ES2378099B1 - Sistema de refrigeración auxiliar y método de actuación. - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración auxiliar utilizado para refrigerar la multiplicadora (10) de un aerogenerador cuando el equipo de refrigeración principal (20) no está operativo debido a las bajas temperaturas en el exterior. El equipo auxiliar (30) se instala en el interior de la nacelle, incorpora una válvula limitadora de presión (31), un intercambiador y un motoventilador (M), conectado todo ello a un armario de control que activa o desactiva el equipo de refrigeración auxiliar (30) en función a la temperatura exterior Text, la temperatura del fluido refrigerante a la salida del circuito principal Tsc y la temperatura de la multiplicadora Tm.
Description
ma, que entra en funcionamiento cuando ha fallado
Sistema de refrigeración auxiliar y método de actuación. Objeto de la invención
El objeto de la invención es refrigerar la multiplicadora de un aerogenerador mediante un sistema auxiliar, cuando el equipo de refrigeración principal falla por las inclemencias meteorológicas. Antecedentes de la invención
Los aerogeneradores son máquinas que se instalan en todo tipo de terrenos y están sometidos a duras condiciones externas. Así, en emplazamientos donde las condiciones meteorológicas están caracterizadas por bajas temperaturas, el aceite de la multiplicadora aumenta su viscosidad hasta el punto de formarse grumos de aceite solidificado. El lugar óptimo para que el aceite se solidifique es en el equipo de refrigeración que se encuentra en contacto con el exterior. Al fallar el sistema de refrigeración principal debido a la solidificación parcial del aceite utilizado para la refrigeración, se presentan problemas con la temperatura que alcanza la multiplicadora, salta la alarma pertinente y se procede a la parada del aerogenerador.
En un funcionamiento normal el aceite de la multiplicadora pasa por un equipo de refrigeración principal y este lo enfría según necesidades. Como es bien conocido, la viscosidad del aceite aumenta de manera inversa y exponencial con la temperatura. La pérdida de carga del fluido viscoso a su paso por un equipo de refrigeración depende linealmente de la viscosidad, con bajas temperaturas, se forman tapones de aceite medio solidificado y el aceite de la multiplicadora ya no circula por el equipo de refrigeración principal.
Para evitar las consecuencias producidas por la falta de refrigeración de la multiplicadora se utilizan intercambiadores auxiliares que refrigeran puntualmente la multiplicadora.
La patente CN 101196176 tiene en cuenta los problemas con las bajas temperaturas y utiliza un intercambiador auxiliar que precalienta el aceite utilizado en el sistema de refrigeración principal para que la bomba lo pueda impulsar. Esta solución no es la más óptima porque la cantidad de calor que se debe aplicar al aceite del sistema de refrigeración principal implica un precalentador demasiado grande (que dificulta su ubicación en el interior de la nacelle) y costoso.
La patente WO2008131766 también utiliza un intercambiador auxiliar que se utiliza para intercambiar calor con el equipo de refrigeración principal cuando este sufre las consecuencias de las bajas temperaturas y el aumento de la viscosidad del aceite. El diseño mostrado en esta patente evita el enfriamiento excesivo del aceite para que no se bloquee el circuito, pero no tiene en cuenta la posibilidad de bloqueo tras una parada prolongada del aerogenerador. Puesto que, estando el aerogenerador parado, no funciona ninguno de los circuitos de intercambio de calor pudiéndose bloquear éstos a bajas temperaturas.
De lo expuesto anteriormente se entiende que ninguna de las patentes conocidas soluciona la refrigeración de la multiplicadora de forma que la mejora de las prestaciones de la máquina con bajas temperaturas se realice con sencillez, en el espacio existente en el interior de la nacelle y de una forma económica. Descripción
Es un objeto de la invención la instalación de un intercambiador auxiliar interior aplicado directamenel equipo de refrigeración principal debido a las bajas temperaturas existentes en el exterior del aerogenerador.
Es otro objeto de la invención establecer las conexiones mecánicas necesarias entre el intercambiador auxiliar y la multiplicadora de forma que se evite que el aceite de multiplicadora alcance la temperatura máxima de operación y se proceda a la parada de la máquina.
Es otro objeto de la invención establecer el circuito eléctrico apropiado entre el intercambiador auxiliar, el equipo de refrigeración principal y la multiplicadora, con el fin de lograr la refrigeración del aceite.
Y por último, es otro objeto de la invención determinar el método de control seguido para determinar el fallo en el equipo de refrigeración principal y la actuación del intercambiador auxiliar, gestionando la respuesta y la conexión y desconexión del intercambiador auxiliar a la espera de que se restablezca el equipo de refrigeración principal. Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una representación esquemática del equipo de refrigeración principal, la multiplicadora y el intercambiador auxiliar.
La figura 2 representa un esquema hidráulico de los componentes mencionados en la figura anterior.
La figura 3 representa un detalle del esquema mecánico del intercambiador auxiliar y su unión con la multiplicadora y el equipo de refrigeración.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques con la lógica de control de las distintas temperaturas comprobadas. Descripción de la forma de realización preferida
La multiplicadora es un componente que se instala entre el sistema mecánico de transmisión o tren de potencia de un aerogenerador y el generador eléctrico, ya que la velocidad de giro de la turbina normalmente no se corresponde con la del generador. Es un componente mecánico que necesita ser refrigerado.
Tal y como se muestra en la figura 1, la multiplicadora (10) se refrigera mediante un equipo de refrigeración principal (20) con conexión directa (21) entre ambos equipos. El equipo de refrigeración principal
(20) está situado en el exterior (22) de la nacelle y refrigerado con aire del exterior. Cuando la temperatura ambiente es demasiado baja el equipo de refrigeración principal (20) deja de funcionar y el aceite de la multiplicadora (10) se calienta. La instalación de un intercambiador auxiliar (30) en el interior (23) de la nacelle y sin ningún contacto con el exterior (22), evita que el calentamiento de la multiplicadora (10) sobrepase los valores en los que aerogenerador cambia a estado de pausa.
En la figura 2 se muestra un esquema hidráulico donde básicamente se dispone la multiplicadora (10) y el equipo de refrigeración principal (20). La bomba eléctrica (11) se activa cuando el aceite de la multiplicadora necesita ser refrigerado y bombea el aceite haciéndolo circular por el equipo de refrigeración (20). A este circuito convencional se le incorpora un intercambiador auxiliar (30) con una válvula limitadora de presión (31) con anti-retorno. El intercambiador auxiliar (30) está compuesto por el intercambiador propiamente dicho y un motoventilador (M) integrado para forzar el caudal de aire que atraviesa el mismo. El motoventilador (M) se conecta a un armario de control
que lo activa o desactiva en función de las señales que reciba de los sensores de temperatura externa colocados a la salida del equipo de refrigeración principal
(20) y en el cárter de la multiplicadora (10). Según la presente realización práctica, cuando el aceite alcance una cierta temperatura T, por debajo de la crítica se activará el motoventilador (M) evitando que el aceite alcance la temperatura crítica y provoque que el aerogenerador cambie a estado de pausa.
En la figura 3 se muestra de nuevo el esquema de los tres elementos con sus conexiones mecánicas y racores. La motobomba (11) impulsa el aceite por camino de ida (12) hacia el equipo de refrigeración principal (20). De allí toma el camino de retorno (13) hasta terminar de nuevo en la multiplicadora (10). En el caso de que el equipo de refrigeración principal (20) no esté operativo, la válvula limitadora de presión (31) hace circular el aceite por el intercambiador auxiliar (30).
El control del sistema de refrigeración auxiliarse realiza básicamente con dos parámetros: el circuito de refrigeración por el que circula el aceite y la activación-desactivación de la bomba eléctrica (11).
El circuito por el que circula el aceite es controlado automáticamente por la válvula limitadora de presión (31) situada al comienzo del circuito auxiliar. Cuando las pérdidas de carga sobrepasan una cierta presión, dicha válvula (31) se abre y el aceite fluye por el circuito auxiliar. En el momento que baja de dicha presión, se cierra la válvula y el aceite fluye nuevamente por el circuito principal. El valor de la presión de activación está calculado en función del tamaño de la multiplicadora y del circuito de refrigeración, siendo variable para diferentes tamaños de máquina.
La activación de los elementos mecánicos (motoventiladores) de ambos circuitos depende de 3 parámetros:
-Temperatura externa Text.
-Temperatura de aceite a la salida del equipo de
refrigeración principal TSC.
- -
- Temperatura de aceite en el cárter de la multiplicadora. Tm.
Todos los sensores de temperatura van conectados al armario de control que es el que controla los componentes del aerogenerador.
Tal y como se muestra en la figura 4, el sistema de bajas temperaturas solamente se activa para temperaturas externas inferiores a TBT. Cuando esto sucede, se mide la temperatura (presión o caudal) a la salida del equipo de refrigeración principal (20). Esto indicará si dicho sistema de refrigeración esta bloqueado cuando la temperatura (presión o caudal) a la salida del circuito principal TSC es inferior o igual a la temperatura del aceite cuya viscosidad provoca unas pérdidas de carga tales que no permite su impulsión por la bomba instalada (o igual a cero en el caso de la presión y caudal) debido a las bajas temperaturas y debe activarse el intercambiador auxiliar (30). La activación del auxiliar está también condicionada a la medida que arroje la temperatura de aceite en el cárter de la multiplicadora. Tm. Activándose la bomba eléctrica (11) impulsora del aceite y el intercambiador auxiliar (30).
Por el contrario, si la temperatura exterior Text supera los TBT la activación del sistema de refrigeración principal (20) será resultante de la temperatura de la multiplicadora Tm.
La reanudación de los sistemas de refrigeración tras una parada de la máquina puede resultar compleja. Si el equipo de refrigeración principal (20) se encontraba bloqueado con anterioridad a la parada o bien pierde viscosidad y se bloquea durante el tiempo que esté parada, cuando se arranque de nuevo el aerogenerador continuará bloqueado. Con el intercambiador auxiliar (30) de la invención, se podrán satisfacer las exigencias de refrigeración de la multiplicadora (10) desde el momento de reinicio de la máquina ya que el interior de la nacelle se encuentra protegido de las bajas temperaturas del exterior.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Sistema de refrigeración auxiliar (30) de los utilizados para refrigerar la multiplicadora (10) de un aerogenerador cuando el equipo de refrigeración principal (20) no está operativo, caracterizado porque se instala en el interior de la nacelle sin contacto con el exterior, incorpora una válvula limitadora de presión(31) y se conecta entre el camino de ida (12) y el de retorno (13) establecido desde el cárter de la multiplicadora (10) y regulado por una bomba eléctrica (11) impulsora del fluido refrigerante.
- 2. Sistema de refrigeración auxiliar según reivindicación primera, caracterizado porque está compuesto por un intercambiador y un motoventilador (M), conectado todo ello a un armario de control que activa o desactiva la válvula limitadora de presión(31) con anti-retorno.
- 3. Método de actuación de un sistema de refrigeración auxiliar que controla el circuito convencional por el que circula el líquido refrigerante y la activacióndesactivación de la bomba eléctrica (11) que impulsa el citado líquido, caracterizado porque
- -
- si la presión en la válvula (31) del intercambiador auxiliar (30) sobrepasa las pérdidas de carga admitidas, se abre el circuito del intercambiador auxiliar y sobrepasada una temperatura máxima en la multiplicadora Tm se conecta el intercambiador auxiliar (30).
- -
- En función de la temperatura exterior Text se activará la lógica que regula el circuito auxiliar o el circuito principal.
- -
- Y de igual forma, si las medidas de la temperatura del fluido refrigerante a la salida del circuito principal TSC son inferiores o iguales a una temperatura determinada y la temperatura a la salida del cárter de la multiplicadora supera una consigna de temperatura determinada, se conecta la bomba eléctrica (11) y el intercambiador auxiliar (30).
-
- 4.
- Método de actuación de un sistema de refrigeración auxiliar según la reivindicación 3, caracterizado porque la válvula de presión (11) entra en funcionamiento al alcanzar los 6 bares.
-
- 5.
- Método de actuación de un sistema de refrigeración auxiliar según la reivindicación 3, caracterizado porque la bomba eléctrica (11) y el intercambiador auxiliar (30) se conectan si:
- -
- la temperatura exterior es inferior a TBT y
- -
- la temperatura (presión o caudal) a la salida del circuito principal TSC es inferior o igual a la temperatura del aceite cuya viscosidad provoca unas pérdidas de carga tales que no permite su impulsión por la bomba instalada (o igual a cero en el caso de la presión y caudal) y
- -
- la temperatura de la multiplicadora Tm es superior a un valor de seguridad para evitar que el aceite alcance una temperatura crítica.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200901982ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 09.10.2009Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : F03D11/00 (2006.01) F03D7/04 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- WO 2008131766 A2 (VESTAS WIND SYS AS et al.) 06.11.2008, todo el documento. 1,2
- A
- 3-5
- A
- US 2009191060 A1 (BAGEPALLI BHARAT S et al.) 30.07.2009, todo el documento. 1-5
- A
- US 2005167989 A1 (KRUGER-GOTZMANN MANFRED et al.) 04.08.2005, todo el documento. 1-5
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 23.03.2012
- Examinador M. A. López Carretero Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200901982Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200901982Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.03.2012Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 3-5 1-2 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009019821. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- WO 2008131766 A2 (VESTAS WIND SYS AS et al.) 06.11.2008
- D02
- US 2009191060 A1 (BAGEPALLI BHARAT S et al.) 30.07.2009
- D03
- US 2005167989 A1 (KRUGER-GOTZMANN MANFRED et al.) 04.08.2005
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl documento D01 se considera uno de los más próximos del estado de la técnica al objeto de la reivindicación independiente 1 Describe un sistema de refrigeración auxiliar de los utilizados para refrigerar la multiplicadora (Ver referencia 15 de la Fig. 5 del documento D01) de un aerogenerador cuando el equipo de refrigeración principal (Ver referencia 6 de la Fig. 5 del documento D01) no está operativo, caracterizado por que se instala en el interior de la nacelle sin contacto con el exterior (Ver líneas 15-24 de la pág. 15 del documento D01), incorpora una válvula limitadora de presión (Ver referencia 13 de la Fig. 5 del documento D01) y se conecta entre el camino de ida y el de retorno ( Ver Fig 5 del documento D01) establecido desde el cárter de la multiplicadora (Ver referencia 15 de la Fig. 5 del documento D01) y regulado por una bomba eléctrica (Ver referencia 11 de la Fig. 5 del documento D01) impulsora del fluido refrigerante. El objeto de la reivindicación 1 difiere del documento D01 únicamente en el tipo de válvula limitadora de presión. Esto es simplemente una de varias posibilidades evidentes que un experto en la materia seleccionaría del estado de la técnica y según las circunstancias, sin ejercicio de actividad inventiva alguna, para resolver el problema planteado. Por todo esto la solución propuesta en la reivindicación 1 de la presente invención no puede considerarse que implique actividad inventiva según el Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86. La reivindicación dependiente 2 no contiene ninguna característica que, en combinación con las características de la reivindicación de la que depende cumpla con las exigencias del Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86 con respecto a la actividad inventiva. La reivindicación independiente 3 reivindica un método de actuación del sistema de refrigeración auxiliar que controla el circuito convencional, y en este sentido, los documentos citados D01-D03 muestran el estado general de la técnica y no se consideran de particular relevancia pudiéndose concluir por tanto que la reivindicación 3 de la invención es nueva e implica actividad inventiva tal y como requieren los Arts. 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2378099 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130218 |
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FD2A | Announcement of lapse in spain |
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