ES2864125T3 - Un generador de aerogenerador con un conjunto de rodamiento de generador eléctrico - Google Patents

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Abstract

Un generador de aerogenerador (WTG, 1) que comprende un generador eléctrico (12) y un eje giratorio (11) que transmite un movimiento de rotación al generador eléctrico, el generador eléctrico que comprende un conjunto de rodamiento de generador eléctrico que se lubrica con grasa, el conjunto de rodamiento de generador eléctrico que comprende: un rodamiento de bolas (31) que soporta el eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y una parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento, y un proveedor de succión (35), en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa (41) adyacente a las bolas del rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación, el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto (43) del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa (45) del rodamiento de bolas, y en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas, y en donde el proveedor de succión, durante la rotación del eje giratorio, crea una presión que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa (47) a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.

Description

DESCRIPCIÓN
Un generador de aerogenerador con un conjunto de rodamiento de generador eléctrico
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un generador de aerogenerador con un conjunto de rodamiento de generador eléctrico. La invención se refiere además a un conjunto de máquina eléctrica y a un método correspondiente para lubricar una máquina eléctrica.
Antecedentes de la invención
La energía eólica como fuente de energía verde y abundante se sugiere a menudo como una de las fuentes de energía más prometedoras y ha adquirido un gran impulso en todo el mundo. En las últimas décadas, se han desarrollado aerogeneradores con diferentes generadores para aumentar la máxima captura de energía, minimizar el coste y expandir el uso de los aerogeneradores en aplicaciones tanto en la costa como en alta mar, véase una reciente reseña de N. Goudarzi y W. D. Zhu en Int. J. Dynam. Control (2013) 1:192-202.
Los aerogeneradores o los generadores de aerogeneradores (WTG) han experimentado por lo tanto a lo largo de las últimas décadas una creciente importancia en la producción de potencia eléctrica y se espera que este crecimiento de potencia generada a partir de WTG continúe debido a la transición a nivel mundial de combustibles fósiles, es decir, carbón, petróleo y gas, a una producción de electricidad más climáticamente neutra.
Un aerogenerador convierte energía eólica en energía eléctrica a través de un generador eléctrico accionado por las palas del aerogenerador bajo condiciones ventosas. La energía mecánica se transfiere por consiguiente al generador eléctrico a través de un eje giratorio, típicamente después de un mecanismo de engranajes de modo que el eje giratorio tenga una velocidad de rotación relativamente alta en el generador eléctrico. El eje giratorio de alta velocidad por lo tanto depende críticamente de un soporte adecuado mientras que se permite la rotación sin restricciones, típicamente en un rodamiento adecuado. La operación del rodamiento, en particular el mantenimiento del rodamiento es por lo tanto importante. No obstante, debido a la posición típicamente remota de los generadores de aerogeneradores, por ejemplo, en un parque de aerogeneradores en alta mar, la frecuencia de revisión es relativamente más baja que para otros tipos de rodamientos enfatizando la importancia de rodamientos fiables para generadores de aerogeneradores.
Con el fin de asegurar que los rodamientos sean operacionalmente fiables y realicen su potencial de vida de servicio completa, es crítico asegurar que estén correctamente lubricados. La lubricación asegura que las superficies de contacto rodantes estén separadas y, de este modo, evita el contacto de metal con metal. Existen diferentes tipos de lubricación, incluyendo aceite y grasa. A menudo se usa grasa como lubricante, por ejemplo, en motores eléctricos, en la medida que tiene una serie de ventajas frente al aceite, tal como permitir diseños de alojamiento y sellado más rentables. Se da un ejemplo de un rodamiento con lubricación con aceite en el documento US5150975 A.
Los rodamientos que requieren lubricar de nuevo están equipados a menudo con una válvula de escape de grasa. El exceso de grasa se recoge por un disco giratorio, se descarga en una cavidad en la cubierta de extremo por fuerza centrífuga y se expulsa a través de una abertura en la parte inferior de la cubierta. El disco giratorio es una pieza redonda plana de metal colocada alrededor del eje giratorio cerca del rodamiento, con un hueco recta de lados ortogonales que está presente entre el disco giratorio y el rodamiento.
Es bien sabido en el campo de generadores y motores que un fallo relacionado con la lubricación es una razón principal para el fallo prematuro de los rodamientos, que conduce una vida acortada de los rodamientos y que a menudo se necesite realizar una revisión no planeado en el generador o el motor. Algunos expertos estiman que hasta un 60 a 80 por ciento de todos los fallos de rodamientos están relacionados con la lubricación, y menos del 10 por ciento de todos los rodamientos en operación en la vida real alcanzan realmente su tiempo de vida estimado. Los fallos relacionados con la lubricación pueden aparecer como consecuencia, por ejemplo, de acumulación de lubricación en el rodamiento o diferencias de temperatura/altas temperaturas dentro del rodamiento.
Por lo tanto, sería ventajoso un generador de aerogenerador mejorado con un conjunto de rodamiento de generador eléctrico y, en particular, sería ventajoso un generador de aerogenerador más eficiente y/o fiable con un conjunto de rodamiento de generador eléctrico.
Se puede ver como un objeto de la presente invención proporcionar un conjunto de rodamiento de aerogenerador eléctrico que resuelva los problemas mencionados anteriormente de la técnica anterior con un conjunto de rodamientos en generadores de aerogeneradores.
Compendio de la invención
De este modo, el objeto descrito anteriormente y varios otros objetos se pretende que sean obtenidos en un primer aspecto de invención proporcionando un generador de aerogenerador (WTG) que comprende un generador eléctrico y un eje giratorio que transmite movimiento de rotación al generador eléctrico, el generador eléctrico que comprende un conjunto de rodamiento de generador eléctrico que se lubrica con grasa, el conjunto de rodamiento de generador eléctrico que comprende:
un rodamiento de bolas que soporta el eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y una parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por bolas de rodamiento y un proveedor de succión,
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa adyacente a las bolas de rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que un punto del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas estén adyacentes y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas y
en donde el proveedor de succión, durante la rotación del eje giratorio, crea una presión que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.
La invención es particularmente, pero no exclusivamente, ventajosa para proporcionar un generador de aerogenerador con un rodamiento mejorado, que no sea tan propenso a fallos prematuros como otros rodamientos. En particular, la presente invención es ventajosa para proporcionar un rodamiento, que tiene un tiempo de vida extendido de hasta, por ejemplo, 7-10 años, como se estima por la prueba de tiempo de vida acelerado (prueba de ciclo de trabajo pesado) realizada por el solicitante, o incluso más de 10 años, reduciendo por ello la necesidad de cambiar el rodamiento.
Es deseable además proporcionar un rodamiento, que experimente temperaturas más estables durante su operación y un rodamiento, que tenga una diferencia de temperaturas minimizada entre una pista de rodadura interna y una pista de rodadura externa para evitar la aparición de un espacio libre negativo en la fase de arranque. Por ello, la presente invención también proporciona un comportamiento de temperatura estable en la fase de arranque y/o la fase de estado continuo y asegura además que la temperatura de los rodamientos se mantenga estable en cada extremo del generador, es decir, tanto el extremo de accionamiento (DE) como el extremo no de accionamiento (NDE) y que no cambien los comportamientos de temperatura.
Además, la invención es ventajosa para proporcionar un rodamiento que permite un flujo de grasa o lubricante más controlado para evitar la aparición de grasa o lubricante “viejo” en el rodamiento y para asegurar que la grasa no se acumule dentro del rodamiento y cause altas temperaturas y fugas de grasa en lugares no deseados. Dentro de la lubricación con grasa, se sabe que cuando se usan componentes de lubricante activos embebidos en la grasa, véase la definición de grasa a continuación, la grasa tiene una eficiencia de lubricación limitada y se debería retirar para permitir que entre nueva grasa en el rodamiento.
Los inventores de la presente invención se han dado cuenta además de que con el fin de evitar altas diferencias de temperatura en el rodamiento de bolas, es ventajoso crear una succión estable y controlada de la grasa a través del rodamiento para asegurar que la grasa se distribuye uniformemente, preferiblemente a un ritmo controlado y continuo, en la pista de rodadura interna y/o externa del rodamiento de bolas y/o evitar el acumulamiento de grasa o que la grasa se escape del rodamiento de bolas de manera prematura.
La invención también es ventajosa por proporcionar un conjunto de rodamiento de bolas, que está diseñado para la lubricación automática para minimizar la necesidad de revisión del rodamiento y/o las máquinas eléctricas, es decir, generadores y/o motores. Además, es ventajosa por proporcionar un rodamiento, que minimiza el daño diario del rodamiento.
El al menos un depósito de grasa podría ser en forma de uno, o más, depósitos de grasa, por ejemplo, podría ser un único rebaje o cavidad que proporciona grasa al rodamiento de bolas en un punto restringido en el rodamiento de bolas, o podría ser un depósito de grasa más extendido alrededor de una parte de la periferia del rodamiento de bolas, opcionalmente alrededor de toda la periferia del rodamiento de bolas. En algunas realizaciones, hay 2, 3, o 4 o más depósitos de grasa distintos colocados alrededor de la periferia del rodamiento de bolas, opcionalmente colocados en posiciones simétricas, es decir, de manera equidistante alrededor de la periferia.
El depósito de grasa se conecta a un sistema de lubricación para suministrar grasa al depósito de grasa, y posteriormente del depósito de grasa al rodamiento de bolas donde se usa para lubricación la grasa, en particular el lubricante activo dentro de la grasa. El sistema de lubricación conectado puede suministrar de nuevo el depósito de grasa como es sabido de sistemas de lubricación automatizada de grasa anteriores. No obstante, la presente invención permite que el sistema de lubricación suministre de nuevo el depósito de grasa en intervalos más largos debido al uso más eficiente de la grasa, por ejemplo, en pruebas realizadas por el solicitante, intervalos de hasta 5­ 10 veces más largos entre rellenados del depósito de grasa fueron un beneficio significativo de la invención. También se observa en pruebas realizadas por el solicitante que se necesita una cantidad más limitada de grasa debido al uso más eficiente, es decir, el depósito de grasa puede tener en general un volumen más pequeño en comparación con depósitos de grasa anteriores en conjuntos de rodamientos de bolas.
El proveedor de succión dentro del contexto de la presente invención se puede implementar en diversas realizaciones como se explicará en más detalle a continuación, pero la función general del proveedor de succión es generar o crear una succión de grasa a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas. De este modo, normalmente una presión por debajo de la presión atmosférica será suficiente para proporcionar una ayuda para distribuir la grasa en el rodamiento de bolas. Se debería observar que, en algunas realizaciones, por ejemplo, en conexión con el proveedor de succión que comprende un disco giratorio, el proveedor de succión puede proporcionar tanto una succión como otras técnicas con el propósito de distribuir la grasa en el rodamiento de bolas, por ejemplo, fuerzas centrífugas. Dentro del contexto de la presente invención, el depósito de grasa tiene una forma de modo que un punto del al menos un depósito de grasa que está más cercano al eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas estén adyacentes o inmediatamente adyacentes entre sí, de modo que la grasa se pueda suministrar desde alrededor del punto más cercano en el depósito de grasa al eje giratorio más o menos directamente dentro del rodamiento de bolas a través de una entrada de grasa, particularmente sin crear ningún espacio muerto donde se puede acumular la grasa de una manera desventajosa, debido a que no puede entrar eficazmente dentro del rodamiento de bolas. Las pruebas realizadas por el solicitante con diseños anteriores del depósito de grasa sugieren que tal acumulación indeseada de grasa en el depósito de grasa puede dar como resultado un fallo crítico del rodamiento de bolas.
En algunas realizaciones, la forma del al menos un depósito de grasa se puede diseñar para que tenga un ancho que se estreche hacia la entrada de grasa, para dar una forma sustancialmente cónica a al menos parte del depósito de grasa. El ancho puede tener preferiblemente una forma cónica en una vista de sección transversal perpendicular al eje giratorio, pero además o alternativamente, la forma cónica también puede estar presente en otras vistas de sección transversal. Esto tiene la ventaja de que la grasa se puede transportar o distribuir más eficientemente dentro del rodamiento de bolas. Además o alternativamente, al menos parte del depósito de grasa puede tener una forma curva hacia la entrada de grasa, preferiblemente la forma curva que está alineada sustancialmente con una curvatura de una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas, que tiene la ventaja de que la grasa se puede transportar o distribuir incluso más eficientemente dentro del rodamiento de bolas.
En algunas realizaciones, el proveedor de succión se puede configurar para ayudar a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas, dando como resultado que una diferencia de temperatura entre una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas y una pista de rodadura externa del rodamiento de bolas sea menor que aproximadamente 20°C, preferiblemente menor que aproximadamente 10°C, o más preferiblemente menor que aproximadamente 5°C, tras la rotación del eje giratorio. Como se ha mencionado anteriormente, esta diferencia de temperatura se considera que está relacionada con modos de fallos críticos de rodamientos de bolas, particularmente en generadores de aerogeneradores, debido a la expansión térmica diferente alrededor del rodamiento de bolas y/o la degeneración acelerada de la grasa en el rodamiento de bolas a temperaturas elevadas.
En otras realizaciones ventajosas, el proveedor de succión, tras la rotación del eje giratorio, puede crear una presión de aproximadamente 0,03 - 0,3 bares, preferiblemente 0,05 - 0,2 bares, más baja que la presión atmosférica, como se mide en pruebas realizadas por el solicitante. La presión se midió dentro del generador durante una operación continua y se supone que está relacionada con el conjunto de rodamiento según la presente invención.
En algunas realizaciones, el proveedor de succión que proporciona la presión más baja puede ayudar a la distribución de la grasa uniformemente en una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas, para evitar que la grasa se acumule en uno o más puntos en la pista de rodadura interna. Esto se ha confirmado mediante pruebas realizadas por el solicitante, donde partes del conjunto de rodamiento de bolas se fabricaron con propósitos de pruebas con materiales transparentes con el fin de seguir la distribución de grasa durante el arranque y durante la operación de estado continuo del generador con un conjunto de rodamiento según la presente invención.
En algunas realizaciones ventajosas particulares, el proveedor de succión puede ser un disco giratorio, el disco giratorio que forma una válvula de escape de grasa teniendo un hueco estrecho con una parte opuesta de la parte fija del rodamiento de bolas, y en donde el disco giratorio, tras la rotación del eje giratorio, proporciona dicha presión que es menor que la presión atmosférica. Se puede mencionar que es sabido que tales válvulas de escape de grasa funcionan teniendo también fuerzas centrífugas que ayudan a la distribución, particularmente la retirada, de la grasa en conexión con los conjuntos de rodamientos de bolas. Preferiblemente, el hueco estrecho puede tener un ángulo de inclinación hacia el rodamiento de bolas, en relación con una dirección longitudinal del eje giratorio, que es entre ortogonal y paralelo. En algunas realizaciones, el hueco estrecho puede comprender superficies sustancialmente planas opuestas, aunque también se contempla que pueda ser ventajosa una cierta rugosidad o textura. En un particular, se puede implementar ventajosamente un nivel máximo de rugosidad. Además, con propósitos de fabricación y/o montaje, el hueco estrecho puede tener también pasos y partes de unión, etc., pero definiendo de manera eficaz un hueco estrecho con respecto a la succión proporcionada para ayudar a la distribución de la grasa a través del rodamiento de bolas. Preferiblemente, el ángulo de inclinación del hueco estrecho con respecto a una dirección ortogonal a la dirección longitudinal del eje giratorio puede ser de aproximadamente 5-30 grados, preferiblemente de 10-25 grados, mostrando las pruebas que estos ángulos de inclinación son particularmente ventajosos como se demostrará a continuación.
En algunas realizaciones ventajosas, el disco giratorio puede tener una pluralidad de guías, tales como hendiduras o protuberancias, en un lado frontal dispuesto para enfrentarse al rodamiento de bolas, dichas guías que se extienden en una dirección radial del disco giratorio, o bien puramente radial o bien posiblemente con una forma curva, por ejemplo, una curvatura en forma de abanico, para ayudar a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas tras el giro del eje giratorio. En particular, se debería observar que el disco giratorio se puede adaptar a diversos tipos de grasa usada en el rodamiento de bolas modificando correspondientemente tales guías en el disco giratorio.
En algunas realizaciones ventajosas, el hueco estrecho, definido por el disco giratorio y la parte opuesta de dicha parte fija, puede tener una longitud que es sustancialmente igual a, o mayor que, la mitad del diámetro de las bolas en el rodamiento, es decir, la mitad del llamado diámetro de paso de rodamiento del rodamiento de bolas.
En algunas realizaciones ventajosas, el proveedor de succión puede ser alternativamente una bomba, dicha bomba que está dispuesta para crear una succión de grasa durante la rotación del eje giratorio. En algunas realizaciones ventajosas, el proveedor de succión puede comprender medios de vacío y una manguera conectada dispuesta para crear una succión de grasa a través del rodamiento de bolas. De este modo, diversas bombas se consideran beneficiosas para implementar una provisión de succión según la presente invención, por ejemplo, bombas de desplazamiento positivo, es decir, bombas de émbolo o rotativas, por ejemplo, diversas bombas centrifugas de fluido con impulsores. En general, las bombas se pueden conectar mecánicamente al eje giratorio, por ejemplo, a través de engranajes, para proporcionar medios de accionamiento de las bombas haciendo superflua la alimentación separada de tales bombas. En una realización, la bomba puede ser una bomba que comprende una membrana giratoria perforada, las perforaciones y la rotación en combinación que proporcionan una succión controlada. Sin ninguna limitación, para las realizaciones donde el proveedor de succión puede ser un disco giratorio, se puede considerar el disco giratorio, al menos hasta cierto punto, una bomba de velocidad donde la energía cinética se añade a la grasa de una manera controlada.
En algunas realizaciones, se puede colocar una cámara de recepción de la grasa en el segundo lado del rodamiento, es decir, en el mismo lado del rodamiento de bolas que el proveedor de succión, la cámara de recepción que está conectada a una parte de entrada del hueco estrecho, donde la grasa se conduce inicialmente dentro del hueco estrecho, la grasa que se conduce a través del hueco estrecho a una parte de salida del hueco estrecho durante la rotación del eje giratorio. Preferiblemente, la parte de entrada del hueco estrecho puede tener una distancia más pequeña entre el disco giratorio y la parte fija opuesta que la distancia entre el disco giratorio y la parte fija opuesta a la parte de salida del hueco estrecho, por lo que la provisión de succión por tal forma cónica del hueco estrecho puede facilitar una succión mejorada.
Algunas definiciones:
Reparar y lubricar
El acto de “reparar” en el contexto de la presente invención se ha de interpretar como que incluye, pero no está limitado a, restaurar sustituyendo una pieza o piezas con otra pieza o piezas para llevar el generador eléctrico a un estado de funcionamiento. No necesita estar en un estado inicial de mal funcionamiento para ser reparado, sino que podría ser una operación de mejora implementando el método de lubricación según la presente invención, es decir, un tipo particular de reparación, donde, por ejemplo, se repara o modifica un conjunto de rodamiento existente para implementar la presente invención. El acto de reparar se podría usar intercambiablemente o como sinónimo de actualizar, mejorar, realizar mantenimiento, realizar revisión, etc.
Generador de aerogenerador (WTG)
En el contexto de la presente invención, el término “generador de aerogenerador” o a veces simplemente “aerogenerador” para abreviar, se debería considerar que incluye un generador de aerogenerador (WTG) que comprende una o más palas (de rotor) que son giratorias, por la acción del viento, alrededor de un eje horizontal montado en una góndola montada en la parte más superior de una torre alargada. La góndola en sí misma es pivotante alrededor de un eje vertical con el fin de girar la pala de rotor hacia una posición adecuada alineada con la dirección del viento. Las una o más palas de rotor se hacen girar a una velocidad que es dependiente del viento y la aerodinámica de las palas de rotor con el fin de accionar un generador eléctrico para convertir la energía eólica en energía eléctrica. Para abreviar, se puede definir un aerogenerador o generador de aerogenerador o generador eólico como un medio para convertir la energía cinética del viento en energía mecánica y, posteriormente, en energía eléctrica.
Máquinas eléctricas; generadores y motores
Las máquinas eléctricas pueden ser en general o bien generadores o bien motores. Los motores convierten energía eléctrica en energía cinética, mientras que un generador eléctrico convierte energía cinética en energía eléctrica. Están disponibles diversos generadores dependiendo del intervalo de velocidad, localización, coste, peso, tamaño y calidad de potencia en la conexión de la red. Normalmente, los generadores eléctricos se clasifican según el principio de operación, posiblemente también el nivel de potencia. Generalmente, las máquinas de AC, máquinas universales y máquinas de DC están en general disponibles en modo de operación, pero dentro de la industria de WTG se usan ampliamente máquinas de AC principalmente, preferiblemente el tipo de polifásico, es decir, con múltiples fases. La presente invención es particularmente, pero no exclusivamente, pertinente para generadores de inducción de rotor bobinado, más particularmente, generador de inducción de doble alimentación (DFIG).
Grasa
La grasa se entiende de manera general que es un producto entre sólido y semifluido o dispersión de un agente espesante en un lubricante líquido. Además, se pueden añadir ingredientes especiales que causan propiedades especiales. Véase, Grease Lubrication in Rolling Bearings de Piet M. Lugt, John Wiley e Hijos (2012) u otras referencias similares.
Algunas de las pruebas realizadas por el solicitante en conexión con la presente invención se realizaron usando las llamadas grasas de alta temperatura y largo plazo para rodamientos, adecuadas particularmente para aplicaciones de WTG. Las propiedades son una vida de servicio más larga debido a los aditivos de desgaste, comparativamente menos mantenimiento, intervalo de temperatura de operación amplio y una liberación de aceite de la grasa optimizada. Un ejemplo de tal grasa puede ser Klüberplex® BEM 41-132, pero la enseñanza de la presente invención no está limitada a ningún tipo particular de grasa para rodamientos de bolas, aunque diversos tipos de grasa pueden requerir pequeñas modificaciones del conjunto de rodamiento de bolas para un rendimiento óptimo, tales modificaciones que están fácilmente dentro del alcance de la persona experta una vez se ha comprendido la enseñanza y principio de la presente invención.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un conjunto de máquina eléctrica que comprende una máquina eléctrica y un eje giratorio que transmite el movimiento de rotación a o desde la máquina eléctrica, la máquina eléctrica que comprende un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que se lubrica con grasa, el conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que comprende:
un rodamiento de bolas que soporta el eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y un parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento y un proveedor de succión,
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa adyacente a las bolas del rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que un punto del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas estén adyacentes y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas y
en donde el proveedor de succión, durante la rotación del eje giratorio, crea una presión que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.
En un tercer aspecto, la presente invención se refiere a un método para proporcionar lubricación con grasa de un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica, el conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que comprende: un rodamiento de bolas que soporta un eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y un parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento y un proveedor de succión,
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa adyacente a las bolas de rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que un punto del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas estén adyacentes y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas y
en donde el método comprende:
rotar el eje giratorio y
crear una presión que es menor que la presión atmosférica usando el proveedor de succión, para crear una succión de grasa a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, para ayudar por ello a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas. Además, el método de lubricación según el tercer aspecto también se puede considerar como un método de reparación de un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica como entenderán fácilmente los expertos.
El primer, segundo y tercer aspecto de la presente invención se puede combinar cada uno con cualquiera de los otros aspectos. Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas en lo sucesivo.
Breve descripción de las figuras
El generador de aerogenerador y el método según la invención se describirán ahora en más detalle con respecto a las figuras que se acompañan. Las figuras muestran una manera de implementar la presente invención y no se han de interpretar como limitantes a otras posibles realizaciones que caen dentro del alcance del conjunto de reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 es un dibujo esquemático de un generador de aerogenerador,
la Figura 2 es una ilustración de sección transversal de un eje giratorio y un rodamiento de bolas que soporta el eje giratorio,
la Figura 3 es una ilustración de sección transversal de dos rodamientos de bolas situados en el extremo de accionamiento y el extremo no de accionamiento, respectivamente,
la Figura 4 es una ilustración conceptual de un rodamiento de bolas que soporta un eje giratorio con un depósito de grasa,
la Figura 5 es una vista de despiece de un rodamiento de bolas,
la Figura 6 muestra dos gráficas que ilustran diferencias de temperatura en un rodamiento de bolas,
la Figura 7 es una realización de un disco giratorio que tiene guías en su superficie, visto en una vista en perspectiva y en una vista frontal, respectivamente,
la Figura 8 es una realización adicional de un disco giratorio visto en una vista en perspectiva y en una vista frontal, respectivamente, y
la Figura 9 es un diagrama de flujo de un método según la invención.
Descripción detallada de una realización
La FIG. 1 muestra un generador de aerogenerador de velocidad variable 1 ejemplar. Tiene un rotor 3 con un buje en el que se montan, por ejemplo, tres palas de rotor 4. El ángulo de inclinación de las palas de rotor 4 es variable por medio de actuadores de inclinación. El rotor 3 se soporta por una góndola 5 y acciona un generador 12 a través de un eje principal 8, una caja de engranajes 10 y un eje giratorio de alta velocidad 11. Esta estructura es ejemplar; otras realizaciones, por ejemplo, usan un generador de accionamiento directo sin una caja de engranajes. El generador 12 (por ejemplo, generador de inducción o síncrono) produce una potencia de salida eléctrica de una frecuencia relacionada con la velocidad de rotación del rotor 3, que se convierte a la frecuencia de la red (por ejemplo, alrededor de 50 o 60 Hz) mediante un convertidor 19. La tensión de la potencia eléctrica producida de este modo se transforma ascendentemente por un transformador 9. La salida del transformador 9 es los terminales del generador de aerogenerador 9a. La potencia eléctrica del generador de aerogenerador 1 se alimenta a una red 18 (simbolizada mediante “a” en la Fig. 1). Un sistema de control incluye un controlador de aerogenerador WTC 13. El controlador de aerogenerador 13 controla la operación del generador de aerogenerador 1 individual, por ejemplo, selecciona el modo de operación de carga completa o de carga parcial, dependiendo, entre otros, de la velocidad del viento actual, causa, en el modo de carga parcial, la operación del generador de aerogenerador en el punto de funcionamiento óptimo ajustando el ángulo de pala y controlando la relación de velocidad en la punta en el óptimo aerodinámico a la velocidad de viento actual y controla el convertidor 19 para producir electricidad según las prescripciones. El controlador de aerogenerador 13 usa diferentes señales de entrada para realizar sus tareas de control, por ejemplo, señales que representan las condiciones de viento actuales (por ejemplo, de un anemómetro 14 y una veleta 15), señales de realimentación que representan el ángulo de inclinación, la posición de rotor, las amplitudes y fases de la tensión y corriente del generador 12 y los terminales 9a, etc.
La FIG. 2 muestra, en una vista de sección transversal, un rodamiento de bolas 31 que soporta un eje giratorio 11 en un generador de aerogenerador como en la Figura 1, el rodamiento de bolas 31 que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y una parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento 33 y proveedor de succión 35. En la realización mostrada, el proveedor de succión 35 es un disco giratorio. El disco giratorio forma una válvula de escape de grasa teniendo un hueco estrecho 37 con una parte opuesta 39 de la parte fija del rodamiento de bolas. Obsérvese que el proveedor de succión 35, es decir, el disco giratorio, rodea el eje giratorio 11 de modo que el hueco estrecho 37 también rodeará el eje giratorio 11.
La parte fija del rodamiento de bolas 31 comprende al menos un depósito de grasa 41 adyacente a las bolas del rodamiento 33 para suministrar el rodamiento de bolas 31 con grasa durante la operación de rotación. El depósito de grasa 41 se coloca en un primer lado del rodamiento de bolas, y es recargable por una tubería conectada desde un sistema de lubricación (no mostrado en este caso). El depósito de grasa tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto 43 del depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio 11 y una entrada de grasa 45 del rodamiento de bolas.
El proveedor de succión 35 se coloca en el otro lado del rodamiento de bolas que el depósito de grasa. Tras la rotación del eje giratorio, el disco giratorio proporciona una presión, que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa a través del rodamiento de bolas desde el depósito de grasa 41, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas 31.
La FIG. 3 muestra una sección transversal de un rodamiento de bolas situado en el extremo de accionamiento (DE) de un generador y además una sección transversal de un rodamiento de bolas situado en el extremo no de accionamiento (NDE). La ilustración se parece de este modo a la figura 2, pero en una vista diferente.
La FIG. 4 muestra un rodamiento de bolas 31 que soporta un eje giratorio 11. La parte fija del rodamiento de bolas 31 comprende al menos un depósito de grasa 41 adyacente a las bolas del rodamiento 33 para suministrar el rodamiento de bolas 31 con grasa 47 durante la operación de rotación. La forma del depósito de grasa se diseña para que tenga un ancho, que se estrecha hacia la entrada de grasa, para dar una forma sustancialmente cónica a al menos parte del depósito de grasa. También, al menos parte del depósito de grasa tiene una forma curva hacia la entrada de grasa como se ve en la Figura 4. La forma curva está además sustancialmente alineada con una curvatura de una pista de rodadura interna (siendo la pista de rodadura superior en esta Figura) en el rodamiento de bolas 31 para facilitar la distribución mejorada de grasa.
La FIG. 5 muestra una vista de despiece de un conjunto de rodamiento de generador eléctrico que comprende un rodamiento de bolas 31, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria 49 para soportar un eje giratorio 11 (no mostrado) y un parte fija 51. La parte giratoria 49 y la parte fija 51 están separadas por las bolas del rodamiento 33. El conjunto de rodamiento de generador eléctrico comprende además un ventilador de rodamiento 48, una cubierta de tapa de rodamiento 52, un proveedor de succión 35, es decir, un disco giratorio, y una cubierta de rodamiento 54. En una realización ventajosa, uno o más de los componentes mostrados están hechos de un material conductor de calor, tal como aluminio u otros metales adecuados o aleaciones de los mismos.
La FIG. 6 muestra dos diagramas que ilustran resultados de pruebas de diferencias de temperatura dentro de un rodamiento de bolas. El diagrama superior muestra los resultados de una prueba realizada en un rodamiento de bolas tradicional “Técnica anterior”, mientras que el diagrama inferior muestra los resultados de una prueba realizada en un conjunto de rodamiento de generador según la presente invención “Nuevo”. Se miden y muestran tres temperaturas, siendo T1 la temperatura obtenida en una parte de rellano del rodamiento de bolas, siendo T2 la temperatura de la pista de rodadura interna del rodamiento de bolas y siendo T3 la temperatura medida en la superficie exterior del anillo externo del rodamiento de bolas como se indica en el dibujo esquemático debajo de los dos diagramas. En una situación ideal, los valores de T1 y T2 deberían están tan cerca el uno del otro como sea posible, de modo que las gráficas de T1 y T2, respectivamente, estén superpuestas. Además, la distancia al grafico de T3 debería ser pequeña y constante.
En el generador de aerogenerador según la presente invención, el proveedor de succión se configura para ayudar a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas, para asegurar que una diferencia de temperatura entre una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas T2 y de una pista de rodadura externa del rodamiento de bolas T3 sea tan pequeña como sea posible tras la rotación del eje giratorio.
Es visible en la FIG. 6 que, en el diagrama inferior, las gráficas de T1 y T2 están más perfectamente alineadas que en el diagrama superior que muestra un rodamiento de bolas tradicional. Además, es evidente que la diferencia de temperatura entre T2 y T3 es de aproximadamente 10°C en el diagrama superior y de aproximadamente 5°C en el diagrama inferior durante la operación estable. En la fase de arranque, después de, por ejemplo, aproximadamente 50 minutos, la diferencia de temperaturas es de aproximadamente 20°C en el diagrama superior y de aproximadamente 15°C en el diagrama inferior mostrando el resultado beneficioso de la presente invención. También, se debería mencionar que, para algunos rodamientos de bolas de la técnica anterior, la diferencia de temperaturas fue incluso más significativa, por ejemplo, en algunas situaciones se observó una diferencia de temperaturas de más de 40 grados, lo que ciertamente enfatiza las ventajas de la presente invención.
La FIG. 7 muestra un disco giratorio que es un proveedor de succión 35 según una realización de la presente invención en una vista en perspectiva (izquierda) y una vista frontal (derecha). En la realización particular mostrada, el disco giratorio tiene una pluralidad de guías 53, en este caso hendiduras, en un lado frontal 55 dispuestas para enfrentarse al rodamiento de bolas. Las guías se extienden en una dirección radial del disco giratorio para ayudar a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas tras la rotación del eje giratorio. En la realización mostrada, las hendiduras se muestran como hendiduras/rebajes con forma rectangular o trapezoidal hacia el material del disco giratorio. Los inventores de la presente invención se han dado cuenta de que las hendiduras proporcionan la ventaja de que la grasa se distribuye más uniformemente en el rodamiento de bolas.
La FIG. 8 muestra un disco giratorio que es un proveedor de succión 35 según una realización de la presente invención en una vista en perspectiva (izquierda) y en una vista frontal (derecha). El disco giratorio se diseña para formar una válvula de escape de grasa teniendo un hueco estrecho con una parte opuesta de la parte fija del rodamiento de bolas. El disco giratorio se configura para ser colocado en el eje giratorio al lado del rodamiento de bolas en la dirección longitudinal del eje giratorio, y dado que está diseñado para extenderse desde el rodamiento de bolas con un ángulo, el disco giratorio permitirá que el hueco estrecho tenga un ángulo de inclinación hacia el rodamiento de bolas, en relación con la dirección longitudinal del eje giratorio.
La FIG. 9 muestra un diagrama de flujo de un método según un aspecto de la presente invención para proporcionar lubricación con grasa a un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica, el conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que comprende:
un rodamiento de bolas 31 que soporta un eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y un parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento, y un proveedor de succión 35, véase la Figura 2,
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa 41 adyacente a las bolas del rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, estando el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto 43 del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas, véase la Figura 4, y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas, y
en donde el método comprende, simultáneamente (total o parcialmente) o consecutivamente los pasos de:
51 hacer girar el eje giratorio, y
52 crear una presión que es menor que la presión atmosférica usando el proveedor de succión, para crear una succión de grasa 47 a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, para ayudar por ello a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas, véase la Figura 4.
Aunque la presente invención se ha descrito en conexión con las realizaciones especificadas, no se debería interpretar como que está limitada de ninguna forma a los ejemplos presentados. El alcance de la presente invención se expone por el conjunto de reivindicaciones que se acompañan. En el contexto de las reivindicaciones, los términos “que comprende” o “comprende” no excluyen otros posibles elementos o pasos. También, la mención de referencias tales como “un” o “una” etc., no se deberían interpretar como que excluyen una pluralidad. El uso de signos de referencia en las reivindicaciones con respecto a los elementos indicados en las figuras tampoco se interpretará como limitante del alcance de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un generador de aerogenerador (WTG, 1) que comprende un generador eléctrico (12) y un eje giratorio (11) que transmite un movimiento de rotación al generador eléctrico, el generador eléctrico que comprende un conjunto de rodamiento de generador eléctrico que se lubrica con grasa, el conjunto de rodamiento de generador eléctrico que comprende:
un rodamiento de bolas (31) que soporta el eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y una parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento, y un proveedor de succión (35),
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa (41) adyacente a las bolas del rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto (43) del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa (45) del rodamiento de bolas, y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas, y
en donde el proveedor de succión, durante la rotación del eje giratorio, crea una presión que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa (47) a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.
2. El generador de aerogenerador según la reivindicación 1, en donde la forma del al menos un depósito de grasa (41) se diseña para tener un ancho, que se estrecha hacia la entrada de grasa, para dar una forma sustancialmente cónica a al menos parte del depósito de grasa.
3. El generador de aerogenerador según las reivindicaciones 1 o 2, en donde al menos parte del depósito de grasa tiene una forma curva hacia la entrada de grasa, la forma curva preferiblemente que está alineada sustancialmente con una curvatura de una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas.
4. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión (35) se configura para ayudar a la distribución de la grasa (47) en el rodamiento de bolas, para asegurar que una diferencia de temperaturas entre una pista de rodadura interna del rodamiento de bolas y una pista de rodadura externa del rodamiento de bolas es menor que aproximadamente 20°C, preferiblemente menor que aproximadamente 10°C o más preferiblemente menor que aproximadamente 5°C, tras la rotación del eje giratorio.
5. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión (35), tras la rotación del eje giratorio, crea una presión de aproximadamente 0,03 - 0,3 bares, preferiblemente 0,05 - 0,2 bares, menor que la presión atmosférica.
6. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión (35) mediante la presión más baja ayuda a la distribución de la grasa uniformemente en la pista de rodadura interna del rodamiento de bolas, para evitar que la grasa se acumule en uno o más puntos en la pista de rodadura interna.
7. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión es un disco giratorio (35), el disco giratorio que forma una válvula de escape de grasa teniendo un hueco estrecho (37) con una parte opuesta de la parte fija del rodamiento de bolas, y en donde el disco giratorio, tras la rotación del eje giratorio, proporciona la presión que es menor que la presión atmosférica.
8. El generador de aerogenerador según la reivindicación 7, en donde el hueco estrecho (37) tiene un ángulo de inclinación hacia el rodamiento de bolas, en relación con la dirección longitudinal del eje giratorio, que es entre ortogonal y paralelo.
9. El generador de aerogenerador según las reivindicaciones 7 u 8, en donde el ángulo de inclinación del hueco estrecho (37) con respecto a la dirección ortogonal a la dirección longitudinal del eje giratorio es de aproximadamente 5-30 grados, preferiblemente de aproximadamente 10-25 grados.
10. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en donde el disco giratorio tiene una pluralidad de guías (53), tales como hendiduras y/o protuberancias, en un lado frontal (55) dispuesto para enfrentarse al rodamiento de bolas, dichas guías que se extienden en una dirección radial del disco giratorio, para ayudar a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas tras la rotación del eje giratorio.
11. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en donde el hueco estrecho (37), definido por el disco giratorio y la parte opuesta de dicha parte fija, tiene una longitud que es sustancialmente igual o mayor que la mitad del diámetro de las bolas en el rodamiento.
12. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión es una bomba, dicha bomba que está dispuesta para crear una succión de la grasa durante la rotación del eje giratorio.
13. El generador de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el proveedor de succión comprende medios de vacío y una manguera conectada dispuesta para crear una succión de la grasa a través del rodamiento de bolas.
14. Un conjunto de máquina eléctrica que comprende una máquina eléctrica (12) y un eje giratorio (11) que transmite un movimiento de rotación a o desde la máquina eléctrica, la máquina eléctrica que comprende un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que se lubrica con grasa, el conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que comprende:
un rodamiento de bolas (31) que soporta un eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y un parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento, y un proveedor de succión (35),
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa (41) adyacente a las bolas del rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto (43) del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas, y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas, y
en donde el proveedor de succión, durante la rotación del eje giratorio, crea una presión que es menor que la presión atmosférica, para crear una succión de la grasa (47) a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, lo que ayuda a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.
15. Un método para proporcionar lubricación con grasa a un conjunto de rodamiento de máquina eléctrica, el conjunto de rodamiento de máquina eléctrica que comprende:
un rodamiento de bolas (31) que soporta un eje giratorio, el rodamiento de bolas que tiene una parte giratoria en el eje giratorio y un parte fija, la parte giratoria y la parte fija que están separadas por las bolas del rodamiento, y un proveedor de succión (35),
en donde la parte fija del rodamiento de bolas comprende al menos un depósito de grasa (41) adyacente a las bolas de rodamiento para suministrar el rodamiento de bolas con grasa durante la operación de rotación, el al menos un depósito de grasa que está colocado en un primer lado del rodamiento de bolas, el al menos un depósito de grasa que es recargable desde un sistema de lubricación,
el al menos un depósito de grasa que tiene además una forma de modo que estén adyacentes un punto (43) del al menos un depósito de grasa que está más cerca del eje giratorio y una entrada de grasa del rodamiento de bolas, y
en donde el proveedor de succión se coloca en un segundo lado del rodamiento de bolas, dicho segundo lado que es opuesto a dicho primer lado del rodamiento de bolas, y
en donde el método comprende:
rotar el eje giratorio, y
crear una presión que es menor que la presión atmosférica usando el proveedor de succión, para crear una succión de la grasa (47) a través del rodamiento de bolas desde el al menos un depósito de grasa, para ayudar por ello a la distribución de la grasa en el rodamiento de bolas.
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