Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

AMORTIGUADOR-LIMITADOR DE PAR PARA AEROGENERADORES.

Patente de Invención. Resumen:

Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, constituido por un dispositivo de transmisión giratoria que se aplica en el eje de transmisión de giro entre el rotor de palas y el mecanismo multiplicador de la transmisión, en el aerogenerador de aplicación, comprendiendo un acoplamiento de transmisión

(2) solidario de una parte de eje (1) que se acopla al rotor de palas y un acoplamiento de transmisión (4) solidario de otra parte de eje (3) que se acopla al mecanismo multiplicador de la transmisión, los cuales acoplamientos de transmisión (2 y 4) se relacionan entre sí por medio de unos elementos de traslación (5) a modo de cilindros hidráulicos, incorporados en uno de los acoplamientos de transmisión, los cuales hacen apoyo deslizante con empuje hidráulico sobre una configuración de levas onduladas definida en el otro acoplamiento de transmisión.

Solicitante: LASTRA GÓMEZ, Rafael.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LASTRA GÓMEZ,Rafael.

Fecha de Publicación de la Concesión: 20 de Mayo de 2013.

Clasificación Internacional de Patentes: F03D7/02 (.teniendo los motores de viento el eje de rotación sensiblemente colocado en la dirección del viento), F03D1/06 (.Rotores).

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AMORTIGUADOR-LIMITADOR DE PAR PARA AEROGENERADORES.
Descripción:

AMORTIGUADOR-LIMITADOR DE PAR PARA AEROGENERADORES

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con la transmisión del giro de accionamiento en los aerogeneradores, desde el rotor de palas al generador de los mismos, proponiendo un acoplamiento que permite

evitar las sobrecargas de esfuerzo de torsión y

vibraciones en el mecanismo multiplicador de la

transmisión.

Estado de la técnica

La energía eólica ha venido experimentando una rápida evolución durante los últimos cuarenta años, de tal modo que los fabricantes y proveedores de energía se tienen que adaptar para cumplir con las cuotas de energías renovables que los gobiernos de todo el mundo vienen estableciendo.

En ese sentido, la producción de energía eléctrica mediante aerogeneradores es claramente ventajosa desde el punto de vista de minimizar el impacto medioambiental, así como para disminuir la dependencia de los combustibles fósiles, los cuales cada vez son más escasos, sufriendo un incremento de precios que repercute negativamente en las economías globales, por lo que la energía eólica resulta una alternativa muy apreciable para las demandas futuras de energía.

En la carrera por aportar una mejor oferta, los fabricantes de aerogeneradores están introduciendo sistemas cada vez de mayores potencias, habiéndose llegado a previsiones de hasta 10 MW, lo cual significa que para extraer una cantidad de energía se necesiten menor número de aerogeneradores, lo que se traduce en una reducción de gastos de montaje de las instalaciones y de los gastos de mantenimiento.

Sin embargo, el incremento dimensional de los

aerogeneradores para conseguir mayores potencias,

tiene una limitación por los fallos que sufren los

rodamientos y engranajes de los mecanismos

multiplicadores de las transmisiones, de manera que la fiabilidad mecánica en este aspecto es un condicionante muy considerable en los aerogeneradores, debido a los altos costes de mano de obra y materiales que implican las reparaciones requeridas, lo cual llega a tener una importancia crítica en los parques eólicos marinos, donde las condiciones del mar pueden además retrasar mucho las reparaciones.

El uso de aerogeneradores de mayor tamaño no mejora la fiabilidad mecánica de los mismos en cuanto a lo anteriormente indicado, sino que la empeora. Ello es debido a los choques e impactos mecánicos que repercuten en el mecanismo multiplicador de la transmisión de los aerogeneradores, debido al carácter fluctuante de las cargas y consecuentes sobrecargas que inducen las ráfagas de viento excesivamente altas, y a las resonancias que ocasionan las frenadas bruscas de emergencia.

Esa incidencia de brusquedades en el mecanismo multiplicador de la transmisión de los aerogeneradores, se produce como consecuencia de las fases por las que pasa la transmisión de potencia desde el rotor de palas hasta el generador, ya que el viento hace girar el rotor de palas, cuya potencia sQ transmite a un eje de entrada de baja velocidad que llega hasta el mecanismo multiplicador de la transmisión, aumentando este mecanismo multiplicador la velocidad del giro en aproximadamente cien veces (para un generador de 1, 5

MW) , para terminar moviendo el generador mediante un

eje de alta velocidad que sale del mecanismo

multiplicador.

El incremento de la velocidad de giro es fundamental para un aerogenerador, ya que el rotor de palas gira a una velocidad demasiado baja (unas 15 rpm para un generador de 1, 5 MW) para generar energía utilizable en la red, por lo que es necesaria una alta relación de transmisión, que requiere un sistema planetario de, al menos, tres etapas, de manera que la necesidad de utilizar múltiples etapas en la transmisión da lugar a que la respuesta dinámica de las mismas ocasione un retraso de la reacción, debido a la flexión de los dentados de los engranajes, a la flexión de los ejes-coronas, a las holguras entre los dentados, y a los efectos inerciales. Por ello, cargas impulsivas en el eje de entrada se transmiten a la salida del mecanismo multiplicador de la transmisión con una respuesta retardada en tiempo, produciéndose cambios en su magnitud como consecuencia de las cargas transitorias entre las etapas.

Por lo tanto, la utilización de aerogeneradores de mayor tamaño lo que hace es aumentar los ratios del mecanismo multiplicador de la transmisión así como la masa inercial de los mismos y, en consecuencia, se entorpece la respuesta del sistema aún más; siendo sin embargo necesaria una respuesta inmediata para que se distribuyan adecuadamente los efectos dañinos de choques e impactos mecánicos que sufren los aerogeneradores, entendiéndose por choques e impactos mecánicos las fuerzas que sufre el sistema mecánico cuyos tiempos de aplicación son muy cortos (del orden de milisegundos) y cuyos niveles de energía son muy altos; provocando estos choques e impactos mecánicos un efecto muelle que hace que las masas del sistema mecánico entren en oscilaciones que conducen a situaciones dañinas, tales como las resonancias.

Dichas oscilaciones significan que la energía no controlada en el sistema mecánico rebota una y otra vez contra los puntos de contacto, hasta que toda la energía es extinguida; de modo que, siendo el mecanismo multiplicador de la transmisión un sistema mecánico de grandes proporciones, cuyo diseño de múltiples etapas, geometrías de engranajes y estructura, determinan varios puntos de flexión, dichos puntos de flexión hacen que se requiera un tiempo para distribuir las altas cargas transmitidas, resultando que las cargas de choques e impactos mecánicos no permiten el tiempo suficiente para que el sistema sea capaz de gestionarlas, lo cual significa que a una parte del sistema se le pide que absorba mucha más energía de la que puede, convirtiéndose el exceso de energía en un daño mecánico, sobre todo en los rodamientos, de manera que con el tiempo dicho daño se acumula y acelera las averías por fatiga mecánica.

Algunos intentos para eliminar los efectos dañinos de los choques e impactos mecánicos en el mecanismo multiplicador de la transmisión en los aerogeneradores, se basan en el uso de limitadores mecánicos que se disponen en el eje que sale del mecanismo multiplicador de la transmisión y va al generador. Habiéndose desarrollado también soluciones con lazos de control

incorporados en el propio generador, para limitar el par a la salida del mecanismo multiplicador. Soluciones éstas que, en todos los casos, son aplicadas en el eje de salida del mecanismo multiplicador de la transmisión, resultando por ello inútiles en gran parte, ya que limitan las sobrecargas en la salida del mecanismo multiplicador, el cual tiene una respuesta

tal que cuando llegan las cargas a la salida de las

primeras etapas de la multiplicac ión, ya se han

producido daños.

Por lo tanto, es obvio que para mitigar los efectos dañinos de los choques e impactos mecánicos, se debe establecer un control de dichas cargas en el eje que transmite el giro desde el rotor de palas al mecanismo multiplicador de la transmisión, para que no se transfieran esas cargas al mecanismo multiplicador de la transmisión.

Objeto de la invención De acuerdo con la invención se propone un dispositivo amortiguador-limitador de par que se aplica en el eje de transmisión del giro desde el rotor de palas de los aerogeneradores al mecanismo multiplicador de la transmisión, permitiendo eliminar los efectos dañinos de las sobrecargas y resonancias.

Este dispositivo objeto de la invención consta de unos acoplamientos de transmisión, que van unidos de manera solidaria, respectivamente, con una parte de eje acoplada al rotor de palas y otra parte de eje acoplada al mecanismo multiplicador de la transmisión, relacionándose entre sí dichos acoplamientos de transmisión mediante unos elementos de traslación constituidos por cilindros hidráulicos definidos en uno de los acoplamientos de transmisión y cuyos vástagos hacen apoyo deslizante contra unas conformaciones de levas onduladas definidas en el otro acoplamiento de transmisión, estando los cilindros hidráulicos actuados por un sistema hidráulico en circuito cerrado que comprende un circuito de baja presión y un circuito de alta presión.

Se logra así una manera de transferir la potencia del eje de entrada acoplado al rotor de palas, a través de unos elementos de traslación que actúan en combinación con un sistema hidráulico, para transmitir dicha potencia a la entrada del mecanismo multiplicador de la transmisión, de manera que la transmisión de potencia puramente mecánica se interrumpe en un acoplamiento de transmisión hidráulico, cuyas variables de presión y caudal permiten controlar los niveles de la potencia que se transmite.

El dispositivo se monta en el eje de transmisión giratoria entre el rotor de palas y el mecanismo multiplicador de la transmisión, permitiendo disipar las energías no deseadas antes de la llegada de las mismas a dicho mecanismo multiplicador de la transmisión, con lo que se consigue una función de amortiguación de oscilaciones y limitación de las cargas con una gran brevedad para evitar dafios, de manera que la energía no deseada se transforma inmediatamente en calor, sin ninguna pérdida parasitaria durante el funcionamiento normal y sin que el dispositivo necesite intervención técnica para ajustar y/o tarar los niveles de par después de realizar una intervención de control de las energías no deseadas; permitiendo asimismo amortiguar y disipar

sobrecargas en el sentido inverso de giro, para

gestionar los niveles de energía durante las

condiciones de cargas oscilatorias.

Con el dispositivo preconizado se proporciona, por lo tanto, unas importantes ventajas para el funcionamiento de un aerogenerador, en los aspectos siguientes:

-Disipa directamente en el eje de entrada del aerogenerador las energías no deseadas transmitidas.

-Disipa directamente en el propio eje de entrada del aerogenerador las energías no deseadas transmitidas en ambos sentidos de giro.

-Reinicia automáticamente todas las intervenciones de disipación de energías no deseadas, en ambos sentidos de giro, sin intervención técnica.

-No sufre pérdidas parasitarias durante el funcionamiento normal del aerogenerador, garantizando así una máxima eficacia del rendimiento.

-Permite variar el punto de taraje durante el propio funcionamiento, a través de señales hidráulicas y/o eléctricas aplicadas adicionalmente.

Por todo ello, dicho dispositivo objeto de la invención resulta de unas caracter.isticas muy

ventajosas para evitar los efectos perjudiciales de choques e impactos mecánicos en el mecanismo multiplicador de la transmisión giratoria de los

aerogeneradores, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de los s j_ stema s convencional es que se utilizan para la dicha función.

Descripción de las figuras La figura 1 muestra una gráfica de la carga que experimenta el eje de entrada de la transmisión giratoria de un aerogenerador.

La figura 2 muestra un esquema del dispositivo objeto de la invención, según un ejemplo de realización con los elementos de traslación orientados axialmente en relación con el eje de entrada del aerogenerador de aplicación.

La figura 3 es un detalle parcial del esquema de la figura anterior.

La figura 4 es un detalle ampliado del funcionamiento del dispositivo en el sentido de giro normal del aerogenerador de aplicación.

La figura 5 es un detalle ampliado del funcionamiento del dispositivo en el sentido de giro inverso del aerogenerador de aplicación.

La figura 6 es un esquema del dispositivo objeto de la invención, según un ejemplo de realización con los elementos de traslación orientados radialmente en relación con el eje de entrada del aerogenerador de aplicación.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un dispositivo amort iguador--1 imitador de par, para evitar

los efectos perjudiciales de choques e impactos mecánicos en el mecanismo multiplicador de la transmisión giratoria de los aerogeneradores, debido al carácter fluctuante de las cargas de par en el eje de entrada del aerogenerador, las cuales, como se observa en la figura 1, siguen normalmente un desarrollo (CN) , del que pueden derivarse sobrecargas (SC) inducidas por ráfagas de viento excesivamente fuertes incidentes sobre el rotor de palas del aerogenerador y resonancias (OS) por causa de frenadas bruscas de emergencia, mostrando la gráfica representada en dicha figura 1 la amplia gama operativa que debe aguantar la transmisión giratoria de un aerogenerador y que los cambios bruscos de los altibajos suponen fuerzas de magnitud suficiente para excitar las frecuencias naturales en el rotor de palas, resultando que la excitación inducida por resonancia conduce inevitablemente a cargas de choques e impactos mecánicos.

El dispositivo preconizado comprende un conjunto dividido en dos mitades, una de las cuales constituye un acoplamiento de transmisión (2) solidariamente unido a una parte de eje (1) que se acopla al rotor de palas del aerogenerador, mientras que la otra mitad constituye un acoplamiento de transmisión ( 4) solidariamente unido a otra parte de eje ( 3) que se acopla al mecanismo multiplicador de la transmisión del aerogenerador.

Según una realización de disposición axial, como representa la figura 2, los acoplamientos de transmisión (2 y 4) son independientes el uno del otro, estando relacionados por medio de unos elementos de traslación ( 5) ' cuyo número depende del diseño específico para cada aplicación, pudiendo variar desde uno hasta cualquier número de dichos elementos de traslación ( 5) que se puedan alojar físicamente en el dispositivo.

Los elementos de traslación (5) actúan como émbolos de cilindros hidráulicos formados por alojamientos (12) definidos en una de las mitades del dispositivo, por ejemplo en el acoplamiento de transmisión (4) , apoyando el extremo de dichos elementos de traslación contra el acoplamiento de transmisión (2) con una fuerza que permite la transferencia del movimiento mecánico del acoplamiento de transmisión (2) a esos elementos traslación (5) y, a

través de ellos, al acoplamiento de transmisión ( 4) De

igual modo, sin que la invención se altere, la

disposición puede ser a la inversa, es decir con los

elementos de traslación (5) incorporados en el

acoplamiento de transmisión (2) y apoyando contra el

elemento de transmisión (4) .

Esto se logra por el desplazamiento de los elementos de traslación ( 5) dentro de sus respectivos alojamientos (12) , que pueden ser de cualquier forma (cilíndrica, oval, rectangular, etc.) que pueda ser sellada hidráulicamente, siendo empujados dichos elementos de traslación ( 5) hacia el exterior de sus alojamientos (12) por un circuito hidráulico de baja presión (CBP) alimentado por un acumulador (10) a través de válvulas de baja presión (8) , lo que hace que esos elementos de traslación ( 5) se comporten como si un muelle mecánico actuara sobre ellos empujándolos hacia el exterior de los alojamientos (12) .

Merced a la presión hidráulica de empuje hacia el exterior de los aJojamientos (12) , los elementos de traslación (5) apoyan contra una superficie del acoplamiento de transmisión (2) definida con formas de levas onduladas, la cual determina una separación variable entre ambos acoplamientos de transmisión (2 y 4) , estando previsto que los mencionados elementos de traslación (5) vayan provistos en el extremo con un rodillo (7) , para establecer el apoyo sobre la superficie de levas del acoplamiento de transmisión (2) de una manera deslizante con respuesta rápida y mínimo desgaste, aunque esto no es limitativo, pudiendo establecerse el contacto con otras formas extremas de los elementos de traslación (5) .

La superficie de levas del acoplamiento de transmisión (2) tiene la función de variar la separación entre ambos acoplamientos de transmisión (2 y 4) , pudiendo observarse en la figura 3 que dicha superficie de levas está formada por conformaciones

onduladas que determinan superficies inclinadas (R) y

(S) , entre unas alturas (X) y (V) , definiendo unas

rampas mecánicas que los extremos de los elementos de

traslación (5) están obligados a seguir en el contacto de apoyo contra el acoplamiento de transmisión (2) por la presión hidráulica que los empuja hacia el exterior de los alojamientos (12) . El perfil de dicha superficie de levas se repite según una forma dentada, con un número de conformaciones que puede variar, para poder diseñar el sistema a medida de cualquier aplicación, en relación con los elementos de traslación (5) del acoplamiento de transmisión (2) . Las superficies inclinadas (R) y (S) , así como las alturas (X) y (V) , que determinan la configuración de las levas, y la separación (Q) entre los elementos de translación (5) , son variables de diseño que pueden elegirse de manera particular para cada caso concreto de aplicación.

Corno los aerogeneradores tienen una dirección de giro principal, por ejemplo en sentido (W1) , las rampas de las conformaciones de levas están orientadas de tal forma que cuando el giro es en ese sentido (W1) normal, dichas conformaciones de lavas chocan con la rampa de su superficie inclinada (R) de mayor longitud y menor ángulo contra el extremo de los elementos de traslación (5) , empujando a éstos hacia el interior de sus alojamientos (12) , de modo que, cuando las condiciones de giro son normales, el par impuesto por el ernpuj e hidráulico del circuito de baja presión (CBP) está dentro de lo perrnitido, con lo que los elementos de traslación ( 5) aguantan su posición y obligan a transferir el giro del acoplamiento de transmisión (2) al acoplamiento de transmisión (4) , asegurando así que la velocidad de giro en la salida del dispositivo sea igual a la de la entrada y en un sentido (W2) corno el sentido (W1) de la entrada, sin que se produzcan pérdidas parásitas en la transmisión del movimiento. La

superficie inclinada (S) de menor longitud y mayor

ángulo de las levas, permite que los elemen tos de

traslación (5) recuperen la posición de máxima

extensión en la zona de menor altura (X) de las levas, para empezar de nuevo el ciclo funcional en las condiciones mencionadas.

Los elementos de traslación ( 5) , al ser empujados por las conformaciones de levas trabajan contra una aliviadora hidráulica (11) a través de un circuito de alta presión (CAP) del sistema hidráulico, de manera que dicha aliviadora hidráulica (11) permanece cerrada hasta que la presión sobrepasa el nivel tarado. En estas co~diciones los elementos de traslación (5) crean un efecto de bombeo cuando la presión máxima tarada se alcanza, manteniendo dicho efecto el par hasta que éste baja del par máximo (TO) tarado, como se observa en la gráfica de la figura l. En ese momento la aliviadora hidráulica (11) abre y los acoplamientos de transmisión (2 y 4) giran a distintas velocidades, siendo mayor la velocidad de giro en sentido (W1) del acoplamiento de transmisión (2) que la velocidad de giro en sentido (W2) del acoplamiento de transmisión (4) , lo cual determina un particular ciclo en el que los elementos de traslación (5) cambian de posición en sus alojamientos (12) .

Ello es debido a que cuando la aliviadora hidráulica (11) abre, el caudal que pasa por ella se introduce en el circuito de baja presión ( CBP) alimentando al acumulador (1 O) , el cual alimenta a su vez a los elementos de traslación (5) que tienen que recuperar la posición de máxima extensión en relación con la zona de menor altura (X) de las conformaciones de levas.

Por lo tanto, el ajuste de la aliviadora hidráulica (11) determina la máxima presión y, por consiguiente, el máximo nivel de par que transmite el dispositivo, de forma que éste funciona como un limitador de par que se reinicia automáticamente. En tanto que el sistema hidráulico funciona en circuito

cerrado, sin necesidad de tener que reabastecer aceite

en el mismo, ya que es totalmente hermético y no se

producen pérdidas.

La configuración de los acoplamientos de transmisión (2 y 4) depende de la orientación de los ejes (E) de los elementos de traslación (5) , de manera que, utilizando como referencia la parte de eje (1) que se acopla al rotor de palas del aerogenerador, los elementos de traslación pueden estar orientados axialmente, como en la figura 2, radialmente, como en la figura 6, o en cualquier combinación de las tres direcciones esenciales del espacio, solo con que los acoplamientos de transmisión (2 y 4) sean diseñados de forma que queden separados una distancia cuyo perfil de separación oscile entre un máximo y un mínimo, de acuerdo con una superficie de levas definidas con una altura mínima (X) y una altura máxima (V) , de forma que los elementos de traslación (5) cumplan su misión de transferencia de par con funciones de amortiguación y limitación del par, actuando sobre dicha superficie de levas.

En la realización de la figura 2, con los elementos de traslación (5) orientados axialmente, la potencia del rotor de palas del aerogenerador se aplica en la parte de eje ( 1) que es solidaria del acoplamiento de transmisión (2) , girando en sentido (Wl) , estando configurada la superficie de levas en dicho acoplamiento de transmisión (2) ; en tanto que la parte de eje (3) que se acopla al mecanismo multiplicador de la transmisión del aerogenerador, es solidaria del otro acoplamiento de transmisión (4) , en el cual se hallan los elementos de traslación (5) ; estando representados en este ejemplo cuatro elementos

de traslación (5) , definidos como (A, B, C, D) , los

cuales están comunicados con el circuito de alta

presión (CAP) del sistema hidráulico a través de

respectivas válvulas de alta presión (9) y con el circuito de baja presión (CBP) a través de respectivas válvulas de baja presión ( 8) •

En esa disposición, cuando no hay potencia a transferir por la parte de eje (1) acoplada al rotor de palas del aerogenerador, como puede ser cuando el freno del aerogenerador está accionado, no hay movimiento del acoplamiento de transmisión (2) , con lo que los elementos de traslación ( 5) se desplazan hacia el exterior de sus alojamientos ( 12) , hasta que los extremos de dichos elementos de traslación (5) hacen contacto con la superficie de levas del acoplamiento de transmisión (2) , de manera que, al no haber ningún movimiento o fuerza que se imponga en dicho acoplamiento de transmisión ( 2) , no se transfiere ningún movimiento al acoplamiento de transmisión (4) .

Cuando el freno del aerogenerador se suelta y las condiciones de viento generan valores normales de par, la parte de eje (1) acoplada al rotor de palas hace girar al acoplamiento de transmisión (2) en el sentido (W1) normal, el cual hace que los elementos de traslación ( 5) apoyados con sus extremos sobre la superficie inclinada (R) de las bielas sean empuj actos hacia el interior de sus alojamientos (12) , pero como el nivel de par es normal, dichos elementos de traslación (5) mantienen su posición en el contacto con el acoplamiento de transmisión (2) , haciendo que el giro de éste se transmita al acoplamiento de transmisión (4) sin diferencias de velocidad.

En la figura 4 se observa cómo se distribuye la fuerza (F) de reacción en el punto de contacto del extremo de un elemento de traslación (5) en esas condiciones de giro en sentido (W1) normal del aerogenerador. Dicha fuerza (F) de reacción es normalmente perpendicular al punto de contacto, en donde se descompone en dos componentes (Fx y Fy) definidas por un ángulo (a) , de manera que la componente (Fx) trabaja empujando al elemento de traslación (5) hacia el interior de su alojamiento (12) , mientras que la componente (Fy) trabaja para determinar el par de reacción necesario para transferir el giro del acoplamiento de transmisión (2) al acoplamiento de transmisión (4) . Durante esta operación no se producen pérdidas parásitas, ya que los elementos de traslación (5) , así como el circuito de alta presión (CAP) y el circuito de baja presión (CBP) , están

perfectamente sellados, garantizando así una total

eficiencia de la transmisión giratoria entre los

acoplamientos de transmisión (2 y 4) .

Por el contrario, cuando se producen ráfagas de viento que hacen sobrepasar los límites de par máximo (TO) admisible, que es la parte de sobrecargas (SC) representada en el gráfico de la figura 1, el dispositivo amort iguador-limitador de par asegura que los niveles de par que se transmiten a la parte de eje (3) acoplada al mecanismo multiplicador de la transmisión no sobrepasen el nivel de par máximo (TO) establecido, siendo disipados los valores de las sobrecargas (SC) en calor, por el accionamiento de la aliviadora hidráulica (11) , manteniendo así los valores de par en un nivel adecuado antes de que lleguen al mecanismo multiplicador de la transmisión.

Esto se logra porque, como se observa en la figura 4, la carga del rotor de palas es proporcional a la carga en el punto ( P) de contacto en el que la fuerza

(F) es perpendicular a la superficie inclinada (R) , donde esa fuerza (F) se divide en dos componentes (Fx) y (Fy) , cuya magnitud es proporcional al par transferido por el dispositivo en función del ángulo

(a) de ataque en dicha superficie inclinada (R) de las 1 e vas; de manera que, a med i cia que la carga aumenta en

la parte de eje (1) acoplada al rotor de palas, debido a las condiciones atmosféricas o resonancias, las componentes de la fuerza (F) en el punto (P) de contacto aumentan. En estas condiciones, como la componente (Fx) trabaja directamente contra los elementos de traslación (5) , el aumento de carga se transmite a los alojamientos (12) de dichos elementos de traslación (5) , haciendo que aumente la presión en el circuito de alta presión (CAP) , lo cual es detectado por la aliviadora hidráulica (11) , de tal forma que al sobrepasar el nivel máximo permitido dicha aliviadora hidráulica (11) abre para disipar las energías no deseadas.

Sin embargo, en condiciones atmosféricas adversas, frenadas de emergencia y condiciones oscilatorias (resonancia) , el rotor de palas puede tener sus frecuencias naturales excitadas, provocando oscilaciones y transferencia de masa entre las partes del sistema, lo que significa el desenlace de una serie de eventos de difícil predicción, teniendo que esperar hasta que toda la energía del sistema se haya disipado.

Como se observa en la figura 1, los aerogeneradores sufren oscilaciones (OS) que ocasionan un par de trabajo en sentido inverso (-Wl) , que se transmite a todo el sistema, en las cuales condiciones, dado que los rodamientos usados en las transmisiones son de tipo antifricción, por lo que no producen fuerzas de amortiguación para disipar la energía no deseada, las oscilaciones (OS) realizan una serie de ciclos, hasta que toda la energía no deseada se haya disipado, lo cual se produce con pequefias deformaciones en las pistas y en las bolas o rodillos de los rodamientos, por lo que es necesario llevar al sistema lo más rápidamente posible a una situación de control, para evitar efectos dañinos en los rodamientos y engranajes.

Esto requiere contrarrestar rápidamente el movimiento en sentido inverso ( -W1) de funcionamiento normal, para lo cual el dispositivo objeto de la invención hace que los elementos de traslación (5)

apoyen con su extremos en la superficie inclinada (S) de las levas, en donde, como se observa en la figura 5, la fuerza (-F) de reacción se descompone en dos componentes (-Fx) y (-Fy) , definidas por un ángulo (b) , de manera que la componente (-Fx) trabaja para empujar al elemento de traslación ( 5) , el cual al desplazarse hacia el interior de su alojamiento (12) comprime el circuito de alta presión (CAP) que está regulado por la aliviadora hidráulica (11) , con lo cual el dispositivo es capaz de disipar las energias no deseadas en calor; mientras que la componente (-Fy) trabaja para contrarrestar el movimiento nocivo en sentido inverso (-W1) . De esta forma el dispositivo es capaz de limitar las sobrecargas (SC) en sentido (Wl) al nivel de par

máximo (TO) aceptable y también disipar las oscilaciones (OS) en sentido inverso ( -W1) a un nivel

(TI) aceptable, con lo cual el dispositivo limita las

cargas y energias no deseadas en un rango de par

admisible.

El dispositivo determina, por otro lado, un acoplamiento que tiene la caracteristica de que cualquier intervención del mismo para limitar cargas y/o oscilaciones es compensada automáticamente con una función de reinicio, sin necesidad de intervención de personal de mantenimiento, teniendo la capacidad de intervenir en ambos sentidos de giro por tiempo indefinido.

La figura 6 muestra un ejemplo de realización del

dispositivo de la invención, con los elementos de

traslación (5) en disposición radial, en donde se

observa que cuando el acoplamiento interviene en

cualquiera de los sentidos (Wl ó -Wl) y el acoplamiento de transmisión (2) gira a mayor velocidad que el acoplamiento de transmisión (4) , los elementos de traslación (5) acaban cambiando de ubicación en su contacto con las levas, de manera que, como el sistema hidráulico compensa los caudales necesarios en las cámaras de los elementos de traslación ( 5) , se produce automáticamente la compensación del sistema por deslizamiento, en ambos sentidos.

En una realización del dispositivo, como la de la figura 2, se constituye con un sistema de control hidráulico autónomo, sin que sea necesaria ninguna fuente de alimentación externa de recarga hidráulica, ya que el acumulador (10) tiene esa función; pero dentro del mimo concepto de la invención, los sistemas de control pueden ser aumentados para aportar una mayor funcionalidad, por ejemplo para variar durante el propio funcionamiento el par tarado, con el fin de mejorar su operación en función de las condiciones de viento y oscilaciones, o para aportar una función de arranque-parada suave, con el fin de minimizar las energías nocivas durante los arranques y paradas del aerogenerador. Esta funciones se pueden establecer aplicando señales eléctricas y/o hidráulicas sobre un piloto (XP) de la aliviadora hidráulica




Reivindicaciones:

1. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, destinado a evitar los efectos dafiinos de sobrecargas y resonancias en el mecanismo

multiplicador de la transmisión giratoria entre el

rotor de palas y el generador del aerogenerador de

aplicación, caracterizado porque constituye un

dispositivo de transmisión giratoria que se aplica en

el eje de transmisión de giro entre el rotor de palas y el mecanismo multiplicador de la transmisión, comprendiendo dicho dispositivo dos partes independientes constituidas, respectivamente, por un acoplamiento de transmisión (2) solidario de una parte de eje (1) que se acopla al rotor de palas y un acoplamiento de transmisión (4) solidario de otra parte de eje (3) que se acopla al mecanismo multiplicador de la transmisión, los cuales acoplamientos de transmisión (2 y 4) se relacionan entre si mediante un apoyo deslizante con empuje hidráulico que actúa sobre una configuración de levas onduladas.

2. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el apoyo deslizante entre los acoplamientos de transmisión (2 y 4) se establece mediante unos elementos de traslación (5) que actúan como cilindros hidráulicos en relación con respectivos alojamientos (12) definidos en uno de los acoplamientos de transmisión (2 ó 4) y comunicados con un sistema hidráulico, haciendo dichos elementos de traslación (5) apoyo deslizante con su extremo sobre la configuración de levas onduladas definida en el otro acoplamiento de transmisión (2 ó 4) .

3. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque el sistema hidráulico que comunica con los alojamientos (12) de los elementos de traslación (5) comprende un circuito de baja presión (CBP) que posee un acumulador (10) y que comunica con los mencionados alojamientos (12) a través de válvulas de baja presión (8) , y un circuito de alta presión (CAP) que posee una aliviadora hidráulica (11) y que comunica con los alojamientos (12) a través de válvulas de alta presión (9) .

4. Amortiguador limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque la configuración de levas onduladas sobre la que hacen apoyo deslizante los elementos de traslación ( 5) 1 presenta unas formas de levas definidas por superficies inclinadas (R) y (S) de diferentes longitudes y ángulos de inclinación, entre una altura minima (X) y un altura máxima (V) .

5. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizado porque los elementos de traslación (5) incorporan en el extremo un rodillo (7) , mediante el cual hacen el apoyo deslizante sobre la configuración de levas onduladas.

6. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado porque la aliviadora hidráulica (11) del circuito de alta presión (CAP) posee un piloto (XP) , al cual se pueden aplicar sefiales eléctricas y/o hidráulica~ externas para determinar

comportamientos operativos del sistema hidráulico.

7. Amortiguador-limitador de par para

aerogeneradores, de acuerdo con la primera

reivindicación, caracterizado porque los acoplamientos

de transmisión ( 2 y 4) se disponen axialmente enfrentados entre sí, con la configuración de levas onduladas definida en el frente de uno de ellos y los elementos de traslación ( 5) saliendo axialmente en el frente del otro.

8. Amortiguador-limitador de par para aerogeneradores, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los acoplamientos de transmisión (2 y 4) se disponen concéntricos entre sí, con la configuración de levas onduladas definida en la superficie de uno de ellos enfrentada al otro y los elementos de traslación ( 5) saliendo radialmente en la superficie enfrentada del otro.






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