Reducción de ruido de caja de engranajes mediante control de accionamiento eléctrico.

Un procedimiento para amortiguar ruido audible procedente de un tren de accionamiento de una turbina eólica acoplada con un generador eléctrico,

estando causado dicho ruido audible por vibraciones a determinadas velocidades de la turbina eólica a la frecuencia de unos puntos de resonancia acústica de la cadena de accionamiento, comprendiendo el procedimiento:

detectar una señal de ruido procedente de la cadena de accionamiento para medir la frecuencia de ruido y la potencia de ruido y procesar la señal de ruido a partir de dicho tren de accionamiento, en el que la señal de ruido tiene una o más frecuencias de ruido de uno o más puntos de resonancia acústica del tren de accionamiento;

comprendiendo dicho procesamiento:

medir el nivel de presión sonora de la señal de ruido y, solo si dicho nivel se encuentra por encima de un umbral, generar una señal de amortiguación correctiva, en el que dicha señal de amortiguación correctiva tiene un desfase de aproximadamente 90 grados y con una frecuencia o frecuencias aproximadamente iguales a dicha frecuencia o frecuencias de ruido del punto o puntos de resonancia acústica;

modular una señal de par de fuerzas con dicha señal de amortiguación correctiva a la frecuencia o frecuencias medidas de la señal de ruido para producir una señal correctiva de par de fuerzas modulada; y

aplicar dicha señal correctiva de par de fuerzas modulada a un par de fuerzas de entrehierro de dicho generador eléctrico, reduciendo de este modo dicho ruido audible a dichas velocidades que se corresponden con la frecuencia o frecuencias del punto o puntos de resonancia acústica.

Reducción de ruido de caja de engranajes mediante control de accionamiento eléctrico Campo de la invención

La invención se refiere, en general, a la reducción de ruido y, más en particular, a la reducción del ruido en unidades de accionamiento eléctrico.

Antecedentes de la invención

Existen numerosos estudios que se refieren a los efectos del ruido de baja frecuencia sobre los seres humanos. A pesar de que los resultados son algo subjetivos con respecto a los efectos de tal ruido, existe una tendencia creciente de reducir los efectos de ruido procedentes de fuentes industriales siempre que sea posible para mantener el fondo de comercio con los usuarios finales y el público. La expresión baja frecuencia, tal como se usa en el presente documento, hace referencia al ruido en la gama de frecuencias audibles de aproximadamente 20 Hz a varios cientos de hercios. Para fines de referencia, por lo general el rango de audición de la mayor parte de los seres humanos es de aproximadamente 20 Hz - 20 kHz y se denomina gama de frecuencias audibles.

Para fines de referencia, el artículo preparado por el Laboratorio de Investigación en Energías Renovables, Dept. de Ingeniería Mecánica e Industrial, Universidad de Amherst (junio de 2002) titulado Wind Turbine Acoustic Noise" describe los fundamentos generales del ruido y el sonido. La complejidad surge cuando diversos sistemas eléctricos, electromecánicos y mecánicos están funcionando de una forma integrada, tal como una turbina eólica, en la que es difícil determinar con precisión la fuente exacta de cualquier ruido audible.

Las fuentes de tal ruido industrial son numerosas, no obstante se reconoce en general que una fuente de ruido de baja frecuencia de este tipo proviene de los trenes de accionamiento a partir de los sistemas eléctricos y electromecánicos. Tal como se usa en el presente documento, cajas de engranajes o trenes de accionamiento (que también se denominan transmisiones) harán referencia a los sistemas que emplean una cierta forma de conjuntos que se usan para transferir y / o convertir par de fuerzas y velocidad en conjunción con uno o más ejes. Los trenes de accionamiento se usan comúnmente en implementaclones en diversos campos que incluyen aviación, marítimo, transporte, Industrial y energía. Por ejemplo, las cajas de engranajes se usan para los rotores en helicópteros, ejes de hélices en barcos, ejes de turbina eólica, transmisiones de vehículos, y diversos tipos de acoplamiento involucrados con los motores, electromotores y generadores. Por lo general, los trenes de accionamiento eléctricos transfieren un par de fuerzas y los ejemplos incluyen un motor que transfiere un par de fuerzas a una carga y un generador que usa un eje rotatorio para generar energía eléctrica.

Se han usado diversas formas de esquemas de cancelación de ruido pasiva y activa para disminuir o eliminar el ruido de baja frecuencia con un cierto éxito limitado y, a menudo, mediante unos diseños complejos. Existe una necesidad percibida de abordar los problemas de ruido, que no se ha abordado de forma satisfactoria.

El documento WO-A-98/30813 de la técnica anterior divulga un procedimiento para amortiguar ruido audible a partir de un tren de accionamiento, en el que se realizan las siguientes etapas:

- procesar una señal de ruido a partir de dicho tren de accionamiento que tiene una frecuencia de ruido;

- generar una señal de amortiguación correctiva en el que dicha señal de amortiguación correctiva tiene un desfase y con una frecuencia aproximadamente igual a dicha frecuencia de ruido;

- modular una señal de par de fuerzas con dicha señal de amortiguación correctiva para producir una señal correctiva de par de fuerzas modulada; y

- aplicar dicha señal correctiva de par de fuerzas modulada a una máquina eléctrica que está acoplada con dicho tren de accionamiento, reduciendo de este modo dicho ruido audible.

Sumario de la invención

Un ejemplo que no se reivindica se refiere a un sistema para amortiguar ruido audible a partir de un tren de accionamiento, usando el sistema una señal de vibración o de ruido a partir del tren de accionamiento, en el que un circuito de amortiguación integrado produce una señal de par amortiguador. El par amortiguador es una versión desfasada y amplificada de la señal de ruido. Una máquina eléctrica está acoplada con el tren de accionamiento, en el que la señal de par amortiguador se aplica a una señal de par de fuerzas de entrehierro de la máquina eléctrica, reduciendo de este modo el ruido audible.

La señal de ruido puede ser por lo menos uno de un valor constante, un valor estimado y un valor medido. En un ejemplo, la señal de ruido se mide mediante por lo menos un sensor, en el que el sensor puede ser por lo menos uno de un micrófono, un acelerómetro, una galga extensométrica y un dispositivo de onda acústica de superficie.

Además, el circuito de amortiguación puede seleccionarse de entre por lo menos uno del grupo que consiste en filtro, desfasador, amplificador, sumador y limitador. El desfasador es, en un ejemplo, un circuito de retardo de tiempo. El par amortiguador tiene, en una realización, un desfase con respecto a la señal de ruido de

aproximadamente 90 grados.

El tren de accionamiento puede seleccionarse de entre por lo menos uno del grupo que consiste en una caja de engranajes, una transmisión hldrostática, una transmisión hidrodinámica, una unidad de accionamiento por cadena, una unidad de accionamiento por correa y una junta Cardán.

El sistema puede incluir un convertidor que está acoplado con el generador, en el que el convertidor combina la señal de par amortiguador con la señal de par de fuerzas de entrehierro. Además, una interconexión de par de fuerzas puede estar acoplada entre el circuito de amortiguación y el generador para acondicionar la señal de par amortiguador.

En un aspecto, el par amortiguador se introduce en el generador en las proximidades del eje de alta velocidad, no obstante el ruido audible resulta sustanclalmente del eje de baja velocidad. Otra característica Incluye hacer que el ruido audible se amortigüe en tiempo real.

El par amortiguador no ha de aplicarse de forma continua, y puede aplicarse de manera intermitente a la señal de par de fuerzas de entrehierro. En un ejemplo, la señal de amortiguación tiene una frecuencia de modulación que es aproximadamente una frecuencia de la señal de ruido.

La invención se refiere a un procedimiento para amortiguar ruido audible a partir de un tren de accionamiento, que comprende procesar una señal de ruido a partir del tren de accionamiento que tiene una frecuencia de ruido, generar una señal de amortiguación correctiva en el que la señal de amortiguación correctiva tiene un desfase y con una frecuencia aproximadamente igual a la frecuencia de ruido, modular una señal de par de fuerzas con la señal de amortiguación correctiva para producir una señal correctiva de par de fuerzas modulada, y aplicar la señal correctiva de par de fuerzas modulada a una máquina eléctrica que está acoplada con el tren de accionamiento, reduciendo de este modo el ruido audible.

De acuerdo con la invención, el desfase es de aproximadamente 90 grados.

El procesamiento, la generación, la modulación y la aplicación pueden ser intermitentes. El procedimiento puede comprender además repetir las etapas de procesar, generar, modular y aplicar, para por lo menos una señal de ruido adicional.

El procedimiento también puede incluir por lo menos uno de filtrar, amplificar y limitar la señal de amortiguación correctiva. El tren de accionamiento puede incluir un conjunto de engranajes en el que el ruido procedente del tren de accionamiento incluye un ruido del engrane de los engranajes.

Un efecto técnico del sistema es la reducción del ruido audible de un tren de accionamiento. Un aspecto, que no se reivindica, incluye un producto de programa informático para reducir el ruido audible en un tren de accionamiento que incluye las características que se hacen notar en el presente documento.

Las características y ventajas que se describen en el presente documento no son exhaustivas y, en particular, muchas características y ventajas adicionales serán evidentes para un experto en la materia a la vista de los dibujos, la memoria descriptiva y las reivindicaciones. Además, debería hacerse notar que el texto que se usa en la memoria descriptiva se ha seleccionado principalmente para fines instructivos y de legibilidad, y no para limitar el ámbito de la materia objeto de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques básico que ilustra un sistema de amortiguación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para amortiguar ruido audible procedente de un tren de accionamiento de una turbina eólica acoplada con un generador eléctrico, estando causado dicho ruido audible por vibraciones a determinadas velocidades de la turbina eólica a la frecuencia de unos puntos de resonancia acústica de la cadena de accionamiento, comprendiendo el procedimiento:

detectar una señal de ruido procedente de la cadena de accionamiento para medir la frecuencia de ruido y la potencia de ruido y procesar la señal de ruido a partir de dicho tren de accionamiento, en el que la señal de ruido tiene una o más frecuencias de ruido de uno o más puntos de resonancia acústica del tren de accionamiento; comprendiendo dicho procesamiento:

medir el nivel de presión sonora de la señal de ruido y, solo si dicho nivel se encuentra por encima de un umbral, generar una señal de amortiguación correctiva, en el que dicha señal de amortiguación correctiva tiene un desfase de aproximadamente 90 grados y con una frecuencia o frecuencias aproximadamente ¡guales a dicha frecuencia o frecuencias de ruido del punto o puntos de resonancia acústica;

modular una señal de par de fuerzas con dicha señal de amortiguación correctiva a la frecuencia o frecuencias medidas de la señal de ruido para producir una señal correctiva de par de fuerzas modulada; y

aplicar dicha señal correctiva de par de fuerzas modulada a un par de fuerzas de entrehierro de dicho generador eléctrico, reduciendo de este modo dicho ruido audible a dichas velocidades que se corresponden con la frecuencia o frecuencias del punto o puntos de resonancia acústica.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado por al menos uno de filtrar, amplificar y limitar dicha señal de amortiguación correctiva.

3. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se realiza en tiempo real o de manera intermitente.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque existe al menos una dicha señal de ruido y esta está seleccionada de entre al menos uno de un valor constante, un valor estimado y un valor medido.