Sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica y procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye el mismo.

Un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende:

una caja de engranajes (24) que tiene una carcasa de la caja de engranajes (32) y un elemento de salida (80) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de engranajes (32); y

un generador (28) integrado con la caja de engranajes (24), incluyendo el generador (28):

una carcasa del generador (104) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32);

un estator (102) situado en la carcasa del generador (104);

un rotor (100) acoplado con el elemento de salida (80) de la caja de engranajes para ser accionado por el mismo, estando situado el rotor (100) en la carcasa del generador (104) y dividiendo efectivamente la carcasa del generador (104) en un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), estando soportado el estator (102) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento;

un escudo (140) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador (104);

al menos un actuador auxiliar (172) montado en el escudo (140) del extremo de no accionamiento; y

un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (104) junto al al menos un accionamiento auxiliar (172), estando acoplado el virador (166) con el rotor (100), estando configurado el al menos un actuador auxiliar (172) para hacer girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166).

Sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica y procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye el mismo

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de transmisión de potencia. Más concretamente, la presente invención se refiere a sistemas de transmisión de potencia para turbinas eólicas que tienen una caja de engranajes y un generador integrados y a un procedimiento de instalación de un parque eólico que incluye tales sistemas de transmisión de potencia.

Antecedentes

Las turbinas eólicas incluyen típicamente un rotor con grandes palas movidas por el viento. Las palas del rotor convierten la energía cinética del viento en energía mecánica de giro. La energía mecánica acciona habitualmente uno o más generadores para producir potencia eléctrica. Así pues, las turbinas eólicas incluyen un sistema de transmisión de potencia para procesar y convertir la energía mecánica de giro en energía eléctrica. El sistema de transmisión de potencia se denomina a veces como el "tren de potencia" de la turbina eólica. La parte de un sistema de transmisión de potencia del rotor de la turbina eólica al generador se denomina como el tren de accionamiento.

A menudo es necesario aumentar la velocidad de giro del rotor de la turbina hasta la velocidad requerida por el (los) generador(es). Esto se consigue mediante una caja de engranajes entre el rotor de la turbina eólica y el generador. Así pues, la caja de engranajes forma parte del tren de accionamiento y convierte una entrada de baja velocidad, alto par del rotor de la turbina eólica en una salida de bajo par, alta velocidad para el generador. Aunque las cajas de engranajes se utilizan en muchas industrias, existen desafíos concretos en el diseño de las mismas para turbinas eólicas debido a la magnitud, variedad, e imprevisibilidad de las fuerzas experimentadas por el rotor de la turbina eólica y el tren de accionamiento. Estas fuerzas tienen el potencial de dañar rodamientos y otros componentes de la caja de engranajes. Como resultado, la fiabilidad de la caja de engranajes ha sido tradicionalmente una preocupación en la industria de la energía eólica.

Algunos fabricantes abordan este problema diseñando sistemas de transmisión de potencia sin una etapa de engranajes. El rotor de la turbina eólica acciona directamente un generador de baja velocidad en tales sistemas. Aunque puede no haber problemas en relación con la fiabilidad de la caja de engranajes, la ausencia de una etapa de engranajes da lugar a menudo a otros problemas. En concreto, los generadores de baja velocidad en turbinas eólicas de accionamiento directo son típicamente más grandes que sus equivalentes de alta y media velocidad en soluciones con engranajes para producir cantidades equivalentes de potencia. Los mayores tamaños representan desafíos en el transporte, montaje y mantenimiento además de problemas de coste. Además, muchos de los generadores de baja velocidad se basan en ¡manes permanentes que incorporan materiales de tierras raras con una disponibilidad limitada.

Los problemas en conflicto entre trenes de accionamiento tradicionales y máquinas de accionamiento directo han conducido a un creciente interés en soluciones de media velocidad. Estas soluciones "híbridas" incluyen típicamente una caja de engranajes y un generador de media velocidad integrados. Una solución de tal tipo es el objeto del documento EP 811 764 B1, que da a conocer un generador de media velocidad, de imanes permanentes, montado en una caja de engranajes de una única etapa. El diseño fue concebido originalmente por Aerodyn GmbH y se ha desarrollado adicionalmente por Areva. Denominado en ocasiones como la solución "multíbrida", el diseño da como resultado un sistema de transmisión de potencia de peso ligero, compacto, con menos partes giratorias que la mayoría de los trenes de accionamiento tradicionales.

A pesar del interés en soluciones de media velocidad, persiste un margen de mejora. La naturaleza altamente integrada de los diseños hace difícil adaptar elementos auxiliares como un virador, que se utiliza a veces para hacer girar lentamente los componentes accionados del sistema de transmisión de potencia durante bajas velocidades del viento. Además, incluso aunque sea posible incorporar un virador su uso puede estar limitado. Por ejemplo, se requiere significativamente más par para girar el sistema de transmisión de potencia si el virador se utiliza asimismo durante un procedimiento de instalación de pala en el que se monta en primer lugar el buje. En algún momento durante tal procedimiento hay menos de un conjunto completo de palas montadas en el buje, lo que da como resultado una carga desequilibrada alrededor del eje de giro. Producir un par suficiente para girar la carga desequilibrada es un desafío en concreto en sistemas de transmisión de potencia de media velocidad debido a la menor relación de desmultiplicación en el tren de accionamiento (en comparación con soluciones de alta velocidad). Como resultado, puede no ser posible incorporar un motor lo suficientemente grande para accionar el virador. Esto limita las opciones de instalación ya que puede ser necesario montar las palas en el buje (montando así el rotor de la turbina eólica completo) antes de montar el buje en el sistema de transmisión de potencia.

El documento DE 1 28 44 9 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un accionamiento auxiliar acoplado con el lado de salida de la caja de engranajes.

El documento EP 1 167 754 A2 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un generador así como un accionamiento auxiliar acoplado con el árbol de salida de la caja de engranajes.

El documento EP 1 658 286 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un accionamiento auxiliar acoplado con el lado de entrada de la caja de engranajes.

El documento DE 13 34 448 A1 da a conocer un tren de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes y un generador así como un accionamiento auxiliar acoplado con el árbol de salida de la caja de engranajes.

Sumario

A continuación se da a conocer un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1. El sistema de transmisión de potencia comprende una caja de engranajes y un generador. La caja de engranajes incluye una carcasa de la caja de engranajes y un elemento de salida de la caja de engranajes. El generador incluye: una carcasa del generador que tiene un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes; un estator soportado por la carcasa del generador entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento; un rotor acoplado con el elemento de salida de la caja de engranajes de modo que sea accionado por el mismo; y un escudo del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador. Un virador se sitúa fuera de la carcasa del generador, aunque está acoplado con el rotor. Se monta por lo menos un accionamiento auxiliar en el escudo del extremo de no accionamiento y se configura para girar el virador.

Al proporcionar tal montaje, la transmisión de potencia puede mantener un diseño compacto. El escudo del extremo de no accionamiento del generador proporciona un área lo suficientemente grande para alojar de modo seguro el tamaño y/o número de actuadores auxiliares necesarios para girar el sistema de transmisión de potencia cuando se instala menos de un conjunto completo de palas en la turbina eólica. Estos objetivos se pueden conseguir incluso mientras se acopla Igualmente un freno mecánico en el escudo del extremo de no accionamiento. En tal modo de realización, el sistema de transmisión de potencia puede comprender además un adaptador de extremo acoplado con el rotor y que se extiende hacia fuera de la carcasa del generador, un disco de freno acoplado con el adaptador de extremo, y por lo menos una mordaza de freno fijada con relación al disco de freno y configurada para aplicar fricción al mismo. El virador se acopla con el rotor por medio del adaptador de extremo.

Se da a conocer igualmente un procedimiento correspondiente de acuerdo con la reivindicación de procedimiento independiente y que implica tal sistema de transmisión de potencia. De acuerdo con el procedimiento, instalar un parque eólico comprende instalar una torre de una primera turbina eólica e instalar el sistema de transmisión... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de transmisión de potencia para una turbina eólica que comprende:

una caja de engranajes (24) que tiene una carcasa de la caja de engranajes (32) y un elemento de salida (8) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de engranajes (32); y

un generador (28) integrado con la caja de engranajes (24), incluyendo el generador (28):

una carcasa del generador (14) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32);

un estator (12) situado en la carcasa del generador (14);

un rotor (1) acoplado con el elemento de salida (8) de la caja de engranajes para ser accionado por el mismo, estando situado el rotor (1) en la carcasa del generador (14) y dividiendo efectivamente la carcasa del generador (14) en un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), estando soportado el estator (12) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento;

un escudo (14) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador (14);

al menos un actuador auxiliar (172) montado en el escudo (14) del extremo de no accionamiento; y

un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (14) junto al al menos un accionamiento auxiliar (172), estando acoplado el virador (166) con el rotor (1), estando configurado el al menos un actuador auxiliar (172) para hacer girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166).

2. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

un adaptador de extremo (16) acoplado con el rotor (1) y que se extiende por fuera de la carcasa del generador (14), estando acoplado el virador (166) con el rotor (1) por medio del adaptador de extremo (16);

un disco de freno (168) acoplado con el adaptador de extremo (16); y

al menos un mordaza de freno (18) fijada con relación al disco de freno (168) y configurada para aplicar fricción al mismo.

3. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la mordaza de freno (18) se monta en el escudo (14) del extremo de no accionamiento.

4. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un actuador auxiliar (172) comprende una pluralidad de actuadores auxiliares configurados para hacer girar el virador (166).

5. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con la reivindicación 4, en el que al menos dos de los actuadores auxiliares tienen diferentes salidas de potencia.

6. Un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un actuador auxiliar (172) comprende un motor hidráulico que acciona el piñón (174) respectivo.

7. Una turbina eólica que comprende:

un sistema de transmisión de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores;

un buje montado en el sistema de transmisión de potencia, estando el virador acoplado funcionalmente con el buje;

y

un conjunto de palas montadas en el buje.

8. Un procedimiento de instalación de un parque eólico que comprende: instalar una torre de una primera turbina eólica;

instalar un sistema de transmisión de potencia en la torre, incluyendo sistema de transmisión de potencia una caja de engranajes (24) y un generador (28) integrados entre sí, teniendo la caja de engranajes (24) una carcasa de la caja de engranajes (32), y un elemento de salida (8) de la caja de engranajes que se extiende desde la carcasa de la caja de

engranajes (32); teniendo el generador una carcasa del generador (14) acoplada con la carcasa de la caja de engranajes (32); un estator (12) situado en la carcasa del generador (14); un rotor (1) acoplado con el elemento de salida (8) de la caja de engranajes de modo que sea accionado por el mismo, en el que el rotor (1) se sitúa en la carcasa del generador (14) y divide efectivamente la carcasa del generador en un lado del extremo de accionamiento y un lado del extremo de no accionamiento, estando acoplado el lado del extremo de accionamiento con la carcasa de la caja de engranajes (32), y estando soportado el estator (12) entre el lado del extremo de accionamiento y el lado del extremo de no accionamiento; incluyendo el generador (28) además un escudo (14) del extremo de no accionamiento acoplado con el lado del extremo de no accionamiento de la carcasa del generador y un virador (166) situado por fuera de la carcasa del generador (14);

montar al menos un accionamiento auxiliar (172) en el escudo (14) del extremo de no accionamiento, estando el virador (166) situado junto al al menos un actuador auxiliar (172) una vez montado el al menos un actuador auxiliar (172);

montar un buje (6) en el sistema de transmisión de potencia, estando configurada la caja de engranajes (24) para aumentar una velocidad de giro del buje;

montar una o más palas (4) en el buje (6); y

hacer girar el virador (166) con el al menos un actuador auxiliar (172), en el que el al menos un actuador auxiliar hace girar un piñón (174) respectivo que se engrana con el virador (166), y en el que además el buje (6) es girado por el virador

(166).

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que montar la una o más palas (4) comprende montar menos de un conjunto completo de palas de modo que se cree una carga desequilibrada en el buje (6), en el que montar el al menos un actuador auxiliar comprende montar una pluralidad de actuadores auxiliares (172), y en el que hacer girar el virador (166) comprende operar la pluralidad de actuadores auxiliares (172).

1. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además: montar un conjunto completo de palas (4) en el buje (6);

retirar al menos algunos de los actuadores auxiliares (172) del escudo (14) del extremo de no accionamiento; y

a continuación, hacer girar el virador con uno o más actuadores auxiliares (172) permaneciendo en el escudo (14) del extremo de no accionamiento.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que retirar al menos algunos de los actuadores auxiliares (172) comprende retirar todos menos uno de los actuadores auxiliares (172).

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 u 11, que comprende además:

utilizar uno o más de los actuadores auxiliares (172) retirados del escudo (14) del extremo de no accionamiento de la primera turbina eólica para completar la Instalación de una segunda turbina eólica.