Turbina a sotavento con sistema de guiñada libre.

Una turbina a sotavento de eje horizontal (100), que comprende una góndola (150) que tiene un rotor (130) que comprende un buje y por lo menos una pala en flecha (132),

góndola (150) que es adecuada para su fijación con giro a una torre (140) que define así un eje de giro (151) alrededor del cual guiña la góndola (150), comprendiendo además dicha turbina (100):

• un generador (120) integrado en el buje; y

• un amortiguador de guiñada (110); caracterizado porque

dicho amortiguador de guiñada (110) comprende un generador de imanes permanentes (112).

Turbina a sotavento con sistema de guiñada libre Campo técnico

La presente invención es en el campo de turbinas eólicas. Más concretamente, se refiere a dispositivos y procedimientos adecuados para optimizar el control de guiñada libre de turbinas a sotavento.

Antecedentes de la invención

En general, las turbinas eólicas están optimizadas para maximizar la potencia entregada para todo el intervalo de funcionamiento de velocidades del viento. Con el fin de garantizar un funcionamiento adecuado y seguro para todas las velocidades de viento disponibles, se incorporan diversos servomecanismos en el diseño como mecanismos de control, tales como el control de paso y el control de guiñada. En turbinas más antiguas, estos mecanismos se accionan mecánica o hidráulicamente, mientras que en los diseños más recientes se pueden accionar electromecánicamente, utilizando motores eléctricos y cajas de cambios.

Uno de tales mecanismos de control es el control de guiñada, que sirve como un mecanismo de orientación al viento. En turbinas a barlovento, tal mecanismo orienta el plano del rotor de la turbina perpendicularmente a la corriente de viento. En sistemas de control de guiñada pasivos o de guiñada libre, utilizados habitualmente para turbinas a sotavento, se permite que la turbina siga la dirección del viento cuando la dirección del viento cambia. En este último caso, el sistema de guiñada es habitualmente muy sencillo, y en muchos casos solo incluye un cojinete de guiñada. A pesar de su diseño sencillo, los sistemas de guiñada pasivos necesitan ser diseñados de tal modo que la góndola responda a un cambio brusco en la dirección del viento con un movimiento de guiñada que no sea demasiado rápido o abrupto. Si no se aborda este problema adecuadamente, elevadas cargas giroscópicas en las raíces de la pala y oscilaciones de la góndola pueden contribuir a tensiones estructurales significativas. Durante el funcionamiento con vientos turbulentos y racheados, un cambio brusco en la dirección del viento o una turbulencia excesiva o cizalla del viento pueden dar como resultado igualmente grandes momentos de guiñada y la turbina puede guiñar descontroladamente y disminuir así su rendimiento.

Para reducir o eliminar estos problemas, el sistema de guiñada libre debe incluir mecanismos para mantener la velocidad de guiñada por debajo de un valor aceptable determinado por el cálculo de las cargas giroscópicas. Así pues, se pueden instalar amortiguadores de guiñada para reducir la velocidad de guiñada lo suficiente y modular el rendimiento y respuesta dinámica de la turbina eólica. Se han descrito en diversos sitios (por ejemplo, en el documento US 4.674.954) sistemas de amortiguación de guiñada hidráulicos, además de sistemas electromecánicos (por ejemplo, los utilizados en el Endurance E-312). El control de guiñada se puede optimizar asimismo mediante aspectos arquitectónicos de las turbinas eólicas, tales como un cojinete deslizante o una forma de álabe de cola en el bastidor principal de la turbina.

La inestabilidad del grado de libertad de guiñada está provocada por dos factores principales: un error de guiñada grande (diferencia entre la dirección de la góndola y la dirección del viento), y una velocidad de guiñada grande (es decir, la velocidad a la cual está girando la góndola). Con el fin de tener un sistema más estable, ambos efectos negativos deben ser compensados. Por lo tanto, la velocidad de guiñada no debe fluctuar excesivamente, y se deben evitar aceleraciones repentinas. Al mismo tiempo, el control de guiñada debe permitir todavía ajustes amplios respecto a la dirección del viento, y no bloquear completamente la guiñada.

Un objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar una turbina a sotavento que tiene un control de guiñada mejorado. Un objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que se adapta fácilmente a cambios en la dirección del viento, pero que limita aun así la velocidad de guiñada y la aceleración de guiñada. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que es más eficiente. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que es más robusta. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que es más fiable. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que es más barata de construir, instalar y/o mantener. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una turbina a sotavento que no necesita una fuente de energía eléctrica externa para alimentar sistemas auxiliares de la turbina.

Uno o más de estos objetivos se consigue mediante la invención. Uno o más de estos objetivos se consigue mediante realizaciones preferentes de la invención.

Los documentos DE 1212467 Ay US 4522564 dan a conocer turbinas a sotavento de eje horizontal del estado de la técnica anterior.

Sumario de la invención

La invención comprende una turbina a sotavento de eje horizontal (1) que presenta un sistema de guiñada extremadamente eficaz, que muestra concretamente un control de guiñada pasivo mejorado. La efectividad del sistema de guiñada es el resultado de una combinación de características, por lo que la combinación selectiva da

como resultado un aumento de efectividad del sistema de guiñada que es mayor que los meros valores aditivos de los componentes individuales.

La invención comprende una turbina a sotavento de eje horizontal (1) que comprende una góndola (15) que tiene un rotor (13) que comprende un buje y por lo menos una pala (132), góndola (15) que es adecuada para su fijación con giro a una torre (14) que define así un eje de giro (151) alrededor del cual guiña la góndola (15), comprendiendo además dicha turbina (1):

- un generador (12) integrado en el buje; y

- un amortiguador de guiñada (11);

donde el amortiguador de guiñada (11) comprende un generador de imanes permanentes (112), y la pala (132) es en flecha.

El generador (12) integrado en el buje se puede situar alejado del eje de giro (151) de la góndola (15), aumentando así el momento de inercia de giro de la góndola (15) alrededor del eje de giro (151).

El generador (12) integrado en el buje puede acoplarse al rotor (13) mediante una conexión de transmisión

directa.

La por lo menos una pala en flecha (132) puede presentar ángulo de conicidad (135) con respecto a un plano perpendicular al eje de giro (131) del rotor (13).

La por lo menos una pala en flecha (132) puede ser flexible.

El generador de imanes permanentes (112) puede alimentar sistemas auxiliares de la turbina (1).

El amortiguador de guiñada (11) puede comprender además un amortiguador hidráulico, un amortiguador neumático, un amortiguador eléctrico, y/o un amortiguador de fricción.

El amortiguador de guiñada (11) puede comprender además un engranaje dentado y/o una caja de cambios.

El amortiguador de guiñada (11) puede comprender además un freno de seguridad.

La turbina a sotavento de eje horizontal (1) como se describió en lo que antecede puede comprender además la torre (14) de la turbina.

Otro modo de realización de la invención se refiere a un procedimiento para optimizar un control de guiñada libre pasivo de turbinas a sotavento (1), comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

- emplear un amortiguador de guiñada (11), en el que el amortiguador de guiñada (11) comprende un generador de ¡manes permanentes (15);

- emplear un generador (12) integrado en el buje;

- emplear un rotor (13), que comprende por lo menos una pala en flecha (132)

El procedimiento para optimizar el control de guiñada libre de turbinas a sotavento (1) como se describió en lo que antecede puede comprender además:

- emplear un generador (12) integrado en el buje que se sitúa alejado del eje de giro (151) de la góndola (15), aumentando así el momento de inercia de giro de la góndola (15) alrededor del eje de giro (151).

El procedimiento para optimizar el control de guiñada libre de turbinas a sotavento (1) como se describió en lo que antecede puede comprender además:

- emplear una conexión de transmisión directa para acoplar el generador (12) Integrado en el buje con el rotor (13).

El procedimiento para optimizar el control de guiñada libre de turbinas a sotavento (1) como se describió en lo que antecede puede comprender además:

- emplear un rotor (13) que comprende por lo menos una pala en flecha (132) que presenta un ángulo de conicidad (135) con respecto al plano perpendicular al eje de giro (131) del rotor (13).

El procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Una turbina a sotavento de eje horizontal (1), que comprende una góndola (15) que tiene un rotor (13) que comprende un buje y por lo menos una pala en flecha (132), góndola (15) que es adecuada para su fijación con giro a una torre (14) que define asi un eje de giro (151) alrededor del cual guiña la góndola (15), comprendiendo además dicha turbina (1):

- un generador (12) integrado en el buje; y

- un amortiguador de guiñada (11); caracterizado porque

dicho amortiguador de guiñada (11) comprende un generador de imanes permanentes (112).

2. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el generador (12) integrado en el buje se sitúa alejado del eje de giro (151) de la góndola (15), aumentando así el momento de inercia de giro de la góndola (15) alrededor del eje de giro (151).

3. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que el generador (12) integrado en el buje se acopla al rotor (13) mediante una conexión de transmisión directa.

4. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la por lo menos una pala en flecha (132) presenta un ángulo de conicidad (135) con respecto a un plano perpendicular al eje de giro (131) del rotor (13).

5. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que por lo menos una pala en flecha (132) es flexible.

6. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el generador de ¡manes permanentes (112) alimenta sistemas auxiliares de la turbina (1).

7. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el amortiguador de guiñada (11) comprende además un amortiguador hidráulico, un amortiguador neumático, un amortiguador eléctrico, y/o un amortiguador de fricción.

8. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el amortiguador de guiñada (11) comprende además un engranaje dentado y/o una caja de cambios.

9. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el amortiguador de guiñada (11) comprende además un freno de seguridad.

1. La turbina a sotavento de eje horizontal (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que además comprende la torre (14).

11. Un procedimiento para optimizar un control de guiñada libre pasivo de turbinas eólicas a sotavento (1), comprendiendo dicho procedimiento las etapas:

- emplear un amortiguador de guiñada (11), en el que el amortiguador de guiñada (11) comprende un generador de ¡manes permanentes (112);

- emplear un generador (12) integrado en el buje; y

- emplear un rotor (13), que comprende por lo menos una pala en flecha (132).

12. El procedimiento para optimizar un control de guiñada libre de turbinas eólicas a sotavento (1) de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además:

- emplear un generador (12) integrado en el buje que se sitúa alejado del eje de giro (151) de la góndola (15), aumentando así el momento de inercia de giro de la góndola (15) alrededor del eje de giro (151).

13. El procedimiento para optimizar un control de guiñada libre de turbinas eólicas a sotavento (1) de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, que comprende además:

- emplear una conexión de transmisión directa para acoplar el generador (12) integrado en el buje con el rotor (13).

14. El procedimiento para optimizar un control de guiñada libre de turbinas eólicas a sotavento (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende además:

- emplear un rotor (13) que comprende al menos una pala en flecha (132) que forma un ángulo de conicidad (135) con respecto al plano perpendicular al eje de giro (131) del rotor (13).

15. El procedimiento para optimizar un control de guiñada libre de turbinas eólicas a sotavento (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que además comprende:

- emplear el generador de imanes permanentes (112) para alimentar sistemas auxiliares de la turbina eólica (1).