AMORTIGUADOR-LIMITADOR DE PAR PARA AEROGENERADORES.

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.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201101202.

Solicitante: LASTRA GÓMEZ, Rafael.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LASTRA GÓMEZ,Rafael.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/02 (teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con el eje de rotación dispuesto... > F03D1/06 (Rotores)
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AMORTIGUADOR-LIMITADOR DE PAR PARA AEROGENERADORES.

Fragmento de la 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...

 


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.