Grupo de turbina eólica, que comprende:

una torre (14) que soporta una estructura (16) de góndola;

caracterizado por:

un árbol (18) hueco unido rotativamente a dicha estructura de góndola y que aloja un tren (26) de accionamiento impulsado por una correa, que tiene por lo menos una correa (34); y una pala (20) de rotor de turbina conectada a dicho árbol hueco y rotativa alrededor de un eje de rotación, estando dicho eje fuera de un área definida por dicha al menos una correa, donde la rotación de dicha pala de rotor de turbina se transmite a una unidad (28) de conversión de potencia, unida rotativamente a dicho tren de accionamiento propulsado por correa para realizar la conversión de potencia.

Turbina eólica.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

El invento se refiere, en general, a grupos de trenes de engranajes de accionamiento y, más concretamente, a un grupo de trenes de accionamiento accionados por correa para realizar una conversión de potencia.

Muchas industrias requieren la realización de una conversión de potencia, es decir, la conversión de potencia mecánica en potencia eléctrica. Por ejemplo, la industria de turbinas eólicas es un segmento en rápido crecimiento de la industria de generación de potencia eléctrica. Las turbinas eólicas proporcionan un método para extraer energía del viento y convertir la energía en electricidad para suministrarla bien sea para uso individual o bien a las redes de energía eléctrica públicas. La conversión de energía eólica en energía eléctrica se lleva a cabo acoplando una pala de rotor de turbina por medio de un grupo de engranajes de accionamiento a una unidad de conversión de potencia, tal como un generador de energía eléctrica, de modo que el paso del viento por las palas del rotor de la turbina dé cómo resultado la rotación de un rotor de la unidad de conversión de potencia. Se considera el documento DE 3222007 como la técnica anterior más cercana.

Un conocido grupo de engranajes de accionamiento para una turbina eólica incluye un árbol principal, que conecta un cubo del rotor de una pala de una pala del rotor de una turbina a una entrada de baja velocidad de una caja de cambio de velocidades. Se conecta un generador a la salida de alta velocidad de la caja de cambio. La pala del rotor de la turbina impulsa el árbol de baja velocidad de la caja de cambio, que transforma el par motor y la velocidad de la pala del rotor de la turbina en el par motor y la velocidad del generador requeridos. Con frecuencia, la caja de cambio incluye un juego complejo de engranajes planetarios, que puede incluir un piñón central (sol) , engranajes planetarios y coronas dentadas, que proporcionan los medios de transmisión del par motor de las palas del rotor de la turbina al generador. Con el tiempo, se acumulan pequeñas partículas metálicas dentro de la caja de cambio al rozarse mutuamente las superficies de los engranajes. La acumulación de las partículas metálicas acelera considerablemente la degradación de toda la caja de engranajes. Se conocen sensores de aceite, filtros en los circuitos de aceite de la caja de engranajes, y sensores ultrasónicos para detectar frecuencias en la caja de engranajes indicativas de componentes, que sufran un rápido desgaste, para aliviar estos problemas de seguridad de las cajas de cambio. No obstante, estas soluciones son sofisticadas y caras.

Además, los grupos de trenes de accionamiento, que utilizan diseños basados en cajas de cambio, tropiezan con limitaciones de costes y de tamaños según se va incrementando el diámetro de las palas del rotor de la turbina más allá de las longitudes estándar de aproximadamente 60 a 70 metros. En particular, el peso y el coste de la caja de cambio se definen por la capacidad para soportar el par motor de la entrada de baja velocidad de la caja de engranajes. Esta capacidad de soportar el par motor debe incrementarse con aproximadamente el cubo del diámetro de las palas del rotor de la turbina, así como la velocidad de rotación disminuye con el diámetro de las palas del rotor para mantener una velocidad de la punta de las palas del rotor de la turbina, que esté dentro de los límites admisibles de generación de ruidos. Desventajosamente, el coste y el peso de la caja de engranajes se convierten rápidamente en prohibitivamente elevados según se incrementa la longitud de las pala del rotor de la turbina.

Otro conocido grupo de tren de accionamiento para turbinas eólicas incluye un árbol principal, que conecta directamente la pala del rotor de la turbina a un gran generador. El rotor eléctrico interior del generador gira al unísono con la pala del rotor de la turbina. Estos grupos de trenes de accionamiento crean también problemas de coste y de peso. De hecho, los conocidos grupos de trenes de accionamiento de generador accionado directamente son casi dos veces tan pesados como los grupos de trenes de accionamiento de diseño con caja de cambio, a causa de un rápido incremento en coste y peso asociado al diámetro de la pala del rotor de la turbina. Este rápido incremento resulta del crecimiento cúbico en peso requerido en respuesta a la revolución más lenta de la pala del rotor de la turbina. Adicionalmente, los generadores de accionamiento directo necesitan pesados bastidores de generador construidos con tolerancias estrechas. Desventajosamente, este requerimiento puede ser caro y difícil de manufacturar.

En consecuencia, es deseable proporcionar un grupo de tren de accionamiento mejorado para llevar a cabo una conversión de potencia que no sea cara, que sea fiable y que proporcione posibilidades de modulación en el diseño.

SUMARIO DEL INVENTO

Según el invento, un conjunto de turbina eólica incluye una torre, que soporta una estructura de góndola, un árbol hueco unido rotativamente con la estructura de góndola y que aloja un tren de accionamiento impulsado por correa que tiene por lo menos una correa, y una pala de rotor de turbina conectada al árbol hueco y rotativa alrededor de un eje de rotación del árbol hueco. El eje de rotación queda fuera de un área definida por la correa. La rotación de la pala del rotor de la turbina es transmitida a una unidad de conversión de potencia, conectada rotativamente con el tren de accionamiento accionado por correa, para llevar a cabo una conversión de potencia. En un ejemplo, el tren de accionamiento accionado por correa comprende una primera correa y una segunda correa. La primera correa está situada adyacente a la segunda correa, y cada correa forma un arco alrededor de por lo menos dos ruedas catalinas secundarias.

En una realización, un ejemplo de grupo de tren de accionamiento para un sistema de conversión de potencia incluye una primera rueda catalina que define un eje de rotación, por lo menos dos ruedas catalinas secundarias adyacentes a la primera rueda catalina, y por lo menos una correa. El eje de rotación queda fuera de un área definida por la correa. La correa se puede operar para transferir potencia mecánica entre la primera rueda catalina y las ruedas catalinas secundarias en respuesta a una rotación de la primera rueda catalina alrededor de un eje de rotación. La correa define una primera cara que tiene una dotación de una primera pluralidad de ranuras y de una primera pluralidad de dientes, y una segunda cara opuesta que tiene una dotación de de una segunda pluralidad de ranuras y de una segunda pluralidad de dientes. La primera rueda catalina define la otra dotación de la primera pluralidad de ranuras y de la primera pluralidad de dientes, y la ruedas catalinas secundarias definen la otra dotación de la segunda pluralidad de ranuras y de la segunda pluralidad de dientes.

En un ejemplo, la primera pluralidad de dientes engrana en la primera pluralidad de ranuras, y la segunda pluralidad de dientes engrana en la segunda pluralidad de ranuras, por lo cual la rotación de la primera rueda catalina alrededor del eje de rotación hace engranar la primera pluralidad de dientes con la primera pluralidad de ranuras, y la segunda pluralidad de dientes con la segunda con la segunda pluralidad de ranuras. En un ejemplo, cada una de las ruedas catalinas secundarias está conectada rotativamente con una unidad de conversión de potencia para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. En un ejemplo, las ruedas catalinas secundarias están montadas por un sistema de montaje exteriormente a la estructura de góndola del sistema de conversión de potencia.

Las diversas características y ventajas de este invento se harán patentes a los peritos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada. Los dibujos que acompañan a la descripción detallada se pueden describir brevemente tal como sigue.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1 ilustra un sistema de conversión de potencia, que tiene un conjunto de tren de accionamiento según el presente invento; Figura 2 ilustra un ejemplo de tren de accionamiento según el presente invento; Figura 3 ilustra un ejemplo de configuración de correa para usar dentro del conjunto de tren de accionamiento según el presenta invento; Figura 4 ilustra características de un ejemplo de correa para usar dentro del conjunto de tren de accionamiento según el presente invento; Figura 4B ilustra una vista... [Seguir leyendo]

1. Grupo de turbina eólica, que comprende:

una torre (14) que soporta una estructura (16) de góndola; caracterizado por:

un árbol (18) hueco unido rotativamente a dicha estructura de góndola y que aloja un tren (26) de accionamiento impulsado por una correa, que tiene por lo menos una correa (34) ; y una pala (20) de rotor de turbina conectada a dicho árbol hueco y rotativa alrededor de un eje de rotación, estando dicho eje fuera de un área definida por dicha al menos una correa, donde la rotación de dicha pala de rotor de turbina se transmite a una unidad (28) de conversión de potencia, unida rotativamente a dicho tren de accionamiento propulsado por correa para realizar la conversión de potencia.

2. Grupo según la reivindicación 1, donde dicho tren (26) de accionamiento accionado por correa comprende una primera rueda (30) catalina y por lo menos dos ruedas (32) catalinas secundarias, y donde dicha por lo menos una correa (34) hace contacto, al menos parcialmente con dicha primera rueda catalina y dichas por lo menos dos ruedas catalinas secundarias, para transferir potencia mecánica entre dicha primera rueda catalina y dichas por lo menos dos ruedas catalinas secundarias.

3. Grupo según la reivindicación 2, donde dicha por lo menos una correa comprende una primera correa (34A) y una segunda correa (34B) , donde dicha primera correa está situada de modo adyacente a dicha segunda correa, pasando dicha primera correa y dicha segunda correa alrededor de por lo menos dichas dos ruedas (32) catalinas secundarias.

4. Grupo según la reivindicación 2, que comprende además un sistema (60) de montaje, que instala dicho tren (26; 126) de accionamiento accionado por correa exteriormente a dicha primera rueda (30) catalina, donde dicho sistema de montaje incluye un primer soporte para montar una rueda catalina de dichas por lo menos dos ruedas (32) catalinas secundarias y un segundo soporte para montar la otra rueda catalina de dichas por lo menos dos ruedas catalinas secundarias, donde uno de dicho primer soporte (62) y dicho segundo soporte está montado de modo pivotante y el otro (64) de dicho primer soporte y de dicho segundo soporte está montado fijamente.

5. Grupo según la reivindicación 1, donde dicho tren (26; 126) de accionamiento accionado por correa comprende una primera rueda catalina, una pluralidad de ruedas (132) catalinas secundarias, espaciadas exteriormente alrededor de dicha estructura (16) de góndola, y una pluralidad de correas (134) , donde cada una de dicha pluralidad de correas está conectada rotativamente a por lo menos dos de dicha pluralidad de ruedas catalinas secundarias.

6. Grupo según la reivindicación 1, donde dicha unidad (28) de conversión de potencia incluye por lo menos uno de entre un generador y un compresor de aire.

7. Grupo según la reivindicación 1, que comprende además una caja (50) de cambio situada entre dicho tren (26) de accionamiento accionado por correa y dicha unidad (28) de conversión de potencia.