ES2322012A1 - Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Un tren de potencia mejorado de un aerogenerador con una torre (11) y una estructura de soporte (41) que incluye un buje de rotor (13), un eje principal (21) soportado por un cojinete frontal (43) y un cojinete trasero (45), un generador (31) situado en un lado opuesto al buje del rotor (13) respecto a la torre (11), con un eje de generador (23) rígidamente conectado al eje principal (21), y un elemento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) del generador y la estructura de soporte (41) colocado en un plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular (Y -Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centro del cojinete trasero (45) y realizado de manera que permite desplazamientos del alojamiento (33) del generador en la dirección del eje (X) del eje principal (21) pero impide desplazamientos giratorios del alojamiento (33) del generador respecto al eje (X) del eje principal (21).
Description
Un tren de potencia mejorado de un
aerogenerador.
Esta invención se refiere a un aerogenerador y,
en particular, al tren de potencia de un aerogenerador sin
multiplicadora que usa un generador accionado directamente por un
eje principal.
Son bien conocidas configuraciones del tren de
potencia de aerogeneradores con y sin multiplicadora.
En el primer caso la multiplicadora y el
generador están dispuestos sucesivamente como componentes
individuales ó integrados en una misma unidad. Un ejemplo del
último caso se describe en US 2006/0104815 A1 en el que el
generador está construido como un anillo que abraza concéntricamente
a la multiplicadora siendo ambos elementos desmontables axialmente
y estando conectados a un soporte de la máquina de manera
desmontable individualmente.
En el segundo caso, particularmente en el caso
de aerogeneradores que tienen un generador de imanes permanentes
que está accionado directamente por una estructura conectora entre
el buje del rotor y el generador, son conocidas distintas
configuraciones del tren de potencia.
En una de estas configuraciones descrita en WO
01/94779 A1 dicha estructura conectora entre el buje del rotor y el
generador consiste en un eje dividido en dos partes y soportado por
dos unidades de cojinetes.
En otra de esas configuraciones dicha estructura
conectora entre el buje del rotor y el generador consiste en un eje
hueco soportado por cojinetes en un miembro tubular (interior al
eje hueco) unido a la estructura de soporte del aerogenerador. En
estas configuraciones, la estructura de soporte del aerogenerador
montada sobre la torre está diseñada para permitir que la unidad
del generador -que tiene un rotor y un estator de gran diámetro-
pueda estar situada entre el buje del rotor y la torre. Un ejemplo
de estas configuraciones se describe en US 2004/0108733 A1 en la
que el eje hueco está soportado por medio de un único cojinete que
asimismo transmite momentos al miembro tubular. Esta configuración
está orientada a la reducción del tamaño y el peso de los elementos
del aerogenerador que se montan encima de la torre pero tiene el
inconveniente de un mantenimiento costoso, particularmente cuando se
necesita desmontar componentes.
En otra de esas configuraciones, la torre está
situada entre el buje del rotor y la unidad del generador. Un
ejemplo de esas configuraciones se describe en WO 02/33254 A1 en la
que la estructura conectora entre el buje del rotor y el generador
es un eje principal soportado por dos cojinetes dispuestos encima de
una base situada en lo alto de la torre.
Un problema planteado por los trenes de potencia
accionados directamente, especialmente cuando la torre está situada
entre el buje del rotor y la unidad del generador y
consecuentemente requiere un eje principal largo radica en impedir
deformaciones dañinas en la unidad del generador cuando el eje
principal flecta bajo grandes cargas en el buje del rotor.
WO 02/033254 hace frente a ese problema mediante
un acoplamiento no rotatorio entre el estator del generador y la
base del aerogenerador. Sin embargo esta solución implica grandes
cargas en los cojinetes.
Esta invención está orientada a la solución de
ese inconveniente.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un
generador con una potencia superior a 500 kW accionado directamente
por un eje principal con una configuración del tren de potencia
orientada a facilitar su montaje y su mantenimiento.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un aerogenerador sin multiplicadora que usa un
generador con una potencia superior a 500 kW accionado directamente
por un eje principal y en el que la configuración del tren de
potencia está orientada a minimizar las deformaciones de la unidad
del generador y las cargas en los cojinetes cuando el eje principal
flecta bajo grandes cargas del buje del rotor.
Estos y otros objetos se consiguen
proporcionando un aerogenerador que comprende:
- Una torre.
- Una estructura de soporte montada sobre la
cima de la torre.
- Un tren de potencia que incluye un buje de
rotor, un eje principal y un generador con un eje del generador
rígidamente conectado al eje principal, en el que el buje del rotor
y el generador están situados a distinto lado de la torre, el eje
principal esta soportado por la estructura de soporte por medio de
un cojinete frontal próximo al buje del rotor y un cojinete trasero
próximo al generador; el estator, rígidamente unido al alojamiento
del generador, está soportado por eje del generador por medio de
dos cojinetes; el tren de potencia también comprende un elemento de
acoplamiento entre el alojamiento del generador y la estructura de
soporte que está colocado en un plano sustancialmente coincidente
con un plano perpendicular Y-Z al eje X del eje
principal en el centro del cojinete trasero y está realizado de
manera que permite desplazamientos del alojamiento del generador en
la dirección del eje X del eje principal pero impide
desplazamientos giratorios del alojamiento del generador respecto
al eje X del eje principal.
En una realización preferente dicho elemento de
acoplamiento es una placa metálica. Se consigue de esta manera un
acoplamiento flexible simplificado entre el generador y la
estructura de soporte.
En una realización preferente el generador es un
generador de imanes permanentes. Se facilita de esta manera el uso
de este tipo de generadores en los aerogeneradores.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de
una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en
relación con la figura que se acompaña.
La Figura 1 es una vista parcial en sección
transversal de un aerogenerador según esta invención.
La configuración del tren de potencia de un
generador sin multiplicadora que usa un generador de imanes
permanentes (PM) de baja velocidad accionado directamente por un
eje principal depende de las características específicas de este
tipo de generadores.
La configuración del tren de potencia según la
presente invención está basada en un eje principal 21 que se
extiende desde el buje del rotor 13 hasta el generador PM 31, que
tiene una potencia mayor de 500 kW, por encima de la torre 11.
El tren de potencia comprende un buje de rotor
13, al que están unidas una o más palas 15 por medio de cojinetes
de pala 17, un eje principal 21 y un generador PM 31 que comprende
un rotor 35 y un estator 27 dentro de un alojamiento 33.
El eje principal 21 está acoplado al buje del
rotor 13 y a eje del generador 23 para llevar a cabo la
transferencia directa del par motor. La conexión entre el eje
principal 21 y el eje del generador 23 se realiza por medio de un
disco de compresión 25 que proporciona una conexión rígida en
flexión y torsión.
El eje principal 21 está soportado por la
estructura de soporte 41 montada encima de la torre 11 por medio de
un cojinete frontal 43 próximo al buje del rotor 13 y un cojinete
trasero 45 próximo al generador 31. El generador 31 está soportado
por el eje del generador 23 por medio de cojinetes 27, 29.
La estructura de de soporte 41 está montada
encima de la torre 11 entre el buje del rotor 13 y el generador 31
junto con las interfases para los motores de los mecanismos de
orientación 49 y sus soportes (no mostrados).
Para equilibrar el par producido por el
generador 31, su alojamiento 33, al que el estator 37 está unido
rígidamente, está acoplado con la estructura de soporte 41 por
medio de un elemento de acoplamiento 39 situado en un plano
sustancialmente coincidente con un plano perpendicular
Y-Z al eje X del eje principal 21 en el centro del
cojinete trasero 45.
Cuando el eje principal 21 está cargado por el
buje del rotor 13 con fuerzas y momentos flecta y cualquier punto
del generador 31 se desplaza en una trayectoria circular con centro
en el cojinete trasero 45. Como el elemento de acoplamiento 39 está
situado en el mismo plano que el cojinete trasero, el borde
exterior 51 del elemento de acoplamiento 39 se tiene que mover
principalmente en la dirección del eje X del eje principal 21 para
eliminar fuerzas extremas de reacción en los cojinetes del
generador 27, 29.
El elemento de acoplamiento 39 debe ser un
elemento rígido en el plano Y-Z y un elemento
flexible en la dirección X. En el plano Y-Z el
elemento de acoplamiento 39 debe ser lo suficientemente rígido como
para transferir el par del alojamiento 33 del generador a la
estructura de soporte 41. No debe doblarse ni sufrir ninguna
deformación permanente.
En una realización preferente, el elemento de
acoplamiento 29 es una placa metálica.
La conexión del elemento de acoplamiento 39 al
alojamiento 33 del generador puede ser una conexión atornillada,
soldada o de otro tipo. La conexión del elemento de acoplamiento 39
a la estructura de soporte 41 es preferentemente una conexión
atornillada. Es esencial que ambas conexiones sean rígidas, sin
partes móviles, ya que en otro caso estarían expuestas a
desgaste.
La función básica del elemento de acoplamiento
39 es por tanto la de ser capaz de transmitir un par muy grande y
al mismo tiempo permitir movimientos axiales (como resultado de una
rotación del eje en el cojinete trasero 45) del elemento de
acoplamiento 39 para minimizar las cargas en los cojinetes, tanto
en los cojinetes 27, 29 del generador como en los cojinetes
principales 43, 45.
Una ventaja importante de la configuración del
tren de potencia según la presente invención es que permite un buen
mantenimiento de los componentes del aerogenerador ya que pueden
ser removidos fácilmente del eje principal sin perturbar otros
componentes.
Aunque la presente invención se ha descrito
enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente
que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance
de, no considerando éste como limitado por las anteriores
realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones
siguientes.
Claims (5)
1. Un aerogenerador que comprende un tren de
potencia que incluye un buje de rotor (13) soportando las palas del
rotor (15), un eje principal (21) y un generador (31) de una
potencia mayor de 500 kW con un eje de generador (23) rígidamente
conectado al eje principal (21), una torre (11), y una estructura de
soporte (41) montada sobre la cima de la torre (11), en el que:
a) el buje del rotor (13) y el generador (31)
están situados a distinto lado de la torre (11);
b) el eje principal (21) esta soportado por la
estructura de soporte (41) por medio de un cojinete frontal (43)
próximo al buje del rotor (13) y un cojinete trasero (45) próximo
al generador (31);
c) el estator (37), rígidamente unido al
alojamiento (33) del generador, está soportado por eje del
generador (23) por medio de dos cojinetes (27, 29);
caracterizado porque también comprende un
elemento de acoplamiento (39) entre el alojamiento (33) del
generador y la estructura de soporte (41) que está colocado en un
plano sustancialmente coincidente con un plano perpendicular
(Y-Z) al eje (X) del eje principal (21) en el centro
del cojinete trasero (45) y está realizado de manera que permite
desplazamientos del alojamiento (33) del generador en la dirección
del eje (X) del eje principal (21) pero impide desplazamientos
giratorios del alojamiento (33) del generador respecto al eje (X)
del eje principal (21).
2. Aerogenerador según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de acoplamiento (39) es una
placa metálica.
3. Aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizado porque
el elemento de acoplamiento (39) está unido a la estructura de
soporte (41) y al alojamiento (33) del generador con medios de
unión rígidos.
4. Aerogenerador según la reivindicación 3,
caracterizado porque dichos medios de unión a la estructura
de soporte (41) son tornillos.
5. Aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
dicho generador (31) es un generador de imanes permanentes.
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