Unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes para una turbina eólica.

Unidad de engranaje paralelo (20) para una caja de engranajes (30) para una turbina eólica,

comprendiendo la unidad de engranaje paralelo (20) al menos un bajo eje de velocidad (21) y un eje de marcha rápida (22), comprendiendo cada eje (21, 22) un engranaje (23, 25) con dientes helicoidales, siendo adaptados los engranajes (23, 25) de cada eje (21, 22) para engranar entre sí, caracterizada por que el eje de baja velocidad (21) es soportado de forma giratoria por cojinetes de rodillos (24a) y el eje de marcha rápida (22) es soportado de forma giratoria por cojinetes deslizantes (24b) .

Unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes para una turbina eólica.

Campo técnico de la invención [0001] La presente invención se refiere a una unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes para una turbina eólica, y más particularmente para una turbina eólica multi-megavatio. La presente invención también proporciona una caja de engranajes comprendiendo tal unidad de engranaje paralelo y una turbina eólica multimegavatio comprendiendo una caja de engranajes comprendiendo tal unidad de engranaje paralelo.

Antecedentes de la invención [0002] Como el negocio de energía eólica se vuelve más y más importante los conceptos de caja de engranajes son íntegramente estudiados hoy en día. Conceptos conocidos de cajas de engranajes para turbinas eólicas pueden comprender al menos una unidad de engranaje planetario y una unidad de engranaje paralelo para la conexión de la unidad de engranaje planetario al generador de la turbina eólica.

El documento JP 2009-144532 A divulga todas las características del preámbulo según la reivindicación 1.

Fig. 1 y Fig. 2 ilustran esquemáticamente un tipo de caja de engranajes 1 para una turbina eólica según el estado de la técnica. En este ejemplo, la caja de engranajes 1 comprende una unidad de engranaje planetario 2 y una unidad de engranaje paralelo de dos etapas 3. La unidad de engranaje planetario 2 comprende un portador planetario 4 que sostiene una pluralidad de engranajes planetarios 5. La unidad de engranaje planetario 2 comprende además un engranaje anular 6 y un engranaje solar 7. En el ejemplo dado en Fig. 1 y Fig. 2 la unidad de engranaje paralelo de dos etapas 3 comprende un bajo eje de velocidad 8, un eje intermedio 9 y un eje de marcha rápida 10, que son todos paralelos entre sí y son cada uno soportados de forma giratoria por cojinetes 11. La unidad de engranaje paralela 3 comprende además dos engranajes 12, 13. Los engranajes 12, 13 respectivamente engranan con piñón 14 en el eje intermedio 9 y piñón 15 en el eje de marcha rápida 10.

Según otros conceptos conocidos, las cajas de engranajes 1 para turbinas eólicas pueden comprender dos unidades de engranaje planetario 2 y una unidad de engranaje paralelo de una etapa 3. Esto se ilustra en la Fig. 3. En el ejemplo dado en la Fig. 3, la caja de engranajes 1 comprende una primera unidad de engranaje planetario 2a, una segunda unidad de engranaje planetario 2b y una unidad de engranaje paralelo de una etapa 3. Cada una de las unidades de engranaje planetario 2a, 2b comprende un portador planetario 4 que sostiene una pluralidad de engranajes planetarios 5, un engranaje anular 6 y un engranaje planetario 7. La unidad de engranaje paralelo 3 del presente ejemplo difiere del ejemplo mostrado en Fig. 1 y Fig. 2 en que esta sólo comprende un eje de baja velocidad 8 y un eje de marcha rápida 10, y ningún eje intermedio 9. El eje de baja velocidad 8 y el eje de marcha rápida 10 son soportados de forma giratoria por cojinetes 11. En este ejemplo, la unidad de engranaje paralelo 3 comprende un engranaje 16 que se soporta en el eje de baja velocidad 8 y el eje de marcha rápida 10 y que engrana con piñón 17 en el eje de marcha rápida 10.

Durante el funcionamiento de la turbina eólica, las cargas que actúan sobre ejes y planetas y fuerzas que se originan en contactos dentales se crean en la caja de engranajes 1. La absorción de cargas pesos y fuerzas en cajas de engranajes es habitualmente hecha usando cojinetes de rodillos. Tales cojinetes se proveen en, por ejemplo, el eje de marcha rápida de la unidad de engranaje paralelo 3 de la caja de engranajes 1 y deben absorber pesos originados del engranaje.

Debido a que el comportamiento de ruido es un parámetro importante en el diseño de cajas de engranajes de turbina eólica y especialmente en las cajas de engranajes de turbina eólica multi-megavatio, engranajes en la unidad de engranaje paralelo 3 son normalmente provistos de una dentadura helicoidal con un ángulo de hélice alto. No obstante, debido a este ángulo de hélice alto se crean fuerzas radiales y axiales elevadas que van a ser absorbidas por los cojinetes proporcionados en los ejes.

Disposiciones de cojinete de por ejemplo unidades de engranaje en paralelo de ejes de marcha rápida se pueden diseñar como localizadas o como una combinación de disposiciones de cojinete localizadas y no localizadas. No obstante, hay al menos un cojinete que toma la carga axial o una combinación de cargas radiales y axiales.

Durante el funcionamiento, turbinas eólicas, y especialmente turbinas eólicas multi-megavatio, crean altas fuerzas dinámicas y variaciones de velocidad en la caja de engranajes 1. Por este motivo, pesos y velocidades durante operación de la caja de engranajes 1 pueden diferir del diseño de las cargas y velocidades, es decir de los pesos predichos y velocidades durante el diseño de la caja de engranajes 1, e incluso cargas inversas pueden ocurrir.

No obstante, para turbinas eólicas multi-megavatio, cojinetes de rodillos 11 que están disponibles en el mercado puede que ya no sean capaces de asumir cargas combinadas a partir de fuerzas axiales y fuerzas radiales.

Especialmente las fuerzas axiales pueden ser criticas en los cojinetes de rodillos 11. Este comportamiento dinámico puede llevar a daños de cojinete y consecuentemente a fallos de cojinete.

Carga de cojinete equivalente dinámica es determinada por:

donde Fr es la carga de cojinete radial real, Fa la carga de cojinete real axial, x el factor de carga radial para el cojinete e y el factor de carga axial para el cojinete. Los factores X e Y dependen del tipo de cojinetes usado. En caso de, por ejemplo, un cojinete de rodillos cónicos x pueden ser 0.4 e y puede ser entre 1.3 y 1.6, que ilustra que la aportación de la carga axial a la carga total es mucho superior que la de la carga radial.

Con aumento de potencia transmitida de turbinas eólicas multi-megavatio y el uso de engranaje con un ángulo de hélice grande, se requieren cojinetes con capacidad alta con el objetivo de ser capaz de asumir las cargas reales. Una desventaja de esto, no obstante, es que con capacidad de cojinete más alta el tamaño de los cojinetes aumenta y la muy importante velocidad límite o máxima del cojinete se reduce.

Muchas turbinas eólicas tienen carrera de generadores de 1500 hasta 2000 r.p.m. que es su velocidad máxima y por lo tanto la velocidad nominal del eje de caja de engranajes. Mientras se tienen fuerzas combinadas fuera de pesos axiales y radiales, la carga resultante puede ser superior a la carga radial. En estos casos, no se pueden encontrar cojinetes de rodillos adecuados para asumir las cargas bajo la velocidad requerida.

Resumen de la invención [0014] Es un objeto de las formas de realización de la presente invención proporcionar una unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes en una turbina eólica de multi-megavatio, una caja de engranajes que comprende tal unidad de engranaje paralelo y una turbina eólica multi-megavatio que comprende una caja de engranajes que comprende tal unidad de engranaje paralelo.

El objetivo anterior se realiza por un método y dispositivo según formas de realización de la presente invención.

Formas de realización de la presente invención se destinan a proporcionar una unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes para una turbina eólica donde los cojinetes pueden resistir las cargas radiales y axiales que se originan de la dentadura de engranaje y todavía permite velocidad de rotación alta de, por ejemplo, entre 1500 y 2000 r.p.m.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona una unidad de engranaje paralelo para una caja de engranajes para una turbina eólica multi-megavatio. Por turbina eólica multi-megavatio se entiende una turbina eólica que es capaz de generar más de 1 megavatio de electricidad. La unidad de engranaje paralelo comprende al menos un eje de baja velocidad y un eje de marcha rápida, comprendiendo cada eje un engranaje con dientes helicoidales, siendo adaptados los engranajes de cada eje para engranar entre sí. En una unidad de engranaje paralelo según la presente invención, el eje de baja velocidad es soportado de forma giratoria por cojinetes de rodillos y el eje de marcha rápida es soportado de forma giratoria por cojinetes deslizantes.

En un aspecto, la presente invención proporciona una unidad de engranaje paralela para una caja de engranajes para una turbina eólica multi-megavatio... [Seguir leyendo]

1. Unidad de engranaje paralelo (20) para una caja de engranajes (30) para una turbina eólica, comprendiendo la unidad de engranaje paralelo (20) al menos un bajo eje de velocidad (21) y un eje de marcha rápida (22) , comprendiendo cada eje (21, 22) un engranaje (23, 25) con dientes helicoidales, siendo adaptados los engranajes (23, 25) de cada eje (21, 22) para engranar entre sí, caracterizada por que el eje de baja velocidad (21) es soportado de forma giratoria por cojinetes de rodillos (24a) y el eje de marcha rápida (22) es soportado de forma giratoria por cojinetes deslizantes (24b) .

2. Unidad de engranaje paralela (20) según la reivindicación 1, donde la unidad de engranaje paralela (20) comprende además un eje intermedio (36) entre el bajo eje de velocidad (21) y el eje de marcha rápida (22) , siendo soportado el eje intermedio (36) de forma giratoria por cojinetes de rodillos (24a) .

3. Unidad de engranaje paralelo (20) según la reivindicación 1 o 2, donde la unidad de engranaje paralelo (20) comprende además un anillo de presión (26) en al menos uno de los ejes (21, 22, 36) , contactando así el anillo de presión (26) con el engranaje (23, 25) en un eje vecino.

4. Unidad de engranaje paralelo (20) según la reivindicación 3, donde el anillo de presión (26) es provisto en al menos el eje de marcha rápida (22) que es soportado por los cojinetes deslizantes (24b) .

5. Unidad de engranaje paralelo (20) según la reivindicación 3 o 4, donde el anillo de presión (26) está en el contacto directo con el engranaje (23

o 25) en el eje vecino.

6. Unidad de engranaje paralelo (20) según la reivindicación 3 o 4, donde el anillo de presión (26) está en contacto indirecto con el engranaje (23, 25) en el eje vecino.

7. Unidad de engranaje paralelo (20) según la reivindicación 6, donde un anillo de desgaste (28) está presente entre el anillo de presión (26) y el engranaje (23, 25) en el eje vecino.

8. Unidad de engranaje paralelo (20) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los cojinetes de rodillos (24a) se seleccionan a partir de cojinetes de rodillos cónicos, cojinetes de rodillos cilíndricos, cojinetes de rodillos esféricos o cojinetes de rodillos toroidales CARB.

9. Caja de engranajes (30) para una turbina eólica, comprendiendo la caja de engranajes (30) al menos una unidad de engranaje planetario (31) y una unidad de engranaje paralelo (20) según todas las reivindicaciones precedentes.

10. Turbina eólica comprendiendo una caja de engranajes (30) según la reivindicación 9.