DISPOSITIVO PARA AJUSTAR PALAS DE ROTOR DE UNA MÁQUINA EÓLICA GENERADORA DE POTENCIA.

Dispositivo para ajustar palas de rotor de una máquina eólica generadora de potencia La invención se refiere a un dispositivo para ajustar una pala de rotor que se extiende hacia afuera en su eje longitudinal afuera de un cubo de rotor de un rotor de una máquina eólica generadora de potencia en torno a un ángulo ajustable acimutal respecto del eje longitudinal, así como a métodos para accionar este dispositivo. El control o la regulación del ajuste angular acimutal de las palas de rotor de los rotores en máquinas eólicas generadoras de potencia hacen posible reducir el ángulo de incidencia a velocidades altas del viento. De este modo pueden limitarse las revoluciones del rotor y el desempeño del generador accionado por el rotor y puede impedirse una sobrecarga de los componentes mecánicos y eléctricos de la máquina eólica generadora de potencia. Desde hace muchos años se conocen sistemas correspondientes que se accionan eléctrica o hidráulicamente. Entre éstos se encuentran sistemas con accionamiento ajustable que están dispuestos en el cubo del rotor o en una sección tubular que está conectada con la pala de rotor de manera que no haya torque. Además, también se conocen sistemas que se integran directamente a la pala de rotor (DE-A-196 34 059). También hay sistemas ajustables parcialmente redundantes para palas de rotor en los que, a manera de ejemplo, se combina un ajuste central hidráulico colectivo con tres sistemas de ajuste individuales hidráulicos, instalados en el cubo del rotor, que cubren sin embargo individualmente solo una parte del rango de ajuste que se requiere para una operación de carga baja. También hay desarrollos aislados de sistemas de accionamiento completamente redundantes para el ajuste de palas de rotor. Sin embargo, estos no tienen redundancia para el caso del bloqueo de la conexión rotante entre la pala de rotor y el cubo de rotor. Por ejemplo, si en el caso de una desconexión de la red o en caso de una parada de emergencia del sistema de ajuste, falla una de las palas de rotor, esta pala de rotor permanece en su posición de operación mientras que las otras palas de rotor se ajustan a su posición de frenado. Principalmente en caso de rotores grandes, de 100 m y más, el desequilibrio aerodinámico que resulta de esto conduce a cargas tan altas que representan el caso de carga extrema a tomarse en consideración para el diseño de muchos componentes principales de la turbina. En el caso de anillo de rodamiento de pala de rotor según DE 196 34 059 se empalma un anillo de rodamiento al cubo de rotor y otro anillo de rodamiento al acople de la pala. También se empalma un accionamiento de ajuste al acople de la pala y actúa sobre el cubo de rotor. El problema que sirvió de base para la invención es construir un dispositivo del tipo antes nombrado que garantice una confiablidad elevada mediante una redundancia completa y, no obstante, haga posible compensar el gasto excesivo requerido para esto mediante ahorros en el diseño de la máquina eólica generadora de potencia. De acuerdo con la invención, este problema se resuelve porque el dispositivo tiene dos sistemas de ajuste independientes entre sí, cada uno de los cuales también da lugar al ajuste de la pala de rotor incluso en el caso de falla del otro sistema de ajuste respectivo. En el dispositivo de acuerdo con la invención el movimiento de ajuste acimutal de la pala de rotor se compone de los movimientos de ajuste de ambos sistemas de ajuste. Debido a que estos últimos son independientes entre sí, en el caso de falla de uno de los dos sistemas de ajuste la pala de rotor siempre se sigue ajustando por el otro sistema, respectivamente. Mediante una disminución marcada de las cargas extremas dimensionantes, el gasto requerido para esta completa redundancia (respaldo) es más que compensado, principalmente en el caso de máquinas generadoras eólicas en el rango de multi-megavatios. Se entiende que para cada pala de rotor del rotor ha de proporcionarse un dispositivo de acuerdo con la invención. Por ejemplo, los rotores con dos o tres palas de rotor tienen dos o tres dispositivos según la invención. De manera conocida, la energía de accionamiento para los sistemas de ajuste puede ser de naturaleza hidráulica, eléctrica o mecánica; esta última aprovecha la energía de rotación del rotor. Pueden proporcionarse almacenadores de energía de accionamiento para cada dispositivo de manera independiente entre sí. Pero de manera alternativa también puede utilizarse en común un único almacenador de energía de accionamiento para todas las palas de rotor de un rotor. Además, la energía de accionamiento también puede obtenerse de todos modos a partir de fuerzas internas o externas que operan en cada pala de rotor, tales como fuerzas del aire, de la masa, de inercia o fuerzas centrífugas. El dispositivo de la invención comprende además que ambos sistemas de ajuste tengan entre el cubo de rotor y la pala de rotor, cada uno, una conexión rotante ajustable por la transmisión. Esto puede realizarse, por ejemplo, colocando el sistema de ajuste adicional en el sistema de ajuste suministrado en el cubo de rotor de manera convencional. Sin embargo, de manera alternativa, ambos sistemas de ajuste también pueden estar dispuestos por fuera del cubo de rotor y a una distancia del mismo a lo largo del eje longitudinal de la pala de rotor. Con el término accionamiento (transmisión), utilizado en esta descripción y en las reivindicaciones, quedan abarcados todos los 2   sistemas corrientes de accionamiento o transmisión como, por ejemplo, accionamientos eléctricos, cilindros hidráulicos, ejes roscados y similares. Además, ambas conexiones rotantes están dispuestas de manera esencialmente concéntrica entre sí. En este caso adoptan la misma posición radial con respecto al eje de rotor. Luego, las pestañas de la pala de rotor y el cubo de rotor que sirven para acoplarse a las conexiones rotantes pueden hacerse con diámetros distintivamente diferentes. En ciertas condiciones marginales, como por ejemplo restricciones de transporte-logística, esto puede contribuir ventajosamente a optimizar económicamente la máquina eólica generadora de potencia. Con respecto a un diseño modular simple, es ventajoso disponer ambas conexiones rotantes a lo largo del eje longitudinal de la pala de rotor separadas axialmente una de otra, principalmente una de las dos conexiones rotantes y su transmisión en el cubo de rotor y la otra y su transmisión fuera del cubo de rotor. En este caso un sistema de ajuste se encuentra en el cubo de rotor y el otro como unidad propia a una distancia axial de cada pestaña de acople del cubo de rotor. El diseño estructural se vuelve particularmente simple disponiendo la conexión rotante y su transmisión fuera del cubo de rotor en un componente tubular que se extiende axialmente entre las dos conexiones rotantes. En tal caso, el componente tubular también puede servir para albergar un almacenador de energía de accionamiento para el sistema de ajuste. El componente tubular puede utilizarse simultáneamente para efectuar adaptaciones del diámetro de rotor en diferentes sitios con la misma pala de rotor. Los componentes tubulares de diferente longitud (extender) requeridos para esto pueden producirse de materiales aglutinados de fibra, por ejemplo material sintético reforzado con fibra de vidrio o fibra de carbono. Para esto un proceso de arrollamiento es preferiblemente adecuado. Además, una forma de realización conveniente consiste en que una de las dos conexiones rotantes y su transmisión está dispuesta en el cubo de rotor y la otra conexión rotante y su transmisión está directamente en la pala de rotor. Esto es conveniente principalmente para lugares de viento fuerte en los que es ventajoso un diámetro de rotor más pequeño. El segmento intermedio formado por el componente tubular (extender) se omite en este caso. La transmisión de la conexión rotante dispuesta en la pala de rotor y también otros componentes relacionados con esto pueden estar dispuestos tanto dentro como también fuera de la pala de rotor. En el contexto de la invención se prevé principalmente que ambos sistemas de ajuste puedan activarse simultáneamente. De esta manera, al diseñar económicamente el dispositivo, pueden lograrse las velocidades de ajuste requeridas en caso de una parada de seguridad porque las velocidades de ajuste de los sistemas individuales de ajuste se suman. Como ejemplo puede considerarse una máquina eólica generadora de potencia cuyo rotor tiene tres palas de rotor y en la cual la velocidad de ajuste requerida debe ser de 7°/s. Esta máquina eólic a generadora de potencia tiene entonces tres dispositivos de ajuste, cada uno con dos sistemas de ajuste independientes entre sí; es decir, en total tiene seis sistemas de ajuste. De éstos, tres pueden diseñarse para una... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para ajustar una pala de rotor (6), que se extiende en su eje longitudinal fuera de un cubo de rotor (1) de un rotor de una máquina eólica generadora de potencia en torno a un ángulo de ajuste acimutal respecto del eje longitudinal (7), caracterizado porque el dispositivo tiene dos sistemas de ajuste independientes entre sí, de los cuales cada uno también produce el ajuste de la pala de rotor (6) en caso de falla del otro sistema de ajuste respectivo en cuyo caso los dos sistemas de ajuste tienen de a una conexión rotante (10, 18) ajustable por una transmisión, dispuesta entre el cubo de rotor (1) y la pala de rotor (6) y las dos conexiones rotantes (10, 18) están dispuestas esencialmente concéntricas entre sí. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque una de las dos conexiones rotantes (10) y su transmisión está dispuesta en el cubo de rotor (1) y la otra conexión rotante (18) y su trasmisión (20, 21) está dispuesta por fuera del cubo de rotor (1). 3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la conexión rotante (18) dispuesta por fuera del cubo de rotor (1) y su transmisión (20, 21) está ubicada en un componente tubular (8) que se extiende axialmente entre las dos conexiones rotantes (10, 18). 4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el componente tubular (8) es preferiblemente un componente aglutinado de fibra, producido preferiblemente en un proceso de arrollamiento. 5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque una de las dos conexiones rotantes y su transmisión está dispuesta en el cubo de rotor (1) y la otra conexión rotante y su trasmisión está dispuesta directamente en la pala de rotor (6). 6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la trasmisión (39, 40) de la conexión rotante (35) dispuesta en la pala de rotor (6) está dispuesta esencialmente dentro de la pala de rotor (6). 7. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la trasmisión de la conexión rotante dispuesta en la pala de rotor está dispuesta esencialmente fuera de la pala de rotor. 8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los dos sistemas de ajuste pueden accionarse simultáneamente en caso de la desconexión de seguridad. 9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la velocidad de ajuste acimutal resultante de la operación de los dos sistemas de ajuste puede controlarse de manera variable, principalmente en dependencia del tiempo y/o en dependencia del ángulo de pala de rotor y/o en dependencia de la distancia de ajuste. 10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la velocidad de ajuste de uno de los sistemas de ajuste se controla en dependencia de la distancia de ajuste del otro sistema de ajuste. 11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque al menos uno, preferiblemente cada uno, de los sistemas de ajuste es un sistema eléctrico. 12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se proporciona un dispositivo de monitoreo a través del cual, en caso de falla de uno de los dos sistemas de ajuste, puede elevarse la velocidad de ajuste del otro sistema de ajuste respectivo, por lo menos temporalmente. 13. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la velocidad de ajuste se modifica mediante encendido o apagado por etapas de las celdas de batería (29, 30, 31, 32) que alimentan la transmisión. 14. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la velocidad de ajuste se modifica mediante conmutación por etapas de un devanado estatórico (34) de la transmisión. 15. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la transmisión de uno de los sistemas de ajuste tiene un motor de excitación en serie (M2) y la transmisión del otro sistema de ajuste tiene un motor de excitación shunt (M1). 16. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque la transmisión de uno de los sistemas de ajuste tiene un motor trifásico y la transmisión del otro sistema de ajuste tiene un motor de corriente continua.   17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los ejes de rotación de las dos conexiones rotantes están inclinadas una frente a la otra. 18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 17; caracterizado porque las dos conexiones rotantes se forman mediante un único gran rodamiento de rodillo (35; 35) con tres anillos (36, 37, 38; 43, 44, 45) y dos cajas de rodamiento. 19. Método para operar un dispositivo para ajustar una pala de rotor que se extiende en su eje longitudinal afuera de un cubo de rotor de un rotor de una máquina eólica generadora de potencia, en torno a un ángulo de ajuste acimutal respecto del eje longitudinal el cual tiene dos sistemas de ajuste independientes entre sí, cada uno de los cuales tiene una conexión rotante que actúa entre la pala de rotor y el cubo de rotor, es ajustable por una transmisión, y las dos conexiones rotantes están dispuestas de manera esencialmente concéntrica entre sí, caracterizado porque las dos conexiones rotantes son accionadas, una en relación con la otra, ajustando un ángulo de ajuste previsto de una manera que favorece la distribución de lubricante en las conexiones rotantes. 20. Método para operar un dispositivo para ajustar una pala de rotor que se extiende en su eje longitudinal afuera de un cubo de rotor de un rotor de una máquina eólica generadora de potencia en torno a un ángulo de ajuste acimutal respecto de su eje longitudinal, el cual tiene dos sistemas de ajuste independientes entre sí, cada uno de los cuales tiene una conexión rotante que actúa entre la pala de rotor y el cubo de rotor y es ajustable por una transmisión, en cuyo caso las dos conexiones rotantes se disponen de manera esencialmente concéntrica entre sí, caracterizado porque ambas conexiones rotantes son accionadas, una en relación con la otra, ajustando un ángulo de ajuste previsto de una manera que, en el transcurso del tiempo, favorece la distribución acimutal uniforme de carga. 21. Método para operar un dispositivo para ajustar una pala de rotor que se extiende en su eje longitudinal afuera de un cubo de rotor de un rotor de una máquina eólica generadora de potencia en torno a un ángulo de ajuste acimutal respecto del eje longitudinal, el cual tiene dos sistemas de ajuste independientes entre sí, cada uno de los cuales tiene una conexión rotante que actúa entre la pala de rotor y el cubo de rotor y es ajustable por una transmisión, en cuyo caso las dos conexiones están dispuestas de manera esencialmente concéntricas una a la otra, en cuyo caso los ejes rotantes de las dos conexiones rotantes están inclinadas una contra la otra, caracterizado porque las dos conexiones rotantes son accionadas, una con relación a la otra, ajustando un ángulo previsto de una manera que dé lugar a una orientación espacial prevista del eje longitudinal de la pala de rotor. 11   12   13   14     16   17