Turbina de aire con un dispositivo de frenado y procedimiento para frenar así como utilización del dispositivo de frenado.

Turbina de aire (13) con un rotor (14) y con al menos un ramal de impulsión (22),

que está unido a un generador(45) para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión (22), así como con un dispositivode frenado (43) para frenar al menos un componente de ramal de impulsión (21, 44) del ramal de impulsión (22),caracterizada porque el dispositivo de frenado (43) comprende un freno de cuña.

Turbina de aire con un dispositivo de frenado y procedimiento para frenar así como utilización del dispositivo de frenado.

La presente invención se refiere a una turbina de aire con un rotor y con al menos un ramal de impulsión, que está unido a un generador para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión, así como con un dispositivo de frenado para frenar al menos un componente de ramal de impulsión del ramal de impulsión. Se refiere además a un procedimiento para frenar al menos un componente de ramal de impulsión de un ramal de impulsión de una turbina de aire con un rotor y con al menos el ramal de impulsión, que está unido a un generador para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión. Asimismo se refiere a la utilización de un dispositivo de frenado para frenar al menos un componente de ramal de impulsión de un ramal de impulsión de una turbina de aire con un rotor y con al menos el ramal de impulsión, que está unido a un generador para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión.

En una turbina de aire la energía cinética del aire se utiliza para hacer que el rotor ejecute un movimiento de rotación. Este movimiento de rotación se transmite a través de un ramal de impulsión a un generador, que genera energía eléctrica a partir de la energía de rotación. En condiciones de funcionamiento regulares y con una plena capacidad funcional de todos los componentes funcionales de la turbina de aire, este proceso se realiza normalmente sin una acción controladora desde el exterior. Sin embargo es necesario, en diferentes situaciones de peligro o situaciones de funcionamiento críticas de la turbina de aire, llevar a cabo un frenado del ramal de impulsión. Esto es especialmente necesario cuando componentes aislados de la turbina de aire están fuera de servicio y pueden producirse otros daños mediante el movimiento de rotación del ramal de impulsión. Lo mismo es aplicable a situaciones de mantenimiento, en las que la turbina de aire es mantenida por personal técnico. El personal técnico se encuentra para esto habitualmente en la carlinga de la turbina de aire y, a causa del movimiento de rotación del ramal de impulsión, se ve impedido en la ejecución de su actividad y corre un gran riesgo, a causa de las enormes fuerzas que son causadas por esta rotación. Esto significa que el ramal de impulsión, durante un mantenimiento, normalmente tiene que frenarse y retenerse, para descartar riesgos e impedimentos para el personal.

También en el caso de condiciones meteorológicas extremas, en especial tormentas o huracanes, es necesario un frenado total o parcial del movimiento de rotación del ramal de impulsión. Sólo así puede asegurarse que, a elevadas velocidades del viento, no se produzca ningún daño a piezas funcionales de la turbina de aire, por ejemplo en el rotor o en el generador.

De forma correspondiente las turbinas de aire actuales usadas industrialmente con grandes potencias, es decir superiores a 100 kW, están equipadas normalmente siempre con dispositivos de frenado, que permiten un frenado parcial y también total del movimiento de rotación del ramal de impulsión. Tales dispositivos de frenado se componen habitualmente de al menos una pinza-soporte con (en cada caso) al menos una guarnición de freno, en donde la pinza-soporte puede presionarse contra el disco de freno y, de este modo, frena el disco de freno en su movimiento. El disco de freno está aplicado aquí fijamente a un componente de ramal de impulsión del ramal de impulsión de la turbina de aire. Por ello rota con la misma velocidad de rotación que el componente de ramal de impulsión; mediante el frenado de su movimiento de rotación se frena también, a la inversa, el componente de ramal de impulsión.

La solicitud de patente alemana DE 10 2007 058 746 A1 describe una turbina de aire de la clase citada al comienzo, en la que el

dispositivo de frenado comprende un dispositivo de frenado por fricción que puede accionarse electromagnéticamente.

Habitualmente, sin embargo, los dispositivos de frenado se controlan a través de sistemas de transmisión hidráulicos o neumáticos. Esto significa que la transmisión y el control de las fuerzas de frenado se realizan mediante un fluido hidráulico o neumático en un circuito cerrado. La presión hidráulica necesaria es generada casi siempre por una bomba hidráulica o un compresor. Mediante la apertura de válvulas magnéticas se acoplan las fuerzas hidráulicas o neumáticas.

Los requisitos impuestos a los dispositivos de frenado en turbinas de aire consisten en especial en que las fuerzas de frenado deben transmitirse de forma fiable y, además de esto, debe ejercerse una fuerza de frenado lo más constante posible. Las fuerzas durante el funcionamiento de la turbina de aire alcanzan unos valores enormes, que son por ejemplo varias veces mayores que en el ramal de accionamiento de un automóvil. Aparte de esto, los dispositivos de frenado en turbina de aire están sometidos durante toda su vida útil, aparte de a las fuerzas de rotación, también a otros fuertes esfuerzos mecánicos como vibraciones, efectos de resonancia y efectos de amortiguación. En especial en situaciones de peligro aumentan de nuevo claramente todas las fuerzas aplicadas al

ramal de impulsión y de este modo al generador, de tal modo que es especialmente necesario que los frenos puedan ejercer fuerzas de frenado constantes durante periodos prolongados y funcionen con seguridad, incluso a temperaturas elevadas. La fiabilidad de la transmisión (mediante el fluido neumático o hidráulico) se garantiza actualmente casi siempre por medio de que se utiliza un equipo de refrigeración y filtrado adicional. El filtrado se usa con ello para asegurar que el fluido pueda usarse en todo momento, de tal modo que pueda transmitirse toda la fuerza de frenado. La refrigeración se usa para la prevención de sobrecalentamientos del fluido y, de este modo, de esfuerzos excesivos sobre los conductos hidráulicos, respectivamente neumáticos.

Esto significa que tanto el sistema neumático, respectivamente hidráulico, de dispositivos de frenado en turbinas de aire como los dispositivos de refrigeración, respectivamente filtrado, implican una elevada complejidad técnica y en cuanto a material. Por ello la consecuencia es una complejidad del material, un espacio constructivo dentro de la cabina de la turbina de aire, uno peso y unos costes elevados. A pesar de esta complejidad es difícil de garantizar un control adecuado y preciso de los dispositivos de frenado usados actualmente (o descritos) , a causa de la inercia de los medios de transmisión hidráulicos, respectivamente neumáticos, y a causa de diferencias de calidad sólo difícilmente controlables de las válvulas magnéticas.

La tarea de la presente invención consiste en ofrecer una posibilidad, ante estos antecedentes, de cómo puede mejorarse el frenado de un ramal de impulsión, respectivamente de algunos de sus componentes, dentro de una turbina de aire de la clase citada al comienzo, de forma preferida en especial de tal modo que pueda hacerse funcionar de forma más fiable, respectivamente con menos mantenimiento, y puedan ahorrarse costes, respectivamente material y cantidad de trabajo.

Esta tarea es resuelta mediante una turbina de aire conforme a la reivindicación 1 y un procedimiento conforme a la reivindicación 14, así como mediante la utilización de un dispositivo de frenado conforme a la reivindicación 15.

De forma correspondiente el dispositivo de frenado, en una turbina de aire de la clase citada al comienzo, comprende un freno de cuña.

El ramal de impulsión puede estar formado con ello por uno o varios componentes de ramal de impulsión, por ejemplo por un primer árbol y un segundo árbol, acoplado al primer árbol a través de un dispositivo de engranaje.

La utilización de un freno de cuña en el marco del dispositivo de frenado presenta varias ventajas decisivas con respecto al estado de la técnica, con dispositivos de frenado habituales de la clase descrita anteriormente. Cabe citar en especial que para frenar normalmente se necesita una menor aplicación de fuerza, respectivamente con la misma fuerza puede conseguirse una mayor acción de frenado del dispositivo de frenado. Aparte de esto, un freno de cuña puede controlarse de forma muy precisa y no requiere ningún sistema de alimentación hidráulico, respectivamente neumático, de tal modo que pueden evitarse los numerosos problemas técnicos antes descritos de estos sistemas. En especial puede prescindirse naturalmente por entero del filtrado de los fluidos de transmisión así como de su refrigeración. En lugar de ello en el... [Seguir leyendo]

1. Turbina de aire (13) con un rotor (14) y con al menos un ramal de impulsión (22) , que está unido a un generador

(45) para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión (22) , así como con un dispositivo de frenado (43) para frenar al menos un componente de ramal de impulsión (21, 44) del ramal de impulsión (22) , caracterizada porque el dispositivo de frenado (43) comprende un freno de cuña.

2. Turbina de aire conforme a la reivindicación 1, caracterizada por un freno de cuña electrónico con una regulación electrónica de la fuerza de frenado.

3. Turbina de aire conforme a la reivindicación 2, caracterizada por una unidad de control (61) para regular la fuerza de frenado, que en funcionamiento actúa activamente en contra de vibraciones de al menos un componente de ramal de impulsión (21, 44) .

4. Turbina de aire conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el ramal de impulsión (22) comprende un primer árbol (21) y un segundo árbol (44) como componentes de ramal de impulsión, que están unidos entre sí a través de un engranaje de multiplicación (33) .

5. Turbina de aire conforme a la reivindicación 4, caracterizada porque el freno de cuña está dispuesto en la región del segundo árbol (44) .

6. Turbina de aire conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por una unidad de control (61) para la regulación electrónica de la fuerza de frenado, unidad de control (61) que extrae señales de al menos un sensor (47, 63, 65) , que en funcionamiento mide valores paramétricos de la rotación de un componente de ramal de impulsión (21, 44) y/o valores paramétricos, que se refieren a temperaturas en la región del interior de la turbina de aire y/o a condiciones meteorológicas alrededor de la turbina de aire.

7. Turbina de aire conforme a la reivindicación 6, caracterizada porque la unidad de control (61) en funcionamiento, si se supera un valor umbral que se refiere al menos a un valor paramétrico recibido por uno de los sensores (47, 63, 65) , inicia un frenado mediante el freno de cuña (43) , de forma preferida un frenado total del ramal de impulsión (22) .

8. Turbina de aire conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el freno de cuña (43) comprende los siguientes componentes:

- un disco de freno (42) unido a un componente de ramal de impulsión (44) a frenar,

- una estructura de sujeción (10) instalada fijamente con una superficie de guiado (11) , dispuesta al menos en un lado plano del disco de freno (42) ,

- una cuña de freno (5) montada sobre la superficie de guiado (11) , con una superficie (12) vuelta hacia la superficie de guiado (11) , que se corresponde en su forma con la de la superficie de guiado (11) ,

- un actuador (55) que, en funcionamiento, desplaza la cuña de freno (5) a lo largo de la superficie de guiado (11) .

9. Turbina de aire conforme a la reivindicación 8, caracterizada por un motor eléctrico (55) como actuador, que de forma preferida se regula mediante una unidad de control (61) electrónica.

10. Turbina de aire conforme a la reivindicación 8 ó 9, caracterizada por una superficie de guiado (11) plana, orientada oblicuamente respecto a un eje de rotación del componente de ramal de impulsión (44) a frenar.

11. Turbina de aire conforme a la reivindicación 8 ó 9, caracterizada por una superficie de guiado (11) y/o superficie

(12) con forma en zigzag de la cuña de freno (5) .

12. Turbina de aire conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un dispositivo de graduación (39) de accionamiento manual y/o motórico, cuyo manejo hace posible una torsión del componente de ramal de impulsión (44) a frenar en dirección a una posición de retenida prevista.

13. Turbina de aire conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un dispositivo de retenida (59) para fijar el componente de ramal de impulsión (44) a frenar en una posición de retenida, en donde el dispositivo de retenida (59) engrana de forma preferida en un disco de freno (40, 42) y/o en partes de un dispositivo de graduación (39) ejecutado conforme a la reivindicación 12.

14. Procedimiento para frenar al menos un componente de ramal de impulsión (21, 44) de un ramal de impulsión (22) de una turbina de aire con un rotor (14) y con al menos el ramal de impulsión (22) , que está unido a un generador (45) para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión (22) , caracterizado porque el frenado se lleva a cabo mediante un dispositivo de frenado (43) que comprende un freno de cuña.

15. Utilización de un dispositivo de frenado (43) que comprende un freno de cuña, para frenar al menos un componente de ramal de impulsión (21, 44) de un ramal de impulsión (22) de una turbina de aire con un rotor (14) y con al menos el ramal de impulsión (22) , que está unido a un generador (45) para obtener energía eléctrica a partir de una rotación del ramal de impulsión (22) .