Un rotor de turbina eólica.

Un rotor de turbina eólica que tiene un diámetro de al menos 45 m que comprende un buje (20) y una pluralidadde palas (21),

comprendiendo el buje una pluralidad de lugares, teniendo cada uno un par de rodamientos (31, 32)anulares espaciados entre sí para recibir una pala de turbina eólica respectiva, teniendo cada pala un larguero (28)que se extiende a lo largo de una parte sustancial de la longitud de la pala y que sobresale desde el extremoproximal de la pala, sobresaliendo el larguero en y recibiéndose de manera giratoria dentro de los rodamientosespaciados entre sí respectivos y fijándose al buje.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2009/002401.

Solicitante: BLADE DYNAMICS LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: SAUNDERS DRIVE ISLE OF WIGHT COWES PO31 8HU REINO UNIDO.

Inventor/es: HAYDEN,PAUL TREVOR, WHILEY,DAVID ANTHONY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D1/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 1/00 Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00). › Rotores.

PDF original: ES-2403379_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Un rotor de turbina eólica La presente invención se refiere a un buje para una turbina eólica.

Las turbinas eólicas de eje horizontal a gran escala actuales tienen pesos de cabeza de torre (incluyendo el rotor, la barquilla y el tren de accionamiento) del orden de 120 a 200 toneladas métricas. Hay una tendencia creciente por turbinas de mayor diámetro, y el peso de la cabeza de torre está aumentando aproximadamente como el cubo del diámetro de la turbina. El propio rotor (compuesto del buje y las palas) supone aproximadamente el 30% del peso de la cabeza de torre. Aproximadamente el 60% de éste se atribuye a las palas, mientras que el 40% es atribuible al buje.

El documento US 4.029.434 desvela el montaje de la pala para un molino de viento. La raíz de la pala se extiende en el buje donde está soportado por un conjunto de rodamientos de articulación y un conjunto de rodamientos de articulación y de empuje combinados que permiten que la pala gire alrededor de su eje. El conjunto de rodamientos de articulación y de empuje combinados debe construirse alrededor de la raíz una vez que la raíz está en el lugar. Además, la raíz de la pala se apoya directamente contra los dos rodamientos y, por lo tanto, debe tener una sección transversal circular. El montaje es adecuado para un molino de viento de la década de 1970 (que habría tenido un diámetro de rotor de menos de 20 m) , pero no es adecuado para la pala de una turbina eólica de hoy en día, cuya longitud de pala podría ser del orden de una magnitud mayor que la de la pala contemplada por el documento US

4.029.434.

El documento US 4.668.109 desvela un conjunto de rodamientos para una turbina eólica. El rodamiento es una unidad sellada que tiene un cilindro exterior que está atornillado al buje por una serie de pernos. Dentro del cilindro está un eje que está soportado en un par de rodamientos. Una pala de turbina eólica finaliza en una pestaña que está atornillada por una serie de pernos a una pestaña que es integral con el eje. El rodamiento tiene un anillo de presión expansivo que está dispuesto para aplicar igual fuerza de compresión a los rodamientos, de manera que la presión se mantenga a medida que se desgasta el rodamiento. El rodamiento está diseñado para adecuarse a una turbina eólica de pequeña escala. La manera en que se conecta el rodamiento lo hace inadecuado para una turbina eólica grande de hoy en día. En particular, el requisito para dos series de juntas atornilladas, cada una en un extremo del rodamiento, haría la junta demasiado pesada para aumentarse hasta el tamaño requerido para una turbina de hoy en día. Su uso en una pala de turbina eólica a gran escala moderna solo empeoraría los problemas mencionados a continuación con respecto a la pluralidad de pernos.

El documento US 6.951.433 muestra un diseño inusual de una turbina eólica. Cada pala está en dos partes. Una pala interior se fija al buje y una pala exterior se ajusta de manera radial hacia fuera de la pala interior. Un eje se extiende una distancia corta en cada pala exterior y sobresale en una pala interior respectiva en la que se soporta de manera giratoria por rodamientos. Las palas interiores no parecen ser capaces de girar alrededor de sus ejes principales. Como resultado de esto, la eficacia de la turbina disminuirá a medida que no puedan hacerse girar las palas interiores en la posición aerodinámica óptima. En la práctica, es probable que esto limite el tamaño de la pala que puede construirse de acuerdo con este diseño, de tal manera que es improbable que el diseño sea aplicable a una turbina eólica a gran escala de hoy en día.

El documento GB 2.210.420 desvela una disposición de rodamiento para el buje de una turbina eólica. El buje tiene una serie de ejes de mangueta, cada uno de los cuales está rodeado por un bastidor exterior que está soportado de manera giratoria en la mangueta por rodamientos. Cada pala está conectada a este bastidor exterior por una pluralidad de pernos y, como resultado de esto, este diseño sufrirá los problemas mencionados a continuación en relación con las figuras 1 a 3. Un diseño similar con un bastidor que se ajusta a lo largo de un eje de mangueta en el buje se muestra en el documento DE 1.270.411.

El documento US 5.213.470 desvela una turbina eólica más pequeña con palas que están fijadas de manera giratoria al rotor con una disposición de rodamiento no especificada.

El diseño actual de un rotor de turbina eólica convencional se muestra en las figuras 1 a 3. El rotor comprende un buje 1, que es una estructura grande, pesada y habitualmente de metal fundido. Tres palas 2 están fijadas al buje, una de las cuales se muestra en la figura 1. El buje tiene un eje 3 de rotor alrededor del que gira el rotor, y las palas están montadas de manera giratoria con el fin de que puedan hacerse girar alrededor de cada uno de los ejes 4 de paso accionados por un motor de paso (no mostrado) . Para cada pala, el buje está provisto de un rodamiento 5 de paso anular que soporta la pala 2 con el fin de permitir que gire alrededor del eje de paso. El rodamiento de paso tiene habitualmente un anillo 6 de rodadura exterior y un anillo 7 de rodadura interior con un par de juegos 8 de bolas entre ambos.

Las grandes turbinas eólicas de la técnica actual usan dos tipos de diseño de pala general, aquellos con un larguero estructural unido en el interior de una carcasa aerodinámica y aquellos con la estructura de rigidez dentro de la carcasa aerodinámica. En ambos casos los principales elementos estructurales de cada pala finalizan en el extremo del buje, en lo que se conoce como una estructura de raíz. Esta es la última pieza de la estructura de la pala (habitualmente de 3 a 8 m de longitud) en el extremo proximal de la pala. Esta estructura de raíz recoge todas las cargas de flexión fuera de la pala y en una forma cilíndrica lista para la transferencia al buje a través del rodamiento de paso.

El extremo de la raíz de la pala tiene una serie de puntos 9 de fijación de pernos (habitualmente de 60 a 80) alrededor de la circunferencia de la raíz. Estos toman la forma de agujeros 10 en los que se unen los insertos 11 de acero roscados. Una pluralidad de pernos 12 se insertan a través del anillo 7 de rodadura interior y en los insertos 11 para sostener la pala 2 en su lugar.

El diseño actual tiene una serie de deficiencias.

La masa del rotor es significativa tanto en términos de la carga sobre el tren de accionamiento como también de la masa de la cabeza de torre. Esto tiene un efecto significativo, en particular para grandes turbinas, en la interacción dinámica entre el rotor y la torre. Para instalaciones en alta mar, una gran masa de cabeza de torre es uno de los problemas significativos con un despliegue de coste efectivo de la tecnología en este entorno.

Los insertos 11 son muy difíciles de producir con un alto grado de repetibilidad. Estos son uno de los puntos con una mayor carga en la estructura de la pala, sin embargo esto depende de una serie de uniones secundarias, donde se usa un adhesivo de muy alto rendimiento para unir los pernos metálicos al componente de raíz de material compuesto.

Además, los insertos son habitualmente metálicos y pueden provocar problemas, debido a las diferencias en el coeficiente de expansión térmica relativo a la estructura de la raíz de material compuesto, así como dificultades en la adherencia de la unión al inserto de acero. Además, se necesitan secciones más gruesas de material compuesto en el extremo de la raíz de la pala para reducir los desajustes por flexión con los insertos metálicos. Esto conduce a que el extremo de la raíz de la pala sea pesado.

El rodamiento de paso también tiene que recoger los momentos de flexión completos del flap (MFlap en la figura 3) y del canto (borde) de la pala. También tiene que recoger la carga (FAxial) axial provocada por la carga centrífuga y gravitacional, así como las cargas del flap (FFlap) y del canto (FBorde) radiales. Esto significa que los rodamientos son de diámetro grande, caros y de componentes pesados con el fin de ser capaces de hacer frente a las fuerzas grandes y variadas. Una serie de rodamientos de paso han fallado en su uso con estas cargas.

El gran diámetro requerido para el rodamiento de paso por las razones expuestas anteriormente significa que el extremo de la raíz de la pala necesita hacerse más grueso (mayor diámetro) de lo que es deseable para el funcionamiento aerodinámico, disminuyendo de este modo la eficacia de la pala.

El conjunto de la pala sobre el buje requiere un apriete preciso de un gran número de pernos con el fin de lograr una adecuada resistencia a la fatiga en los pernos y evitar la distorsión del rodamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un rotor de turbina eólica que tiene un diámetro de al menos 45 m que comprende un buje (20) y una pluralidad de palas (21) , comprendiendo el buje una pluralidad de lugares, teniendo cada uno un par de rodamientos (31, 32) anulares espaciados entre sí para recibir una pala de turbina eólica respectiva, teniendo cada pala un larguero (28) que se extiende a lo largo de una parte sustancial de la longitud de la pala y que sobresale desde el extremo proximal de la pala, sobresaliendo el larguero en y recibiéndose de manera giratoria dentro de los rodamientos espaciados entre sí respectivos y fijándose al buje.

2. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 1 donde el buje está fabricado de manera predominante a partir de materiales plásticos reforzados con fibra.

3. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde el espaciamiento entre los rodamientos es de al menos 1 m.

4. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 3, donde el espaciamiento entre los rodamientos es de al menos 1, 5 m.

5. Un rotor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, fijándose cada larguero al buje en una localización de manera radial hacia el interior del extremo distal del rodamiento distal.

6. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 5, donde cada larguero está fijado al buje en una localización de manera radial hacia el interior del extremo proximal del rodamiento proximal.

7. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 6, donde la pala está soportada por un pasador insertado de manera proximal a través de un agujero en la pala del rodamiento proximal, apoyándose el pasador contra una cara proximal del rodamiento proximal para soportar las cargas axiales.

8. Un rotor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada rodamiento comprende un anillo de rodadura interior y un anillo de rodadura exterior complementario dentro del buje, ajustándose cada larguero en el anillo de rodadura interior de sus dos rodamientos respectivos con el fin de girar junto con el anillo de rodadura interior.

9. Un rotor de acuerdo con la reivindicación 8, donde cada larguero tiene una sección transversal no circular que se ajusta en las aberturas complementarias en los anillos de rodadura interiores de los dos rodamientos respectivos con el fin de soportar el larguero.

10. Un rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el larguero y los rodamientos están configurados para permitir que cada pala se deslice dentro y fuera del buje a lo largo del eje de rotación respectivo de la pala.

11. Un método de montaje de un rotor de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el método montar el buje con el par de rodamientos anulares en cada lugar; insertar el larguero de cada pala en su par respectivo de rodamientos anulares; y fijar cada pala al buje.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, donde la inserción del larguero de cada pala en su lugar respectivo comprende insertar el larguero en la dirección del eje de rotación de la pala.

13. Un método de montaje de una turbina eólica que comprende fijar un buje a una torre de turbina eólica y montar posteriormente la turbina eólica de acuerdo con el método de la reivindicación 11 o 12.


 

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