Dispositivo y procedimiento para determinar una posición de pala y para finalizar un desplazamiento de seguridad.

Dispositivo de ajuste (1) para una pala de rotor (6) de un rotor (5) de una turbina eólica

(2),

- comprendiendo el rotor (5) 5 un cubo (8) y al menos una pala de rotor (6),

- pudiendo la pala de rotor (6) montarse en un cojinete (9) que se puede montar entre la pala de rotor (6) y el cubo (8),

- y pudiendo la pala de rotor (6) disponerse de manera giratoria alrededor de un eje de pala (7) que discurre en la dirección axial de la pala de rotor (6) en diferentes posiciones de ataque en el cubo,

- comprendiendo el dispositivo de ajuste (1) un motor de ajuste (10) para accionar y/o fijar la pala de rotor (6), un primer dispositivo (11) para determinar una posición de pala y un convertidor (13) para activar el motor de ajuste (10),

- teniendo el convertidor (13) al menos una unidad de control (14),

caracterizado por que

- el primer dispositivo (11) tiene al menos dos medios (15a, 15b) para generar en cada caso una señal eléctrica (S1a, S1b) que depende de la posición de ataque,

- la unidad de control (14) y/o la unidad de evaluación (16) tienen al menos una entrada de señal conectada con una salida de señal de los medios (15a, 15b),

- la unidad de control (14) se puede conectar con al menos una unidad de evaluación (16) para comprobar una redundancia de las señales eléctricas (S1a, S1b) de los al menos dos medios (15a, 15b) y para comparar las señales (S1a, S1b) de los al menos dos medios (15a, 15b) o de un derivado de las señales (S1a, S1b) con al menos un valor umbral (λ) almacenado,

- y la unidad de control (14) y/o la unidad de evaluación (16) están configuradas de modo que, en caso de superarse un primer valor umbral (λ1), se finaliza una operación de ajuste de pala.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/056935.

Solicitante: Suzlon Energy GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Kurt-Dunkelmann-Str. 5 18057 Rostock ALEMANIA.

Inventor/es: IBENDORF,INGO, VILBRANDT,REINHARD.

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)
  • 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)

PDF original: ES-2542105_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para determinar una posición de pala y para finalizar un desplazamiento de seguridad

La invención se refiere a un dispositivo de ajuste para una pala de rotor de un rotor de una turbina eòlica. El rotor comprende un cubo, una pala de rotor, un cojinete que se puede montar entre la pala de rotor y el cubo y el dispositivo de ajuste. El cojinete comprende un anillo interior y un anillo exterior que están dispuestos de manera giratoria uno con respecto al otro. Por tanto, la pala de rotor está dispuesta fundamentalmente de modo giratoria alrededor de su eje longitudinal en el cubo. La pala de rotor se puede ajustar en diferentes posiciones de ataque mediante el dispositivo de ajuste. El dispositivo de ajuste comprende al menos un motor eléctrico de ajuste que mediante un piñón de accionamiento acciona una rueda dentada unida con la pala de rotor, un convertidor que está acoplado con una red eléctrica y que activa el motor de ajuste, y una unidad de control para regular el motor de ajuste. Además, la invención se refiere a un procedimiento para ajustar una pala de rotor de una turbina eòlica.

Una ventaja de turbinas eólicas con palas de rotor ajustables es que se puede influir en la absorción de potencia o el par de accionamiento del rotor modificando los ángulos de ajuste de pala. Por tanto, en caso de un fallo del funcionamiento se puede activar mediante un dispositivo de ajuste un desplazamiento de seguridad de las palas de rotor, girando las palas de rotor a dicha posición de bandera. La posición de bandera se alcanza cuando la pala de rotor se haya girado saliendo del viento de modo que sólo una superficie de ataque mínima de la pala de rotor queda expuesta al viento. Por tanto, la energía necesaria para mantener el movimiento de giro del rotor ya no se puede absorber, por lo que la turbina eòlica se para o al menos se frena.

Para vigilar el dispositivo de ajuste y el proceso de ajuste de pala, turbinas eólicas conocidas comprenden una pluralidad de transmisores, por ejemplo, un transmisor vigila la posición del motor de ajuste y otro transmisor vigila la posición de la corona dentada en el lado de la pala. A éstos se pueden añadir conmutadores de posición final que delimitan el intervalo de ajuste de pala. Debido a su alta precisión, conmutadores de posición final de este tipo están configurados en la mayoría de los casos como caja de engranaje en la que están alojados un engranaje y un conmutador en una carcasa común. Por ejemplo, el giro de la pala de rotor se introduce en el engranaje mediante un piñón que está engranado con la corona dentada en el lado de la pala de rotor. Tras una revolución previamente determinada, el conmutador se acciona por un disco de levas unido con el engranaje. Sin embargo, en la caja de engranaje resulta desventajoso el precio elevado.

Una turbina eòlica con un dispositivo de ajuste de este tipo es conocida ampliamente por el estado de la técnica. Por ejemplo, el documento EP 2 058 513 A2 da a conocer una turbina eòlica con un dispositivo de ajuste para variar los ángulos de ataque de las palas de rotor. A este respecto, el dispositivo de ajuste tiene un motor eléctrico de ajuste que está acoplado mediante un convertidor con una red eléctrica. El motor eléctrico de ajuste transmite su par de giro mediante un piñón de accionamiento a una rueda dentada unida con la pala de rotor. El dispositivo de ajuste comprende también una unidad de control para regular un proceso de ajuste de pala y dos conmutadores de posición final para vigilar el proceso de ajuste de pala, debiendo detectar el primer conmutador de posición final un giro de la pala de rotor más allá de la posición de bandera. Si se desencadena el primer conmutador de posición final, la pala de rotor se frena mecánicamente mediante un freno del dispositivo de ajuste. El segundo conmutador de posición final se desencadena cuando el proceso de ajuste no se para por delante del segundo conmutador de posición final a pesar de un frenado, e informa de un error en el sistema de frenado en una dirección de operación cuando se desencadena. A continuación, la dirección de operación solicita un servicio de la turbina eòlica. Un inconveniente de la turbina eòlica conocida es, por ejemplo, que en caso de un fallo del primer conmutador de posición final no se realice una parada de emergencia.

Por tanto, un objetivo de la invención es indicar un dispositivo de ajuste mejorado que, entre otras cosas, evite los inconvenientes del estado de la técnica. En particular, a este respecto se debe indicar un dispositivo de ajuste para una pala de rotor de una turbina eòlica que tenga un dispositivo para determinar un ángulo de ataque y para finalizar un desplazamiento de seguridad de la pala de rotor.

El objetivo se consigue de acuerdo con la invención con las características de la reivindicación principal 1 por que el dispositivo de ajuste tiene un motor de ajuste, un convertidor, una unidad de control y un dispositivo para determinar una posición de pala. El dispositivo para determinar la posición de pala comprende a este respecto medios para generar una señal que depende de la posición de ataque de la pala de rotor y una unidad de evaluación para comparar la señal o un derivado de la señal. Por ejemplo, la señal que depende de la posición de ataque puede ser una velocidad, una aceleración o una posición absoluta. Los medios para generar la señal que depende de la posición de ataque de la pala de rotor pueden estar configurados, entre otras cosas, como transmisores absolutos que son un transmisor de giro de vuelta única o un transmisor de giro de vueltas múltiples en función del intervalo de ajuste de pala, como resolvedores, como transmisores de potenciómetro o como transmisores increméntales. De manera ventajosa, se usa para ello uno de los transmisores ya existentes para vigilar el dispositivo de ajuste. Preferiblemente también se usan varios de los transmisores existentes como medio, por lo que se puede realizar un control de plausibilidad de las señales emitidas por una unidad de control. En caso de un fallo de un transmisor, la unidad de control puede conmutar a la señal del otro transmisor, con lo que se mantiene la función del dispositivo de ajuste.

En una forma de realización adicional, la generación de la señal que depende de la posición de ataque de la pala de rotor se puede realizar directamente en el convertidor. En este caso, la señal que depende de la posición de ataque de la pala de rotor es el desarrollo de corriente y/o tensión. Por ejemplo, mediante un análisis de campo vectorial se puede calcular a partir del desarrollo de corriente y/o tensión la revolución y, por tanto, la posición del motor de ajuste en la unidad de evaluación.

La unidad de evaluación tiene al menos una entrada de señal para recibir una señal que depende de la posición de ataque. La señal se puede producir de forma directa por el medio o de forma Indirecta mediante la unidad de control del convertidor. En la unidad de evaluación se analiza y se procesa la señal, siempre que no se haya emitido ya como posición angular absoluta por el medio. El procesamiento de señal puede consistir, por ejemplo, en que la señal se compara por un transmisor ¡ncremental con un valor de referencia de un transmisor adicional y, por tanto, se determina la posición absoluta del rotor. La unidad de evaluación está Integrada normalmente en la unidad de control, aunque, por motivos de reequlpamlento, también puede estar configurada como módulo independiente que está conectado con la unidad de control mediante una entrada de señal y una salida de señal. En la unidad de evaluación también se realiza el análisis vectorial de la corriente alimentada al motor de ajuste.

A continuación, la señal... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de ajuste (1) para una pala de rotor (6) de un rotor (5) de una turbina eólica (2),

- comprendiendo el rotor (5) un cubo (8) y al menos una pala de rotor (6),

- pudiendo la pala de rotor (6) montarse en un cojinete (9) que se puede montar entre la pala de rotor (6) y el cubo (8),

- y pudiendo la pala de rotor (6) disponerse de manera giratoria alrededor de un eje de pala (7) que discurre en la dirección axial de la pala de rotor (6) en diferentes posiciones de ataque en el cubo,

- comprendiendo el dispositivo de ajuste (1) un motor de ajuste (10) para accionar y/o fijar la pala de rotor (6), un primer dispositivo (11) para determinar una posición de pala y un convertidor (13) para activar el motor de ajuste

(10),

- teniendo el convertidor (13) al menos una unidad de control (14), caracterizado porque

- el primer dispositivo (11) tiene al menos dos medios (15a, 15b) para generar en cada caso una señal eléctrica (Sia, Sib) que depende de la posición de ataque,

- la unidad de control (14) y/o la unidad de evaluación (16) tienen al menos una entrada de señal conectada con una salida de señal de los medios (15a, 15b),

- la unidad de control (14) se puede conectar con al menos una unidad de evaluación (16) para comprobar una redundancia de las señales eléctricas (Sia, Sib) de los al menos dos medios (15a, 15b) y para comparar las señales (Sia, S^) de los al menos dos medios (15a, 15b) o de un derivado de las señales (Sia, Sib) con al menos un valor umbral (Á) almacenado,

- y la unidad de control (14) y/o la unidad de evaluación (16) están configuradas de modo que, en caso de superarse un primer valor umbral (Ai), se finaliza una operación de ajuste de pala.

2. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los medios (15a, 15b) pueden estar configurados como resolvedores, transmisores de potenciómetro, transmisores absolutos y/o transmisores increméntales.

3. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que los medios (15a, 15b) se accionan mediante una corona dentada del cojinete (20) del dispositivo de ajuste (1), por un árbol de salida (21) lento del motor de ajuste (10) o por un árbol rápido del motor de ajuste.

4. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los medios (15a, 15b) están integrados en el convertidor (13) y la señal generada es un desarrollo de corriente y/o tensión alimentado por el convertidor (13) al motor de ajuste (10).

5. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de ajuste (1) tiene un dispositivo de parada de emergencia (12) para determinar una posición de pala, y la unidad de control (14) está configurada de modo que, al alcanzarse la segunda posición de pala, el dispositivo de ajuste se puede desconectar de una alimentación de tensión (1).

6. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el dispositivo de parada de emergencia (12) tiene medios (17) para generar una señal (S2) que depende de la posición de ataque y una unidad de evaluación (18) para comparar la señal (S2) o un derivado de la señal (Si) con un segundo valor umbral (A2) almacenado.

7. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el dispositivo (11) para determinar una primera posición de ataque de la pala de rotor y el dispositivo de parada de emergencia (12) para determinar una segunda posición de ataque de la pala de rotor utilizan en cada caso los mismos medios (15) para generar una señal (Si) que depende de la posición de ataque y en cada caso la misma unidad de evaluación (16), o utilizan en cada caso los mismos medios (15) pero en cada caso unidades de evaluación (16, 18) independientes, o utilizan en cada caso medios (15, 17) independientes para generar una señal (Si, S2) que depende de la posición de ataque y utilizan en cada caso unidades de evaluación (16, 18) independientes, y los medios (15, 17) están configurados de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4.

8. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el dispositivo de parada de emergencia (12) tiene un conmutador de posición final (19) y un elemento de accionamiento que actúa conjuntamente con el mismo y el conmutador de posición final (19) se acciona mecánicamente por el elemento de accionamiento al alcanzarse la segunda posición de pala.

9. Dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer valor umbral (Ai) está situado en un intervalo entre 85° y 95°, el segundo valor umbral (A2) o la posición de pala para

conmutar el conmutador de posición final (19) está situado en un intervalo siguiente entre 95° y 100°, y el tercer valor umbral (A3) para delimitar el intervalo de ajuste de pala en la dirección operativa está situado entre 0° y -10°.

10. Turbina eólica (2) con una cabina de máquina (4) montada de manera giratoria sobre una torre (3) y un rotor (5) unido mediante un árbol de accionamiento con un generador montado en la cabina de máquina (4), comprendiendo el rotor (5) un cubo (8) y al menos una pala de rotor, estando la pala de rotor (6) unida de manera giratoria alrededor de un eje de pala (7) que discurre en la dirección axial de la pala de rotor (6) mediante un cojinete (9) con el cubo (8), y pudiendo la pala de rotor (6) accionarse por un dispositivo de ajuste (1) y pararse en diferentes posiciones de ataque, caracterizada por que el dispositivo de ajuste (1) está configurado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores.

11. Procedimiento para finalizar un proceso de ajuste de pala de una pala de rotor (6) de un rotor (5) de una turbina eólica (2), pudiendo la pala de rotor (6) ajustarse mediante un dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas

- generar una señal para ajustar la pala de rotor (6) en la unidad de control (14),

- transmitir al convertidor (13) una señal para ajustar la pala de rotor (6) de la unidad de control (14),

- solicitar el motor de ajuste (10) con corriente y/o tensión mediante el convertidor (13),

- detectar una posición de ataque de la pala de rotor (6) y generar una señal (S^, S2b) que depende de la posición de ataque mediante los medios (15a, 15b),

-transmitir la señal de los medios (15a, 15b) de forma directa o indirecta a la unidad de evaluación (16),

- comparar las señales (S^, Sib) con valores umbral (A) almacenados en una memoria (26) en la unidad de evaluación (16),

- y, al alcanzarse el valor umbral (Ai), generar una señal (Sst) para finalizar el proceso de ajuste de pala en la unidad de evaluación (16) y enviar la señal (Sst) a la unidad de control (14).

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la señal (Sia) y/o la señal (S^) se procesan antes de la comparación por la unidad de evaluación (16).

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, pudiendo la pala de rotor (6) ajustarse mediante un dispositivo de ajuste (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, que comprende las etapas,

- detectar una posición de ataque de la pala de rotor (6) y generar una señal (S2) que depende de la posición de ataque mediante los medios (17),

- transmitir la señal de los medios (17) de forma directa o indirecta a la unidad de evaluación (18),

- comparar la señal (S2) con valores umbral (A) almacenados en una memoria (26) en la unidad de evaluación

(18),

- y, al superarse el primer valor umbral (Ai) sin finalizar el proceso de ajuste y, al alcanzarse el valor umbral (A2), generar una señal (Sst) para desconectar el dispositivo de ajuste de la alimentación de tensión en la unidad de evaluación (16) y enviar la señal (Sst) a la unidad de control (14).

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la señal (S2) se procesa antes de la comparación con un valor umbral (A) almacenado por la unidad de evaluación (18).