Aerogenerador de tipo contra el viento y método de funcionamiento del mismo.

Una turbina eólica de tipo contra el viento que comprende

una turbina eólica adecuada (100A) que comprende una góndola (102) soportada para su giro alrededor de un ejede giro (104) sobre un soporte (106) erguido sobre el suelo o en un buque y un rotor (105) que tiene una pluralidadde palas (101),

estando el rotor (105) proporcionado en la parte delantera de la góndola (102) y permitiendo sergirado por la fuerza del viento, accionando de este modo una maquinaria a través de un eje principal (103)conectado a dicho rotor (105),

un mecanismo de accionamiento giratorio (1, 2, 30, 31) proporcionado entre dicho soporte (106) y dicha góndola(102) para hacer girar dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104), incluyendo dichomecanismo de accionamiento de giro (1, 2, 30, 31) un motor de guiñada (30) para el giro de dicha turbina eólicaadecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104),

un freno de guiñada (3) para frenar el giro de la turbina eólica adecuada (100A), y

un controlador (4, 10) para controlar, mediante la salida de una señal de control para hacer funcionar el motor deguiñada (30), el giro de dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104) hacia una posicióna favor del viento en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º para mantener el rotor (105) en una condición deespera tras la recepción de al menos una de las señales de velocidad del viento (V), la velocidad de giro del rotor(105) y la anormalidad de la maquinaria accionada,

incluyendo dicho controlador un medio de control del funcionamiento del freno de guiñada (15) para liberar el frenode guiñada (3) cuando la turbina eólica adecuada (100A) está en la posición a favor del viento para permitir de estemodo que la turbina eólica adecuada (100A) siga libremente los cambios en la dirección del viento.

Aerogenerador de tipo contra el viento y método de funcionamiento del mismo

Campo de la invención La presente invención se aplica a un generador de turbina eólica y se refiere a una turbina eólica de tipo contra el viento que tiene un rotor con una pluralidad de palas unidas en la parte delantera de una góndola soportada para su giro sobre un soporte, haciéndose girar el rotor por la fuerza del viento para accionar una maquinaria accionada tal como un generador a través de un eje del rotor, y el método de funcionamiento del mismo.

Antecedentes de la invención Una planta de potencia de turbinas eólicas que tiene alta capacidad de generación de energía eléctrica mediante la instalación de una pluralidad de unidades de potencia eléctrica de turbinas eólicas cada una de las cuales utiliza la fuerza de giro generada por la aplicación de la fuerza del viento a una pluralidad de palas para accionar un generador a través del eje del rotor, se construye a gran altitud, tal como en la cima de una colina o montaña o en un lugar tal como por encima del mar, donde se pueda recibir la alta velocidad del viento. El conjunto generador se controla generalmente mediante el ajuste del ángulo de paso de las palas conectadas al rotor de la turbina eólica para mantener la generación requerida de potencia correspondiente con la energía del viento y la potencia a consumirse (potencia de generación requerida) al momento del funcionamiento.

Una turbina eólica de tipo contra el viento que tiene un rotor con palas unidas en la parte delantera de la góndola soportada sobre un soporte prevalece para su uso en la unidad de generación de turbina eólica.

Una turbina eólica de tipo aguas arriba como esta se describe en la solicitud de patente japonesa con Nº de publicación 5-60053, que tiene una góndola (cuerpo de soporte del rotor de la turbina eólica) que soporta un rotor de la turbina por medio de un eje principal (eje del rotor de la turbina) , conteniendo la góndola en su interior una unidad de conversión de energía tal como un generador eléctrico y un mecanismo de transmisión para transmitir el giro del eje principal a la unidad de conversión de energía, y se soporta para su giro en un plano horizontal sobre un soporte erguido sobre el suelo o en un buque.

En la unidad de generación de turbina eólica, un medio de control de guiñada (control en azimut) se utiliza para mantener la superficie de revolución de las palas siempre hacia la dirección del viento para permitir que la fuerza del

viento actúe de manera eficiente sobre las palas mediante el giro de la góndola que soporta la turbina eólica para su giro de acuerdo con la dirección del viento. La turbina eólica se puede equipar con un medio de control de guiñada y estar provista de un freno de guiñada para frenar la góndola como se muestra, por ejemplo, en la solicitud de patente japonesa con Nº de publicación 8-82277.

Como se muestra en la Figura 13 y en la Figura 14 que muestra el detalle de la parte Z de la Figura 13 en una vista en perspectiva, el freno de guiñada 3 se utiliza para el bloqueo de la turbina eólica adecuada 100A que consiste en palas 101, un rotor 105, un eje del rotor, y una góndola 102. Un cojinete de asiento de giro 312 se sitúa entre la cara superior del soporte 106 y la turbina eólica adecuada 100A montada encima del soporte 106. Un disco de freno 304 se fija entre el soporte 106 y el cojinete 312. Una unidad de freno de disco de accionamiento hidráulico 310 que tiene 45 un cilindro hidráulico 301a, 301b y una pinza de freno 308 que muerde el disco de freno 304. El giro de la turbina eólica adecuada 100A con respecto al soporte 106 se frena presionando el disco de freno desde su lado superior y hacia abajo por la unidad de freno de disco de accionamiento hidráulico 310.

En dicho generador de turbina eólica de tipo contra el viento equipado con medios de control de guiñada y el freno de guiñada, la góndola se controla por los medios de control de guiñada en el funcionamiento normal para girar de manera que la superficie de revolución de las palas se dirige siempre hacia el viento. Cuando se produce una interrupción del suministro eléctrico debido a una repentina ráfaga de viento, o viento debido a un tifón, etc., el control de guiñada se hace imposible, por lo que la góndola se bloquea mediante el accionamiento de dicho freno de guiñada.

Como se ha mencionado anteriormente, con la técnica convencional como se describe en dicho documento de patente, en general, el giro de la góndola se bloquea mediante el accionamiento del freno de guiñada para mantener la góndola en un estado de espera cuando se produce la interrupción del suministro eléctrico debido a una ráfaga repentina de viento, o viento fuerte debido a un tifón, etc. Por lo tanto, cuando un viento fuerte soplaba sobre las palas en una dirección inclinada cuando el giro de la góndola se había bloqueado en un estado de espera, se producía la avería en las palas en muchas veces debido a que una carga excesivamente sesgada actuaba sobre las palas en la dirección inclinada.

El documento WO 83/01490 A desvela un dispositivo para proteger la turbina y el generador de un aerogenerador

contra tensiones anormales como por ejemplo, velocidades de viento elevadas, la pérdida de potencia eléctrica en la red, temperaturas excesivas y vibraciones mecánicas. El dispositivo está provisto de indicadores que registran dichas condiciones de funcionamiento anormales, y de un acoplamiento liberable que se puede conectar con un eje de la turbina o con una rueda dentada montada en el mástil de la turbina. En el caso de tensión anormal, el giro del rotor de la turbina se transmite para provocar un movimiento de giro de la planta alrededor de un eje vertical del mástil, de manera que su plano de giro se retorna paralelo a la dirección del viento.

El documento US 4.966.525 A desvela un aerogenerador provisto de un dispositivo de guiñada que incluye dos o más motores de engranajes dispuestos alrededor de la periferia de una llanta dentada de torre estacionaria. Mediante la activación de los frenos de fricción y, además, mediante la aplicación de una corriente adecuada a los motores en direcciones iguales y opuestas de manera que ejerzan un par de torsión dirigido opuesto, el

aerogenerador se puede mantener en una posición óptima en relación con el viento.

Divulgación de la invención La presente invención se hace a la luz del problema de la técnica convencional. Un objetivo de la invención es proporcionar una turbina eólica de tipo contra el viento que se construye de tal manera que tiene una góndola para soportar un rotor de la turbina eólica por un eje principal (eje de la turbina eólica) , conteniendo dicha góndola en su interior una unidad de conversión de energía tal como un generador eléctrico y un mecanismo de transmisión para transmitir el giro del eje principal a la unidad de conversión de energía, y se soporta para su giro en un plano horizontal sobre un soporte erguido sobre el suelo o en un buque de manera que se evita la ocurrencia de la avería de la pala evadiendo la actuación de una carga irregular, indebida tal como una carga que actúa en la dirección inclinada, incluso si se produce una interrupción del suministro eléctrico cuando sopla viento fuerte, y el método de funcionamiento de la turbina eólica.

Las unidades de generación de potencia eléctrica mediante turbinas eólicas han ido cada vez creciendo en tamaño y

la capacidad de una turbina eólica continuará aumentando. Así que, la reducción de la carga aerodinámica es imperativa para reducir el peso y el coste de una turbina eólica.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una turbina eólica de tipo contra el viento y el método de funcionamiento de la misma en el que la carga crítica (la carga que causa problemas en la resistencia de los componentes de la turbina eólica) ejercida sobre la turbina eólica por una fuerte fuerza del viento debido a un tifón o un huracán o una ráfaga de viento se puede reducir mediante el aprovechamiento de la característica de que la turbina eólica tiene un rotor girado por la fuerza del viento que actúa sobre las palas fijas al mismo y una góndola que soporta el rotor a través del eje del rotor, soportándose la góndola para su giro sobre un soporte erguido sobre el suelo o en un buque, puede girar libremente en un plano horizontal.

La presente invención resuelve los problemas mediante una turbina de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 1 y mediante un método de funcionamiento de una turbina de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 12. La primera invención es una turbina eólica de tipo... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica de tipo contra el viento que comprende una turbina eólica adecuada (100A) que comprende una góndola (102) soportada para su giro alrededor de un eje de giro (104) sobre un soporte (106) erguido sobre el suelo o en un buque y un rotor (105) que tiene una pluralidad de palas (101) , estando el rotor (105) proporcionado en la parte delantera de la góndola (102) y permitiendo ser girado por la fuerza del viento, accionando de este modo una maquinaria a través de un eje principal (103) conectado a dicho rotor (105) , un mecanismo de accionamiento giratorio (1, 2, 30, 31) proporcionado entre dicho soporte (106) y dicha góndola (102) para hacer girar dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104) , incluyendo dicho mecanismo de accionamiento de giro (1, 2, 30, 31) un motor de guiñada (30) para el giro de dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104) , un freno de guiñada (3) para frenar el giro de la turbina eólica adecuada (100A) , y un controlador (4, 10) para controlar, mediante la salida de una señal de control para hacer funcionar el motor de guiñada (30) , el giro de dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104) hacia una posición a favor del viento en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º para mantener el rotor (105) en una condición de espera tras la recepción de al menos una de las señales de velocidad del viento (V) , la velocidad de giro del rotor

(105) y la anormalidad de la maquinaria accionada, incluyendo dicho controlador un medio de control del funcionamiento del freno de guiñada (15) para liberar el freno de guiñada (3) cuando la turbina eólica adecuada (100A) está en la posición a favor del viento para permitir de este modo que la turbina eólica adecuada (100A) siga libremente los cambios en la dirección del viento.

2. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha señal de control es emitida cuando dicho controlador (4, 10) ha detectado que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101)

es mayor que una velocidad del viento de corte (Vc) , predeterminándose que dicha velocidad del viento de corte (Vc) como una velocidad del viento de referencia a la que la turbina eólica adecuada (100A) debe ser desconectada de la maquinaria accionada y cambiada a un estado de funcionamiento al ralentí de acuerdo con una carga indebida que sería ejercida sobre la turbina eólica adecuada (100A) mediante el aumento de la velocidad del viento, y que la turbina eólica adecuada (100A) es llevada a un estado de funcionamiento al ralentí por una interrupción de la conexión de la turbina eólica adecuada (100A) con la maquinaria accionada al recibir una señal detectada.

3. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha señal de control es emitida cuando dicho controlador (4, 10) ha detectado que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que una velocidad del viento de corte (Vc) , que la turbina eólica adecuada (100A) es llevada a un estado de funcionamiento al ralentí y que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que una tercera velocidad del viento (Vd) que es determinada en consideración de la resistencia de la turbina eólica adecuada (100A) y que es mayor que dicha velocidad del viento de corte (Vc) .

4. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 3, en la que dicha tercera velocidad del viento (Vd) es una velocidad del viento de referencia a la que la turbina eólica adecuada (100A) tiene que cambiar a un soporte suave a favor del viento y que es la velocidad del viento a la que el la fuerza del viento que actúa sobre la turbina eólica adecuada (100A) es menor, en una cierta cantidad, que la fuerza crítica permisible para la turbina eólica adecuada (100A) desde el punto de vista de su resistencia.

5. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en la que dicho controlador (4, 10) está adaptado para emitir una señal de reanudación para permitir que la turbina eólica adecuada (100A) retorne a una posición contra el viento original desde de la posición a favor del viento cuando se comprueba que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que dicha velocidad del viento de corte (Vc) y menor que dicha tercera velocidad del viento (Vd) .

6. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que comprende además un detector de la velocidad del viento (6) para la detección de la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) y un detector de la velocidad de giro de la turbina eólica (7) para detectar la velocidad de giro de dicho eje 55 principal (103) , y en la que dicho controlador (4, 10) está proviso de un medio (12) para comparar la velocidad del viento (V) detectada por dicho detector de la velocidad del viento (6) con la velocidad del viento corte (Vc) predeterminada y de un medio (13) para detectar si la turbina eólica adecuada (100A) está en un estado de funcionamiento al ralentí basándose en la señal de la velocidad de giro de la turbina eólica introducida desde dicho detector de la velocidad de giro de la turbina eólica (7) cuando la velocidad del viento (V) detectada es mayor que la velocidad del viento de corte (Vc) .

7. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que un cuerpo de accionamiento de giro integrado en dicho mecanismo de accionamiento giratorio (1, 2, 3, 30, 31) está provisto de un medio de freno (20) , y la fuerza de giro para hacer girar la turbina eólica adecuada (100A) puede ser

amortiguada por dicho medio de freno (20) cuando se hace girar de una posición contra el viento a la posición a favor del viento.

8. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que una unidad de generación eléctrica (300) está conectada a dicho eje principal (103) como la maquinaria accionada, un detector de interrupción del suministro eléctrico (8) es proporcionado para detectar la interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica (300) , y

dicho controlador (4, 10) está provisto de un medio de control de la batería (14) para accionar una batería (5) para permitir que la turbina eólica adecuada (100A) gire de una posición contra el viento a la posición a favor del viento cuando una señal que indica la detección de una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica (300) es introducida desde dicho detector de interrupción del suministro eléctrico (8) .

9. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el motor de guiñada (30) es también para realizar el control de guiñada (control en azimut) de la turbina eólica adecuada (100A) , un freno del motor de guiñada (20) es proporcionado para frenar el giro del mismo, y dicho controlador (4, 10) permite que el control de guiñada sea detenido, que dicho freno de guiñada (3) sea liberado y que dicho freno del motor de guiñada (20) se aplique para permitir que la turbina eólica adecuada (100A) siga de manera natural la dirección del viento después que la turbina eólica adecuada (100A) cambia a la posición a favor del viento.

10. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que una unidad de generación eléctrica (300) está conectada a dicho eje principal (103) como la maquinaria accionada, un detector de interrupción del suministro eléctrico (8) es proporcionado para detectar una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica (300) , el motor de guiñada (30) es también para realizar el control de guiñada (control en azimut) de la turbina eólica adecuada (100A) ,

un freno del motor de guiñada (20) es proporcionado para frenar el giro del mismo, y dicho controlador (4, 10) permite que dicho freno de guiñada (3) sea liberado y que dicho freno del motor de guiñada (20) se aplique para permitir la restricción de la velocidad de revolución de la turbina eólica adecuada (100A) de una posición contra el viento a la posición a favor del viento cuando una señal que indica la detección de una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica (300) es introducida desde dicho detector de interrupción del suministro eléctrico (8) .

11. La turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que una unidad de generación eléctrica (300) está conectada a dicho eje principal (103) como la maquinaria accionada, un detector de interrupción del suministro eléctrico (8) es proporcionado para detectar una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica (300) , y dicho controlador (4, 10) permite que dicho freno de guiñada (3) se libere lentamente a una velocidad baja y que dicha turbina eólica adecuada (100A) gire de una posición contra el viento a la posición a favor del viento cuando una señal que indica la detección de una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación eléctrica es introducida desde dicho detector de interrupción del suministro eléctrico (8) .

12. Un método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento que comprende una turbina eólica adecuada (100A) que comprende una góndola (102) soportada para su giro alrededor de un eje de giro (104) sobre un soporte (106) erguido sobre el suelo o en un buque y un rotor (105) que tiene una pluralidad de palas (101) , estando el rotor (105) proporcionado en una parte delantera de la góndola (102) y permitiendo ser girado por la 45 fuerza del viento, accionando de este modo una maquinaria a través de un eje principal (103) conectado a dicho rotor (105) , comprendiendo dicho método la siguiente etapa o etapas:

hacer girar, por el funcionamiento de un motor de guiñada (30) para hacer girar dicha turbina eólica adecuada (100A) alrededor de dicho eje de giro (104) , dicha turbina eólica adecuada (100A) hacia una posición a favor del viento en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º para mantener el rotor (105) en una condición de espera tras la recepción de al menos una de las señales de velocidad del viento (V) , la velocidad de giro del rotor (105) y la anormalidad de la maquinaria accionada, y liberar un freno de guiñada (3) que es para frenar el giro de la turbina eólica adecuada (100A) para permitir que la turbina eólica adecuada (100A) se mantenga en una condición de espera en la que puede girar libremente 55 siguiendo la dirección del viento después que la turbina eólica adecuada (100A) se ha hecho girar a la posición a favor del viento.

13. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la turbina eólica adecuada (100A) es girada en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º después de que la turbina eólica adecuada (100A) es llevada a un estado de funcionamiento al ralentí tras la detección de que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que una velocidad del viento de corte (Vc) que es una velocidad del viento de referencia para cambiar al estado de funcionamiento al ralentí.

14. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 13,

en el que la turbina eólica adecuada (100A) es girada en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º basándose en la detección de que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que la velocidad del viento de corte (Vc) y después de la detección adicional de que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) es mayor que una velocidad instantánea máxima del viento (Vd) después que se ha detectado que la turbina eólica adecuada (100A) es llevada al estado de funcionamiento al ralentí.

15. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha velocidad instantánea máxima del viento (Vd) es una velocidad del viento a la que la turbina eólica adecuada (100A) se debe desplazar a un soporte suave a favor del viento y que es la velocidad del viento a la que la fuerza del viento que actúa sobre la turbina eólica adecuada (100A) es menor, en una cierta cantidad, que una fuerza crítica permisible para la turbina eólica adecuada (100A) desde el punto de vista de su resistencia.

16. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento acuerdo con la reivindicación 15, en el que la turbina eólica adecuada (100A) es devuelta a una posición contra el viento original desde el estado de funcionamiento al ralentí en la posición a favor del viento después que se comprueba que la velocidad del viento (V) que actúa sobre las palas (101) en dicha condición de espera es igual o inferior a la velocidad instantánea máxima del viento (Vd) .

17. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en el que dicho estado de funcionamiento al ralentí es detectado por una señal de detección de la velocidad de giro de la turbina eólica.

18. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que una fuerza para el giro de la turbina eólica adecuada (100A) está amortiguada por un medio de freno (20) cuando se hace girar de una posición contra el viento a la posición a favor del viento.

19. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que el control de guiñada (control en azimut) para cambiar la dirección de la turbina eólica adecuada (100A) de acuerdo con la dirección del viento es realizado después que es girada a la posición a favor del viento.

20. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19, en el que un/el freno de guiñada (3) para frenar el giro de la turbina eólica adecuada (100A) es liberado, y se permite que la turbina eólica adecuada (100A) siga de modo natural el viento para girar hacia la posición a favor del viento, mientras se acciona un freno del motor de guiñada (20) para frenar el giro del motor de guiñada (30) .

21. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20, en el que, durante el funcionamiento de dicha turbina eólica de tipo contra el viento que tiene un generador eléctrico (300) conectado a su eje principal (103) como dicha maquinaria accionada, la turbina eólica adecuada (100A) es girada en un ángulo arbitrario de entre 90º y 270º mediante el accionamiento de una batería (5) cuando se detecta una interrupción del suministro eléctrico de la unidad de generación (300) .

22. El método de funcionamiento de una turbina eólica de tipo contra el viento de acuerdo con la reivindicación 21, en el que, cuando se detecta una interrupción del suministro eléctrico de dicha unidad de generación de turbina eólica (300) , un/el freno de guiñada (3) para frenar el giro de dicha turbina eólica adecuada (100A) es liberado, la 45 batería (5) es accionada para girar la turbina eólica adecuada (100A) alrededor del eje de giro (104) sobre el soporte, mientras se acciona el motor de guiñada (30) para frenar el giro del motor de guiñada (30) .