Unidad compacta generador-engranaje para centrales de energía eólica.

Cadena de accionamiento (1) para una central de energía eólica con un engranaje (2),

que presenta una carcasa del engranaje (3) y que está unido o puede unirse mediante un eje de accionamiento con un rotor eólico y un generador (2), que presenta una carcasa del generador (5) unida fijamente con la carcasa del engranaje (3), en la que están previstos al menos un estator (10) y al menos un rotor (9), estando acoplado el rotor (9) con un eje accionado (6) del engranaje (2) apoyado en la carcasa del engranaje (3) mediante cojinetes (13) y que durante el funcionamiento marcha más rápido que el eje de accionamiento,

caracterizada porque el generador (4) presenta un eje del generador (7) dispuesto coaxialmente con el eje accionado (6) del engranaje (2) y apoyado en la carcasa del generador (5) mediante cojinetes (15), que está unido mediante bridas de unión (8a, 8b) con el eje accionado (6) del engranaje (2), estando previsto entre las bridas de unión (8) un aislamiento eléctrico,

porque entre la carcasa del engranaje (3) y la carcasa del generador (5) está prevista una junta laberíntica o de intersticio (14) y

porque en secuencia los cojinetes (13), la junta laberíntica o de intersticio (14) y la brida de unión (8a) y a continuación la brida de unión (8b), el rotor (9) y el cojinete (15) están sujetos al eje del generador (7).

UNIDAD COMPACTA GENERADOR-ENGRANAJE PARA CENTRALES DE ENERGÍA EÓLICA

La presente invención se refiere a una cadena de accionamiento para una central de energía eólica con un engranaje, que presenta una carcasa del engranaje y que está unido o puede unirse mediante un eje de accionamiento de marcha lenta con un rotor eólico y un generador, que presenta una carcasa del generador unida fijamente con la carcasa del engranaje, en la que está previsto al menos un estator y al menos un rotor, estando acoplado el rotor con un eje accionado de marcha rápida del engranaje apoyado en la carcasa del engranaje.

Las cadenas de accionamiento para centrales de energía eólica se conocen y se utilizan para transformar la energía de rotación del rotor eólico puesto en movimiento por medio del viento en energía eléctrica por medio de un generador acoplado con el rotor eólico. Al respecto alcanza el rotor eólico típicamente velocidades de giro en la gama de unos 10 a 20 min-1.

Una gran parte de las centrales de energía eólica existentes está equipada con generadores de marcha rápida con una velocidad de 1000 a 2000 min-1. Para transformar la velocidad de giro relativamente lenta del rotor eólico a la velocidad de giro del generador, se intercala un engranaje de varias etapas, que en combinación con el generador se denomina en general cadena de accionamiento. Ambos componentes de la cadena de accionamiento se diseñan esencialmente con independencia uno de otro y están unidos entre sí mediante acoplamientos convencionales.

Un inconveniente al respecto es que la cadena de accionamiento necesita relativamente mucho espacio y debido a la pluralidad de componentes presenta una forma constructiva compleja.

Además de la solución clásica del engranaje, se utilizan también generadores que están acoplados con el rotor eólico sin engranajes.

En esta forma constructiva se acciona el generador directamente mediante el rotor eólico.

Un inconveniente al respecto es que debido al elevado par de giro, que se conduce directamente desde el rotor eólico al generador, presenta el generador y en particular el rotor del generador un diámetro relativamente grande. Esto implica una forma constructiva relativamente grande y mucho peso de la cadena de accionamiento.

Un tercer concepto prevé unir entre sí fijamente el generador y el engranaje para formar un componente de cadena de accionamiento, para obtener una unidad compacta generador-engranaje para centrales de energía eólica. Una tal cadena de accionamiento se describe por ejemplo en el documento EP 2 216 547 A2. La cadena de accionamiento conocida por este documento para una central de energía eólica presenta un engranaje con una carcasa del engranaje, que mediante un eje de accionamiento de marcha lenta está unido con un rotor eólico. Además está previsto un generador, que presenta una carcasa del generador unida fijamente con la carcasa del engranaje. Un rotor del generador es accionado mediante un eje de rueda solar del engranaje. Mediante el rotor que gira respecto a un estator fijo, se transforma de la manera conocida la energía de rotación del rotor eólico en energía eléctrica.

Otra cadena de accionamiento del tipo citado al principio se conoce por el documento WO 2010/027618 A2. Esta cadena de accionamiento presenta igualmente un engranaje con una carcasa del engranaje que a través de un eje de accionamiento de marcha lenta está unido con un rotor eólico. Además está previsto un generador que presenta una carcasa del generador unida fijamente con la carcasa del engranaje, estando previsto en la zona de transición entre ambas carcasas un bastidor de unión.

Otra cadena de accionamiento se da a conocer en el documento WO 2007/107158 A1.

En estas configuraciones se considera en parte un inconveniente que entre la rueda central y el rotor exista un brazo de palanca relativamente grande, que influye negativamente sobre el flujo de fuerzas entre el engranaje y el generador.

Por lo tanto, es objetivo de la presente invención proporcionar una cadena de accionamiento compacta para centrales de energía eólica que permita un flujo de fuerzas eficiente entre el engranaje y la carcasa del generador.

Este objetivo se logra en el marco de la invención mediante una cadena de accionamiento según la reivindicación 1.

La invención se basa así en la consideración de optimizar el flujo de fuerzas entre el engranaje y el generador mediante ejes configurados lo más cortos posible.

Para ello propone la invención situar en la carcasa del generador un eje del generador dispuesto coaxialmente con el eje accionado del engranaje, que está apoyado en la carcasa del generador. Mediante bridas de unión dispuestas en los extremos orientados uno hacia otro de ambos ejes, están unidos entre sí de manera resistente al giro el eje del generador y el eje accionado del engranaje. La unión por brida posibilita renunciar a un segundo apoyo para el eje del generador, ya que el eje del generador se apoya a través de la unión por brida en el eje accionado. Además posibilita esta forma de configuración la utilización de un eje accionado y eje del generador configurados especialmente cortos, lo que minimiza la influencia de fuerzas de torsión que actúan sobre los ejes. De esta manera pueden diseñarse ambos ejes más ligeros en su conjunto. Además propone la invención aislar el engranaje eléctricamente frente al generador, previendo entre ambas bridas de unión un aislamiento eléctrico.

De manera preferente puede asentarse la brida de unión del eje accionado en arrastre de forma, en particular mediante una unión eje/buje, sobre el eje accionado. Esta forma de unión resistente al giro es especialmente fácil de fabricar.

En otra configuración de la invención está previsto que el eje de accionamiento y/o el eje accionado y/o el eje del generador estén configurados como ejes huecos. Esto posibilita que otros componentes, en particular una instalación para el control del ángulo de paso (pitch) de las palas del rotor, puedan alojarse en los ejes huecos.

En un perfeccionamiento de la cadena de accionamiento correspondiente a la invención, presenta el estator un circuito de refrigeración del estator. Así puede evacuarse el calor que se forma en la zona del estator durante el funcionamiento del generador. Esto posibilita que el estator pueda operar continuamente en su gama de temperaturas de servicio óptima.

Para proporcionar un circuito de refrigeración del estator que funcione con la mayor eficiencia posible, puede extenderse el circuito de refrigeración del estator a lo largo de la dirección periférica del estator y estar configurado en particular en su zona exterior. Preferentemente está formado el circuito de refrigeración del estator por varios canales de medio refrigerante con forma anular.

Según otra configuración de la presente invención, presenta el rotor un circuito de refrigeración del rotor. Éste está acoplado térmicamente de manera preferente con la superficie exterior del circuito de refrigeración del estator orientada alejándose del estator tal que tiene lugar un intercambio de calor entre ambos circuitos de refrigeración. Esto posibilita evacuar el calor que se produce en la zona del rotor durante el funcionamiento del generador a través del circuito de refrigeración del rotor. Además posibilita el acoplamiento térmico un intercambio de calor entre ambos circuitos de refrigeración, con lo que queda garantizada una refrigeración de retorno del circuito de refrigeración del rotor a través del circuito de refrigeración del estator.

Para accionar el circuito de refrigeración del rotor, puede estar previsto un ventilador de eje, que se asienta sobre el eje del generador. Así puede utilizarse la energía de rotación existente en el eje del generador de manera sencilla para accionar el circuito de refrigeración del rotor.

Además puede presentar el engranaje un circuito de refrigeración del engranaje. De manera preferente está unido el circuito de refrigeración del engranaje con el circuito de refrigeración del estator o del rotor mediante el líquido que conduce. Así es posible una refrigeración del engranaje, en particular acoplada con uno de ambos circuitos de refrigeración del generador, para optimizar el consumo de energía de la cadena de accionamiento.

De manera conveniente pueden estar previstos como medio refrigerante del circuito de refrigeración del estator y/o del rotor y/o del engranaje respectivos refrigerantes que contienen agua. Es especialmente adecuado un medio refrigerante que contiene agua, en particular con un anticongelante.

Preferentemente está llena al menos una parte de la carcasa... [Seguir leyendo]

1. Cadena de accionamiento (1) para una central de energía eólica con un engranaje (2) , que presenta una carcasa del engranaje (3) y que está unido o puede unirse mediante un eje de accionamiento con un rotor eólico y un generador (2) , que presenta una carcasa del generador (5) unida fijamente con la carcasa del engranaje (3) , en la que están previstos al menos un estator (10) y al menos un rotor (9) , estando acoplado el rotor (9) con un eje accionado (6) del engranaje (2) apoyado en la carcasa del engranaje (3) mediante cojinetes (13) y que durante el funcionamiento marcha más rápido que el eje de accionamiento, caracterizada porque el generador (4) presenta un eje del generador (7) dispuesto coaxialmente con el eje accionado (6) del engranaje (2) y apoyado en la carcasa del generador (5) mediante cojinetes (15) , que está unido mediante bridas de unión (8a, 8b) con el eje accionado (6) del engranaje (2) , estando previsto entre las bridas de unión (8) un aislamiento eléctrico, porque entre la carcasa del engranaje (3) y la carcasa del generador (5) está prevista una junta laberíntica o de intersticio (14) y porque en secuencia los cojinetes (13) , la junta laberíntica o de intersticio (14) y la brida de unión (8a) y a continuación la brida de unión (8b) , el rotor (9) y el cojinete (15) están sujetos al eje del generador (7) .

2. Cadena de accionamiento (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la brida de unión (8a) del eje accionado (6) se asienta en arrastre de forma, en particular mediante unión eje/buje, sobre el eje accionado (6) .

3. Cadena de accionamiento (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el eje de accionamiento y/o el eje accionado (6) y/o el eje del generador (7) están configurados como ejes huecos.

4. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el estator (10) presenta un circuito de refrigeración del estator (19) .

5. Cadena de accionamiento (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque el circuito de refrigeración del estator (19) se extiende a lo largo del perímetro del estator (10) y en particular está configurado en su zona exterior.

6. Cadena de accionamiento (1) según la reivindicación 5, caracterizada porque el circuito de refrigeración del estator (19) está formado por varios canales de medio refrigerante (20) con forma anular.

7. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el rotor (9) presenta un circuito de refrigeración del rotor (18) .

8. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones 5 ó 6 y 7, caracterizada porque el circuito de refrigeración del rotor (18) está acoplado térmicamente con la superficie exterior del circuito de refrigeración del estator (19) orientada alejándose del estator (10) , tal que se realiza un intercambio de calor entre ambos circuitos de refrigeración.

9. Cadena de accionamiento (1) según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque está previsto un ventilador de eje, que se asienta sobre el eje del generador (7) y que está configurado para accionar el circuito de refrigeración del rotor (18) .

10. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el engranaje (2) presenta un circuito de refrigeración del engranaje.

11. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones 4 a 9 y 10, caracterizada porque el circuito de refrigeración del engranaje está unido con el circuito refrigerador del estator o del rotor (18, 19) mediante el líquido que conduce.

12. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizada porque como medio de refrigeración del circuito de refrigeración del estator y/o del rotor y/o del engranaje (18, 19) se prevén respectivos refrigerantes que contienen agua.

13. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos una parte de la carcasa del engranaje (3) está llena de un medio lubricante, en particular un medio lubricante que contiene aceite.

14. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque el aislamiento eléctrico entre ambas bridas de unión (8a, 8b) está configurado tal que repele el aceite y la grasa.

15. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en la pared lateral de la carcasa del generador (5) orientada alejándose del engranaje (2) está prevista una instalación de frenado (16) para el eje del generador (7) y porque en particular el eje del generador (7) sustenta un disco de freno (17) que interactúa con la instalación de frenado (16) .

16. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el generador (4) está configurado como generador con excitación permanente.

17. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el generador (4) está configurado como rotor interior.

18. Cadena de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el generador (4) gira con una velocidad de giro de unos 450 min-1 a 650 min-1.