Regulación angular para el ajuste de la pala de rotor para una turbina eólica.

Instalación de energla eólica (1)

con un rotor (18) con al menos una pala de rotor (16) para la transformación de la energra de flujo del viento en energiamecánica,

con un dispositivo de ajuste (34, 36) para el ajuste Individual de al menos una pala de rotor (16),con un generador para la transformación de la energla mecánica del rotor (18) en energia eléctrica,con una unión activa entre el rotor (18) y el generador para la transmisión de la energra mecánica del rotor (18)al generador, estando conectados el rotor y el generador entre si de forma directa o mediante un engranaje,caracterizada por

medios de medición (38, 40) que determinan la solicitación momentánea de una parte de la instalación deenergia eólica (1), es decir, de los cojinetes del árbol de accionamiento

estando realizados los medios de medición en forma de calibres

extensométricos (38, 40) fijados en los cojinetes,

medios de control (8), que determinan una posición deseada para la solicitación momentánea de almenos una pala de rotor (16) y que ajustan la pala de rotor (16)

correspondientemente con ayuda del dispositivo de ajuste (34, 36), Y

medios de conexión (42, 46, 48, SO, 52) que conectan el dispositivo de ajuste (34, 36) Y los medios de medición (38,40) con los medios de control (8).

Regulación angular para el ajuste de la pala de rotor para una turbina eólica La Invención se refiere a una instalación de energla eólica con un rotor con al menos una pala de rotor para la transformación de la energla de flujo del viento en energla mecánica, con un dispositivo de ajuste para el ajuste individual de al menos una pala de rotor, con un generador para la transformación de la energía mecánica del rotor en energra eléctrica y con una unión activa entre el rotor y el generador para la transmisión de le energra mecánica del rotor al generador.

Las instalaciones de energía eólica de este tipo fonnan parte del estado de la técnica. Por ejemplo, el libro técnico alemán 'Windkraftanlagen" de Erich Hau, ed~ortaJ Springer, 2' ediciOn, 1996, páginas 52, 175, 222 a 242, 269, 320 muestra Instalaciones de energía eólica de este tipo. En estas instalaciones de energía eólica conocidas, la velocidad del rotor y la potencia suministrada puede regularse con ayuda de una regulación del ángulo de ataque de la pala del rotor.

Además, la regulación conocida del ángulo de ataque de la pala de rotor sirve para la protección de una velocidad excesiva del rotor en caso de elevadas velocidades del viento o en caso de un fallo de la red, en el que el momento del generador queda suprimido de forma repentina. En ambos casos se trata de proteger la instalaciOn de energia eólica de la destrucción por un rotor que gira a una velocidad excesiva.

Como otro estado de la técnica, se remite al documento US-A-4193 005. Este documento da a conocer una Instalación de energia eólica con un rotor, que está conectado mediante un engranaje con un generador, en el que se mide un par mediante un transformador (transductor) , que se fija en el árbol que conecta el engranaje y el generador.

Existen fundamentalmente dos vías para provocar una reducción de la velocidad del rotor con ayuda del ajuste de la pala: por un lado, el ángulo de ataque de la pala puede reducirse en la dirección de ángulos de ataque aerodinámicos más paquei\os, para reducir de esta forma la absorción de potencia del rotor. Por otro lado, es posible conseguir mediante el ajuste del ángulo de ataque de la pala de rotor hacia ángulos de ataque más grandes el ángulo de ataque aerodinámico critico, el llamado estado ·stall". La última posiJilidad ofrece la ventaja del ajuste por la via más corta, aunque conlleva el inconveniente que el desprendimJento del flujo (stall) va unido a elevadas cargas para el rotor y toda la instalación de energía eólica. No obstante, las dos posblidades de ajuste tienen en común que sólo tienen en cuenta una velocidad de viento media que actúa sobre toda la instalación de energía eólica o una velocidad lim~e del rotor determinada como señal de inicio para el ajuste del ángulo de pala.

Las dos posibilidades del estado de la técnica anteriormente mencionadas no tienen en cuenta que, en particular, en caso de un diámetro grande del rotor, puede producirse una distribución irregular de las condiciones de viento en la superficie del rotor. Esto tiene como consecuencia, a su vez, diferentes cargas sobre determinadas palas de rotor, así como cargas asimétricas para la cadena de accionamiento de la instalación de energia eólíca, es decir, el cubo, el árbol de accionamiento y los cojinetes correspondientes. No obstante, las diferentes cargas asimétricas de este tipo no sólo se producen a partir de una determinada velocidad del rotor o a partir de una determinada velocidad del viento, sino que se producen continuamente, también durante el servicio normal de la instalación de energia eólica. Por lo tanto, la regulación del ángulo de pala conocida hasta ahora por el estado de la técnica no puede reaccionar a variaciones de la velocidad del viento y las variaciones de carga que van unidas a ello en la zona del rotor, puesto que en las instalaciones conocidas tiene lugar un ajuste unificado, sincrono de las palas del rotor.

SI bien en instalaciones más recientes (véase en particular la pág. 238 del libro técnico arriba indicado) , se ha propuesto, por un lado, un ajuste individual elécllico de cada pala de rotor, no obstante, también esta propuesta se basa en la suposición de una velocidad de viento media, que actúa sobre la instalación de energía eólica. Con esta Y la otra suposición, de que la velocidad de viento aumenta con la a~ra, se propone una cooección fija, c/c/ica según la rotación del ángulo de ataque de la pala del rotor, para poder compensar al menos en parte las cargas variables por el aumento 50 de la velocidad del viento con la a~ra. También en esta técnica de ajuste de la pala del rotor es un Inconveniente que el ángulo de ataque de las palas de rotor está fijamente predeterminado, por lo que no puede reaccionar a vartaciones locales y transitorias de la velocidad de viento en una zona parcial del rotor. Por lo tanto, también con esta propuesta se produce una carga asiméllica que acorta, por consiguiente, la vida útil de los componentes de la instalación de energía eólico en caso de puntas locales visto a lo largo de la superfiCie del rotor.

Por lo tanto, el objetivo de la invención es evitar los problemas arriba indicados y proporcionar una instalación de energía eólica en la que se reducen las cargas, que pueden producirse debido a puntas locales y transitorias en la velocidad de viento en zonas parciales de la superficie del rotor.

El objetivo se consigue según la invención con las características de la reivindicación 1 y 22. En las reivindicaciones subordinadas se Indican variantes ventajosas Según la invención, en una instalación de energla eólica del tipo indicado al principio están previstos medios de medición, que determinan la solicitación momentánea de una parle de la instalación de energia eólica, además de estar previstos medios de control, que determinan una posición deseada para la solicitación momentánea de al menos una pala de rotor y que ajustan la pala de rotor correspondientemente con ayuda del dispositivo de ajuste, además de estar

previstos medios de conexión, que conectan el dispoSitivo de ajuste y los medios de medición con los medios de control.

Gracias a la instalación de energla eólica según la invención se permite con ayuda del dispositivo de ajuste para el ajuste individual de al menos una pala de rotor adaptar la instalación de energía eólica a solicitaciones momentáneas, que se producen sólo en una parle de la instalación de energla eólica y que se determinan mediante medios de medición con ayuda de medios de control. De esta forma se consigue de forma ventajosa evitar puntas locales en la carga de las palas del rotor, del cubo, del accionamiento del eje y de los cojinetes usados. Esto conlleva, a su vez, que se alarga la vida útil de la instalación de energla eólica o que no se acorta de forma inconsciente, puesto que se evitan en gran parle las solicitaciones asimétricas de parles de la instalación de energía eólica que acortan la vida útil.

Además, la instalación de energla eólica según la invención permite aprovechar óptimamente la distribución momentánea de las velocidades del viento en la superfiicie del rotor y contribuir, por lo tanto, a un mayor rendimiento de la instalación de energla eólica, puesto que todas las palas del rotor funcionan siempre con el ángulo de pala deseado y, por lo tanto, óptimo, por lo que aumenta el rendimiento por pala de rotor en comparación con el rendimiento de instalaciones de energia eólica del estado de la técnica.

Es especialmente preferible que la posición de la pala del rotor o de las palas del rotor se adapte conOOuamente a la carga momentánea de la instalación de energía eólica. De esta forma puede garantizarse que la Instalación de energia eólica funcione continuamente en el margen de trabajo óptimo, quedando protegida al mismo tiempo de puntas de carga, provocadas por puntas de la velocidad de viento localmente existentes en la zona del rotor.

En una forma de realización preferible de la invención, los medios de medición determinan para la determinación de la solicitación local de una pala de rotor una velocidad de viento que existe en la pala de rotor. Para elo, los medios de medición presentan preferiblemente un anemómetro dispuesto en la pala del rotor. Debido a que el anemómetro está dispuesto directamente en la pala de rotor, es posible un control muy preciso de la posición angular de la pala de rotor

como reacción a una mayor o menor velocidad del viento. Gracias a la medición de la velocidad del viento directamente en el lugar en el que también se procede a un ajuste de la instalación de energia eólica, es decir, directamente en la pala de rotor a ajustar, es posible... [Seguir leyendo]

1. Instalación de energla eólica (1) con un rotor (18) con al menos una pala de rotor (16) para la transformación de la energra de flujo del viento en energia

mecánica, con un dispositivo de ajuste (34, 36) para el ajuste Individual de al menos una pala de rotor (16) , con un generador para la transformación de la energla mecánica del rotor (18) en energia eléctrica, con una unión activa entre el rotor (18) y el generador para la transmisión de la energra mecánica del rotor (18) al generador, estando conectados el rotor y el generador entre si de forma directa o mediante un engranaje,

caracterizada por

medios de medición (38, 40) que determinan la solicitación momentánea de una parte de la instalación de energia eólica (1) , es decir, de los cojinetes del árbol de accionamiento estando realizados los medios de medición en forma de calibres extensométricos (38, 40) fijados en los cojinetes,

medios de control (8) , que determinan una posición deseada para la solicitación momentánea de al menos una pala de rotor (16) y que ajustan la pala de rotor (16) correspondientemente con ayuda del dispositivo de ajuste (34, 36) , Y

medios de conexión (42, 46, 48, SO, 52) que conectan el dispositivo de ajuste (34, 36) Y los medios de medición (38, 40) con los medios de control (8) .

2. Instalación de energra eólica (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la posición de la pala de rotor (16) o de las palas de rotor (16) se adapta continuamente a la solicitación momentánea de la instalación de energia eólica (1) .

3. Instalación de energla eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de medición (38, 40) para la determinación de la solicitación de la pala de rotor (16) determinan una velocidad de viento que existe en la pala de rotor (16) .

4. Instalación de energía e6ica (1) según la reivindicación 3, caracterizada porque los medios de medición 30 (38, 40) presentan un anemómetro para la medición de la velocidad del viento.

5. Instalación de energla eólica (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque el anemómetro está dispuesto en la pala del rotor (16) .

6. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de medición (38, 40) determinan además una carga mecánica que existe en una zona parcial del rotor (18) .

7. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de medición (38, 40) determinan además una carga que existe en un tramo parcial ajustable del rotor (18) . 40

8. Instalación de energra e6lica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de medición (38, 40) determinan además una carga que existe en la pala de rotor (16) ajustable.

9. Instalación de energia e6ica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con un cubo de rotor

(14) , caracterizada porque los medios de medición (38, 40) determinan además una carga que existe en el cubo del rotor (14) .

10. Instalación de energra eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con un muñón de eje (22) para el alojamiento del rotor (18) , caracterizada porque los medios de medición (38, 40) determinan además una 50 carga que existe en el muñón de eje (22) .

11. Instalación de energia e6lica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con un árbol de accionamiento, que conecta el rotor (18) y el generador directamente o mediante un engranaje, caracterizada porque los medios de medición (38, 40) presentan además una carga que existe en el árbol de accionamiento.

12. Instalación de energia e6lica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de medición (38, 40, 44) determinan un ángulo de ataque del viento que existe en la pala de rotor (16) a ajustar.

13. Instalación de energía eólica (1) según la reivindicación 12, caracterizada porque los medios de medición (38, 40, 44) presentan una aleta (44) fijada en la pala de rotor (16) para la medición del ángulo de ataque.

14. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reívíndicaciones anteriores con al menos dos

palas de rotor, caracterizada porque al menos una pala de rotor (16) puede ajustarse de forma aslncrona respecto a la o las otra (s) .

15. Instalación de energía eólíca (1) según cualquiera de las reívindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos un tramo parcial de al menos una pala de rotor (16) puede ajustarse de forma asíncrona respecto a al menos otro tramo parcial ajustable de la misma pala de rotor (16) o respecto a la o las otra (s) pala{s) de rotor (16) o los tramos parciales de las mismas.

16. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la posición de la o de las pala{s) de rotor (16) deseada para una solicitación momentánea determinada puede 15 predeterminarse mediante medios de entrada conectados con los medios de control (8) .

17. Instalación de energía eólíca (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el dispositivo de ajuste (34, 36) para el ajuste de la pala de rotor (16) presenta un servomotor (34) y un mecanismo ajustable (36) accionado por éste, recibiendo los medios de control (8) del mecanismo ajustable (36) un valor real que Indica la posición momentánea de la pala de rotor (16) y ajustando los mismos la pala de rotor (16) mediante el servomotor (34) .

18. Instalación de energía eólica (1) según la reivindicación 17, caracterizada porque los medios de control (8)

proceden al ajuste de la pala de rotor (16) prácticamente al mismo tiempo que se detectan los valores de medición. 25

19. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la instalación de energía eólica (1) es del tipo de eje horizontal.

20. Instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque 30 el rotor (18) es un rotor a barlovento.

21. Procedimiento para la adaptación de una instalación de energía eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores a las solicitaciones momentáneas que existen sólo en una zona parcial de la instalación de energla eólica (1) , caracterizado porque mediante medios de medición (38, 40) se determina la solicitación momentánea de los cojinetes del árbol de accionamiento mediante calibres extensométricos fijados en los cojinetes, porque mediante medios de control (8) se determina una posición deseada para la solicitación momentánea de al menos una pala de rotor

(16) para evitar en gran medida solicitaciones asimétricas de partes de la instalación de energla eólica que acortan la vida útil, estando conectado el dispositivo de ajuste (34, 36) Y los medios de medición (38, 40) con los medios de control

(8) con ayuda de medios de conexión (42, 46, 48, 50, 52) .

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