Dispositivo para el giro de la góndola de máquina de una instalación de energía eólica.

Dispositivo para el giro controlado de una góndola de máquina (102) de una instalación de energía eólica, con un dispositivo de mando

(400) y con varios motores acimutales (128), en donde el dispositivo presenta además varios frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) en la cantidad n, en donde el dispositivo de mando (400) está conformado para un funcionamiento en reposo y para un funcionamiento de seguimiento, en donde en el funcionamiento en reposo los n frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) se mandan para la aplicación de un momento de frenado en reposo M1 para retener la góndola de máquina (102), en donde los n frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) aplican para ello respectivamente un primer momento de frenado sustancialmente igual, y en donde en el funcionamiento de seguimiento los n frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) se mandan para la aplicación de un momento de frenado en seguimiento M2, en donde el momento de frenado en seguimiento M2 es menor que el momento de frenado en reposo M1 (M1 >M2) y es también menor que el momento de giro global que generan los motores acimutales (128) en el funcionamiento de seguimiento, en donde el dispositivo de mando (400) manda en el funcionamiento de seguimiento un número m de los n frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) para la generación de sustancialmente el mismo y constante momento de frenado M3 respectivamente, caracterizado porque en el funcionamiento de seguimiento M1/n >M3 >M2/n, y en donde los (n-m) frenos de guiñada (130, B, B1 - B8) restantes se mandan para la generación de sustancialmente el mismo y constante momento de frenado M4 respectivamente, en donde aplica m*M3 + (n-m)*M4 ~≥ M2 y M1/n >M2/n >M4.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/005764.

Solicitante: Senvion SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Überseering 10 (Oval Office) 22297 Hamburg ALEMANIA.

Inventor/es: TREDE,Alf, BRÜCKNER,MATTHIAS.

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)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo para el giro de la góndola de máquina de una instalación de energía eólica.

La presente invención se refiere a un dispositivo para el giro de la góndola de máquina de una instalación de energía eólica.

Las instalaciones de energía eólica obtienen energía eléctrica a partir de la energía del viento. Como conformación constructiva más frecuente de instalaciones de energía eólica se pueden encontrar instalaciones que presentan un 1 árbol de rotor dispuesto sustancialmente en horizontal, que está conectado con un rotor equipado con dos o tres palas de rotor. El movimiento giratorio del rotor se convierte en energía eléctrica mediante el árbol de rotor y eventualmente otros componentes de la cadena cinemática con la ayuda de un generador. Los componentes de la cadena cinemática y los componentes eléctricos están dispuestos en una góndola de máquina, que está soportada por una torre. La góndola de máquina está para ello apoyada de forma giratoria sobre la torre, para que el rotor 15 pueda seguir al viento según las direcciones cambiantes del viento, al hacer girar la góndola de máquina con respecto a la torre. Para el seguimiento se emplean principalmente sistemas activos, que presentan varios motores, que se controlan mediante un sistema de medición del viento, por ejemplo, una veleta fijada sobre la góndola, y en función de la dirección del viento determinada a través del mismo. Estos motores acimutales consisten en motores hidráulicos o eléctricos.

El objetivo del seguimiento de la dirección del viento de la góndola de máquina es una orientación óptima del rotor con respecto al viento. Sin embargo, el seguimiento de la dirección del viento no puede reaccionar de una forma demasiado sensible, lo que tendría concretamente como consecuencia permanentemente pequeños movimientos de seguimiento. El tiempo de vida de los componentes mecánicos se vería claramente reducido. Por ello se trabaja por 25 lo general con valores medios en el tiempo en la determinación de la dirección del viento, y sólo se produce un seguimiento cuando se determina un determinado ángulo diferencial entre la posición real y la posición óptima con respecto al viento. Este ángulo diferencial se denomina ángulo de guiñada.

Un sistema de seguimiento de la dirección del viento comprende vahos componentes diferentes como, por ejemplo, 3 un apoyo de góndola, uno o varios motores acimutales para hacer girar la góndola de máquina, uno o varios frenos generalmente hidráulicos, eventualmente un dispositivo de enclavamiento, así como un sistema electrónico de regulación. Estos diferentes componentes están dispuestos, según la forma de realización, o bien sobre o en la góndola de máquina, o bien sobre o en la torre.

El apoyo de góndola se realiza generalmente mediante un rodamiento (rodamiento de bolas) que está dispuesto entre un aro dentado fijo en la torre y un aro en la bancada de la caja de la maquinaria. Asimismo, en la caja de la maquinaria se encuentran generalmente montados de forma fija varios motores de accionamiento con engranajes reductores, cada uno de los cuales está engranado con el dentado del aro fijo en la torre a través del piñón del árbol

de accionamiento.

Durante el funcionamiento de una instalación de energía eólica pueden aparecer fuerzas muy elevadas, particularmente con aires turbulentos en función del ángulo de guiñada del rotor, y con ello momentos de torsión muy elevados, los denominados momentos de guiñada. Estos elevados momentos de guiñada pueden aparecer tanto durante un movimiento de seguimiento de la góndola de máquina como también en el estado de reposo de la 45 góndola de máquina, de tal forma que la góndola de máquina se tiene que sujetar de forma segura frente al giro frente a estos momentos. Para evitar que los motores acimutales detengan los momentos de guiñada, está previsto por lo general un inhibidor de giro o un freno de guiñada. De lo contrario, apenas se podría garantizar un tiempo de vida suficiente para los motores o para los engranajes intercalados. En general, en pequeñas instalaciones es suficiente con el inhibidor de giro en el apoyo de la góndola, estando previstos generalmente varios frenos 5 hidráulicos liberables de guiñada para instalaciones más grandes. Estas actúan habitualmente contra un anillo de freno en la cara interior de la torre o al revés, contra un anillo en la góndola de máquina. También son conocidos frenos eléctricos de guiñada. También durante el movimiento de seguimiento se encuentran habitualmente uno o dos frenos de guiñada en acción de frenado, para garantizar la amortiguación necesaria en la dinámica de ajuste. Los motores acimutales tienen que estar por ello dimensionados de tal forma que puedan superar estos momentos 55 de frenado producidos por los frenos de guiñada (véase, por ejemplo, Hau Instalaciones de energía eólica", 4a edición, página 349/35, sección frenos de estacionamiento).

También es conocido prever frenos independientes para el movimiento de seguimiento, además de los frenos de estacionamiento en reposo, contra los que tienen que trabajar los motores acimutales. Los frenos de

estacionamiento en reposo sólo están activos al detener la góndola durante el reposo y se liberan para el movimiento de seguimiento (véase Gasch/Twele Instalaciones de energía eólica", 6a edición, páginas 93/94, sección 3.3.1. Seguimiento de la dirección del viento). Se considera inconveniente que sea necesario prever frenos adicionales de seguimiento además de los frenos de estacionamiento en reposo.

También es conocido hacer funcionar todos los frenos de guiñada, que trabajan durante el reposo con un determinado momento de frenado en reposo, con un mismo y constante momento de frenado más bajo durante el seguimiento. Estos sistemas de freno acimutal conocidos tienden a la generación de ruidos chirriantes no deseados, en ocasiones muy molestos, durante el movimiento de seguimiento.

Del documento DE1284948A1 se conoce un sistema de frenado en el que se regula dinámicamente el momento de frenado durante el movimiento de seguimiento. Para ello se proponen diferentes alternativas:

- la conexión por delante o a continuación de una válvula hidráulica regulable en la conducción hidráulica hacia el 15 freno o hacia los frenos, y regulación posterior del flujo de aceite a través de la válvula hidráulica;

- una regulación digital mediante apertura o cierre de las válvulas hidráulicas conectadas en paralelo hacia los frenos;

- el mando individual de los frenos mediante válvulas hidráulicas conectadas por delante o a continuación, en donde los frenos se hacen funcionar a una presión máxima de frenado, y se presionan o liberan los frenos de forma dirigida.

Finalmente, en el estado de la técnica son conocidas las siguientes modificaciones en el forro del freno o en el disco 25 del freno, para reducir ruidos molestos: granulado dirigido del disco de freno; uso de diferentes tipo de forro de freno; limpieza periódica de forros de freno y de disco de freno, parcialmente automatizada; variación del grosor del soporte del forro del freno; aplicación de patrones de taladrado o fresado en el disco de freno; aplicación de biseles de borde o sistemas de ranurado en el forro del freno. Estas modificaciones, siempre que puedan ser tan siquiera reprodúceles con éxito, tienen como consecuencia en parte un mayor desgaste de los frenos, en parte representan 3 sólo unas mejoras por poco tiempo, que desaparecen de nuevo después de unos cuantos procesos de frenado, en parte se logran con un elevado coste desproporcionado.

El documento JP2637653A y el documento EP165431A2 describen de forma general sistemas de freno de estacionamiento en reposo.

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Reivindicaciones:

1. Dispositivo para el giro controlado de una góndola de máquina (12) de una instalación de energía

eólica, con un dispositivo de mando (4) y con varios motores acimutales (128), en donde el dispositivo presenta 5 además varios frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) en la cantidad n, en donde el dispositivo de mando (4) está conformado para un funcionamiento en reposo y para un funcionamiento de seguimiento, en donde en el funcionamiento en reposo los n frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) se mandan para la aplicación de un momento de frenado en reposo M1 para retener la góndola de máquina (12), en donde los n frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) aplican para ello respectivamente un primer momento de frenado sustancialmente Igual, y en donde en el 1 funcionamiento de seguimiento los n frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) se mandan para la aplicación de un momento de frenado en seguimiento M2, en donde el momento de frenado en seguimiento M2 es menor que el momento de frenado en reposo M1 (M1 > M2) y es también menor que el momento de giro global que generan los motores acimutales (128) en el funcionamiento de seguimiento, en donde el dispositivo de mando (4) manda en el funcionamiento de seguimiento un número m de los n frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) para la generación de 15 sustancialmente el mismo y constante momento de frenado M3 respectivamente, caracterizado porque en el funcionamiento de seguimiento M1/n > M3 > M2/n, y en donde los (n-m) frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) restantes se mandan para la generación de sustancialmente el mismo y constante momento de frenado M4 respectivamente, en donde aplica m*M3 + (n-m)*M4 ~= M2 y M1/n > M2/n > M4.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de mando (4) está

conformado para mandar m frenos de guiñada (13, B, B1 - B8), mandados en un primer funcionamiento de seguimiento para la generación del momento de frenado M3 correspondiente, en un funcionamiento de seguimiento posterior para la generación del momento de frenado M4 correspondiente, y mandar aproximadamente m de los (n- m) frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) mandados en el primer funcionamiento de frenado a M4, en el 25 funcionamiento de seguimiento posterior para la generación de un momento de frenado M3.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el funcionamiento de seguimiento posterior

y el primero se producen de forma inmediatamente consecutiva, separados por un funcionamiento en reposo.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque (n-m) es

aproximadamente igual que m.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque aplica que M4 ~=.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los m y/o (n-m) frenos

de guiñada (13, B, B1 - B8) están dispuestos sustancialmente de forma simétrica alrededor del eje de giro (13, 73) del giro de la góndola de máquina.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los frenos de guiñada son frenos

hidráulicos (13, B, B1 - B8) con mando hidráulico, que están dispuestos en un circuito de alimentación hidráulica equipados con elementos de ajuste (54, 55, 56, 57, 64, 66, 61, 62, 631, 71, 76, 78, 782, 81, 82, 85, 86, 87), y en donde el dispositivo presenta un grupo hidráulico (5), caracterizado porque el dispositivo de mando (4) está conformado para mandar los elementos de ajuste (54, 55, 56, 57, 64, 66, 61, 62, 631, 71, 76, 78, 782, 81, 82, 85, 86, 87) para el funcionamiento en reposo de tal forma que todos los frenos de 45 guiñada (13, B, B1 - B8) estén alimentados con una presión de trabajo de reposo P1, y mandar los elementos de ajuste (54, 55, 56,57, 64, 66, 61, 62, 631, 71, 76, 78, 782, 81, 82, 85, 86, 87) para el funcionamiento de seguimiento de tal forma que m frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) estén alimentados con una presión de trabajo P3 y (n-m) frenos de guiñada (13, B, B1 - B8) con una presión de trabajo P4.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los frenos de guiñada (B1 - B8) están

dispuestos en dos circuitos hidráulicos independientes gobernados por elementos de ajuste, en donde en el primer circuito hidráulico están dispuestos en serie m frenos de guiñada (B2, B4, B6, B8) y en el segundo circuito hidráulico (n-m) frenos de guiñada (B1, B3, B5, B7).

9. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los n frenos de guiñada (B1 - B8) están

dispuestos en serie en una conducción en doble anillo, en donde cada conducción en anillo está gobernada por elementos de ajuste.

1. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores 7 a 9, caracterizado porque en el circuito

hidráulico están dispuestos tan sólo elementos de ajuste (62, 71, 76) entre el primer y el enésimo freno de guiñada (B1 - B8), que no son mandados por el dispositivo de mando (4).

11. Dispositivo según la reivindicación 1, en donde todos los frenos de guiñada (B1 - B8) están 5 dispuestos en serie en un circuito hidráulico, caracterizado porque entre el m-ésimo y el (m+1)-ésimo freno de

guiñada está dispuesta como elemento de ajuste (62) una válvula de limitación de presión (622) con válvula de retención (621) conectada en paralelo, en donde la dirección de bloqueo de la válvula de retención (621) se corresponde con la dirección de apertura de la válvula de limitación de presión (622), y en donde en el circuito hidráulico están además previstos elementos de ajuste (66, 61, 62, 631) y conducciones hidráulicas, y mandados 1 por el dispositivo de mando (4), de tal forma que en el funcionamiento en reposo está establecida la presión de trabajo en reposo P1 en todos los n frenos de guiñada (B1 - B4) evitando la válvula de limitación de presión (622) mediante la válvula de retención (621), en donde en el funcionamiento de seguimiento está establecida la presión de trabajo P3 en los m frenos de guiñada (B3, B4) hasta la válvula de limitación de presión (622), evitando la válvula de retención (621).

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque además del grupo hidráulico (5) está dispuesto un acumulador de presión (63) en el circuito hidráulico, cuyo punto de alimentación de presión se encuentra por delante de la válvula de limitación de presión (622) según la dirección de circulación del funcionamiento de seguimiento.