Disposición de seguridad redundante de paso de palas de turbina eólica.

Disposición de seguridad redundante de paso de palas de turbina eólica.

Una turbina eólica incluye un sistema de ajuste de la posición de las palas que proporciona una operación de reposicionamiento de las palas de la turbina eólica continuado, incluso después de la aparición de ciertos fallos. El sistema incluye una pluralidad de motores de accionamiento eléctrico, cada uno de los cuales está interconectado con una de las palas de la turbina eólica para reposicionar las palas de turbina eólica y modificar el paso de las palas. Cada motor incluye dos o más conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas, y una fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas para proporcionar un reposicionamiento continuado de cada pala tras la aparición de un fallo, tal como el deterioro de la tensión o de la corriente, en uno de los conjuntos de bobinas.

Disposición de seguridad redundante de paso de palas de turbina eólica ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención

Esta invención encuentra aplicación en disposiciones de generación de energía de parques eólicos, y se considera particularmente beneficiosa cuando se utiliza conjuntamente con disposiciones de parques eólicos de alta mar o disposiciones dispuestas en otras posiciones con un acceso limitado.

Descripción de la técnica relacionada

El ajuste del paso de las palas del rotor de una turbina eólica se utiliza comúnmente para mitigar los efectos de cargas asimétricas sobre los componentes de la turbina. Las patentes US 4.193.5 y 4.42.692 de Kos et al., 4.21.514 de Huetter, 4.348.155 de Barnes et al., 4.352.629 de Cheney, Jr., 4.435.647 de Harner et al., 6.465.91 de Croes, 7.4.724 y 7.16.83 de Pierce et al., 7.342.323 de Avagliano et al., y 7.53.785 de Deering et al., por ejemplo, se refieren a este tipo de tecnología.

La patente de Pierce et al. ('724) se refiere a un procedimiento y a un aparato para el control de carga en el que el paso de cada pala de turbina eólica se controla individualmente para reducir la fatiga y la carga del componente de turbina. En la disposición de Pierce et al. (724), un controlador de paso de las palas está acoplado a uno o más accionamientos de rotación de las palas. Al variar el paso de las palas usando tales controladores, la magnitud y/o duración de las cargas colocadas en la turbina eólica de Pierce et al. (724) se pueden reducir, y el rendimiento global de la turbina se puede mejorar como resultado. La divulgación completa proporcionada por la patente de Pierce et al. (724) se incorpora expresamente por referencia en la presente divulgación como materia objeto no esencial.

Sumario de la invención

Un sistema de ajuste de la posición de las palas de turbina eólica según la invención proporciona una operación de reposicionamiento de las palas de la turbina eólica

continuado, incluso después de la aparición de ciertos fallos. El sistema incluye una pluralidad de motores de accionamiento eléctrico, cada uno de los cuales está interconectado con una de las palas de la turbina eólica para reposicionar esa pala de la turbina eólica y modificar el paso de las palas. Cada motor incluye dos o más conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas. Una fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas para proporcionar un reposicionamiento continuado de cada una de las palas de la turbina eólica tras la aparición de un fallo, tal como deterioro de la tensión o de la corriente, en uno de los conjuntos de bobinas. Una disposición de indicación de fallos puede interconectarse con los motores para determinar el deterioro del rendimiento en cualquiera de los grupos de bobinas eléctricamente aisladas.

En una disposición, la fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas. Se puede utilizar una unidad de control para regular la salida de la fuente de alimentación basada, por ejemplo, en la información recibida sobre el viento u otras fuerzas ejercidas sobre las palas de la turbina.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1a es una ilustración esquemática de parte de un sistema de ajuste del paso de las palas de una turbina eólica general de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 1b es una ilustración esquemática del resto del sistema mostrado en la figura 1.

La figura 2 es una ilustración esquemática de parte de una realización más práctica de la invención en la que cada motor del sistema tiene su propio control y fuente de alimentación.

La figura 3 es una ilustración esquemática de parte de otra realización de la invención, en la que cada conjunto de bobinas excitable de manera independiente en cada motor del sistema tiene su propio control y fuente de alimentación.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a la utilización de ciertos tipos de motores eléctricos para producir control de carga mediante el ajuste individualmente del paso de cada una de una

pluralidad de palas de una turbina eólica para reducir la fatiga del componente de turbina y la carga de una manera mejorada. Los motores eléctricos y la tecnología en general, relacionada con los motores eléctricos y otras disposiciones de transmisión de energía encuentran aplicaciones en una amplia variedad de campos. La patente US 4.547.713 de Langley, por ejemplo, se refiere a un motor utilizable como una unidad de escáner para un sistema de radar. Otros ejemplos incluyen la patente US 4.562.399 de Fisher, que se refiere a un tacómetro de corriente continua sin escobillas operable sobre un amplio intervalo de velocidades, la patente US 6.84.33 de Fisher et al., que se refiere a una construcción de rotor aplicada a motores de alta velocidad conmutados electrónicamente, la patente US 6.433.536 de Yundt et al., que divulga un indicador de posición utilizando múltiples sensores para proporcionar redundancia, y la patente US 6.75.581 de Trago et al., se refiere a un conjunto de montaje para un motor eléctrico utilizable para accionar una cinta sin fin a una tensión predeterminada.

En ciertas aplicaciones, los motores que tienen conjuntos de bobinas redundantes independientemente excitables se consideran preferibles para asegurar el funcionamiento del sistema en caso de fallos de una bobina o su circuito de accionamiento asociado. La patente US 4.434.389 de Langley, por ejemplo, divulga un servomotor eléctrico de CC con un estator que incluye múltiples conjuntos superpuestos de bobinas no redundantes potencialmente utilizables para ayudar en el posicionamiento de las superficies de control de aviones. La patente US 5.929.549 de Trago et al. es otro ejemplo, y se refiere a una aplicación posiblemente encontrada de un motor de corriente continua sin escobillas en sistemas de soporte de seguridad, médicos, y de vida. La divulgación completa proporcionada por la patente de Langley ('389) y la divulgación completa proporcionada por la patente de Trago et al. ('549) se incorporan expresamente por referencia en la presente divulgación como materia objeto no esencial.

El sistema de ajuste 1 del paso de palas de una turbina eólica mostrado en las figuras 1a y 1b incluye una pluralidad de motores eléctricos 12, 14, y 16. En el sistema ilustrado, los motores eléctricos 12, 14, y 16 están interconectados por medio de respectivas líneas conductoras 18a, 18a', 18b, 18b', y 18c, 18c' a las salidas de una fuente de alimentación 2.

Cada uno de los motores 12, 14 y 16 tiene un árbol de salida 12s, 14s, y 16s respectivo, con cada uno de estos árboles de salida estando conectado, directamente o por medio de un engranaje adecuado, a una respectiva pala de turbina eólica 22, de manera que la rotación de ese árbol produce la rotación correspondiente del pala de la turbina eólica asociada para

el ajuste del paso. Se entenderá que la rotación de cualquiera de las palas 22 alrededor de un árbol del pala 26 en las direcciones indicadas por las flechas 24 efectúa un cambio en el paso de esa pala 22. El ajuste de las posiciones de las palas podría basarse en la salida recibida desde una unidad central de procesamiento (CPU) 28 u otra unidad de control mediante la fuente de alimentación 2. La fuente de alimentación 2 y la CPU 28 colectivamente forman al menos parte de una unidad/fuente de alimentación general 21.

La salida proporcionada por la CPU 28 podría tener en cuenta las señales de los circuitos de control, que pueden utilizarse en los algoritmos de control del paso aplicables, en relación a las fuerzas del viento ejercidas sobre las palas 22, y las señales procedentes de dispositivos de retroalimentación 23, 25 y 27, que forman parte de sistemas servo generales respectivamente, incluyendo los motores 12, 14, y 16 y la electrónica de accionamiento en la CPU 28, podrían ser tomados en consideración. Cada dispositivo de retroalimentación 23, 25, ó 27, por ejemplo, podría conectarse directamente a un árbol del motor, 12s 14s, ó 16s, y podría ser operable para informar continuamente de la posición real del motor a la CPU 28, o a otra unidad de microprocesador mediante líneas 29, 31, y 33. La utilización de tales dispositivos de retroalimentación permite a la unidad hacer pequeñas correcciones para minimizar cualquier error entre las posiciones del árbol comandado y las posiciones actuales del árbol. En un sistema de ajuste de paso de palas de turbina eólica, una posición comandada sería típicamente el ángulo óptimo de inclinación de...

1. Un sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica que proporciona una operación de reposicionamiento de las palas de una turbina eólica continuado después de la aparición de un fallo, que comprende:

una pluralidad de motores de accionamiento eléctrico, estando interconectado cada uno de dichos motores con una de las palas de la turbina eólica para reposicionar dicha una de las palas de la turbina eólica y que incluye múltiples conjuntos de conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas, y

una fuente de alimentación interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas para proporcionar un reposicionamiento continuado de cada una de las palas de una turbina eólica tras la aparición de un fallo en uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas.

2. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de ajuste de la posición de las palas de la turbina eólica modifica el paso de las palas de la turbina.

3. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una disposición de indicación de fallos interconectada con los motores para determinar el deterioro del rendimiento en cualquiera de los grupos de bobinas eléctricamente aisladas.

4. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada conjunto de bobinas eléctricamente aisladas tiene al menos dos bobinas.

5. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas.

6. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una unidad de control para regular la salida de

dicha fuente de alimentación.

7. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además una disposición de indicación de fallos interconectada con los motores para determinar el deterioro del rendimiento en cualquiera de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas.

8. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas.

9. El sistema de ajuste de la posición de las palas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas.

1. El sistema de ajuste de la posición de las palas de reivindicación 2, que comprende además una unidad dicha fuente de alimentación.

11. El sistema de ajuste de la posición de las palas de reivindicación 3, que comprende además una unidad dicha fuente de alimentación.

12. El sistema de ajuste de la posición de las palas de reivindicación 5, que comprende además una unidad dicha fuente de alimentación.

13. Una turbina eólica en la que se permiten operaciones de reposicionamiento de las palas de la turbina eólica para continuar después de la aparición de un fallo, que comprende:

una pluralidad de motores de accionamiento eléctrico, estando interconectado cada uno de dichos motores con una de las palas de la turbina eólica para reposicionar la posición de dicha una de las palas de la turbina eólica y que incluye múltiples conjuntos de conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas, y

una turbina eólica de acuerdo con la de control para regular la salida de

una turbina eólica de acuerdo con la de control para regular la salida de

una turbina eólica de acuerdo con la de control para regular la salida de

una fuente de alimentación interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas para proporcionar un reposicionamiento continuado de cada una de las palas de la turbina eólica tras la aparición de un fallo en uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas.

14. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13, en la que los motores modifican el paso de las palas de la turbina.

15. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además una disposición de indicación de fallos interconectada con los motores para determinar el deterioro del rendimiento en cualquiera de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas.

16. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13, en la que cada conjunto de bobinas aisladas eléctricamente tiene al menos dos bobinas.

17. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13, en la que dicha fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas.

18. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además una unidad de control para regular la salida de dicha fuente de alimentación.

19. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además una disposición de indicación de fallos interconectada con los motores para determinar el deterioro del rendimiento en cualquiera de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas.

2. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 15, en la que dicha fuente de alimentación está interconectada por separado con cada uno de los conjuntos de bobinas eléctricamente aisladas mediante líneas conductoras separadas.