Desacelerador de turbina eólica, para frenar el giro de un rotor eólico (7) de palas (6) en un aerogenerador (3) cuando se dan circunstancias de funcionamiento peligrosas,

comprendiendo una caja de mecanismos (1) que se dispone fijada a la estructura del aerogenerador (3) de aplicación, yendo en relación con dicha caja de mecanismos (1) un electroimán (4) que se relaciona para su activación con uno o más sensores (11) que miden variables de estado del aerogenerador (3), disponiéndose el núcleo (5) de dicho electroimán (4) axialmente enfrentado al paso de las palas (6) del rotor eólico (7), en relación con una zona en la que cada pala (6) incorpora un elemento (8) de material magnético.

Desacelerador de turbina eólica

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los sistemas de reducción de velocidad del rotor de aerogeneradores, proponiendo un desacelerador con unas características que le confieren una ventajosa eficiencia y permiten realizar su función de manera controlada, minimizando los esfuerzos repercutidos en el aerogenerador.

Estado de la técnica

Las turbinas eólicas o aerogeneradores más comunes son del tipo que comprenden un rotor eólico compuesto por una o más palas que giran en un plano vertical, y que va en relación con un generador eléctrico a través de un eje, encontrándose soportado todo el conjunto por una torre o mástil vertical. Este tipo de aerogeneradores son de aplicación en un amplio rango de tamaños, desde aerogeneradores sencillos de poca potencia para ser utilizados en aplicaciones pequeñas, como en viviendas, explotaciones agrícolas, yates, etc., hasta aerogeneradores complejos de gran potencia.

La potencia generada por estos aerogeneradores va en relación con la velocidad de giro del rotor eólico, la cual depende de la velocidad del viento, no generándose energía cuando la velocidad de giro del rotor eólico es insuficiente y existiendo riesgos para la integridad del aerogenerador cuando dicha velocidad de giro del rotor eólico es excesiva, como consecuencia de los esfuerzos originados por las fuerzas de inercia y sobrecalentamientos en el generador eléctrico, pudiendo desencadenar incluso el colapso del conjunto funcional del aerogenerador.

Con todo ello, en condiciones de muy alto viento se hace necesario limitar la velocidad de giro del rotor eólico, con el objeto de evitar los riesgos mencionados. Un sistema sencillo y eficaz de frenado comprende un disco de freno dispuesto en el eje del rotor eólico del aerogenerador y en relación con dicho disco una o varias mordazas de freno. Sin embargo, aunque este sistema es eficaz, tiene un alto desgaste de las partes de fricción, e induce esfuerzos importantes cuando el frenado es excesivo, que merman la vida útil del mecanismo.

Otro sistema que permite un control eficaz de la velocidad de giro del rotor eólico de un aerogenerador, obteniendo un máximo rendimiento del la energía eólica, consiste en la orientación de las palas del rotor eólico o una parte de ellas, rotándolas en torno a su eje axial, con lo que se sitúan en un posición óptima para obtener el máximo rendimiento en condiciones de bajo viento, utilizando únicamente la energía necesaria para mantener el aerogenerador dentro de su rango de funcionamiento en condiciones de alto viento. Con ello, este sistema resulta altamente eficiente, consumiendo muy poca energía para su funcionamiento y necesitando un mantenimiento relativamente bajo al no disponer de partes en fricción, pero sin embargo resulta complicado y caro, por lo que únicamente es apropiado para aerogeneradores de gran potencia.

Basado en este mismo principio, es conocido un desacelerador que permite la rotación del conjunto del aerogenerador para desorientar el rotor eólico, reduciendo así la acción del viento sobre dicho rotor eólico y, por consiguiente, la velocidad giratoria del mismo. Sin embargo, este sistema no permite un control muy preciso, provocando a menudo una desaceleración excesiva que hace desperdiciar energía, pudiendo llegar incluso a parar completamente el aerogenerador. Además, este sistema introduce un desequilibrio en el aerogenerador, provocando unas fuerzas que podrían llegar a dañar el conjunto funcional del mismo.

Es conocido también un sistema de frenado asociado al eje del rotor eólico, que en lugar de llevar mordazas de fricción dispone de un sistema electromagnético, el cual ejerce una fuerza de frenado electromagnética sin que exista fricción entre piezas, permitiendo un control preciso de la fuerza de frenado. Sin embargo, las fuerzas de frenado se ejercen muy cerca del centro de giro, de manera que el brazo de par resulta muy pequeño, por lo que son necesarias unas fuerzas muy altas para una reducción efectiva de velocidad, requiriendo para ello de equipos muy voluminosos que conllevan unos altos consumos y que, al alimentarse de la energía producida por el aerogenerador, reducen la eficiencia del mismo. Además, el mantenimiento de este sistema, en caso de avería, resulta muy costoso, ya que se encuentra integrado en el eje del rotor eólico, requiriendo desmontar el aerogenerador para bajarlo al suelo o reparar el aerogenerador in situ realizando el trabajo en altura durante un largo tiempo.

Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un desacelerador de turbina eólica para aerogeneradores, el cual se ha desarrollado con unas características constructivas y funcionales que permiten un control eficaz de la velocidad de giro sin que existan partes en fricción, requiriendo un mantenimiento reducido, sencillo y económico respecto de los sistemas convencionales de la misma aplicación, y conllevando además una mejora del rendimiento del sistema.

Este desacelerador objeto de la invención consta de una caja de mecanismos que se fija bajo la carcasa del aerogenerador de aplicación, incluyendo asociado a dicha caja de mecanismos un electroimán cuyo núcleo queda axialmente enfrentado a la zona de paso de las palas del rotor eólico del aerogenerador, con el extremo de dicho núcleo a una corta distancia del paso de una zona de las palas en la que cada pala lleva integrado un elemento de material magnético, preferentemente de acero ferroso inoxidable.

La caja de mecanismos se dispone sobre unos carriles de atornillado fijados a la carcasa del aerogenerador, comprendiendo dichos carriles de atornillado unos husillos que permiten ajustar la posición de la caja con precisión respecto de la aproximación del electroimán a las palas del rotor eólico, para fijarla en la posición adecuada de dicha aproximación.

Por otro lado, en el interior de la caja de mecanismos se dispone un relé de activación del sistema de frenado en relación con uno o varios sensores de variables de estado del aerogenerador, como pueden ser la temperatura del generador eléctrico, la velocidad de giro del rotor eólico, o una combinación de ambos.

Con todo ello así, cuando los sensores detectan que las condiciones de funcionamiento no son seguras para la integridad del aerogenerador, por ejemplo cuando la temperatura del generador eléctrico es excesiva o cuando la velocidad del rotor eólico sobrepasa un límite determinado, el relé activa la alimentación del electroimán, generando éste una fuerza de atracción sobre los elementos de material magnético incorporados en las palas, con lo cual se produce una acción de frenado al pasar cada una de las palas por delante del electroimán.

De este modo, el desacelerador realiza una fuerza de frenado a una cierta distancia del eje de giro del rotor eólico, dando lugar a un par suficiente como para que no se requiera un electroimán de gran potencia, por lo que el consumo del sistema de frenado es muy reducido, consiguiéndose una gran eficiencia del sistema. Además, el mantenimiento no solo se ve muy reducido con respecto a sistemas convencionales al no disponer de piezas que se encuentren en fricción, sino que además se simplifica notablemente, al poder soltar la caja de mecanismos de manera sencilla de las guías de atornillado y bajarla al suelo, permitiendo realizar las reparaciones en el suelo para luego volver a montar la caja y ajustarla en su posición sobre los carriles de atornillado.

Por todo lo cual, dicho desacelerador de turbina eólica objeto de la invención resulta de unas características muy ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la función de control de la velocidad de giro del rotor eólico de aerogeneradores, respecto de los sistemas actuales utilizados para dicha función.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una vista lateral de un aerogenerador con el desacelerador objeto de la invención instalado.

La figura 2 muestra una vista ampliada por el otro lado del aerogenerador, con la caja de mecanismos del desacelerador abierta, observándose los componentes que van instalados en el interior de la misma.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención hace referencia a un desacelerador de turbina eólica, para aerogeneradores (3) , con unas características de realización que permiten el control de las condiciones de velocidad...

1. Desacelerador de turbina eólica, para frenar el giro de un rotor eólico (7) de palas (6) en un aerogenerador (3) ante circunstancias de funcionamiento peligrosas, caracterizado porque comprende una caja de mecanismos (1) 5 que se dispone fijada a la estructura del aerogenerador (3) de aplicación, mediante unos carriles de atornillado (2) , yendo en relación con dicha caja de mecanismos (1) un electroimán (4) , el cual se coloca con su núcleo (5) axialmente enfrentado al paso de las palas (6) del rotor eólico (7) al girar, en relación con una zona en la que cada pala (6) incorpora un elemento (8) de material magnético, estando el electroimán (4) relacionado con uno o más sensores (11) que miden variables de estado del aerogenerador (3) , los cuales establecen la alimentación

eléctrica del electroimán (4) a través de un relé (10) que hace de interruptor, cuando dichos sensores (11) detectan alguna variable de estado peligrosa en el aerogenerador (3) .

2. Desacelerador de turbina eólica, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los elementos (8) incorporados en las palas (6) son de acero ferroso inoxidable.

1.

3. Desacelerador de turbina eólica, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los carriles de atornillado (2) comprenden unos husillos mediante los que se puede desplazar la caja de mecanismos (1) para ajustar la posición de aproximación del núcleo (5) del electroimán (4) respecto de las palas (6) del rotor eólico (7) .