Sistema (1) de generador de turbina eólica para generar electricidad y que comprende un generador (20) acoplado por medio de un tren de transmisión (D) a una cabeza (4) de rotor a la que se unen palas (5) de rotor de turbina eólica y con la que giran de manera solidaria,

en el que dicho tren de transmisión (D) está dotado de una caja (10A, 10B) de engranajes de aumento de velocidad que se configura combinando engranajes paralelos y que tiene un engranaje (11, 11A) de entrada proporcionado en un árbol de entrada (Si) y una pluralidad de engranajes (12A, 12B) de salida proporcionados en un árbol de salida (So) que están acoplados al engranaje de entrada por medio de una pluralidad de árboles de variación de velocidad (Sv) dispuestos en la dirección circunferencial, estando dotado cada uno de los árboles de variación de velocidad (Sv) de engranajes (13, 14A, 14B, 14C, 14D), cuyos números de dientes son diferentes entre sí; y caracterizado porque

los engranajes (14A, 14B, 14C, 14D) en el lado de árbol de salida de la pluralidad de árboles de variación de velocidad (Sv) están enganchados con la pluralidad de engranajes (12A, 12B) de salida de manera alternativa en la dirección circunferencial, estando dispuestos los engranajes (12A, 12B) de salida en el árbol de salida (So) en diferentes posiciones axiales; y porque la caja (10A, 10B) de engranajes de aumento de velocidad está situada en un extremo frontal de la cabeza (4) de rotor.

Unidad de transmisión y generador de potencia eólica.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un sistema de generador de turbina eólica.

Estado de la técnica

Los sistemas de generador de turbina eólica que generan electricidad usando potencia eólica, que es una energía natural, se conocen de manera convencional. Este tipo de sistema de generador de turbina eólica incluye una cabeza de rotor a la que están unidas palas de rotor de turbina eólica, un árbol principal acoplado a la cabeza de rotor de modo que gira de manera solidaria con la cabeza de rotor, una caja de engranajes de aumento de velocidad acoplada al árbol principal que gira por medio de potencia eólica recibida por las palas de rotor de turbina eólica, y un generador accionado por potencia de salida de árbol a partir de la caja de engranajes de aumento de velocidad, que se proporcionan en una góndola montada encima de una torre. En el sistema de generador de turbina eólica configurado de este modo, el giro del árbol principal y la cabeza de rotor dotada de las palas de rotor de turbina eólica que convierten la potencia eólica en potencia giratoria genera potencia de salida de árbol. La potencia de salida del árbol, cuya velocidad de rotación se incrementa mediante la caja de engranajes de aumento de velocidad acoplada al árbol principal, se transmite al generador. Por consiguiente, en el sistema de generador de turbina eólica, la potencia de salida de árbol obtenida convirtiendo la potencia eólica en potencia giratoria funciona como la fuente de accionamiento del generador, y de este modo puede generarse electricidad usando potencia eólica como energía motriz del generador.

La caja de engranajes de aumento de velocidad (dispositivo de variación de velocidad) del sistema de generador de turbina eólica descrito anteriormente es, por ejemplo, tal como se muestra en las figuras 7 a 9, una estructura conocida configurada combinando engranajes paralelos en los que se proporcionan algunos árboles de piñón (árboles de variación de velocidad) en una fase de variación de velocidad que se proporciona entre un árbol de entrada y un árbol de salida. Además, en la caja de engranajes de aumento de velocidad configurada combinando engranajes cilíndricos, es posible una reducción en el peso empleando una pluralidad de árboles de piñón que están enganchados con una rueda dentada de una primera fase. En la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad mostrada en los dibujos, un engranaje (11) de entrada (rueda dentada) proporcionado en un árbol de entrada (Si) y un engranaje (12) de salida (piñón) proporcionado en un árbol de salida (So) están acoplados uno con respecto al otro medio de cuatro árboles de piñón (Sv) que están dispuestos en la dirección circunferencial. Los árboles de piñón (Sv) están dotados cada uno de engranajes (13, 14) , cuyo número de dientes es diferente entre sí, en ambos extremos.

Es decir, los árboles de piñón (Sv) de la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad se incrementan desde la velocidad de rotación del árbol de entrada (Si) según la relación de engranajes entre el engranaje (11) de entrada y el engranaje (13) enganchado con el engranaje (11) de entrada. Además, el árbol de salida (So) de la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad se incrementa desde la velocidad de rotación del árbol de variación de velocidad (Sv) según la relación de engranajes entre el engranaje (14) y el engranaje (12) de salida enganchado con el engranaje (14) que es coaxial con el engranaje (13) . Por consiguiente, la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad mostrada en los dibujos es una caja de engranajes de aumento de velocidad de dos fases que incluye una primera fase para incrementar la velocidad en la que la velocidad de rotación del árbol de entrada (Si) se incrementa hasta la velocidad de rotación del árbol de variación de velocidad (Sv) y una segunda fase para incrementar la velocidad en la que la velocidad de rotación del árbol de variación de velocidad (Sv) se incrementa hasta la velocidad de rotación del árbol de salida (So) .

Además, como caja de engranajes de aumento de velocidad del sistema de generador de turbina eólica mencionado anteriormente, por ejemplo, hay una en la que potencia motriz se distribuye en una pluralidad de trayectorias de potencia que usan engranajes de árboles paralelos en una fase de velocidad baja como primera fase, y cada árbol de salida al que se distribuye la potencia motriz está acoplado a un engranaje planetario (por ejemplo, véase el documento de patente 1) . Se han dado a conocer diferentes engranes de la técnica anterior en los documentos de patente 2 y 3.

Documento de patente 1: solicitud de patente japonesa no examinada, publicación n.º Hei 8-177711 representa la técnica anterior más próxima y muestra el preámbulo de la reivindicación 1.

Documento de patente 2: US 6.374.689 B1.

Documento de patente 3: US 2.516.077

Objeto de la invención

Los sistemas de generador de turbina eólica recientes tienen una tendencia a volverse más grandes con el aumento en la salida. Por consiguiente, también para reducir cargas sobre torres, cimentaciones, etcétera, se requiere reducir el peso de los trenes de transmisión y las estructuras de góndola. Por otro lado, puede disminuirse la anchura de cara y reducirse el peso de una caja (10) de engranajes de aumento de velocidad convencional constituida por una combinación de engranajes paralelos proporcionando una pluralidad de árboles de piñón (Sv) para la potencia de salida. Sin embargo, en el caso en el que la potencia de salida de la pluralidad de árboles de piñón (Sv) vuelve a un árbol, es decir, el árbol de salida (So) de la última fase, cuando los engranajes (14) cuyo número es el mismo que el de los árboles de piñón (Sv) están dispuestos en la misma línea, la relación de aumento de velocidad, que es el aumento de velocidad en una fase, está restringida por los tamaños de los engranajes (14) .

La restricción mencionada anteriormente en la relación de aumento de velocidad se describirá ahora específicamente con referencia a la figura 8. En el ejemplo mostrado en el dibujo, cuatro árboles de piñón (Sv) están dispuestos con un paso de 90º. En este caso, para aumentar la relación de aumento de velocidad del engranaje (12) de salida que está enganchado con los cuatro engranajes (14) proporcionados en los respectivos árboles de piñón (Sv) , es necesario disminuir el número de dientes y el diámetro del engranaje (12) de salida y también aumentar el número de dientes y los diámetros de los engranajes (14) . Sin embargo, puesto que los cuatro engranajes (14) están dispuestos en la misma línea (el mismo plano) , es necesario evitar la interferencia entre los engranajes (14) adyacentes disponiendo los engranajes de modo que garantizan un huelgo adecuado (L) entre ellos. Por tanto, la relación de aumento de velocidad que puede ajustarse está limitada a un valor que puede garantizar el huelgo mínimo (L) .

Además, en la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad descrita anteriormente, la potencia de empuje no puede compensarse cuando se usa un único engranaje helicoidal como el engranaje paralelo. Por tanto, es necesario proporcionar un cojinete de empuje en cada árbol. Además, debido a que una carcasa (15) de la caja (10) de engranajes de aumento de velocidad tiene una forma plana sencilla, es necesario proporcionar una nervadura o similar en una parte plana para garantizar la rigidez.

Basándose en un antecedente de este tipo, en el dispositivo de variación de velocidad configurado combinando engranajes paralelos, se desea desarrollar un aparato que pueda proporcionar una relación de engranajes alta (relación de variación de velocidad: relación de aumento de velocidad y relación de reducción de velocidad) con un pequeño número de fases y que pueda ser de peso reducido. Además, el dispositivo de variación de velocidad se transforma desde una caja de engranajes de aumento de velocidad hasta una caja de engranajes de reducción de velocidad o desde una caja de engranajes de reducción de velocidad hasta una caja de engranajes de aumento de velocidad invirtiendo el árbol de entrada y el árbol de salida. La presente invención tiene que llevarse a cabo en las circunstancias mencionadas anteriormente, y es un objeto de la misma proporcionar un dispositivo de variación de velocidad que pueda dar una relación de engranajes alta con un pequeño número de fases y que pueda ser de peso reducido, y proporcionar un sistema de generador... [Seguir leyendo]

1. Sistema (1) de generador de turbina eólica para generar electricidad y que comprende un generador (20) acoplado por medio de un tren de transmisión (D) a una cabeza (4) de rotor a la que se unen palas (5) de rotor de turbina eólica y con la que giran de manera solidaria, en el que dicho tren de transmisión (D) está dotado de una caja (10A, 10B) de engranajes de aumento de velocidad que se configura combinando engranajes paralelos y que tiene un engranaje (11, 11A) de entrada proporcionado en un árbol de entrada (Si) y una pluralidad de engranajes (12A, 12B) de salida proporcionados en un árbol de salida (So) que están acoplados al engranaje de entrada por medio de una pluralidad de árboles de variación de velocidad (Sv) dispuestos en la dirección circunferencial, estando dotado cada uno de los árboles de variación de velocidad (Sv) de engranajes (13, 14A, 14B, 14C, 14D) , cuyos números de dientes son diferentes entre sí; y caracterizado porque

los engranajes (14A, 14B, 14C, 14D) en el lado de árbol de salida de la pluralidad de árboles de variación de velocidad (Sv) están enganchados con la pluralidad de engranajes (12A, 12B) de salida de manera alternativa en la dirección circunferencial, estando dispuestos los engranajes (12A, 12B) de salida en el árbol de salida (So) en diferentes posiciones axiales; y porque la caja (10A, 10B) de engranajes de aumento de velocidad está situada en un extremo frontal de la cabeza (4) de rotor.

2. Sistema (1) de generador de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizado porque un número par de árboles de variación de velocidad (Sv) está dispuesto en pares en líneas rectas que pasan a través del centro axial del árbol de salida (So) y que son ortogonales entre sí.

3. Sistema de generador de turbina eólica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los engranajes (12A y 12B) de salida y los engranajes (14A, 14B, 14C, 14D) en el lado de árbol de salida de los árboles de variación de velocidad (Sv) son engranajes helicoidales, y el número de direcciones de los dientes helicoidales proporcionados en los engranajes helicoidales es el mismo.