Un rotor de turbina eólica y un procedimiento para controlar al menos una pala de un rotor de turbina eólica.

Un rotor (4) de turbina eólica que comprende:

al menos una pala (5), y

al menos un mecanismo de cabeceo que comprende un cojinete de cabeceo

(7) y un motor en forma de anillo (10) para controlar dicha al menos una pala (5)

caracterizado por que

dicho motor en forma de anillo (10) es de un diámetro sustancialmente igual al reborde interno de dicho cojinete de cabeceo (7) y por que dicho motor en forma de anillo (10) controla dicha pala (5) mediante medios de engranajes de un tipo planetario (17).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2007/000084.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Inventor/es: BECH, ANTON.

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 > F03D7/00 (Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00))

PDF original: ES-2456440_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Un rotor de turbina eólica y un procedimiento para controlar al menos una pala de un rotor de turbina eólica Campo de la invención La invención se refiere a un rotor de turbina eólica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, y a un procedimiento para controlar al menos una pala de un rotor de turbina eólica, de acuerdo con la reivindicación 13.

Antecedentes de la invención Una turbina eólica conocida en la técnica comprende una torre de turbina eólica troncocónica y una góndola de turbina eólica situada en la parte superior de la torre. Un rotor de turbina eólica con un número de palas de turbina eólica está conectado a la góndola mediante un árbol de baja velocidad, que se extiende hacia fuera de la parte delantera de la góndola, como se ilustra en la fig. 1.

El cabeceo de las palas de la turbina eólica se lleva a cabo comúnmente con un sistema hidráulico basado en una bomba de aceite alimentada eléctricamente, una válvula proporcional y un cilindro hidráulico que actúa sobre la pala. Un modo mucho más directo es permitir que un motor eléctrico actúe directamente sobre la pala. Se han realizado sistemas de cabeceo con activación electromagnética. Un modo conocido es hacer que la pala gire con un motorreductor, que gira la pala mediante un engranaje abierto. Otro modo conocido es disponer de un activador lineal (husillo y motor) para sustituir la función del cilindro hidráulico. Ambas soluciones tienen la desventaja inherente, que es el movimiento de contactos móviles en engranajes o en dientes. Esto significa un riesgo de desgaste, que puede limitar la vida de los elementos.

Un motor de cabeceo sin contacto podría ser ventajoso. Como tal puede ser imaginado. Pensemos en un motor eléctrico, en el que la carcasa está embridada al buje y la pala está montada en el rotor. Si el motor es predominantemente en forma de disco y unido con un cojinete de pala, digamos que el motor tiene casi el mismo diámetro que el cojinete de pala, se realiza una unidad de balanceo motorizada.

Un motor con tal diseño tendrá un diámetro grande y no tendrá un centro natural. El motor se asemejará a una corona giratoria, en la que un anillo es el rotor y el otro es el estátor. Un ejemplo de esto se divulga en la solicitud de patente internacional WO 2005/019642 A1, en la que el rotor de un motor de accionamiento directo está unido más o menos directamente a una pala de turbina eólica y el estátor está conectado al buje.

En este diseño, el motor de accionamiento directo tiene que gestionar todo el par de giro de la pala. Esto requiere de un motor con un par muy alto y una velocidad muy baja, lo que da como resultado un motor muy grande y costoso.

El documento WO 2005/019642 A1 describe además que el motor de accionamiento directo podría actuar sobre la pala a través de una reductora. Sin embargo esta solución tiene las implicaciones de que para reducir el par la reductora (sobre la cual actúa el piñón) tiene que ser lo más grande posible, lo que da como resultado un espacio limitado para un motor de accionamiento directo concéntrico con el piñón.

Digamos que la reductora es un dentado del anillo interno del cojinete de la pala y casi coplanario con el interior de la pala y el buje. Entonces el motor no puede ser mucho más grande que el piñón. En tal caso el uso de un motor directo no tiene sentido. Disminuir el diámetro de la reductora amplía el espacio para un motor directo más grande, pero reduce la razón de desmultiplicación; así pues, el motor directo debe tener una capacidad de par mayor. La solución con un piñón y una reductora contradice su afirmación acerca del beneficio del motor directo.

El uso de un piñón requiere asimismo cojinetes separados tanto para el piñón como para el motor directo. Mas desventajoso es el problema de tener un gran piñón engranado con la reductora. El diente, que está engranado en el ángulo de punta dominante será cargado frecuentemente, lo que provocará desgaste y fatiga.

Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar una técnica ventajosa para controlar la pala de un rotor de turbina eólica, que no incluya las desventajas anteriormente mencionadas.

La invención La invención proporciona un rotor de turbina eólica que comprende al menos una pala y al menos un mecanismo de cabeceo que comprende un motor en forma de anillo para controlar la pala. El rotor de la turbina eólica se caracteriza porque el motor en forma de anillo controla la pala mediante medios de engranajes de tipo planetario.

El uso de un motor en forma de anillo es ventajoso, ya que un motor en forma de anillo tiene un centro libre, esto es, el motor está formado como un anillo anular que proporciona acceso libre a través de su centro al interior de la pala.

Además, es ventajoso engranar el par del motor, ya que así es posible reducir el par del motor necesario para controlar la pala, y utilizar un engranaje planetario para este propósito es ventajoso ya que los engranajes planetarios son el modo de realización más compacto de una caja de engranajes, y en aplicaciones tales como mecanismos de cabeceo para palas de turbina eólica, en los que un tamaño y peso mínimos son importantes, el uso

de engranajes planetarios es muy ventajoso.

Todavía más, la combinación de un motor en forma de anillo y un engranaje planetario para controlar la pala es ventajosa, ya que tal combinación es muy adecuada para el control activo de la pala con un pequeño coste de mantenimiento. Las piezas de desgaste podrían reducirse básicamente a pastillas de freno, balancín de freno y baterías de respaldo. Todos los elementos a sustituir son de tamaños que pueden ser cambiados sin grandes costes de manipulación de los mismos.

En un aspecto de la invención, dicho motor en forma de anillo controla dicho ángulo de cabeceo de las palas en relación a un buje de dicho rotor.

Así pues, se consigue un modo de realización ventajoso de la invención.

En un aspecto de la invención, una corona interior de dichos medios de engranajes está montada de modo rígido directa o indirectamente en un buje de dicho rotor.

Conectar la corona interior del engranaje planetario rígidamente al buje es ventajoso, ya que las dos partes pueden incrementar así mutuamente su rigidez.

En un aspecto de la invención, dichos medios de engranajes comprenden una pluralidad de ruedas dentadas satélites.

Cuantos más engranajes satélites comprenda el engranaje planetario, más homogéneamente se distribuirá a la pala el par del motor en forma de anillo. Por ejemplo, si todo el par se transfiriera mediante un único engranaje (como en sistemas tradicionales de cabeceo de motorreductor y piñón) todo el par se transferiría en principio a través de un único punto. Esto requeriría engranajes con un módulo muy grande y todo el sistema (pala, buje, engranajes, etc.) tendría que ser muy rígido para no sufrir distorsiones, deformaciones o daños al transferir esta gran carga sustancialmente a través de un único punto, lo que de nuevo conduciría a un aumento de peso desventajoso del buje y a un aumento significativo de los costes de fabricación.

Por lo tanto, hacer que el engranaje planetario comprenda una pluralidad de engranajes satélites es ventajoso, ya que así se transfiere el par más homogénea y suavemente a la pala.

Además, mediante el uso de una pluralidad de engranajes satélites todo el juego entre los satélites y la corona interior y la rueda solar se reduce, lo que reduce la posibilidad de holguras en el engranaje, ya que las imprecisiones se cancelarán entre sí. Y cuando se utiliza una pluralidad de engranajes satélites, el par que el satélite individual tiene que transferir se... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un rotor (4) de turbina eólica que comprende:

al menos una pala (5) , y

al menos un mecanismo de cabeceo que comprende un cojinete de cabeceo (7) y un motor en forma de anillo (10) para controlar dicha al menos una pala (5)

caracterizado por que dicho motor en forma de anillo (10) es de un diámetro sustancialmente igual al reborde interno de dicho cojinete de cabeceo (7) y por que dicho motor en forma de anillo (10) controla dicha pala (5) mediante medios de engranajes de un tipo planetario (17) .

2. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho motor en forma de anillo (10) controla el ángulo de cabeceo de dichas palas (5) con relación a un buje (6) de dicho rotor (4) .

3. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que una corona interior (22) de dichos medios de engranajes (17) está montada rígidamente directa o indirectamente en un buje (6) de dicho rotor (4)

4. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de engranajes (17) comprenden una pluralidad de ruedas dentadas satélites (14) , tal como más de ocho ruedas dentadas satélites (14) .

5. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha pluralidad de ruedas dentadas satélites (14) están montadas directa o indirectamente en dicha al menos una pala (5) .

6. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en el que dicha pluralidad de ruedas dentadas satélites (14) están montadas flexiblemente.

7. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que al menos una de dicha pluralidad de ruedas dentadas satélites (14) comprende al menos dos etapas de engranajes diferentes (D1, D2) para alterar las razones de desmultiplicación de dichos medios de engranajes de un tipo planetario (17) .

8. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una pieza de rotor (12) de dicho motor en forma de anillo (10) comprende una rueda solar (16) de dichos medios de engranajes (17) .

9. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicha rueda solar (16) de dichos medios de engranajes (17) está formada integralmente en dicha pieza de rotor (12) de dicho motor en forma de anillo (10) .

10. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho motor en forma de anillo (10) comprende al menos un cojinete (24) del motor que fija sustancialmente el hueco (23) entre una pieza de rotor (12) y una pieza de estátor (11) de dicho motor en forma de anillo (10) .

11. Un rotor (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de engranajes de tipo planetario (17) reducen la velocidad de giro de dicha pala (5) en relación a una pieza de rotor (12) de dicho motor en forma de anillo (10) .

12. Una turbina eólica que comprende un rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Un procedimiento para controlar al menos una pala (5) de un rotor (4) de turbina eólica, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

– establecer un par por medio de un motor en forma de anillo (10) que tiene un diámetro sustancialmente igual al reborde interno de un cojinete de cabeceo (7) conectado a dicha pala (5) ,

– aumentar dicho par por medio de medios de engranajes de tipo planetario (17) , y

– hacer que dicho aumento de par controle dicha pala (5) .

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho motor en forma de anillo (10) controla el ángulo de cabeceo de dichas palas (5) en relación con un buje (6) de dicho rotor (4) .