Método para parar un aerogenerador en dos etapas, teniendo el aerogenerador un control de "paso variable",

un rotor con al menos una pala (11), un disco mecánico (31) en el eje de alta velocidad, un sistema de "paso variable" (21, 23, 25) para ajustar el ángulo de paso de la pala, que incluye: a) una primera usando el sistema de "paso variable" (21, 23, 25) para reducir la velocidad rotor; b) una segunda etapa usando tanto el sistema de "paso variable" (21, 23, 25) como el freno mecánico (31) para parar el rotor. La segunda etapa empieza cuando se cumple una de las siguientes condiciones: la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está por debajo de un valor predefinido So; el de un tiempo To predefinido desde el comienzo de la primera etapa; se alcanza un nivel predefinido Tlo del par motor en el eje de alta velocidad.

frenos mecánicos y frenos aerodinámicos tales como Método para parar un aerogenerador en dos etapas. Campo de la invención

La invención se refiere a un método para parar un aerogenerador y más en particular a un método para parar un aerogenerador usando medios de frenado aerodinámicos y mecánicos. Antecedentes Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico.

La eficiencia de un aerogenerador depende de muchos factores. Uno de ellos es la orientación de las palas del rotor respecto a la dirección de la corriente del viento que es controlada normalmente por un sistema de regulación de paso que permite ajustar el ángulo de paso de las palas del rotor para mantener la velocidad del rotor en un valor constante o dentro de un rango dado. En otro caso, especialmente con altas velocidades de viento, la carga del rotor excedería los límites establecidos por la resistencia estructural del aerogenerador.

Hay dos métodos básicos para controlar la potencia de un aerogenerador cambiando el ángulo de paso de las palas del rotor: el método de control de "paso variable" y el método de control por "pérdida". En el método de control de "paso variable" el ángulo de paso de las palas del rotor se cambia hacia un menor ángulo de ataque para reducir la potencia capturada y hacia un mayor ángulo de ataque para incrementar la potencia capturada. Este método permite un control preciso y estable de la potencia aerodinámica capturada y de la velocidad del rotor.

La parada de un aerogenerador es una de las operaciones más críticas porque implica grandes cargas para los componentes del aerogenerador.

En términos generales, en los aerogeneradores con control de "paso variable", la operación de parada incluye el paso de girar las palas con el borde de salida apuntando en la dirección del viento hasta que alcanzan su posición de bandera pero se conocen métodos de parada muy diferentes como los siguientes.

EP 1 701 034 A2 describe un método para parar el rotor de un aerogenerador cuando los ángulos de las palas están en la posición operacional y la torre está inclinada en la dirección del viento según el cual los ángulos de las palas del rotor se ajustan desde la posición operacional a la posición de bandera de manera que, en un primer paso, los ángulos de las palas se giran a una primera velocidad angular de manera que el rotor se frene y, en un segundo paso, se reduce la velocidad angular de manera que mientras se encuentra en la posición operacional, el rotor actúa para suavizar el movimiento de péndulo de la torre contra el viento.

US 2007/0116572 A1 describe un método para frenar un aerogenerador que incluye el control selectivo del ángulo de paso de al menos una pala del rotor respecto a la dirección del viento en función de un parámetro de diseño de un componente del aerogenerador para facilitar la reducción de la fuerza inducida en el componente del aerogenerador como resultado del frenado.

La parada de un aerogenerador puede ser llevada a cabo utilizando diferentes medios específicos de frenos neumáticos, flaps en el borde de ataque o puntas giratorias.

En los aerogeneradores con multiplicadora de tres etapas, los frenos mecánicos (típicamente frenos de disco) se colocan normalmente en el eje de alta velocidad porque el par motor es relativamente bajo en él. Cuando más bajo sea el par motor, menor será el freno de disco. En aerogeneradores sin multiplicadora o con multiplicadora de únicamente dos etapas el par motor será más alto y consecuentemente es necesario que el freno de disco sea más grande.

Los aerogeneradores modernos necesitan métodos de parada optimizados y la presente invención está orientada a la atención de esa demanda. Sumario de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" que permita la reducción del tamaño del freno mecánico.

Este y otros objetos de la presente invención se consiguen proporcionando un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" que comprende un rotor con al menos una pala, un disco mecánico en el eje de alta velocidad, un sistema de "paso variable" para ajustar el ángulo de paso de la pala, que incluye:

- Una primera etapa usando el sistema de "paso variable" para reducir la velocidad del rotor.

- Una segunda etapa usando tanto el sistema de "paso variable" como el freno mecánico para parar el rotor.

En diferentes realizaciones, la segunda etapa empieza cuando la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está por debajo de un valor predefinido So, ó cuando transcurre un tiempo To desde el comienzo de la primera etapa, ó cuando se llega a un nivel predefinido Tlo del par motor en el eje de alta velocidad. En todos los casos, se consigue un método que puede ser implementado con un freno mecánico con un limitado par de frenado.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan. Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un diagrama del bloques del método de esta invención. Descripción detallada de las realizaciones preferidas Los aerogenerador modernos con control de "paso variable" usan estrategias operacionales dirigidas a evitar todo lo posible paradas que reduzcan la producción de energía.

En todo caso, las regulaciones administrativas de muchas jurisdicciones exigen que los aerogeneradores dispongan de al menos dos sistemas de freno capaces de controlar la velocidad del rotor por lo que los aerogeneradores modernos disponen, por un lado, de las funcionalidades de freno aerodinámico del sistema de control de "paso variable" y, por otro lado, de medios específico de frenado tales como un freno mecánico de disco colocado en el eje de alta velocidad.

Ambos sistemas de frenado pueden ser usados de muy diferentes maneras en las operaciones de parada de los aerogeneradores.

El método de parada según una realización preferente de la presente invención que es particularmente aplicable a una parada de emergencia se lleva a cabo en dos etapas:

- En la primera etapa, las palas comienzan a girar hacia la posición de bandera al iniciarse la operación de parada. Así pues, en esta etapa solo se usa un freno aerodinámico.

- En la segunda etapa, las palas continúan girando hacia la posición de bandera y el freno mecánico se activa cuando se llega a una velocidad rotacional predefinida, So, en el eje de alta velocidad. Así pues, en esta etapa se usan tanto un freno aerodinámico como un freno mecánico.

Dependiendo de la capacidad del freno de disco y de dicha velocidad rotacional predeterminada, So, del eje de alta velocidad el tiempo necesario para parar completamente el aerogenerador variará al igual que el calor generado (que tiene que ser evacuado) en tal evento (al lado de las tensiones y temperaturas en el disco) . Es particularmente importante tomar en consideración que si la temperatura es muy alta el efecto de frenado decrece y entonces la temperatura aumenta aún más, de manera similar a lo que sucede cuando uno conduce un coche usando los frenos continuamente en lugar del motor para frenar y al final los frenos llegan a estar tan calientes que no son capaces de parar el coche.

Una vez que se alcanza dicha velocidad rotacional predeterminada, So, en un disco típico, el grupo hidráulico puede necesitar 0.1 segundos para empezar a aplicar presión y 0.3 segundos más (0.4 segundos en total) para alcanzar el par de frenado establecido. En caso de un freno de disco activado eléctricamente o neumáticamente, los tiempos de reacción son diferentes.

La selección de la velocidad rotacional predeterminada, So, del eje de alta velocidad en la que el freno empezará a actuar está sujeta a las dos limitaciones básicas siguientes:

- No debe ser muy alta (p.ej por encima del 25% de la velocidad nominal) porque, en otro caso, la duración de la aplicación del sistema sería muy larga, con el consiguiente incremento en la temperatura del disco. Al lado de ello, debido a la baja capacidad del freno mecánico en comparación con el aerodinámico, la duración del evento completo de freno no se vería influenciada.

- No debe ser muy baja (p.ej. por debajo del 5% de la...

-el transcurso de un tiempo To predefinido desde

1. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" que comprende un rotor con al menos una pala (11) , un disco mecánico (31) en el eje de alta velocidad, un sistema de "paso variable" (21, 23, 25) para ajustar el ángulo de paso de la pala, caracterizado porque incluye:

a) una primera etapa usando el sistema de "paso variable" (21, 23, 25) para reducir la velocidad del rotor;

b) una segunda etapa usando tanto el sistema de "paso variable" (21, 23, 25) como el freno mecánico (31) para parar el rotor.

2. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda etapa empieza cuando se cumple una de las siguientes condiciones:

- la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está por debajo de un valor predefinido So; -el transcurso de un tiempo To predefinido desde el comienzo de la primera etapa; -se alcanza un nivel predefinido Tlo del par motor en el eje de alta velocidad.

3. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda etapa empieza cuando se cumple la primera de las siguientes condiciones:

- la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está por debajo de un valor predefinido So;

el comienzo de la primera etapa.

4. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda etapa empieza cuando se cumple la primera de las siguientes condiciones:

- la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está por debajo de un valor predefinido So; -el transcurso de un tiempo To predefinido desde el comienzo de la primera etapa; -se alcanza un nivel predefinido Tlo del par motor en el eje de alta velocidad.

5. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, caracterizado porque dicho valor predefinido So de la velocidad rotacional del eje de alta velocidad está comprendido en el rango del 10% al 15% de la velocidad nominal de rotación.

6. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, caracterizado porque dicho valor predefinido To del tiempo transcurrido desde el comienzo de la primera etapa está comprendido entre 8 y 35 segundos.

7. Un método para parar un aerogenerador con control de "paso variable" según cualquiera de las reivindicaciones2y4, caracterizado porque dicho valor predefinido TL del nivel de par motor en eje de alta velocidad es el 30% del par motor nominal.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200802646

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 18.09.2008

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : F03D7/02 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200802646

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200802646

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 29.04.2011

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200802646

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración La presente solicitud de patente en su reivindicación independiente 1 reivindica un método para parar un aerogenerador con control de paso variable que comprende al menos una pala, un disco mecánico en el eje de alta velocidad, un sistema de paso variable para ajustar el ángulo de paso de la pala, caracterizado porque incluye: -una primera etapa usando el sistema de paso variable para reducir la velocidad del rotor -una segunda etapa usando tanto el sistema de paso variable como el freno mecánico para parar el rotor El documento D01 es el más próximo a la invención solicitada ya que describe un método de operación de una instalación eólica en el que en una primera etapa se frena el rotor mediante un sistema de paso variable, y en otra etapa se frena éste utilizando el freno mecánico. Sin embargo esto se realiza después de un fallo en la red o bien por una sobrecarga, y además la segunda etapa, en la que se utiliza el freno mecánico se realiza después de haber superado el rotor una velocidad límite preestablecida, y no al revés, tal y como se describe en la invención solicitada, cuando la velocidad rotacional del eje de alta está por debajo de un valor predefinido. Los documentos citados D01-D02 muestran por tanto el estado general de la técnica y no se consideran de particular relevancia pudiéndose considerar que la invención es nueva e implica actividad inventiva tal y como requiere los Arts. 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.

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