Instalación de producción de energía, en particular instalación de energía eólica.

Instalación de producción de energía, en particular instalación de energía eólica,

con un árbol de accionamiento,un generador (8) y un engranaje diferencial (11 a 13) con tres accionamientos o salidas, estando conectado unprimer accionamiento con el árbol de accionamiento, una salida con un generador (7) y un segundo accionamientocon un accionamiento diferencial (6), estando dispuesto el engranaje diferencial (11 a 13) en un lado del generador(8) y el accionamiento diferencial (6) en el otro lado del generador y estando conectado el engranaje diferencial (11 a13) con el accionamiento diferencial (6) mediante un árbol (16) que pasa por el generador (8), caracterizada porque el engranaje diferencial (11 a 13) presenta un dentado helicoidal y por que un rodamiento (19) que absorbefuerzas axiales está dispuesto en la zona de un extremo del lado del engranaje diferencial del generador (8),absorbiendo este rodamiento las fuerzas axiales del segundo accionamiento.

Instalación de producción de energía, en particular instalación de energía eólica La invención se refiere a una instalación de producción de energía, en particular una instalación de energía eólica, con un árbol de accionamiento, un generador y un engranaje diferencial con tres accionamientos o salidas, estando conectado un primer accionamiento con el árbol de accionamiento, una salida con un generador y un segundo accionamiento con un accionamiento diferencial, estando dispuesto el engranaje diferencial en un lado del generador y el accionamiento diferencial en el otro lado del generador y estando conectado el engranaje diferencial con el accionamiento diferencial mediante un árbol que pasa por el generador.

Una instalación de producción de energía de este tipo se conoce por el documento WO 00/17543 A1 y este documento representa el estado de la técnica más próximo.

La importancia de las instalaciones de energía eólica como instalaciones de producción de energía es cada vez mayor. Gracias a ello, aumenta continuamente el porcentaje de la producción de corriente mediante el viento. Esto requiere a su vez, por un lado, nuevos estándares respecto a la calidad de la corriente y, por otro lado, una tendencia hacia instalaciones de energía eólica aún más grandes. Al mismo tiempo se percibe una tendencia a las instalaciones de energía eólica offshore, que requiere tamaños de instalaciones de al menos 5MW de potencia instalada. Debido a los elevados costes para la infraestructura y el mantenimiento o entretenimiento de instalaciones de energía eólica en el área offshore, se vuelven especialmente importantes tanto el rendimiento como los costes de fabricación de las instalaciones, con el uso de generadores síncronos de media tensión que va unido a ello.

El documento WO 2004/109157 A1 muestra un concepto de “varias vías” complejo, hidrostático, con varios escalones diferenciales paralelos y varios acoplamientos conmutables, por lo que puede conmutarse entre las distintas vías. Con la solución técnica mostrada, pueden reducirse la potencia y, por lo tanto, las pérdidas de la hidrostática. No obstante, un inconveniente esencial es la estructura complicada de la unidad en su conjunto.

El documento EP 1283359 A1 muestra un engranaje diferencial de 1 escalón y uno de varios escalones con accionamiento diferencial eléctrico, presentando la versión con 1 escalón un generador de corriente trifásica especial posicionado de forma coaxial alrededor del árbol de entrada con un número de revoluciones nominal elevado, que debido a la forma de construcción tiene un momento de inercia de masa extremadamente elevado respecto al eje del rotor. Como alternativa se propone un engranaje diferencial de varios escalones con un generador de corriente trifásica estándar de alta velocidad, que está orientado en paralelo al árbol de entrada del engranaje diferencial.

Si bien estas soluciones técnicas permiten la conexión directa de generadores síncronos de media tensión con la red (es decir, sin el uso de convertidores de frecuencias) , los inconvenientes de las realizaciones conocidas son, no obstante, por un lado, grandes pérdidas en el accionamiento diferencial o, por otro lado, en conceptos que resuelven este problema, la mecánica compleja o la construcción de maquinaria eléctrica especial, y los costes elevados que esto conlleva. En general ha de constatarse que no se han tenido suficientemente en cuenta los criterios relevantes para los costes, como p.ej. una integración óptima del escalón diferencial en la cadena de accionamiento de la instalación de energía eólica.

El objetivo de la invención es evitar en la medida posible los inconvenientes arriba indicados y de poner a disposición un accionamiento diferencial, que además de unos costes reducidos garantice también una buena integración en la cadena de accionamiento de la instalación de energía eólica.

Este objetivo se consigue según la invención porque el engranaje diferencial tiene un dentado helicoidal y porque un rodamiento que absorbe fuerzas axiales está dispuesto en la zona de un extremo del lado del engranaje diferencial del generador, absorbiendo este rodamiento las fuerzas axiales del segundo accionamiento.

Gracias a ello es posible un tipo de construcción muy compacto y eficiente de la instalación, con el que además tampoco se provocan cargas adicionales importantes para el generador de la instalación de producción de energía, en particular la instalación de energía eólica.

Las reivindicaciones subordinadas se refieren a formas de realización preferibles de la invención.

A continuación, se describirán detalladamente unas formas de realización preferibles de la invención haciéndose referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra el principio de un engranaje diferencial con un accionamiento diferencial eléctrico según el estado de la técnica.

La figura 2 muestra una forma de realización según la invención de un escalón diferencial en relación con la presente invención.

La figura 3 muestra una forma de realización según la invención de una cadena de accionamiento con accionamiento diferencial con un planeta escalonado.

La figura 4 muestra el alojamiento del árbol en la zona del alojamiento delantero o del lado del engranaje del generador de la figura 3 en una vista a escala ampliada.

La potencia del rotor de una instalación de energía eólica se calcula según la fórmula potencia del rotor = superficie del rotor * coeficiente de potencia * velocidad del viento3 * densidad del aire / 2

dependiendo el coeficiente de potencia de la relación entre la velocidad periférica y la velocidad del viento del rotor de la instalación de energía eólica. El rotor de una instalación de energía eólica está concebido para un coeficiente de potencia óptimo basado en una relación entre la velocidad periférica y la velocidad del viento a determinar durante el desarrollo (en la mayoría de los casos, un valor entre 7 y 9) . Por esta razón, en el servicio de la instalación de energía eólica debe ajustarse un número de revoluciones correspondientemente reducido, para garantizar un rendimiento aerodinámico óptimo.

La figura 1 muestra un principio posible de un sistema diferencial para una instalación de energía eólica formado por un escalón diferencial 4 ó 11 a 13, un escalón de engranaje de adaptación 5 y un accionamiento diferencial eléctrico 6. El rotor 1 de la instalación de energía eólica, que está dispuesto en el árbol de accionamiento 2 para el engranaje principal 3, acciona el engranaje principal 3. El engranaje principal 3 es un engranaje de 3 escalones con dos escalones planetarios y un escalón de engranaje recto. Entre el engranaje principal 3 y el generador 8 está dispuesto el escalón diferencial 4, que es accionado por el engranaje principal 3 mediante un soporte planetario 12 del escalón diferencial 4. El generador 8, preferiblemente un generador síncrono de media tensión excitado independientemente, está conectado con la rueda con dentado interior 13 del escalón diferencial 4 y es accionado por la misma. El piñón 11 del escalón diferencial 4 está conectado con el accionamiento diferencial 6. El número de revoluciones del accionamiento diferencial 6 se regula para garantizar, por un lado, con un número de revoluciones variable del rotor 1 un número de revoluciones constante del generador 8 y para regular, por otro lado, el par en toda la cadena de accionamiento de la instalación de energía eólica. Para aumentar el número de revoluciones de entrada para el accionamiento diferencial 6, en el caso mostrado se elige un engranaje diferencial de 2 escalones, que prevé un escalón de engranaje de adaptación 5 en forma de un escalón de engranaje recto entre el escalón diferencial 4 y el accionamiento diferencial 6. El escalón diferencial 4 y el escalón de engranaje de adaptación 5 forman, por lo tanto, el engranaje diferencial de 2 escalones. El accionamiento diferencial es un generador de corriente trifásica, que se conecta mediante un convertidor de frecuencias 7 y un transformador 9 con la red. Como alternativa, el accionamiento diferencial puede estar realizado también p.ej. como combinación de bomba/motor hidrostática. En este caso, la segunda bomba está conectada preferiblemente mediante un escalón de engranaje de adaptación con el árbol de accionamiento del generador 8.

La ecuación para calcular el número de revoluciones del engranaje diferencial es la siguiente:

número de revolucionesgenerador = x * número de revolucionesrotor + y * número de revolucionesaccionamiento diferencial

siendo constante el número de revoluciones del... [Seguir leyendo]

1. Instalación de producción de energía, en particular instalación de energía eólica, con un árbol de accionamiento, un generador (8) y un engranaje diferencial (11 a 13) con tres accionamientos o salidas, estando conectado un primer accionamiento con el árbol de accionamiento, una salida con un generador (7) y un segundo accionamiento con un accionamiento diferencial (6) , estando dispuesto el engranaje diferencial (11 a 13) en un lado del generador

(8) y el accionamiento diferencial (6) en el otro lado del generador y estando conectado el engranaje diferencial (11 a 13) con el accionamiento diferencial (6) mediante un árbol (16) que pasa por el generador (8) , caracterizada por que el engranaje diferencial (11 a 13) presenta un dentado helicoidal y por que un rodamiento (19) que absorbe fuerzas axiales está dispuesto en la zona de un extremo del lado del engranaje diferencial del generador (8) , absorbiendo este rodamiento las fuerzas axiales del segundo accionamiento.

2. Instalación de producción de energía según la reivindicación 1, caracterizada por que el rodamiento (19) es un rodamiento fijo.

3. Instalación de producción de energía según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el rodamiento (19) está dispuesto en un árbol del generador (18) .

4. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el árbol (16) está alojado mediante el rodamiento (19) .

5. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el engranaje diferencial (11 a 13) es un engranaje planetario.

6. Instalación de producción de energía según la reivindicación 5, caracterizada por que las ruedas planetarias (20) del engranaje planetario (4) comprenden respectivamente dos ruedas dentadas, que están unidas de forma no giratoria entre sí y que presentan distintos diámetros primitivos.

7. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizada por que el segundo accionamiento es un árbol de piñón (35) del engranaje planetario (4) , que está conectado con el árbol (16) mediante una conexión por árbol acanalado (17) .

8. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por que una rueda con dentado interior (13) del engranaje planetario (4) está conectada fijamente con el árbol del generador (18) .

9. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que el árbol (16) está alojado mediante una conexión por árbol acanalado (22) en el rotor (23) del accionamiento diferencial (6) .

10. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que el árbol

(16) está alojado en el extremo del lado del accionamiento diferencial del árbol del generador (18) .

11. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el árbol

(16) presenta un árbol hueco (21) .

12. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que el accionamiento diferencial (6) está dispuesto de forma coaxial respecto al árbol del generador (8) .

13. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que el árbol de accionamiento es el eje del rotor (2) de una instalación de energía eólica.

14. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que el accionamiento diferencial (6) es una máquina eléctrica.

15. Instalación de producción de energía según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que el accionamiento diferencial (6) es un accionamiento hidráulico, en particular hidrostático.