráulica de dicha bomba; y caracterizada por que dichos motor, bomba y accionador se disponen físicamente en el buje de dicha turbina eólica.

Accionador electrohidráulico para controlar el paso de una pala de turbina eólica Campo técnico La presente invención se refiere en general al campo de las turbinas eólicas y, más particularmente, a una turbina eólica mejorada que tiene una pluralidad de accionadores electrohidráulicos montados en el buje giratorio de la turbina para controlar independientemente el paso de una pluralidad similar de palas.

Antecedentes de la técnica Las turbinas eólicas son, por supuesto, conocidas. En los últimos años, muchos de los problemas de tener una fuente de alimentación de turbina eólica de forma síncrona a una red eléctrica se han abordado y superado.

Las turbinas eólicas actuales son relativamente sofisticadas. Las mismas se montan normalmente en una torre, y tienen pluralidad de palas (normalmente tres) montadas en un buje para su giro alrededor de un eje horizontal en relación con una góndola. La góndola se puede orientar en la dirección del viento entrante. Cada una de las palas es normalmente de paso variable, y el paso de cada pala se puede controlar independientemente de los otros. Estas palas se disponen normalmente a intervalos de 120º . Cuando una pala está apuntando hacia abajo hacia la posición de las 6 en punto, el viento próximo a la tierra es normalmente menor que la velocidad del viento en movimiento sobre las otras dos palas. Por lo tanto, el paso de cada pala se controla independientemente uno de otro, con el objetivo tratar de normalizar (es decir, mantener razonablemente constante) la velocidad de giro del buje de efectos del suelo, ráfagas, etc.

Hasta ahora, las turbinas eólicas se han caracterizado como siendo de tipo eléctrico o de tipo hidráulico. En cualquier caso, el generador se monta normalmente en la góndola. Las señales de control y la potencia se suministran a través de la torre a un mecanismo de control del paso. En ambos casos, este mecanismo de control del paso se ha montado hasta ahora en la góndola, y esto requiere un tipo de junta anular deslizante entre la góndola y el buje giratorio. Además, esta disposición ha estado acompañada por el uso de un engranaje de giro grande, y de diversas mangueras dentro del buje. La esperanza de vida de una disposición de este tipo ha sido tan corta como aproximadamente cuatro años debido al desgaste excesivo del engranaje de giro causado principalmente por las variaciones en la velocidad del viento.

Por consiguiente, sería generalmente deseable proporcionar una turbina eólica mejorada en la que el accionador electrohidráulico de control del paso se monta dentro del buje, en lugar de en la góndola.

Un aerogenerador con una góndola en la que un rotor se fija se desvela en el documento DE10146968. El ángulo de ataque de las palas del rotor montadas en el buje del rotor se puede regular mediante un mecanismo de regulación hidráulico, dependiendo de la fuerza del viento. Las bombas hidráulicas y la unidad de las mismas y, opcionalmente, los depósitos de presión etc., se fijan en el rotor o en el eje del rotor.

Divulgación de la invención 45 Con referencia entre paréntesis a las correspondientes partes, porciones o superficies de la realización divulgada, meramente para fines de ilustración y no a modo de limitación, la presente invención proporciona una mejora para su uso en una turbina eólica (20) que tiene una pluralidad de palas de paso variable (24) montadas sobre un buje (23) para su giro en relación con una góndola (22) .

La mejora incluye de manera amplia: un accionador electrohidráulico (25) para controlar el paso de una de las palas, incluyendo el accionador: un motor (26) adaptado para alimentarse con una corriente; una bomba (27) accionada por el motor y dispuesta para proporcionar una salida hidráulica en función de la corriente alimentada al motor; y un accionador hidráulico (28) operativamente dispuesto para variar selectivamente el paso de la pala asociada en función de la salida hidráulica de la bomba; y en el que el motor, la bomba y el accionador se disponen físicamente 55 dentro del buje de la turbina eólica.

En una forma, la turbina eólica tiene tres de las palas de paso variable (24) montadas sobre el buje, y en la que uno de los accionadores electrohidráulicos (25) se proporciona para cada una de las palas.

El motor puede ser un motor sin escobillas de corriente continua.

La bomba puede ser una bomba de desplazamiento fijo.

En la realización preferida, la polaridad de la salida hidráulica de la bomba es una función de la polaridad de la 65 corriente alimentada al motor.

El accionador puede tener un pistón (30) montado de manera deslizable dentro de un cilindro (31) y separar herméticamente una primera cámara (35) en un lado del pistón de una segunda cámara (36) en el otro lado del pistón, y en el que una vástago (32) se monta en el pistón y se extiende a través de la cámara (35) y penetra una pared de extremo del cilindro de tal manera que el pistón tiene superficies de áreas desiguales orientadas hacia las cámaras.

El accionador mejorado puede incluir además un depósito hidráulico (41) y una válvula anti-cavitación (57) operativamente dispuesta entre el tanque y el accionador de modo que el fluido hidráulico fluirá desde el depósito a la cámara orientada hacia la cara de mayor área del pistón cuando tal cámara está en expansión, y fluirá hacia el depósito de la cámara orientada hacia la cara de mayor área del pistón cuando dicha cámara está en contracción.

El depósito hidráulico puede estar presurizado.

La válvula anti-cavitación puede funcionar automáticamente en función de la polaridad de la salida hidráulica de la bomba.

La mejora puede incluir además una válvula de alivio de presión (48, 52) operativamente dispuesta para limitar la presión máxima de la salida hidráulica de la bomba.

La bomba puede tener un lado de alta presión y un lado de baja presión, y un drenaje de carcasa.

Una válvula de derivación (54) se puede colocar selectivamente operable para comunicar los lados de alta y de baja presión.

El drenaje de carcasa (40) se puede comunicarse con el depósito a través de un filtro.

La mejora puede incluir además un orificio restringido (56) en serie con la válvula de derivación.

La mejora puede incluir además: una fuente (62) de fluido hidráulico a presión que se comunica a través de un conducto (63) con la cámara hacia la que se orienta la superficies de área pequeña del pistón, y una válvula de solenoide normalmente cerrada (64) dispuesta en el conducto, y en la que la válvula de solenoide se dispone para abrirse en caso de un fallo de alimentación para permitir que el fluido hidráulico fluya desde la fuente a través del conducto y dentro de la cámara hacia la que se orienta la superficie de área pequeña del pistón para hacer que tal cámara se expanda y obligue al pistón a moverse hacia una posición con respecto al cilindro en el que la pala está la posición bandera.

La mejora puede incluir, además, válvulas de bloqueo (59, 60) operativamente dispuestas para aislar selectivamente la bomba de las cámaras de áreas pequeña y grande del accionador.

Señales de potencia y/o de control al motor se suministran preferentemente de la góndola al buje a través de un transformador giratorio sin contacto. Ejemplos de estas se muestran y describen en las patentes de Estados Unidos Nº 5.608.771, 6.813.316 y 5.572.178.

En consecuencia, el objetivo general de la invención es proporcionar un dispositivo de accionamiento electrohidráulico mejorado para su uso en una turbina eólica para controlar el paso de una de una pluralidad de palas de paso variable al respecto.

Otro objetivo es proporcionar un accionador electrohidráulico mejorado para su uso en una turbina eólica, en el que los principales componentes del accionador se pueden montar en el buje giratorio y no en la góndola.

Otro objetivo es proporcionar un dispositivo de accionamiento mejorado para uso en una turbina eólica, y en el que el accionador contiene un mecanismo a prueba de fallos para instar a la pala asociada a moverse hacia una posición bandera en el caso de un fallo o corte de potencia.

Estos y otros objetivos y ventajas se harán evidentes a partir de lo anterior y lo siguiente escrito en la memoria descriptiva, los dibujos y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista isométrica de la porción de extremo superior marginal de una turbina eólica, que muestra porciones fragmentarias de las palas de paso variable como se montan en el buje para su giro alrededor de un eje horizontal en relación con una góndola.

La... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica (20) que tiene una pluralidad de palas de paso variable (24) montadas sobre un buje (23) para su giro en relación con una góndola (22) , comprendiendo la turbina eólica:

un accionador electrohidráulico (25) para controlar el paso de una de dichas palas, incluyendo dicho accionador:

un motor (26) adaptado para alimentarse con una corriente; una bomba (27) accionada por dicho motor y dispuesta para proporcionar una salida hidráulica en función de la corriente alimentada a dicho motor; y un accionador hidráulico (28) dispuesto operativamente para variar selectivamente el paso de la pala asociada en función de la salida hidráulica de dicha bomba; y

caracterizada por que dichos motor, bomba y accionador se disponen físicamente en el buje de dicha turbina eólica.

2. La turbina eólica (20) de la reivindicación 1, en la que dicha turbina eólica (20) tiene tres de dichas palas de paso variable (24) montadas en dicho buje (23) , y en la que se proporciona uno de dichos accionadores electrohidráulicos (25) para cada una de dichas palas.

3. La turbina eólica (20) de la reivindicación 1, en la que dicho motor (26) es un motor sin escobillas de CC y/o dicha bomba (27) es una bomba de desplazamiento fijo.

4. La turbina eólica (20) de la reivindicación 1, en la que la polaridad de la salida hidráulica de dicha bomba (27) es una función de la polaridad de la corriente alimentada a dicho motor (26) .

5. La turbina eólica (20) de la reivindicación 1, en la que dicho accionador tiene un pistón montado de forma deslizante dentro de un cilindro y separa herméticamente una primera cámara en un lado de dicho pistón de una segunda cámara en el otro lado de dicho pistón, y en la que un vástago se monta en dicho pistón y se extiende a través de una de dichas cámaras y penetra una pared de extremo de dicho cilindro de tal manera que dicho pistón tiene superficies de áreas desiguales orientadas hacia dichas cámaras

6. La turbina eólica (20) de la reivindicación 5, que comprende además un depósito hidráulico (41) y una válvula anticavitación (57) dispuesta operativamente entre dicho depósito y dicho accionador de tal manera que el fluido hidráulico fluirá de dicho depósito a la cámara orientada hacia dicha cara de mayor área del pistón cuando tal cámara está en expansión, y fluirá a dicho depósito desde la cámara orientada hacia dicha cara de mayor área del pistón cuando tal cámara está en contracción.

7. La turbina eólica (20) de la reivindicación 6, en la que dicho depósito hidráulico (41) está presurizado.

8. La turbina eólica (20) de la reivindicación 6, en la que dicha válvula anti-cavitación (57) funciona automáticamente en función de la polaridad de la salida hidráulica de dicha bomba.

9. La turbina eólica (20) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una válvula de alivio de presión (48, 52) operativamente dispuesta para limitar la presión máxima de dicha salida hidráulica de la bomba.

10. La turbina eólica (20) de la reivindicación 6, en la que dicha bomba tiene un lado de alta presión y un lado de baja presión, y un drenaje de carcasa, preferentemente en la que dicho drenaje de carcasa se comunica con dicho depósito a través de un filtro.

11. La turbina eólica (20) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una válvula de derivación (54) situada de forma operable selectivamente para comunicar dichos lados de alta y de baja presión, preferentemente, comprendiendo además un orificio restringido en serie con dicha válvula de derivación (54) .

12. La turbina eólica (20) de la reivindicación 5, que comprende además:

una fuente de fluido hidráulico presurizado que se comunica a través de un conducto con la cámara hacia la que se orienta dicha superficie de área pequeña del pistón, y una válvula de solenoide normalmente cerrada dispuesta en dicho conducto, y en donde dicha válvula de solenoide se dispone para abrirse en el caso de un fallo de alimentación para permitir que el fluido hidráulico fluya desde dicha fuente a través de dicho conducto y dentro de la cámara hacia la que se orienta dicha superficie de área pequeña del pistón, para hacer que tal cámara se expanda e inste a dicho pistón a moverse hacia una posición con respecto a dicho cilindro en la que dicha pala está en la posición bandera.

13. La turbina eólica (20) de la reivindicación 12, que comprende además válvulas de bloqueo (59, 60) operativamente dispuestas para aislar selectivamente dicha bomba de dichas cámaras del accionador de áreas

pequeña y grande.

14. La turbina eólica (20) de cualquier reivindicación anterior, en la que la potencia de dicha góndola (22) se proporciona a dicho motor a través de un transformador giratorio sin contacto. 5

15. La turbina eólica (20) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además un controlador de motor y una etapa de potencia, y en la que dicho controlador de motor y dicha etapa de potencia se disponen físicamente también dentro del buje de dicha turbina.

16. La turbina eólica (20) de la reivindicación 15, en la que dicho controlador de motor y dicha etapa de potencia están montados en dicho accionador electrohidráulico (25) .

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