Instalación fija para la producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado.

Instalación fija de producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado (2),

en donde la instalación deproducción de energía eléctrica (1) presenta el rotor (3) accionado mediante un fluido, y un generador (5) acoplado adicho rotor, y en donde el dispositivo de frenado (2) se encuentra dispuesto sobre un eje de la barra deaccionamiento (9) y actúa junto con una unidad de control (7), en donde ante la aproximación a un valor umbral detorsión, la unidad de control (7) reduce la fuerza de frenado del dispositivo de frenado (2), caracterizada porque launidad de control evalúa señales de, al menos, un elemento sensor (8) para detectar el momento de torsión de uneje crítico de la barra de accionamiento (9), en donde un valor umbral se predetermina en relación con un momentode torsión admisible (Tadm) del eje crítico, para el momento de frenado (TF) del dispositivo de frenado (2).

Instalación fija para la producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado

La presente invención hace referencia a una instalación de producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado. La instalación de producción de energía eléctrica presenta, al menos, un rotor accionado mediante un fluido, y un generador acoplado con el rotor. El dispositivo de frenado se encuentra dispuesto sobre un eje de la barra de accionamiento.

De la declaración de patente DE 10 2004 057 729 A1 se conoce un dispositivo de frenado para el frenado de un rotor de una instalación de energía eólica. El dispositivo de frenado presenta, al menos, un cilindro de freno que se acciona hidráulicamente, cuya presión de frenado se puede regular mediante una válvula de control que se puede regular continuamente. Además, el dispositivo de frenado presenta un conducto de derivación desde dicha válvula distribuidora hacia un tanque, en donde se encuentra dispuesta una válvula de cierre que permite un bloqueo sin pérdidas del circuito del flujo del medio de presión, en relación con el tanque.

Un dispositivo de frenado de esta clase, resuelve la tarea de frenar un rotor de una instalación de producción de energía eléctrica, para garantizar un bloqueo sin pérdidas de un cilindro de freno que se puede accionar de manera hidráulica. De esta manera, se permite una modulación segura de la presión de frenado o de la presión de descarga de aire de frenado, con una precisión elevada, de manera que se asegure un frenado suave del rotor.

Un dispositivo de frenado de esta clase presenta la desventaja que consiste en la falta de cumplimiento de las exigencias ante situaciones de emergencia en las que un rotor de una instalación de energía eólica se debe frenar en un tiempo lo más reducido posible. Más bien, mediante el frenado suave se proporciona un proceso de frenado que se aproxima teóricamente a un caso límite aperiódico, dado que se somete a cada sobreoscilación, en tanto que la fuerza de frenado se dosifica de manera tal que con un dispositivo de frenado de esta clase no se puede realizar un incremento pronunciado del momento de torsión, como se requiere en situaciones de emergencia para el frenado de un rotor de una instalación de energía eólica en un tiempo muy reducido.

En el caso de las instalaciones de energía eólica convencionales, para frenar el rotor en una situación de emergencia, la incidencia del freno debida a las masas elevadas que rotan, conducen a un incremento del momento de torsión en la barra de accionamiento, que excede el momento de frenado estático. Para poder absorber dichos momentos de torsión máximos durante el frenado de un rotor, en una situación de emergencia mediante la barra de accionamiento, los componentes de la barra de accionamiento de la instalación de producción de energía eléctrica, dispuestos en el circuito de energía, se deben sobredimensionar de manera que los momentos de torsión máximos de esta clase no conduzcan a un daño en la instalación de producción de energía eléctrica. Debido a las oscilaciones de torsión que se presentan en un frenado de emergencia de esta clase, en el caso de las instalaciones convencionales de producción de energía eléctrica, el engranaje reductor de velocidad se diseña para una carga de funcionamiento triple y cuádruple, hecho que en el caso de las instalaciones de energía eólica conduce, de manera desventajosa, a pesos considerables en la cabina del generador.

La patente US 6, 254, 197 B1 revela un sistema de frenado hidráulico, así como un método para el control del sistema de frenado hidráulico, para una instalación fija de producción de energía eléctrica, particularmente para instalaciones de energía eólica, sistemas de transporte y similares. La unidad control del sistema de frenado hidráulico actúa sobre la barra de accionamiento, en tanto que se realiza una limitación del momento de torsión introducido por la instalación de frenado. De esta manera, se reduce la fuerza de frenado, es decir, mediante la unidad de control, cuando se alcanza un valor de torsión máximo. Sin embargo, no se revela la manera en que se logra dicha acción.

El objeto de la presente invención consiste en crear una instalación fija de producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado, que en el caso de un peso claramente reducido de los componentes de la barra de accionamiento, permita una parada de emergencia del rotor, segura y en un tiempo reducido.

Dicho objeto se resuelve mediante el objeto de la reivindicación independiente 1. De las reivindicaciones relacionadas se deducen los perfeccionamientos ventajosos.

Conforme a la presente invención, se crea una instalación fija de producción de energía eléctrica, con un dispositivo de frenado. La instalación de producción de energía eléctrica presenta, al menos, un rotor accionado de manera aerodinámica, y un generador acoplado con el rotor. El dispositivo de frenado se encuentra dispuesto sobre un eje de la barra de accionamiento. El dispositivo de frenado actúa junto con una unidad de control, en donde ante la aproximación a un valor umbral de torsión predeterminado, la unidad de control reduce la fuerza de frenado del dispositivo de frenado.

Dicha solución presenta la ventaja de que el dispositivo de frenado puede actuar con plena carga sobre la barra de accionamiento. Dado que una instalación de producción de energía eléctrica de esta clase, se trata de un producto

con libertad de movimiento, dicha aplicación del dispositivo de frenado con plena carga, es decir, con una intensidad de frenado y un momento de frenado lo más elevados posible, conduce a un incremento pronunciado de los momentos de torsión en los ejes de la barra de accionamiento. Sin embargo, para evitar una sobreoscilación que exceda el momento de torsión máximo admisible de un eje crítico de la barra de accionamiento, se monitoriza una sobreoscilación del momento, y en el caso de una aproximación al valor umbral de torsión predeterminado, se reduce la fuerza de frenado justo antes de alcanzar el estado de sobreoscilación, a una carga mínima del dispositivo de frenado del rotor. Dado que para este caso, la frecuencia propia de torsión que se genera, se determina mediante el momento de inercia de masa y la rigidez de la barra de accionamiento, desde el rotor hasta el dispositivo de frenado, a partir de ello se puede determinar el intervalo de tiempo Lt después del cual el dispositivo de frenado se puede accionar nuevamente con plena carga.

Además, la unidad de control evalúa señales de, al menos, un elemento sensor para la detección del momento de torsión de un eje crítico de la barra de accionamiento. Además, se reduce el momento de frenado del dispositivo de frenado, cuando se alcanza el valor umbral de torsión predeterminado en relación con un momento de torsión admisible de un eje crítico de la barra de accionamiento.

En comparación con el método de frenado suave conocido del estado del arte, en este caso mediante la unidad de control utilizada se permite la detención del rotor de una instalación de producción de energía eléctrica en una situación de emergencia, en un periodo de tiempo claramente reducido. Además, el dispositivo de frenado presenta un disco de freno dispuesto sobre el eje de salida de un engranaje reductor de velocidad, que actúa junto con las zapatas de freno, cuya fuerza de frenado se limita mediante el valor umbral en relación con el momento de torsión admisible Tadm, al menos, del eje de salida del engranaje reductor de velocidad. Sin embargo, también se puede dimensionar esencialmente uno de los ejes de transmisión del engranaje reductor de velocidad, o también se puede dimensionar el eje de accionamiento de manera que dicho eje resulte decisivo para el valor umbral del momento de torsión admisible Tadm.

Preferentemente, la instalación fija de producción de energía eléctrica es una instalación de energía eólica, que se denomina también generador de energía eólica o generador de fuerza eólica, y que se explica en detalle con las figuras 1 y 3.

Preferentemente, antes de alcanzar el valor umbral en relación con el momento de torsión admisible Tadm del eje crítico, la fuerza de frenado del dispositivo de frenado en plena carga se ajusta por encima del caso límite aperiódico, y cuando se alcanza el valor umbral, la fuerza de frenado se reduce a la carga mínima. La provisión de una fuerza de frenado que se ajusta en plena carga... [Seguir leyendo]

1. Instalación fija de producción de energía eléctrica con un dispositivo de frenado (2) , en donde la instalación de producción de energía eléctrica (1) presenta el rotor (3) accionado mediante un fluido, y un generador (5) acoplado a dicho rotor, y en donde el dispositivo de frenado (2) se encuentra dispuesto sobre un eje de la barra de accionamiento (9) y actúa junto con una unidad de control (7) , en donde ante la aproximación a un valor umbral de torsión, la unidad de control (7) reduce la fuerza de frenado del dispositivo de frenado (2) , caracterizada porque la unidad de control evalúa señales de, al menos, un elemento sensor (8) para detectar el momento de torsión de un eje crítico de la barra de accionamiento (9) , en donde un valor umbral se predetermina en relación con un momento de torsión admisible (Tadm) del eje crítico, para el momento de frenado (TF) del dispositivo de frenado (2) .

2. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de frenado (2) presenta un disco de freno (10) dispuesto sobre el eje de salida (6) de un engranaje reductor de velocidad (4) , que actúa junto con las zapatas de freno (11, 12) , cuya fuerza de frenado se limita mediante el valor umbral en relación con el momento de torsión admisible (Tadm) , al menos, del eje de salida (6) del engranaje reductor de velocidad (4) .

3. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque antes de alcanzar el valor umbral en relación con el momento de torsión admisible (Tadm) del eje crítico, la fuerza de frenado del dispositivo de frenado (2) en plena carga se ajusta por encima del caso límite aperiódico (Tap) , y cuando se alcanza el valor umbral, la fuerza de frenado se ajusta en la carga mínima.

4. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la instalación de producción de energía eléctrica (1) presenta una pluralidad de elementos sensores (8, 18) para la detección del momento de torsión de la barra de accionamiento (9) .

5. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la unidad de control (7) presenta una tabla de valores que presenta los momentos de torsión admisibles (Tadm) de los ejes de la barra de accionamiento (9) desde el rotor (3) hasta el eje de salida (6) del engranaje reductor de velocidad (4) .

6. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el intervalo de tiempo Lt para la aplicación de una carga mínima en el sistema de frenado, es determinado por el momento de inercia de masa y por la rigidez de la barra de accionamiento (9) desde el rotor (3) hasta el dispositivo de frenado (2) , mediante la frecuencia de torsión que se genera.

7. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de frenado (2) presenta válvulas de control hidráulicas para controlar la fuerza de frenado.

8. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de frenado (2) presenta válvulas de control neumáticas para controlar la fuerza de frenado.

9. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de frenado (2) presenta elementos de ajuste electromecánicos para controlar la fuerza de frenado.

10. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la unidad de control se encuentra configurada para ajustar la fuerza de frenado en relación con un programa de reloj predeterminado.

11. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque la unidad de control se encuentra configurada para la variación del programa de reloj en relación con la velocidad de rotación del rotor.

12. Instalación de producción de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque la unidad de control se encuentra configurada para la variación del programa de reloj en relación con la carga debida al viento.

13. Método para el frenado rápido de una instalación de producción de energía eléctrica (1) , en donde

- se determinan los momentos de inercia admisibles de los ejes en una barra de accionamiento (9) de una instalación de producción de energía eléctrica (1) , desde un rotor (3) hasta el dispositivo de frenado (2) ;

- se define un eje crítico en la barra de accionamiento (9) entre el rotor (3) y el dispositivo de frenado (2) ;

- un elemento sensor (8) se dispone de manera tal que durante el frenado se detecte, al menos, el momento de torsión (Tadm) del eje crítico;

- el dispositivo de frenado (2) se pone en marcha con plena carga, que resulta mayor que la fuerza de frenado en el 5 caso límite aperiódico, hasta que se encuentre próximo a una sobreoscilación, y

- el dispositivo de frenado (2) se ajusta en la carga mínima, en cuanto se alcanza un valor umbral en relación con un momento de torsión admisible del eje crítico, y

- la carga mínima se mantiene hasta que se admita nuevamente un funcionamiento con plena carga del dispositivo

de frenado (2) , considerando el momento de inercia de masa y la rigidez de la barra de accionamiento entre el rotor 10 (3) y el dispositivo de frenado (2) .

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el control de la fuerza de frenado se realiza mediante un sistema hidráulico, neumático o electromecánico.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque la fuerza de frenado del dispositivo de

frenado (2) se adapta, al menos, al valor umbral en relación con el momento de torsión admisible (Tadm) del eje de 15 salida (6) de un engranaje reductor de velocidad (4) .

16. Método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque una pluralidad de ejes de la instalación de producción de energía eléctrica (1) se monitorizan mediante una pluralidad de elementos sensores (8, 18) para la detección del momento de torsión de la barra de accionamiento (9) .

17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque cuando se alcanza uno de los valores

umbrales de la tabla de valores, que almacena los momentos de torsión admisibles (Tadm) de los ejes de la barra de accionamiento (9) desde el rotor (3) hasta el eje de salida (6) del engranaje reductor de velocidad (4) , la unidad de control (7) ajusta la carga plena del dispositivo de frenado (2) en la carga mínima.

18. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque antes de alcanzar el valor umbral en relación con el momento de torsión admisible (Tadm) del eje crítico, la fuerza de frenado del dispositivo de

frenado (2) en plena carga se ajusta por encima del caso límite aperiódico (Tap) , y justo cuando se alcanza el valor umbral, la fuerza de frenado se reajusta en la carga mínima.