Caja de engranajes (15) para una turbina eólica (1) que comprende

por lo menos una primera etapa de engranajes epicicloidales (11),

por lo menos una segunda etapa de engranajes (22), y

un árbol de transferencia del par de torsión (20) que comprende una parte de árbol (34) y una parte de conexión (35), en el que el árbol de transferencia del par de torsión (20) está adaptado para conectar un primer engranaje (29) de dicha primera etapa de engranajes epicicloidales (11) con un segundo engranaje (30) de dicha segunda etapa de engranajes (22) y en el que dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) está conectado a dicha segunda etapa de engranajes (22) a través de dicha parte de conexión (35) para formar un área de conexión de transferencia del par de torsión (27) entre la parte de conexión (35) y la segunda etapa de engranajes (22) y en el que el diámetro exterior (Do) de dicha parte del árbol (34) de dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) es menor que un diámetro interior (Di) de dicha área de conexión (27) entre dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) y dicha segunda etapa de engranajes (22), que se caracteriza porque una zona de flexión (28) se establece en dicha parte de conexión (35) entre dicha parte del árbol (34) y dicha área de conexión (27).

Caja de engranajes para una turbina eólica, procedimiento de conversión de energía eólica y utilización de una caja de engranajes

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a una caja de engranajes para una turbina eólica. La caja de engranajes comprende al menos una primera etapa de engranajes epicicloidales, por lo menos una segunda etapa de engranajes, y un árbol de transferencia del par de torsión que comprende una parte del árbol y una parte de conexión, en la que el árbol de transferencia del par de torsión está adaptado para conectar un primer engranaje de la primera etapa de engranajes epicicloidales con un segundo engranaje de la segunda etapa de engranajes. La invención también se refiere a un procedimiento de conversión de energía eólica en energía eléctrica en una turbina eólica y a la utilización de una caja de engranajes.

Descripción de la técnica relacionada Una turbina eólica conocida en la técnica comprende una torre cónica de turbina eólica y una góndola de turbina eólica situada en la parte superior de la torre. Un rotor de turbina eólica con una serie de aspas de turbina eólica está conectado a la góndola a través de un árbol de baja velocidad, que se extiende fuera la parte frontal de la góndola, tal como se ilustra en la figura 1.

Como las grandes turbinas eólicas modernas cada vez son más grandes en tamaño y en potencia de salida, se vuelve cada vez más difícil garantizar que la enorme carga del par de torsión del rotor se transmita de manera eficiente al generador de potencia. Por ejemplo, en la caja de engranajes de las turbinas eólicas, todos los muchos engranajes han de engranar de manera substancialmente correcta en todo momento para evitar ruidos y desgaste no deseados, pero la caja de engranajes de una gran turbina eólica moderna está muy tensa cuando transfiere y engrana la carga masiva del rotor, y por lo tanto es importante garantizar que la estructura de la caja de engranajes y la estructura de refuerzo de la góndola sea lo suficientemente fuerte como para asegurar esta alineación. Sin embargo, una estructura de refuerzo lo suficientemente grande como para garantizar que todos los elementos del tren de transmisión en la góndola estén substancialmente alineados en todo momento será muy grande, pesada y cara en una gran turbina eólica moderna.

Por lo tanto, también se conoce diseñar la turbina eólica de manera que algunas de las piezas de la caja de engranajes puedan aceptar una cierta desalineación sin que afecte sustancialmente al acoplamiento entre los engranajes. El documento WO 03/031811 se considera como que representa la técnica anterior más cercana y divulga el preámbulo de la reivindicación 1.

Un objeto de la invención es, por lo tanto, proporcionar una técnica ventajosa para la transferencia del par de torsión entre 30 las etapas de una caja de engranajes de turbina eólica.

La invención

La invención proporciona una caja de engranajes para una turbina eólica. La caja de engranajes comprende al menos una primera etapa de engranajes epicicloidales, por lo menos una segunda etapa de engranajes, y un árbol de transferencia del par de torsión que comprende una parte de árbol y una parte de conexión, en la que el árbol de transferencia del par 35 de torsión está adaptado para conectar un primer engranaje de la primera etapa de engranajes epicicloidales con un segundo engranaje de la segunda etapa de engranajes y en la que el árbol de transferencia del par de torsión está conectado a la segunda etapa de engranajes a través de dicha parte de conexión para formar un área de conexión de transferencia del par de torsión entre la parte de conexión y la segunda etapa de engranajes y en la que el diámetro exterior de la parte de árbol del árbol de transferencia del par de torsión es más pequeño que un diámetro interior del área de conexión entre dicho área de transferencia del par de torsión y dicha segunda etapa de engranajes.

Las etapas de engranajes epicicloidales son muy eficientes en el manejo de grandes cargas del par de torsión, así como algunas cargas radiales debido a la distribución de la carga sustancialmente simétrica a través de la etapa. Sin embargo, la salida típicamente se suministra a través de un solo árbol y, por lo tanto, es particularmente ventajoso que el árbol de transferencia del par de torsión esté provisto de medios de compensación de desalineación si al menos una de las etapas 45 es una etapa de engranajes epicicloidales.

Al hacer que el área de conexión tenga un diámetro mayor que el diámetro exterior de la parte del árbol, es posible así permitir la flexión axial entre el árbol y el área de conexión sin afectar sustancialmente a la rigidez de los árboles hacia la torsión. Esto es ventajoso porque esta flexión axial implica que el primer engranaje pueda estar desalineado y, por lo tanto, es posible aumentar las posibilidades de que el primer engranaje engrane correctamente sin afectar 50 sustancialmente a la capacidad de los árboles de transferir grandes cargas del par de torsión aunque el soporte planetario o toda la estructura de refuerzo de la caja de engranajes se flexione.

En un aspecto de la invención, dicho diámetro interior de dicha área de conexión es al menos un 50% mayor que dicho diámetro exterior de dicha parte del árbol.

Si el diámetro interior del área de conexión es demasiado pequeño en relación con el diámetro exterior de la parte del árbol, la flexión axial y angular del área intermedia se vuelve demasiado pequeña, por lo que es ventajoso hacer que el diámetro interior de dicha área de conexión sea al menos un 50% más grande que el diámetro exterior de la parte del árbol.

En un aspecto de la invención, se establece una zona de flexión en dicha parte de conexión entre dicha parte del árbol y dicha área de conexión.

Proporcionar una zona de flexión entre el árbol y el área de conexión es ventajoso porque una zona de flexión de gran diámetro, por naturaleza, será relativamente más rígida hacia la torsión y al mismo tiempo relativamente más flexible axialmente, permitiendo así que un diseño de transferencia del par de torsión se convierta en más eficaz en la transferencia de grandes cargas del par de torsión en una caja de engranajes de turbina eólica muy tensa.

En un aspecto de la invención, dicha zona de flexión se extiende sustancialmente radial entre dicha parte del árbol y dicha área de conexión.

Si la zona de flexión se proporcionó en un ángulo, la longitud de la zona de flexión tendría que ser mayor cuando se extiende entre un árbol de un diámetro exterior determinado y un área de conexión de un diámetro interior determinado. A pesar de esto, en algunas configuraciones podría aumentar la capacidad de las zonas de flexión a compensar la falta de alineación, lo que también reduciría la resistencia de la zona de flexión a modo de torsión y por lo tanto aumentaría el riesgo de reacción, fallo por fatiga u otro.

En un aspecto de la invención dicha segunda etapa de engranajes es una etapa de engranajes de ruedas dentadas.

Una etapa de engranajes de ruedas dentadas donde al menos dos ruedas dentadas de módulo similar, pero de diferentes diámetros, engranan para crear una relación es una forma barata y eficiente de engranaje de la velocidad de rotación en el tren de transmisión.

En un aspecto de la invención, dicho primer engranaje de dicha primera etapa de engranajes es un engranaje central de una etapa de engranajes epicicloidales.

El engranaje central de una etapa de engranajes epicicloidales es particularmente sensible a la desalineación porque el engranaje central típicamente engrana con al menos tres engranajes planetarios y porque el engranaje central tiene que transferir toda la carga del par de torsión del rotor a la siguiente etapa de engranajes y, por lo tanto, es particularmente ventajoso si el árbol de transferencia del par de torsión comprende medios eficaces para compensar la desalineación si el primer engranaje es un engrane central de una etapa de engranajes epicicloidales.

Además, el engranaje central requiere flexión radial para equilibrar el reparto de carga entre los planetarios y, por lo tanto, es ventajoso si el primer engranaje de la primera etapa de engranajes es un engranaje central de una etapa de engranajes epicicloidales.

En un aspecto de la invención, dicha área de conexión se extiende... [Seguir leyendo]

1. Caja de engranajes (15) para una turbina eólica (1) que comprende por lo menos una primera etapa de engranajes epicicloidales (11) , por lo menos una segunda etapa de engranajes (22) , y un árbol de transferencia del par de torsión (20) que comprende una parte de árbol (34) y una parte de conexión (35) , en el que el árbol de transferencia del par de torsión (20) está adaptado para conectar un primer engranaje (29) de dicha primera etapa de engranajes epicicloidales (11) con un segundo engranaje (30) de dicha segunda etapa de engranajes (22) y en el que dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) está conectado a dicha segunda etapa de engranajes (22) a través de dicha parte de conexión (35) para formar un área de conexión de transferencia del par de torsión (27) entre la parte de conexión (35) y la segunda etapa de engranajes (22) y en el que el diámetro exterior (Do) de dicha parte del árbol (34) de dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) es menor que un diámetro interior (Di) de dicha área de conexión (27) entre dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) y dicha segunda etapa de engranajes (22) , que se caracteriza porque una zona de flexión (28) se establece en dicha parte de conexión (35) entre dicha parte del árbol (34) y dicha área de conexión (27) .

2. Caja de engranajes (15) según la reivindicación 1, en la que dicho diámetro interior (Di) de dicha área de conexión (27) es al menos un 50% más grande que dicho diámetro exterior (Do) de dicha parte del árbol (34) .

3. Caja de engranajes (15) según la reivindicación 1 ó 2, en la que dicha zona de flexión (28) se extiende de manera sustancialmente radial entre dicha parte del árbol (34) y dicha área de conexión (27) .

4. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho primer engranaje (29) de 20 dicha primera etapa de engranajes (21) es un engranaje central (7) de una etapa de engranajes epicicloidales (11) .

5. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha área de conexión (27) se extiende de manera sustancialmente radial.

6. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha área de conexión (27) está sustancialmente encarada con dicho primer engranaje (29) .

25 7. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho primer engranaje (29) de dicha primera etapa de engranajes (21) está formado integralmente con dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) .

8. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha parte de conexión (35) está conectada a dicho segundo engranaje (30) de dicha segunda etapa de engranajes (22) .

30 9. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha parte de conexión (35) está conectada a un soporte planetario (9) de dicha segunda etapa de engranajes (22) .

10. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho diámetro interior (Di) de dicha área de conexión (27) es más grande que la longitud de dicha parte del árbol (34) .

11. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho árbol de transferencia del

par de torsión (20) gira mediante un par de torsión de entrada aplicado a dicho primer engranaje (29) de dicha primera etapa de engranajes (21) .

12. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho árbol de transferencia del par de torsión (20) es hueco.

13. Caja de engranajes (15) según la reivindicación 12, en la que el espesor de dicha zona de flexión (28) en la dirección 40 axial es menor que el espesor de la pared (Wt) de dicho árbol de transferencia del par de torsión hueco (20) .

14. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el diámetro interior (Di) de dicha área de conexión (27) es más grande que el diámetro exterior de dicho primer engranaje (29) .

15. Caja de engranajes (15) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte de dicha segunda etapa

de engranajes (22) a la que está conectada la parte de conexión (35) comprende una abertura central a través de la cual 45 se puede montar y desmontar dicho primer engranaje (29) .