Sistema de embrague limitador de par de aerogenerador.

Un sistema generador de potencia (32; 46; 70) de aerogenerador que comprende un aerogenerador (12) conectado a una caja de engranajes (16) de aumento de velocidad que tiene un árbol de salida de alta velocidad (18) y un generador eléctrico (30) que tiene un árbol de entrada (26);

y

un sistema de acoplamiento que interconecta dichos árboles de salida y de entrada (18, 26), caracterizado por que dicho sistema de acoplamiento es asimétrico, tiene un primer par de deslizamiento característico en un primer sentido de impulso de rotación hacia delante, y un segundo par de deslizamiento característico en un segundo sentido de impulso de rotación hacia atrás.

Sistema de embrague limitador de par de aerogenerador Campo técnico En esta memoria la invención reside en la técnica de dispositivos de transmisión de potencia y, más particularmente, en embragues limitadores de par para uso en aerogeneradores. Específicamente, la invención está relacionada con un embrague limitador de par para proteger a los aerogeneradores frente a daños en los cojinetes y los engranajes causados por inversiones de par. La invención proporciona un sistema de acoplamiento asimétrico limitador de par para uso en aerogeneradores, en el que se proporciona un embrague limitador de par hacia delante y un embrague limitador de par hacia atrás con una relación emparejada, el embrague limitador de par hacia atrás tiene un par de deslizamiento característico que es una fracción del que tiene el embrague limitador de par hacia delante. La invención contempla la aportación de un tipo de disposición de embragues limitadores de par para retroinstalación en sistemas existentes, o como equipo original.

Antecedentes de la técnica

En la década pasada se han instalado decenas de miles de aerogeneradores, casi todos utilizando un sistema de impulso similar que incorpora una caja de engranajes como sistema de aumento de velocidad, colocado entre las palas de turbina y un generador. Las cajas de cambios se diseñan típicamente con la intención y el deseo para asegurar que los cojinetes y los engranajes se alineen adecuadamente para coger sus cargas pretendidas de diseño. Esas cargas de diseño típicamente se centran en el sentido de rotación de funcionamiento hacia delante. Sin embargo, se ha encontrado que unos altos pares hacia atrás pueden afectar a la vida de los cojinetes y los engranajes de la caja de engranajes. Durante las inversiones de par, los engranajes y los cojinetes se desalinean, provocando una carga sumamente concentrada en las superficies de contacto. Incluso un pico moderado de par hacia atrás puede dañar los cojinetes y los engranajes desalineados. Hay varias condiciones de funcionamiento que inducen altas vibraciones de torsión en el tren de impulso y en la caja de engranajes, algunas de las cuales pueden causar un fuerte par en el sentido de impulso hacia atrás. Estas condiciones pueden surgir (a) con la puesta en marcha cuando el contactor eléctrico acopla el generador de aerogenerador a la red eléctrica; (b) durante un frenado de emergencia; (c) durante un frenado normal cuando se acopla el freno de pinza; (d) durante y la vida de engranaje, se ha encontrado que la vida promedio de las cajas de cambios en diseños de aerogenerador, es del orden de 7-11 años. El coste de sustitución de una caja de engranajes es muy alto, no solo en costes directos, sino también en tiempo de inactividad. Ciertamente, se cree que un fallo prematuro de la caja de engranajes en muchos diseños de aerogenerador ha sido en gran parte consecuencia de una carga de par hacia atrás, para la que no se ha proporcionado una protección eficaz. Muchos aerogeneradores tienen unos acoplamientos tradicionales limitadores de par por rozamiento, típicamente establecidos en 150 -200 % del par nominal del aerogenerador. Estos no proporcionan una protección adecuada para cojinetes y engranajes desalineados cargados hacia atrás. La presente invención contempla que un sistema asimétrico de acoplamiento limitador de par, con una configuración de par alto en el sentido hacia delante estándar y una configuración de par bajo en el sentido hacia atrás, podría mejorar significativamente la vida de la caja de engranajes.

La patente europea EP 1 445 484 A1 describe un acoplamiento de sobrecarga para un rotor de generador de aerogenerador, el acoplamiento tiene un disco de impulso conectado a un árbol de impulso del generador y sujeto fraccionalmente entre dos discos de rozamiento conectados al árbol de la máquina de impulso, protegiendo de ese modo el generador de aerogenerador contra un par excesivo.

Descripción de la invención A la luz de lo anterior, un primer aspecto de la invención es proporcionar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador en el que se proporcione protección de caja de engranajes en ambos sentidos de funcionamiento hacia delante y hacia atrás.

Otro aspecto de la invención es aportar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador en el que se proporcione protección bidireccional de naturaleza asimétrica.

Incluso un aspecto adicional de la invención es aportar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador en el que se proporcione un limitador de par hacia atrás que tenga un par de deslizamiento característico que sea una fracción del que hay hacia delante.

Todavía un aspecto adicional de la invención es aportar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador en el que los mecanismos de embrague estén encerrados, sellados y secos, y funcionales en una atmósfera de gas inerte.

Todavía otro aspecto de la invención es aportar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador que incluya un sistema para monitorizar el ángulo de fase y el deslizamiento entre el árbol de pala y árbol de generador para evaluar los pares incidentes en la caja de engranajes.

Incluso un aspecto adicional de la invención es aportar un sistema de embrague limitador de par de aerogenerador que sea fácilmente adaptable a los aerogeneradores existentes para tener mejor funcionamiento y durabilidad.

El aspecto precedente y otros de la invención, que se harán evidentes a medida que avance la descripción detallada, se logran por la mejora en un sistema generador de potencia de aerogenerador que comprende un aerogenerador conectado a una caja de engranajes de aumento de velocidad que tiene un árbol de salida de alta velocidad, y un generador eléctrico que tiene un árbol de entrada, la mejora comprende: un sistema de acoplamiento que interconecta dichos árboles de salida y de entrada, dicho sistema de acoplamiento es asimétrico, tiene un primer par de deslizamiento característico en un primer sentido de impulso de rotación hacia delante, y un segundo par de deslizamiento característico en un segundo sentido de impulso de rotación hacia atrás.

Otros aspectos de la invención se obtienen con un sistema generador de potencia de aerogenerador, que comprende: un aerogenerador conectado a una caja de engranajes de aumento de velocidad que tiene un árbol de salida de alta velocidad; un generador eléctrico que tiene un árbol de entrada; y un acoplamiento asimétrico que interconecta dichos árboles de entrada y de salida; dicho acoplamiento asimétrico comprende un primer embrague limitador de par conectado en serie con un embrague de sentido único entre dichos árboles de entrada y de salida, y un segundo embrague limitador de par conectado en paralelo con dicho embrague de sentido único entre dichos árboles de entrada y de salida, dicho primer y segundo embrague limitador de par tienen unos pares característicos diferentes de deslizamiento.

Descripción de los dibujos

Para un completo entendimiento de los diversos aspectos y estructuras de la invención, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada y a los dibujos acompañantes, en donde:

La Fig. 1 es un esquema funcional de un generador de aerogenerador según la técnica anterior;

La Fig. 2 es un esquema funcional de una primera realización de la invención, adaptada particularmente como retroinstalación a sistemas existentes de acoplamiento que tienen un limitador tradicional de par;

La Fig. 3 es un esquema funcional de una retroinstalación para generadores de aerogenerador que previamente no incluyen limitador de par; y La Fig. 4 es un esquema funcional de un generador de aerogenerador que tiene un acoplamiento asimétrico limitador de par según la invención, e implementado como equipo original.

Descripción detallada de una realización preferida Haciendo referencia ahora a los dibujos y más particularmente a la Fig. 1, puede verse que un sistema generador de aerogenerador según la técnica anterior se designa generalmente con el número 10. El sistema 10 incluye una serie de palas 12 de turbina conectadas a un árbol 14 de turbina de baja velocidad. El árbol 14 de turbina pasa a una caja de engranajes 16, que sirve para aumentar mucho la velocidad de rotación del árbol de salida 18 de caja de engranajes, de manera estándar. Un freno de pinza 20 está operativo asociado con un disco de freno 22, fijado al árbol 18 de caja de engranajes, para detener selectivamente la rotación del árbol 18, como apreciarán fácilmente los expertos en la técnica. Entre el árbol de salida 18 de caja de engranajes y un árbol 26 de generador se interpone, como se muestra, un acoplamiento. Los expertos en la técnica... [Seguir leyendo]

1. Un sistema generador de potencia (32; 46; 70) de aerogenerador que comprende un aerogenerador (12) conectado a una caja de engranajes (16) de aumento de velocidad que tiene un árbol de salida de alta velocidad (18) y un generador eléctrico (30) que tiene un árbol de entrada (26) ; y un sistema de acoplamiento que interconecta dichos árboles de salida y de entrada (18, 26) , caracterizado por que dicho sistema de acoplamiento es asimétrico, tiene un primer par de deslizamiento característico en un primer sentido de impulso de rotación hacia delante, y un segundo par de deslizamiento característico en un segundo sentido de impulso de rotación hacia atrás.

2. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 1, en donde dicho primer par de deslizamiento característico es mayor que una calificación de par nominal del aerogenerador, y dicho segundo par de deslizamiento característico es menor que la calificación de par nominal del aerogenerador.

3. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 2, en donde dicho sistema de acoplamiento comprende un primer embrague limitador de par (28; 56; 74) que tiene dicho primer par de deslizamiento característico, y un segundo embrague limitador de par (40; 58; 78) que tiene dicho segundo par de deslizamiento característico.

4. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 3, que comprende además un embrague de sentido único (42; 54; 76) entre dichos árboles de salida y de entrada, dicho embrague de sentido único está en acoplamiento en dicho sentido de rotación hacia adelante, y gira libre en dicho sentido de rotación hacia atrás.

5. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 4, en donde dicho primer embrague limitador de par (28; 56; 74) se conecta en serie con dicho embrague de sentido único (42; 54; 76) entre dichos árboles de salida y de entrada.

6. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 5, en donde dicho embrague de sentido único se conecta en paralelo con dicho segundo embrague limitador de par.

7. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 6, en donde dicho sistema de acoplamiento comprende unos cubos concéntricos (36, 38; 50, 52; 26, 72) , con dicho embrague de sentido único y dicho segundo embrague limitador de par con interconexión en paralelo entremedio.

8. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 6, en donde dicho sistema de acoplamiento comprende un cubo (50, 52; 26, 72) alrededor de uno de dichos árboles de salida y de entrada, y en donde dicho primer (56; 74) y segundo (58; 78) embrague limitador de par y dicho embrague de sentido único (54; 76) se interponen entre dicho cubo y uno de dichos árboles de salida y de entrada.

9. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 6, en donde dicho primer y segundo embrague limitador de par y dicho embrague de sentido único comprenden, cada uno, por lo menos un disco de impulso por rozamiento.

10. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 6, en donde por lo menos uno de dichos embragues limitadores de par y dicho embrague de sentido único se mantienen en un recinto sellado.

11. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 10, en donde dicho recinto se llena de un gas inerte.

12. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 11, en donde dicho gas inerte se mantiene en dicho recinto a presión.

13. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 12, que comprende además un indicador de presión (45) que proporciona indicios de dicha presión dentro de dicho recinto.

14. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 6, que comprende además unos sensores (60, 62, 64) interconectados entre dichos árboles de salida y de entrada y dicho sistema de acoplamiento y conectados a un monitor (66) para medir el par dentro de dicho sistema de acoplamiento.

15. Un sistema generador de potencia de aerogenerador según la reivindicación 14, en donde dichos sensores permiten a dicho monitor medir el deslizamiento en dicho embrague limitador de par.