ES2901303T3 - Turbina eólica - Google Patents

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ES2901303T3 ES19380006T ES19380006T ES2901303T3 ES 2901303 T3 ES2901303 T3 ES 2901303T3 ES 19380006 T ES19380006 T ES 19380006T ES 19380006 T ES19380006 T ES 19380006T ES 2901303 T3 ES2901303 T3 ES 2901303T3
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Abstract

Turbina (1) eólica que incluye: una torre (2), una góndola (3) montada en la torre (2), un generador (10) eléctrico alojado en la góndola (3), un rotor (5) eólico acoplado de manera rotatoria a la góndola para rotar alrededor de un eje de rotación (Y) y que tiene al menos una pala (4) rotatoria, dos árboles (30, 40) rotativos para conectar el rotor (5) eólico al generador (10) eléctrico, un conector (50) de árbol para conectar de manera rígida los dos árboles (30, 40) rotativos, en la que el conector (50) de árbol comprende: un cuerpo (51) hueco, al menos una brida (52) interior que sobresale desde el cuerpo (51) hueco hacia un eje de rotación (W) d e l conector (50) de árbol, una pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables, pudiendo conecta rse l a brida interior a uno de los dos árboles (30, 40) rotativos, por medio de dicha pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables, al menos un orificio (54) proporcionado en el cuerpo (51) hueco para acceder a la brida (52) interior y la pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables para el montaje, la inspección y el mantenimiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina eólica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un conector de árbol a árbol para conectar dos árboles en una turbina eólica. Más particularmente, la presente invención se refiere a un conector para conectar el árbol de rotor principal de una turbina eólica a la caja de engranajes proporcionada entre el árbol de rotor principal y el generador eléctrico de la turbina eólica.
Técnica anterior
En el campo técnico definido anteriormente existe el problema técnico de transmitir carga entre el árbol de rotor principal conectado al rotor eólico que incluye las palas, también conocido como árbol de baja velocidad, a la caja de engranajes proporcionada en la góndola, entre el rotor eólico y el generador eléctrico.
La tecnología más usada para este propósito se basa en discos de contracción. Por medio de tales componentes, se genera fuerza de fricción suficiente para transmitir un par de fuerzas entre el árbol principal y la caja de engranajes. El árbol de baja velocidad se inserta generalmente con tolerancias de acoplamiento más ajustadas en una sección hueca de la caja de engranajes, normalmente denominado árbol hueco.
Los discos de contracción consisten en un anillo interior y un anillo exterior, con superficies cónicas correspondientes. Al mover axialmente el anillo exterior contra el anillo interior, el anillo exterior se empujará hacia fuera y el anillo interior se empujará hacia dentro. El movimiento axial del anillo exterior contra el anillo interior puede realizarse mecánica o hidráulicamente. La presión entre árbol y buje, creada por este desplazamiento, puede usarse para transmitir un par de fuerzas o una carga axial, usando la fricción entre las dos caras de contacto.
Debido a la disposición básica descrita anteriormente, se requieren un árbol hueco de caja de engranajes de árbol principal grande y pesado, por tanto, se obtienen trenes de transmisión pesados y grandes y, por consiguiente, turbinas eólicas pesadas y grandes. Adicionalmente, a pesar de que pueden retirarse los discos de contracción, tolerancias de acoplamiento más ajustadas entre el árbol y la caja de engranajes conducen habitualmente a arañazos y componentes dañados. Ejemplos de soluciones de la técnica anterior están disponibles en los documentos WO 2012/052022 A1 y US 2012/131786 A1.
Sumario de la invención
El alcance de la presente invención es proporcionar un conector novedoso para conectar el árbol de rotor principal de una turbina eólica a la caja de engranajes, con el fin de minimizar los inconvenientes de la técnica anterior descritos anteriormente.
Este alcance se cumple mediante el contenido según las reivindicaciones independientes. Se describen realizaciones ventajosas de la presente invención mediante las reivindicaciones dependientes.
Según la invención, se proporciona una turbina eólica que incluye una torre, una góndola montada en la torre, un generador eléctrico alojado en la góndola, un rotor eólico acoplado de manera rotatoria a la góndola para rotar alrededor de un eje de rotación y que tiene al menos una pala rotatoria, dos árboles rotativos para conectar el rotor eólico al generador eléctrico y un conector de árbol para conectar de manera rígida los dos árboles rotativos. El conector de árbol comprende un cuerpo hueco, al menos una brida interior que sobresale desde el cuerpo hueco hacia un eje de rotación del conector de árbol, pudiendo conectarse la brida interior a uno de los dos árboles rotativos y al menos un orificio proporcionado en el cuerpo hueco para acceder a la brida interior.
En particular, los dos árboles rotativos pueden incluir un árbol de rotor conectado al rotor eólico o un árbol de entrada de una caja de engranajes interpuesta entre el rotor eólico y el generador eléctrico.
La conexión de brida de la presente invención y la posibilidad de acceder fácilmente a través del/de los orificio(s) proporcionado(s) en el cuerpo del conector de árbol de la invención ofrecen una pluralidad de ventajas, que incluyen: reducción del peso y la longitud del árbol y la caja de engranajes, reduciendo, por tanto, la longitud y el peso del tren de transmisión y la turbina eólica;
evitar el uso de fuerzas de presión para transmitir un par de fuerzas desde el rotor eólico hasta la caja de engranajes;
hacer más fácil la inspección y el mantenimiento a través de orificios del conector de árbol con brida. Puede proporcionarse un número y dimensiones diferentes de los orificios dependiendo de la realización de aplicación específica, en particular, dependiendo de las dimensiones de las herramientas que se usan durante el montaje, la inspección y el mantenimiento.
Según unas realizaciones de la invención, el conector de árbol comprende además una segunda brida exterior que sobresale desde el cuerpo hueco hacia fuera con respecto al eje de rotación, pudiendo conectarse la brida exterior al otro de los dos árboles rotativos. Ventajosamente, esto permite evitar el uso de un árbol hueco de caja de engranajes, que es un componente de fabricación compleja. Según otras realizaciones de la invención, la segunda brida puede ser una brida interior, accesible a través del/de los orificio(s) proporcionado(s) en el cuerpo del conector de árbol.
Según unas realizaciones de la invención, el cuerpo hueco puede ser cilíndrico, siendo el eje de rotación el eje geométrico del cuerpo hueco. Los orificios de acceso pueden proporcionarse en una pared lateral del cuerpo hueco. La brida interior se proporciona en una base del cuerpo hueco cilíndrico y la segunda brida se proporciona en la otra base del cuerpo hueco cilíndrico.
Según unas realizaciones de la invención, la brida interior y la segunda brida pueden conectarse de manera retirable a los árboles rotativos respectivos por medio de una pluralidad respectiva de pernos o una pluralidad respectiva de pasadores de seguridad. Ventajosamente, si la conexión entre el conector de árbol y la caja de engranajes es una conexión con perno o con pasador, se evita el riesgo de dañar componentes cuando se ensamblan y desensamblan, gracias a la facilidad de inspección y acceso.
Según unas realizaciones de la invención, el conector de árbol comprende al menos un dispositivo de medición de la deformación para determinar las cargas transmitidas entre los dos árboles rotativos. La geometría regular del cuerpo hueco cilíndrico hace que sea particularmente fácil instalar un sistema de medición de la deformación que perm ite obtener las cargas que entran en la caja de engranajes. Estas mediciones pueden usarse por el sistema de monitorización de salud de la turbina eólica.
Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente invención resultan evidentes a partir de los ejemplos de realización que van a describirse a continuación en el presente documento y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá en más detalle a continuación en el presente documento con referencia a ejemplos de realización pero a los que la invención no se limita.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una sección esquemática de una turbina eólica.
La figura 2 muestra una vista lateral de una conexión con brida para una turbina eólica obtenida con la presente invención.
La figura 3 muestra una vista en sección de una conexión con brida de la figura 2.
La figura 4 muestra una vista más detallada de la conexión con brida de la figura 2.
La figura 5 muestra una segunda realización de una conexión con brida para una turbina eólica obtenida con la presente invención.
Descripción detallada
Las ilustraciones en los dibujos son esquemáticas. Se observa que en diferentes figuras, se proporcionan elementos similares o idénticos con los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra una turbina 1 eólica según la invención. La turbina 1 eólica comprende una torre 2, que está montada en unos cimientos no representados. Una góndola 3 está dispuesta encima de la torre 2. Entre la torre 2 y la góndola 3, se proporciona un dispositivo de ajuste de ángulo de guiñada (no mostrado), que puede hacer rotar la góndola alrededor de un eje de guiñada vertical. La turbina 1 eólica comprende además un rotor 5 eólico que tiene dos, tres o más palas 4 (en la perspectiva de la figura 1 sólo dos palas 4 son visibles). El rotor 5 eólico puede rotar alrededor de un eje de rotación Y. Cuando no se especifica de otra manera, los términos axial, radial y circunferencial a continuación se realizan con referencia al eje de rotación Y. Las palas 4 se extienden radialmente con respecto al eje de rotación Y. La turbina 1 eólica comprende un generador 10 eléctrico. El rotor 5 eólico está acoplado de manera rotacional con el generador 10 eléctrico por medio de un árbol 30 principal rotatorio y una caja de engranajes (no mostrada en la figura 1). Se proporciona un conjunto 8 de apoyo representado esquemáticamente con el fin de mantener en su lugar el árbol 30 principal. El árbol 30 principal rotatorio se extiende a lo largo del eje de rotación Y. El generador 10 eléctrico de imán permanente incluye una estator 11 y un rotor 12. El rotor 12 es externo al estator 11 de manera radial y puede rotar con respecto al estator 11 alrededor del eje de rotación Y. Según otras realizaciones de la presente invención (no mostradas) el rotor es interno al estator 11 de manera radial. La caja de engranajes transfiere un par de fuerzas desde el árbol 30 principal rotatorio hasta el rotor 12, que están rotando a diferentes velocidades de rotación. El rotor 12 rota normalmente a una velocidad mayor que el árbol 30 principal rotatorio, que también puede denominarse árbol de baja velocidad.
Con referencia a las figuras 2 a 5, la caja de engranajes interpuesta entre el árbol 30 principal y el rotor 12 del generador 10 eléctrico incluye un árbol 40 de entrada de caja de engranajes. El árbol 30 principal y el árbol 40 de entrada de caja de engranajes están conectados de manera rígida entre sí a través de un conector 50 de árbol. En funcionamiento, el conector 50 de árbol rota alrededor de un eje de rotación W, que puede ser paralelo al o estar alineado con el eje de rotación Y. El conector 50 de árbol comprende un cuerpo 51 hueco que tiene una cavidad central y al menos una brida 52 interior que sobresale desde el cuerpo 51 hueco hacia el eje de rotación W. La brida interior puede conectarse de manera retirable al árbol 30 principal por medio de una primera pluralidad de conexiones 56 retirables. Las conexiones 56 retirables pueden ser pernos o pasadores de seguridad o elementos mecánicos similares acoplados a través de pluralidades respectivas de orificios de acoplamiento proporcionados en el árbol 30 principal y en la brida 52 interior. Según una realización de la invención (no mostrada) la brida interior puede conectarse de manera retirable al árbol 40 de entrada de caja de engranajes. Al menos un orificio 54 de acceso está proporcionado en el cuerpo 51 hueco para acceder a la cavidad interior y a través de esta a la brida 52 interior. Según unas realizaciones de la presente invención, una pluralidad de orificios 54 pueden estar proporcionados en el cuerpo 51 hueco para acceder a la cavidad interior y a través de esta a la brida 52 interior. La pluralidad de orificios pueden estar distribuidos de manera regular alrededor del eje de rotación W. En las realizaciones en las que el cuerpo 51 hueco es cilíndrico el uno o más orificios 54 están proporcionados en una pared cilíndrica lateral del cuerpo 51 hueco. El/los orificio(s) 54 de acceso permite(n) acceder a la brida 52 interior y a las conexiones 56 retirables para el montaje, la inspección y el mantenimiento. La posición y las dimensiones del/de los orificio(s) 54 de acceso dependen de las dimensiones de las herramientas que se usan durante el montaje, la inspección y el mantenimiento.
En el conector 50 de árbol puede instalarse al menos un dispositivo 58 de medición de la deformación. En particular, puede instalarse al menos un dispositivo 58 de medición de la deformación en una superficie del cuerpo 51 hueco. Al procesar posteriormente la señal emitida por el dispositivo 58 de medición de la deformación, pueden calcularse las cargas que van desde el árbol 30 principal hasta el árbol 40 de entrada de caja de engranajes.
El conector 50 de árbol comprende una segunda brida 53 exterior que sobresale desde el cuerpo 51 hueco hacia fuera con respecto al eje de rotación W. La segunda brida 53 exterior puede conectarse de manera retirable al árbol 40 de entrada de caja de engranajes por medio de una segunda pluralidad de conexiones 57 retirables. Las conexiones 57 retirables pueden ser pernos o pasadores de seguridad o elementos mecánicos similares acoplados a través de pluralidades respectivas de orificios de acoplamiento proporcionadas en el árbol 40 de entrada de caja de engranajes y en la segunda brida 53 exterior. En la realización de la invención en la que la brida 52 interior puede conectarse de manera retirable al árbol 40 de entrada de caja de engranajes, la segunda brida 53 exterior puede conectarse de manera retirable al árbol 30 principal.
Según una realización de la invención mostrada en la figura 5, la segunda brida 53 también es una brida interior que sobresale desde el cuerpo 51 hueco hacia el eje de rotación W. En tal realización, el/los orificio(s) 54 de acceso permite(n) acceder tanto a las dos bridas interiores como a las conexiones 56, 57 retirables respectivas para el montaje, la inspección y el mantenimiento.
El cuerpo 51 hueco puede ser cilíndrico, siendo el eje de rotación W el eje geométrico del cuerpo 51 hueco. La brida 52 interior puede proporcionarse en una base del cuerpo 51 hueco cilíndrico y la segunda brida 53 exterior puede proporcionarse en la otra base del cuerpo 51 hueco cilíndrico.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Turbina (1) eólica que incluye:
una torre (2),
una góndola (3) montada en la torre (2),
un generador (10) eléctrico alojado en la góndola (3),
un rotor (5) eólico acoplado de manera rotatoria a la góndola para rotar alrededor de un eje de rotación (Y) y que tiene al menos una pala (4) rotatoria,
dos árboles (30, 40) rotativos para conectar el rotor (5) eólico al generador (10) eléctrico,
un conector (50) de árbol para conectar de manera rígida los dos árboles (30, 40) rotativos,
en la que el conector (50) de árbol comprende:
un cuerpo (51) hueco,
al menos una brida (52) interior que sobresale desde el cuerpo (51) hueco hacia un eje de rotación (W) del conector (50) de árbol, una pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables, pudiendo conectarse la brida interior a uno de los dos árboles (30, 40) rotativos, por medio de dicha pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables, al menos un orificio (54) proporcionado en el cuerpo (51) hueco para acceder a la brida (52) interior y la pluralidad respectiva de conexiones (56, 57) retirables para el montaje, la inspección y el mantenimiento.
2. Turbina (1) eólica según la reivindicación 1, en la que el conector (50) de árbol comprende una segunda brida (53) que puede conectarse al otro de los dos árboles (30, 40) rotativos.
3. Turbina (1) eólica según la reivindicación 2, en la que la segunda brida (53) es una brida (53) exterior que sobresale desde el cuerpo (51) hueco hacia fuera con respecto al eje de rotación (W).
4. Turbina (1) eólica según la reivindicación 1 ó 2 ó 3, en la que el cuerpo (51) hueco es cilíndrico, siendo el eje de rotación (W) el eje geométrico del cuerpo (51) hueco.
5. Turbina (1) eólica según la reivindicación 4, en la que al menos un orificio (54) está proporcionado en una pared lateral del cuerpo (51) hueco.
6. Turbina (1) eólica según la reivindicación 4 ó 5, en la que la brida (52) interior está proporcionada en una base del cuerpo (51) hueco cilíndrico y la segunda brida (53) está proporcionada en la otra base del cuerpo (51) hueco cilíndrico.
7. Turbina (1) eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la brida (52) interior puede conectarse de manera retirable a uno de los dos árboles (30, 40) rotativos.
8. Turbina (1) eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, en la que la segunda brida (53) puede conectarse de manera retirable al otro de los dos árboles (30, 40) rotativos.
9. Turbina (1) eólica según la reivindicación 7 u 8, en la que la brida (52) interior y la segunda brida (53) pueden conectarse de manera retirable a los árboles (30, 40) rotativos respectivos por medio de una pluralidad respectiva de pernos (56, 57) o una pluralidad respectiva de pasadores de seguridad.
10. Turbina (1) eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los dos árboles (30, 40) rotativos incluyen un árbol (30) de rotor conectado al rotor (5) eólico y un árbol (40) de entrada de una caja de engranajes interpuesta entre el rotor (5) eólico y el generador (10) eléctrico.
11. Turbina (1) eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el conector (50) de árbol comprende al menos un dispositivo (58) de medición de la deformación para determinar las cargas transmitidas entre los dos árboles (30, 40) rotativos.
12. Turbina (1) eólica según la reivindicación 11, en la que el al menos un dispositivo (58) de medición de la deformación está instalado en una superficie del cuerpo (51) hueco.
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