ES2636934T3 - Caja de engranajes para generadores eólicos - Google Patents

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ES2636934T3 ES01119082.4T ES01119082T ES2636934T3 ES 2636934 T3 ES2636934 T3 ES 2636934T3 ES 01119082 T ES01119082 T ES 01119082T ES 2636934 T3 ES2636934 T3 ES 2636934T3
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Abstract

Transmisión (1) para generadores eólicos con un rotor (10), que está en conexión de accionamiento con al menos un generador a través de una disposición de engranaje planetario (6, 5, 2, 16) de varias fases y al menos una fase de rueda dentada recta (17, 19), caracterizada por que el rotor (10) está alojado en la carcasa (3, 8, 8') de la transmisión (1) y está conectado con un soporte de rueda hueca (7, 7'), sobre el que está dispuesta una rueda hueca (6), en la que el rotor (10) y el soporte de rueda hueca (7, 7') están constituidos de una pieza unitaria.

Description

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DESCRIPCION
Caja de engranajes para generadores eolicos
La invencion se refiere a una transmision para generadores eolicos segun el preambulo de la reivindicacion 1 de la patente, ver por ejemplo, WO 91/19916. La invencion parte de la solicitud mas antigua DE 199 17 605.1-12, que muestra una transmision de acoplamiento para generadores electricos. Esta transmision esta acoplada sobre un arbol de rotor, alojado en la torre de una turbina electrica y se apoya en este sobre dos cojinetes. La caja de engranajes esta unida a torre de la instalacion con apoyos del par de torsion.
El arbol de rotor es accionado en el extremo alejado de la transmision por una cabeza de rotor con palas eolicas y conduce el par de torsion de accionamiento sobre una rueda hueca hasta la transmision. La rueda hueca esta fijada con un soporte de rueda hueca sobre el arbol de rotor y acciona las ruedas planetarias de una primera fase planetaria. Los arboles alojados fijos en la carcasa llevan, respectivamente, otra rueda planetaria de una segunda fase de engranaje planetario, que acciona a traves de una rueda solar el arbol de una rueda dentada recta. Un pinon, que engrana con esta rueda dentada recta, acciona el generador a traves de otro arbol. Tales instalaciones estan montadas costosas de muchos componentes y dan como resultado una longitud de construccion grande.
Partiendo de ello, el cometido de la invencion es crear una instalacion mas compacta, que esta constituida mas corta y mas ligera asf como se puede montar mas facilmente.
Este cometido se soluciona segun la invencion por medio de los rasgos caractensticos de la reivindicacion 1 de la patente.
A traves de la eliminacion segun la invencion del arbol de rotor junto con su alojamiento en la torre resulta una estructura mas corta especialmente ventajosa de la instalacion.
Esto provoca, ademas, la posibilidad ventajosa de acortar la sala de maquinas y a traves del numero reducido de los componentes resulta un peso mas reducido de la cabeza de la torre, con lo que se puede dimensionar mas pequena la construccion de soporte.
A traves de la estructura segun la invencion y la eliminacion de un lugar de union entre la transmision y el arbol de rotor se simplifica esencialmente el montaje, con lo que se acorta con ventaja el tiempo de montaje.
A traves de una prolongacion no complicada del rotor, de la carcasa de engranaje asf como del soporte de la rueda hueca se puede alargar la distancia de apoyo del alojamiento del rotor y con ello se puede adaptar con ventaja de manera sencilla optima a las relaciones de fuerzas exteriores. Los cojinetes de friccion previstos segun la invencion se pueden elevar durante el arranque del rotor hidrostaticamente de manera ventajosa y se puede transferir a traves de una regulacion sencilla con numero de revoluciones creciente a funcionamiento hidrodinamico.
Un acoplamiento dentado abombado entre el soporte de la rueda hueca y la propia rueda hueca posibilita al dentado de rueda hueca un auto centrado sobre las ruedas planetarias. A traves de la integracion ventajosa del rotor con su alojamiento en la transmision, la carcasa de engranaje lleva tambien la cabeza de rotor con las palas, de manera que se puede prescindir de construcciones de soporte o bien de cojinetes.
A continuacion se explica en detalle la invencion con la ayuda de un ejemplo de realizacion.
La figura unica muestra en representacion fragmentaria el extremo de cabeza de la torre (13) de una turbina eolica con una plataforma giratoria (14). Sobre la plataforma (14) estan fijados la carcasa (3) de la transmision (1) y un generador (no representado). No obstante, tambien es posible embridar el generador directamente en la transmision (1).
El movimiento giratorio generado por el viento se transmite por la cabeza de rotor (11), que lleva la hoja (12), sobre un rotor (10). La cabeza de rotor (11) esta atornillada con preferencia con el rotor (10) - no obstante, tambien es posible fabricar ambas partes en una pieza. El rotor (10) esta alojado giratorio en la carcasa (3, 8) y esta provisto con un soporte de rueda hueca (7).
El soporte de rueda hueca (7) recibe la rueda hueca (6), que introduce la fuerza en una o bien en varias ruedas planetarias (5). Sobre sus arboles alojados de forma giratoria en la carcasa (3) esta dispuesto axialmente desplazado, respectivamente, otra rueda planetaria (2), que engranan con una rueda solar (16) Desde la rueda solar (16) centrada en voladizo entre las ruedas planetarias (2) se conduce la fuerza sobre un arbol de rueda solar (17) taladrado hueco hacia un cubo (19) - con preferencia dentado interior -, que forma con un dentado exterior en el arbol de rueda solar (17) una union positiva movil angular. El cubo (19) lleva una rueda dentada recta (20), que engrana con un pinon (22), que esta fresado con preferencia directamente sobre el arbol de arrastre (21). Desde el arbol de arrastre (21) se conduce la potencia de accionamiento directa o indirectamente al generador.
A traves de la carcasa embridada cilmdrica (23), que esta dispuesta concentricamente alrededor de la rueda
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dentada recta (20), se pueden prever en la periferia de la rueda dentada recta (20) de manera especialmente ventajosa varios arboles de arrastre (21). Los arboles de arrastre (21) estan provistos con preferencia, como se ha descrito anteriormente, con pinones (22) y accionando, respectivamente, un generador. Por ejemplo, se pueden disponer dos arboles de arrastre (21) en el eje de simetna vertical por encima o por debajo de la rueda dentada recta (20) y/o dos arboles de arrastre (21) lateralmente a la izquierda y a la derecha en el eje de simetna horizontal de la rueda dentada recta (20) en la carcasa de pestana (23). A traves de esta disposicion ventajosa es posible de una manera sencilla economica accionar varios generadores con una transmision (1).
El rotor (10) es hueco para el alojamiento de instalaciones de control para influir en las posiciones de las palas. En el rotor (10) se conecta un tubo, que conduce a traves de la carcasa de pestana (23) hacia el lado de la transmision (1) alejado de la cabeza de rotor (11) y permite el montaje de instalaciones de ajuste para las instalaciones de control.
Un nucleo esencial de la presente invencion reside en la integracion del rotor (10) en la transmision (1), con lo que la transmision (1) asume adicionalmente el cometido de soportar la fuera de peso y las fuerzas de funcionamiento de la cabeza de rotor (11) con las palas (12). El rotor (10) segun la invencion transmite la potencia de accionamiento en este caso a traves del soporte de rueda hueca (7, 7') directamente a la transmision (1), de manera que asume el cometido de un arbol de accionamiento y de esta manera se realiza el principio de la conduccion directa de la fuerza. A traves de estas novedades esenciales de la invencion se suprime tanto un arbol de rotor como tambien al menos un lugar de juntura costoso de montar para la transmision de la fuerza de accionamiento.
El rotor (10) se conduce con preferencia a traves de dos cojinetes de friccion (9, 15), en el que un cojinete (15) se encuentra en su extremo - dispuesto en el interior de la transmision - y esta fijado en el cuerpo de base de la carcasa (3). El otro cojinete (9) lleva el rotor (10) sobre el lado dirigido hacia la cabeza de rotor (11) y esta fijado en una tapa de la transmision (8, 8'). En este lugar, en el que el rotor (10) sale desde la transmision (1) esta previsto un anillo de estanqueidad no designado en particular.
En el ejemplo de realizacion representado, el cojinete exterior (15) esta realizado como cojinete de collar y puede absorber tambien fuerzas axiales. El cojinete interior (15) esta previsto como cojinete suelto. Tambien son posibles otras formas de realizacion constructivas para la absorcion de fuerzas axiales. Los cojinetes (9, 15) se pueden realizar, por ejemplo, tambien como rodamientos.
A traves de la forma conica ventajosa del rotor (10), cuyo diametro se incrementa hacia la cabeza de rotor (11), resulta en el cojinete exterior (9) a traves del diametro grande del cojinete una capacidad de soporte grande. En virtud de la disposicion del rotor (10) se puede colocar el alojamiento (9) totalmente hacia fuera en la tapa de la transmision (8, 8'), con lo que resulta una anchura de apoyo grande entre los cojinetes (9, 15) del rotor. Sin gasto instructivo se puede prolongar todavfa esta anchura de apoyo, construyendo mas anchos solamente el rotor (10) y la carcasa (3).
Ambos cojinetes (9, 15) estan realizados como cojinetes de friccion hidrostaticos, que pueden ser suministrados con aceite por una bomba no representada y de esta manera poseen una hidrostatica de arranque. Para el arranque de la instalacion se elevan hidrostaticamente los cojinetes (9, 15), siendo accionada la bomba electrica con corriente desde la red conectada. A medida que se eleva el numero de revoluciones del rotor (10) se puede activar a traves de una unidad de control y de regulacion la bomba de aceite y se puede reducir o ajustar selectivamente la presion de transporte del aceite. De esta manera se pueden alimentar los cojinetes (9,15) selectivamente de forma individual con la cantidad de lubricante necesaria o bien con la presion del aceite necesaria. De esta manera, se pueden ajustar estados de funcionamiento, en los que la presion del aceite en el intersticio de lubricacion se forma, en parte, hidrodinamicamente y, en parte, hidrostaticamente o puramente hidrodinamicamente.
En la mitad superior de la figura, el soporte de rueda hueca (7) esta fabricado como pieza unitaria junto con el rotor (10), don lo que se suprime otro lugar de juntura de transmision de fuerza. En esta forma de realizacion, la tapa de la carcasa (8) esta provista con una juntura parcial, que se extiende vertical en el ejemplo de realizacion representado. Las dos mitades preferidas de la tapa de la carcasa (8) se atornillan entre sf durante el montaje.
Otra forma de realizacion se representa en la mitad inferior de la figura. En esta variante, el soporte de rueda hueco (7') esta montado como pieza separada en el rotor (10). En este caso, el lugar de juntura puede estar realizado en union positiva, por ejemplo por ejemplo por medio de perfil de ranuras multiples o dentado entallado o tambien por aplicacion de fuerza, por ejemplo por medio de asiento prensado/retrafdo, disco de retraccion o asiento conico. Tambien son concebibles combinaciones de union positiva y por aplicacion de fuerza, por ejemplo muelles de ajuste con asiento retrafdo de las superficies cilmdricas de los arboles / cubos. En el caso de un montaje del soporte de rueda hueca (7') con el rotor (10), la tapa de la carcasa (8') se puede realizar en una pieza. En ambos ejemplos de realizacion (soporte de rueda hueca y rotor de una o varias partes), la rueda hueca (6) esta conectada en su superficie circunferencial exterior sobre un acoplamiento dentad abombado (4) con el soporte de rueda hueca (7, 7'). Esto posibilita a la rueda hueca (6) frente al soporte de rueda hueca (7, 7') una movilidad angular y una capacidad de desplazamiento axial. De esta manera se puede centrar el dentado de la rueda hueca (6) sobre las propias ruedas planetarias (5). Con preferencia, este acoplamiento dentado (4) esta constituido por un dentado exterior
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abombado en la rueda hueca (6), que colabora con un dentado interior recto en el soporte de rueda hueca (7, 7').
Sin sobregasto constructivo se pueden realizar las fases de engranajes planetarios (6, 5, 2, 16) con dentados inclinados, de manera que las fuerzas axiales de las ruedas planetarias (5, 2) se compensan y se pueden utilizar las ventajas como propiedades de marcha mas silenciosa o capacidad de soporte mas elevad de dentados inclinados. Las fuerzas axiales que actuan sobre la rueda hueca (6) deben introducirse en este caso o bien en la carcasa (3) o en el rotor (10). A traves de una fijacion elastica, que permite una movilidad axial limitada del arbol de rueda solar (17), se pueden aminorar o compensar las oscilaciones del accionamiento, que se basan en relaciones irregulares del viento u otras influencias. Ademas, a traves de la medicion de las fuerzas axial que aparecen - en el arbol de rueda solar (17) -, es posible obtener manifestaciones sobre los datos de funcionamiento actuales de la instalacion, como par motor, potencia, etc. Con el conocimiento de estos datos se puede intervenir entonces de manera correspondiente regulando o bien controlando en el ciclo de funcionamiento - por ejemplo para la regulacion del angulo de ataque de las palas (12) o la desconexion en el caso de sobre carga o peligro de destruccion de la transmision. A tal fin, con preferencia, en el cubo (19) alojado axialmente fijo esta colocado un sensor (18), que absorbe la fuerza con la que el arbol de rueda solar (17) - fijado axial elastico en el cubo (19) - presiona sobre el cubo (19). Como sensor (18) es adecuada a tal fin, por ejemplo, una caja de medicion de la fuerza (que se basa en principios piezoelectricos, inductivos, etc.) o un registrador del recorrido, que registra los movimientos relativos entre el arbol de rueda solar (17) y el cubo (19) e indirectamente a traves de la constante de resorte del miembro de union elastica, se sacan conclusiones sobre la fuerza aparecida.
Los arboles de ruedas planetarias estan alojados sobre ambos lados de las primeras ruedas planetarias (5) en el soporte planetario - que forma con la carcasa (3) una unidad integral -. En el extremo libre del arbol esta colocada, respectivamente, una segunda rueda planetaria (2). La carcasa (3) se cierra detras del segundo conjunto de engranaje planetario (2, 16) por una tapa de cojinete (24) - provista con aberturas correspondientes -, que esta centrada segura contra giro en la carcasa (3). La carcasa de pestana (23) rodea la fase de rueda dentada recta (20, 22) y se centra, por su parte, segura contra giro en un apendice circunferencial de la tapa de cojinete (24). Los lados del arbol de arrastre (21) y del cubo (19), dirigidos hacia la carcasa (3), estan alojados en la tapa de cojinete (24). Los dos alojamientos respectivos del arbol de arrastre (21) o bien del cubo (19) estan introducidos en la pared exterior de la carcasa de pestana (23), A traves de la insercion de la tapa de cojinete (24) se puede prescindir en la carcasa de pestana (23) de una division horizontal, que implicana un problema de estanqueidad.
La transmision (1) se puede formar segun la variante de realizacion o bien como unidad completamente premontada sobre la plataforma (14) o se puede montar en fases. Para fines de mantenimiento, despues del desmontaje de la tapa de la carcasa central sobre el lado de la carcasa de pestana (23) se puede extraer la rueda solar (16) junto con el arbol de rueda soldar (17) fuera del engranaje (1). Ademas, es posible supervisar la funcion de los cojinetes facilmente accesibles de los arboles de las ruedas planetarias no giratorios, por ejemplo a traves de mediciones de sonido estructural.
A traves de la introduccion ventajosa de la fuerza sobre una rueda hueca (6) en la primera fase del engranaje planetario (6, 5), que no requiere una rueda solar - que limita la capacidad de carga -, resultan condiciones previas favorables para el diseno, de manera que se puede construir muy compacta. El lfmite de carga desplazado de esta manera hacia fuera y el aprovechamiento optimo de los coeficientes del material se pueden elevar adicionalmente a traves del endurecimiento de los dientes de la rueda hueca. Manteniendo la transmision de potencia y la misma multiplicacion, es posible a traves de esta medida especialmente ventajosa disenar mas estrecha la anchura de los dientes o reducir el diametro de la rueda hueca (6). De este modo se puede reducir mas el volumen de construccion y el peso de la transmision o con las mismas dimensiones de los componentes se puede transmitir con la misma transmision una potencia mayor. Para la elevacion del lfmite de la capacidad de carga de los dientes de rueda hueca se pueden emplear tambien otros procedimientos del endurecimiento superficial, como por ejemplo endurecimiento por induccion, endurecimiento con llama o procedimientos combinados como carbonitruracion o bien nitrocarbonizacion
Lista de signos de referencia
1 Transmision
2 Rueda planetaria
3 Carcasa
4 Acoplamiento dentado
5 Rueda planetaria
6 Rueda hueca
7 Soporte de rueda hueca
7' Soporte de rueda hueca (montado)
8 Tapa de la carcasa (con juntura parcial)
8' Tapa de la carcasa (una pieza)
9 Cojinete
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Rotor
Cabeza de rotor
Pala
Torre
Plataforma
Cojinete
Rueda solar
Arbol de rueda solar
Sensor
Cubo
Rueda dentada recta Arbol de arrastre Pinon
Carcasa de pestana Tapa de cojinete

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Transmision (1) para generadores eolicos con un rotor (10), que esta en conexion de accionamiento con al menos un generador a traves de una disposicion de engranaje planetario (6, 5, 2, 16) de varias fases y al menos una fase de rueda dentada recta (17, 19), caracterizada por que el rotor (10) esta alojado en la carcasa (3, 8, 8') de la transmision (1) y esta conectado con un soporte de rueda hueca (7, 7'), sobre el que esta dispuesta una rueda hueca (6), en la que el rotor (10) y el soporte de rueda hueca (7, 7') estan constituidos de una pieza unitaria.
  2. 2. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el rotor (10) esta guiado en cojinetes de friccion (9, 15) y al menos un cojinete (9, 15) puede absorber tambien fuerza axiales, pudiendo elevarse los cojinetes (9, 15) hidrostaticamente y pudiendo conmutarse a traves de activacion selectiva de una bomba de aceite a un funcionamiento con lubricacion parcial o totalmente hidrodinamica.
  3. 3. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el soporte de rueda hueca (7) esta conectado en union positiva y/o por aplicacion de fuerza con el rotor (10).
  4. 4. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la rueda hueca (6) esta conectada con el soporte de rueda hueca (7, 7') a traves de un acoplamiento dentado (4).
  5. 5. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el rotor (10) y la cabeza de rotor (11), que recibe la pala (12), estan constituidos de una pieza unitaria.
  6. 6. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los alojamientos de la fase de rueda dentada recta (20, 22) - dispuestos sobre el lado que se extiende hacia la fase de engranaje planetario (2, 16) estan alojados en una tapa de cojinete (24), que esta fijada en la carcasa (3).
  7. 7. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los dentados de las fases de engranaje planetario (6, 5, 2 16) estan dentados inclinados.
  8. 8. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el arbol de rueda solar (17) - que soporta la rueda solar (16) - esta unido movil elastico en direccion axial.
  9. 9. - Transmision (1) para generadores eolicos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que esta previsto un sensor (18), que absorbe la fuerza axial del arbol de rueda solar (17).
  10. 10. - Transmision (1) para generadores eolicos segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los dientes de la rueda hueca (6) estan endurecidos en la superficie.
  11. 11. - Transmision (1) para generadores eolicos segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en la periferia de la rueda dentada recta (20) estan dispuestos dos o mas arboles de arrastre (21) en la carcasa de pestana (23), cuyos pinones (22) engranan con la rueda dentada recta (20) y accionan, respectivamente, un generador.
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