Cojinete principal de turbina eólica.

Cojinete (1) principal de turbina eólica realizado para sostener un árbol (13) de una turbina

(10) eólica, árbol que se hace rotar mediante varias palas (11) conectadas al árbol (13), en el que el cojinete (1) principal de turbina eólica comprende un cojinete (1) de fluidos con una pluralidad de segmentos (2) de cojinete dispuestos alrededor del árbol (13),

caracterizado porque un segmento (2) de cojinete comprende varias cavidades (C1, C2, C3, C4) ubicadas en una superficie interna del segmento (2) de cojinete, en el que una cavidad (C1, C2, C3, C4) comprende una entrada (F1, F2, F3, F4) de fluido para la inyección de un lubricante fluido en la superficie interna del segmento (2) de cojinete, y en el que la ubicación de una cavidad (C1, C2, C3, C4) se elige basándose en una distribución de presión relativa en la superficie interna del segmento (2) de cojinete.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/062483.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: STEGE,JASON, GUERENBOURG,PIERRE-ANTOINE, NEW,NIGEL, THOMSEN,KIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D11/00 (Detalles, partes constitutivas o accesorios no cubiertos por, o con un interés distinto que, los otros grupos de esta subclase)

PDF original: ES-2499030_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Campo de la invención

La invención describe un cojinete principal de turbina eólica. La invención describe además una turbina eólica con un cojinete principal de turbina eólica y un método para realizar el mantenimiento en una turbina eólica.

Antecedentes de la invención

Las turbinas eólicas usadas en convertidores de energía eólica (también denominados aerogeneradores) para la producción de energía eléctrica hacen una contribución valiosa a la obtención de energía a partir de fuentes renovables. Los convertidores de energía eólica pueden ser terrestres, es decir con base en tierra, o marinos, es decir construidos en una zona costera. Las turbinas marinas superan en rendimiento a las turbinas eólicas terrestres, puesto que en el mar prevalecen generalmente condiciones ventosas, mientras que, dependiendo de su ubicación, las turbinas eólicas con base en tierra pueden estar sujetas a periodos prolongados de poco viento y, por tanto, a una salida de potencia relativamente menor. Por este motivo, están construyéndose números crecientes de turbinas marinas, y se espera que estos números aumenten en el futuro. Estos desarrollos, junto con el mayor tamaño de las turbinas eólicas más recientes, están conduciendo a mayores demandas de capacidad de servicio y robustez. Es más costoso, por motivos obvios, dar servicio a una turbina marina que a una turbina con base en tierra o terrestre.

Actualmente se usan varios tipos diferentes de turbinas eólicas, o convertidores de energía eólica. Muchos usan un árbol principal con el buje y las palas en un extremo y una caja de engranajes en el otro, pero existen diseños alternativos. Por ejemplo, la turbina 3MW V9 de Vestas usa un cojinete principal y una caja de engranajes combinados, es decir la caja de engranajes es solidaria con el cojinete principal, y por tanto no tiene un árbol principal. Otro tipo de turbina eólica no tiene una caja de engranajes, y el generador rota con baja velocidad. Estas turbinas eólicas se denominan "generadores de accionamiento directo" y no tienen un árbol principal como tal. Estas turbinas eólicas de la técnica anterior usan cojinetes de elementos rodantes como cojinete principal para soportar el rotor y las palas, y el árbol principal si la turbina eólica tiene uno, por ejemplo tal como se describe en el documento DE 12 55 745 Al, que también menciona el uso de un cojinete liso hidrostático entre el rotor y el estátor.

Problemas de servicio típicos son la sustitución de cojinetes defectuosos, particularmente del cojinete principal, que deben soportar cargas dinámicas muy altas dependiendo del tamaño de turbina eólica y las condiciones de viento. La carga sobre el cojinete principal está determinada principalmente por la masa combinada de las palas, del buje y del árbol principal, y por la velocidad del viento. Estas altas cargas dinámicas dan como resultado desviaciones de árbol dinámicas correspondientemente grandes en las turbinas eólicas. La velocidad de rotación máxima de una turbina eólica está determinada por el tamaño de turbina y por tanto también por el tamaño de pala. Una turbina más grande, con palas más grandes, proporciona una menor velocidad de rotación máxima. Por ejemplo, una turbina de 2, MW existente tiene una velocidad de rotación máxima de 19 rpm, mientras que la velocidad de rotación máxima de una turbina de 3,6 MW es sólo de 13 rpm. A estas bajas velocidades, las cargas dinámicas ejercidas sobre el árbol principal y el cojinete principal pueden ser muy altas, especialmente en condiciones de viento fuerte, en las que las fuerzas resultantes del orden de más de 2 MN (meganewton) ejercidas sobre los cojinetes no son infrecuentes. En el arranque o el apagado, las condiciones se vuelven incluso más críticas puesto que la velocidad de rotación es extremadamente baja (por ejemplo, de menos de 5 rpm) y la fricción entre el árbol y el cojinete principal se vuelve mayor. Evidentemente, la carga de cojinete aumenta al aumentar el tamaño de turbina eólica. Las condiciones de funcionamiento combinadas con los problemas de que los cojinetes de elementos rodantes grandes son muy sensibles a la calidad del material y requieren una manipulación y lubricación correctas hacen que los cojinetes de rodillos o cojinetes de bolas sean más propensos a fallar durante la vida útil requerida.

Puesto que se desean turbinas eólicas más grandes debido a su mejor economía de sistema global, la vida útil y el rendimiento del cojinete está convirtiéndose en un aspecto más crítico en el diseño de turbinas eólicas, especialmente para turbinas eólicas marinas. Los cojinetes de rodillos convencionales están asociados con varios problemas. Los cojinetes de rodillos deben mecanizarse con un grado alto de precisión, puesto que cualquier irregularidad puede conducir rápidamente a un fallo del material. Otro argumento importante en contra del uso de un sistema de cojinete de rodillos en el cojinete principal de una turbina eólica es la dificultad asociada con su mantenimiento. Alternativas tales como cojinetes de deslizamiento o lisos, aunque son menos susceptibles que los cojinetes de rodillos a producir ruido y vibración, también son inadecuadas debido a su intolerancia a la carga en borde que se producirá debido a la estructura de turbina relativamente flexible. Esto se aplica también a cojinetes de fluidos convencionales del tipo descrito en el documento US 5.271.676. No es posible sustituir un cojinete de este tipo, o una parte de cojinete, sin desensamblar en primer lugar el tren de transmisión. Se requiere una grúa externa grande de manera adecuada para elevar y separar el buje, las palas, el árbol y el cojinete de la turbina. Luego, el cojinete puede desmontarse y sustituirse, y entonces los componentes deben elevarse a su lugar de nuevo para su ensamblaje. Una grúa externa con la capacidad de elevación necesaria presenta un gasto adicional considerable, particularmente para una turbina eólica marina, para la que la grúa externa debe transportarse (en condiciones meteorológicas favorables) en barco.

Tales procedimientos de mantenimiento en un convertidor de energía eólica son costosos y llevan mucho tiempo, particularmente en una ubicación marina, tal como apreciará un experto en la técnica. Además, tal mantenimiento sólo puede llevarse a cabo durante condiciones de poco viento. Sin embargo, en una ubicación marina, las condiciones de poco viento pueden producirse rara vez. Una turbina con un cojinete dañado puede tener entonces que desconectarse durante un largo periodo de tiempo hasta que el viento amaine, tiempo durante el cual la turbina no puede usarse para generar electricidad.

En resumen, los sistemas de cojinete actuales no cumplen satisfactoriamente con los requisitos de larga vida útil y bajo servicio cuando se usan como cojinete principal en una turbina eólica.

Por tanto, un objeto de la invención es proporcionar un cojinete mejorado para una turbina eólica que evite los problemas mencionados anteriormente.

Sumario de la invención

El objeto de la invención se logra mediante el cojinete principal de turbina eólica según la reivindicación 1, la turbina eólica según la reivindicación 12, el método para realizar el mantenimiento en una turbina eólica según la reivindicación 15 y mediante un uso de un cojinete de fluidos como cojinete principal en una turbina eólica según la reivindicación 16.

Un cojinete principal de turbina eólica según la invención está realizado para sostener un árbol de una turbina eólica, árbol que se hace rotar mediante varias palas conectadas al árbol, en el que el cojinete principal de turbina eólica comprende un cojinete de fluidos con una pluralidad de segmentos de cojinete dispuestos alrededor del árbol, caracterizado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.

Cojinete (1) principal de turbina eólica realizado para sostener un árbol (13) de una turbina (1) eólica, árbol

que se hace rotar mediante varias palas (11) conectadas al árbol (13), en el que el cojinete (1) principal de turbina eólica comprende un cojinete (1) de fluidos con una pluralidad de segmentos (2) de cojinete dispuestos alrededor del árbol (13),

caracterizado porque un segmento (2) de cojinete comprende varias cavidades (Ci, C2, C3, C4) ubicadas en una superficie interna del segmento (2) de cojinete, en el que una cavidad (C1, C2, C3, C4) comprende una entrada (F1, F2, F3, F4) de fluido para la inyección de un lubricante fluido en la superficie interna del segmento (2) de cojinete, y en el que la ubicación de una cavidad (C1, C2, C3, C4) se elige basándose en una distribución de presión relativa en la superficie interna del segmento (2) de cojinete.

2.

Cojinete principal de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizado porque el cojinete (1) principal de turbina eólica está realizado para sostener un árbol (13) con un diámetro (Ds) de al menos 4 centímetros, más preferiblemente de al menos 5 centímetros, y lo más preferiblemente de al menos 8 centímetros.

3.

Cojinete principal de turbina eólica según la reivindicación 1 la reivindicación 2, caracterizado porque el cojinete (1) principal de turbina eólica está realizado de manera que el segmento (2) de cojinete puede inclinarse para adaptarse a una desviación del árbol (13).

4.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según la reivindicación 3, caracterizado porque el cojinete (1) principal de turbina eólica comprende un alojamiento (3) de cojinete, y en el que un segmento (2) de

cojinete del cojinete (1) principal de turbina eólica comprende un cojinete (3) de pivote para conectar de manera inclinable el segmento (2) de cojinete al alojamiento (3) de cojinete.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un segmento (2) de cojinete tiene una estructura asimétrica elegida según un sentido (R) de

rotación del árbol (13).

6.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ubicación de una cavidad (C-i, C2, C3, C4) corresponde a una región de baja presión relativa en la superficie interna del segmento (2) de cojinete.

7.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la ubicación de una cavidad (C-i, C2, C3, C4) se elige basándose en contornos isobáricos específicos que representan regiones de baja presión relativa en la superficie interna del segmento (2) de cojinete.

8.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según la reivindicación 6 la reivindicación 7, que comprende una pluralidad de cavidades (C1, C2, C3, C4), en el que las cavidades (C1, C2, C3, C4) están dispuestas hacia regiones de esquina de la superficie interna de un segmento (2) de cojinete.

9.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según la reivindicación 8, que comprende cuatro cavidades (C1, C2, C3, C4), en el que las cavidades (C1, C2, C3, C4) están dispuestas en regiones de esquina externa de la superficie interna de un segmento (2) de cojinete esencialmente rectangular.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una superficie interna de un segmento (2) de cojinete está revestida con un revestimiento (5) de

polímero.

11.

Cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por al menos una disposición anular de segmentos (2) de cojinete dispuestos alrededor del árbol (13).

12.

Turbina (1) eólica que comprende varias palas (11) conectadas a un árbol (13) y realizadas para hacer rotar el árbol (13), y que comprende un cojinete (1) principal para el árbol (13), caracterizada porque el cojinete (1) principal es un cojinete (1) principal de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13.

Turbina (1) eólica según la reivindicación 12, caracterizada por varios cojinetes (18, 18) de empuje dispuestos alrededor del árbol (13) y, opcionalmente, un tope (19) de impacto dispuesto en un extremo delantero del árbol (13), realizados para adaptarse a un movimiento longitudinal del árbol (13).

14.

Turbina (1) eólica según la reivindicación 12 la reivindicación 13, caracterizado por una disposición (22) de elevación para levantar un elemento de la turbina (1) eólica para facilitar la retirada, la inserción el mantenimiento de un segmento (2) de cojinete del cojinete (1) principal de turbina eólica.

Método para realizar el mantenimiento en una turbina (1) eólica según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende las etapas de

- detener la rotación del árbol (13);

- hacer funcionar una disposición (22) de elevación para levantar el árbol (13); y

- retirar un segmento (2) de cojinete del cojinete (1) principal de turbina eólica del alojamiento (3) de cojinete del cojinete (1) principal de turbina eólica.

Uso de un cojinete (1) de fluidos como cojinete (1) principal en una turbina (1) eólica, mediante el cual el cojinete (1) de fluidos comprende una pluralidad de segmentos (2) de cojinete dispuestos alrededor de un árbol (13) de la turbina (1) eólica, árbol que se hace rotar mediante varias palas (11) conectadas al árbol (13), y en el que un segmento (2) de cojinete comprende varias cavidades (C-i, C2, C3, C4) ubicadas en una superficie interna del segmento (2) de cojinete, en el que una cavidad (C-i, C2, C3, C4) comprende una entrada (Fi, F2, F3, F4) de fluido para la inyección de un lubricante fluido en la superficie interna del segmento (2) de cojinete, y en el que la ubicación de una cavidad (Ci, C2, C3, C4) se elige basándose en una distribución de presión relativa en la superficie interna del segmento (2) de cojinete.