WO2008059089A1 - Rodamiento reforzado de una pala de un aerogenerador - Google Patents

Rodamiento reforzado de una pala de un aerogenerador Download PDF

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Definitions

  • This invention relates to a wind turbine and in particular to an arrangement for mounting the blades in the wind turbine hub.
  • the mounting arrangements of the blades in the hub of a wind turbine are generally based on ball or cylinder bearings for the transmission of the bending moments and axial forces involved.
  • Said bending moments and axial forces depend on many factors and in particular on the characteristics and dimensions of the blades, the wind speed and the pitch regulation system used to regulate the angle of incidence of the blades.
  • US 6,799,947 B2 describes a bearing of an adjustable blade of a rotor of a wind turbine with an axial type pitch regulation system comprising a bearing ring for one of the cooperating elements of the bearing, this drive ring being housed in two rows of radially displaced rolling bodies between them and a bearing ring for the other cooperating element of the U-shaped bearing in cross-section that surrounds them, in which the ring for the rotor blade forming the other cooperating element of the bearing comprises two rings of different diameters that are independently fixed from each other to the rotor blade.
  • This arrangement provides, on the one hand, a three-ring cylinder bearing whose central ring is fixed to the other cooperating element of the bearing that, in the presence of bending moments (and axial forces), receives from the two outer rings (or portions) of the enveloping ring) pressures in more or less perpendicular directions between them and that therefore automatically become symmetrical, thus remaining those forces respectively in the central region of the quadrants of the ring paths and, on the other hand, that the forces of the rotor blade be applied simultaneously to the two rings (or portions of rings) which provides a more uniform load of the bearing and the root of the rotor blade.
  • the blade bearings are generally single or double ring bearings, such as the one illustrated in particular in Figure 1 of said document.
  • the outer ring of these bearings can have a great deflection and therefore a poor load distribution. This invention is oriented to the solution of that inconvenience.
  • An object of the present invention is to provide a reinforced bearing of a wind turbine blade.
  • Another object of the present invention is to provide a reinforced bearing of a wind turbine blade that improves the load distribution in the two bearing rings.
  • the stiffening plate is placed in a plane perpendicular to the axis of the blade.
  • the stiffening plate is attached to the outer ring along half of the outer ring oriented towards the wind.
  • An advantage of the present invention is that said stiffening plate improves the load distribution in the two ring paths by matching the stiffness of its upper and lower surfaces.
  • Figure 1 is a side sectional view of the reinforced bearing used in the assembly arrangement of a blade in the hub of a wind turbine according to the present invention.
  • Figure 2 is a plan view of a stiffening plate used in the reinforced bearing according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view of the assembly arrangement of a blade in the hub of a wind turbine according to the present invention.
  • Figures 4b and 4a show, respectively, the distribution of forces in the bearing with and without the stiffening plate according to the present invention.
  • a known arrangement of mounting the blades in the hub 5 of a wind turbine that has a variable pitch regulation system with linear actuators for each blade uses a bearing 11 between the root 13 of each blade and the corresponding connection 15 of the hub comprising a outer ring 23 attached to the connection 15 of the bushing, an inner ring 25 with reinforcing plates 30, 31 of thickness T2 and T3 to minimize its deflection and upper and lower rows 27, 28 of rolling bodies.
  • a stiffening plate 33 of thickness T1 is attached to the outer ring 23 on the upper surface 29, opposite to the lower surface 37 that is attached to the connection 15 of the bushing.
  • the bearing 11 works under tension and the outer ring 23 tends to suffer a great deflection and consequently a poor load distribution.
  • the stiffening plate 33 arranged in a plane perpendicular to the axis of the blade in a preferred embodiment of this invention, reinforces the surface upper 29 of the outer ring 23 and improves the load distribution between the two paths of the rings 27, 28 matching the stiffness of its upper and lower surfaces.
  • the present invention is applicable to both cylinder bearings and ball bearings.
  • the stiffening plate 33 may be attached to the outer ring 23 along its entire perimeter or along a part thereof. In any case, the portion of greater width W must be a portion located on the side of the outer ring 23 facing the wind (arrow 39 in Figure 3). In a preferred embodiment, shown in Figures 2 and 3, the stiffening plate 33 is located on the side of the connection 15 of the wind-oriented bushing (arrow 39 in Figure 3). It is on this side where the tensile forces appear (the moment of hinge in the bearing creates tensile forces on the wind side of the bushing and compression forces on the gondola side of the bushing). The stiffening plate 33 is attached to the outer ring 23 in a sector of approximately 180 °.
  • the width of the stiffening plate 33 is variable along its length in proportion proportional to the traction to be supported.
  • the stiffening plate 33 has the maximum value of its width Wmax along a hypothetical diametral axis of the outer ring 23 parallel to the axis of the rotor and a width W symmetrically decreasing towards both sides of said diametral axis.
  • the stiffening plate 33 is attached to the outer ring 23 along its entire perimeter.
  • the stiffening plate includes a plurality of holes 49 to facilitate its attachment to the upper surface 29 of the outer ring 23 by bolts or similar means.
  • the stiffening plate is made of steel and is dimensioned so as to minimize deflection and improve the distribution of loads in the bearing.
  • the distribution of loads with and without a stiffening plate is illustrated in the graphs (Angle A on the x-axis; Load L on the y-axis) included in Figures 4b and 4a: Traction 64 in the upper row 27, Compression 61 in the row upper 27, Traction 65 in the lower row 28, Compression 63 in the lower row 28.

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Abstract

Rodamiento reforzado de una pala de un aerogenerador perteneciente a una disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador comprendiendo un rodamiento (11) entre Ia raíz (13) de cada pala y Ia correspondiente conexión (15) del buje que tiene un anillo interior (25) y un anillo exterior (23) con una placa rigidizadora (33) unida al menos a una parte del anillo exterior (23), preferiblemente en un plano perpendicular al eje de Ia pala, en el lado opuesto (29) al lado (37) unido a Ia conexión (15) del buje.

Description

RODAMIENTO REFORZADO DE UNA PALA DE UN AEROGENERADOR
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere a un aerogenerador y en particular a una disposición de montaje de las palas en el buje del aerogenerador.
ANTECEDENTES
En Ia técnica conocida las disposiciones de montaje de las palas en el buje de un aerogenerador están basadas generalmente en rodamientos a bolas o de cilindros para Ia transmisión de los momentos flectores y fuerzas axiales involucradas.
Dichos momentos flectores y fuerzas axiales dependen de muchos factores y en particular de las características y dimensiones de las palas, Ia velocidad del viento y el sistema de regulación de paso usado para regular el ángulo de incidencia de las palas.
US 6,799,947 B2 describe un rodamiento de una pala regulable de un rotor de un aerogenerador con un sistema de regulación de paso de tipo axial que comprende un anillo del rodamiento para uno de los elementos cooperantes del rodamiento, alojando este anillo en arrastre de forma dos filas de cuerpos rodantes desplazadas radialmente entre ellas y un anillo de rodamiento para el otro elemento cooperante del rodamiento con forma de U en sección transversal que los rodea, en el que el anillo para Ia pala del rotor que forma el otro elemento cooperante del rodamiento comprende dos anillos de diferentes diámetros que están fijados independientemente uno de otro a Ia pala del rotor. Esta disposición proporciona, por un lado, un rodamiento de cilindros de tres anillos cuyo anillo central está fijado al otro elemento cooperante del rodamiento que, ante Ia presencia de momentos flectores (y fuerzas axiales), recibe de los dos anillos exteriores (o de porciones del anillo envolvente) presiones en direcciones más o menos perpendiculares entre ellas y que por tanto se convierten automáticamente en simétricas, permaneciendo por tanto esas fuerzas respectivamente en Ia región central de los cuadrantes de los caminos de los anillos y, por otro lado, que las fuerzas de Ia pala del rotor se apliquen simultáneamente a los dos anillos (o porciones de anillos) Io que proporciona una carga más uniforme del rodamiento y de Ia raíz de Ia pala del rotor. En aerogeneradores con sistemas de paso variable basados en actuadores lineales como el sistema descrito en EP 1 126 163 A1 los rodamientos de Ia pala son generalmente rodamientos de uno o de dos anillos tal como el ¡lustrado en particular en Ia Figura 1 de dicho documento. El anillo exterior de esos rodamientos puede tener una gran deflexión y por tanto una mala distribución de cargas. Esta invención está orientada a Ia solución de ese inconveniente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de Ia presente invención es proporcionar un rodamiento reforzado de una pala de un aerogenerador.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar un rodamiento reforzado de una pala de un aerogenerador que mejora Ia distribución de carga en los dos anillos del rodamiento. Estos y otros objetos de Ia presente invención se consiguen proporcionando una disposición de montaje de las palas en el buje de un aerogenerador comprendiendo un rodamiento entre Ia raíz de cada pala y Ia correspondiente conexión del buje que tiene un anillo exterior, un anillo interior y una placa rigidizadora unida al menos a una parte del anillo exterior en el lado opuesto al lado unido a Ia conexión del buje.
Preferiblemente, Ia placa rigidizadora está colocada en un plano perpendicular al eje de Ia pala.
Preferiblemente, Ia placa rigidizadora está unida al anillo exterior a Io largo de Ia mitad del anillo exterior orientada hacia el viento. Una ventaja de Ia presente invención es que dicha placa rigidizadora mejora Ia distribución de cargas en los dos caminos de los anillos igualando Ia rigidez de sus superficies superiores e inferiores. Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista en sección lateral del rodamiento reforzado usado en Ia disposición de montaje de una pala en el buje de un aerogenerador según Ia presente invención. La Figura 2 es una vista en planta de una placa rigidizadora usada en el rodamiento reforzado según Ia presente invención.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de Ia disposición de montaje de una pala en el buje de un aerogenerador según Ia presente invención.
Las Figuras 4b y 4a muestran, respectivamente, Ia distribución de fuerzas en el rodamiento con y sin Ia placa rigidizadora según Ia presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
Una disposición conocida de montaje de las palas en el buje 5 de un aerogenerador que tiene un sistema de regulación de paso variable con actuadores lineales para cada pala usa un rodamiento 11 entre Ia raíz 13 de cada pala y Ia correspondiente conexión 15 del buje comprendiendo un anillo exterior 23 unido a Ia conexión 15 del buje, un anillo interior 25 con placas de refuerzo 30, 31 de espesor T2 y T3 para minimizar su deflexión y filas superior e inferior 27, 28 de cuerpos rodantes.
Según Ia invención, una placa rigidizadora 33 de espesor T1 se une al anillo exterior 23 en Ia superficie superior 29, opuesta a Ia superficie inferior 37 que está unida a Ia conexión 15 del buje. En Ia superficie superior 29, el rodamiento 11 trabaja a tracción y el anillo exterior 23 tiende a sufrir una gran deflexión y consiguiente una mala distribución de cargas.
La placa rigidizadora 33, dispuesta en un plano perpendicular al eje de Ia pala en una realización preferente de esta invención, refuerza Ia superficie superior 29 del anillo exterior 23 y mejora la distribución de carga entre los dos caminos de los anillos 27, 28 igualando Ia rigidez de sus superficies superior e inferior.
La presente invención es aplicable tanto a rodamientos de cilindros como a rodamientos a bolas.
La placa rigidizadora 33 puede estar unida al anillo exterior 23 a Io largo de su perímetro completo o a largo de una parte de él. En cualquier caso, Ia porción de mayor anchura W debe ser una porción situada en el lado del anillo exterior 23 orientado hacia el viento (flecha 39 en Ia Figura 3). En una realización preferente, mostrada en las Figuras 2 y 3, Ia placa rigidizadora 33 está situada en el lado de Ia conexión 15 del buje orientado hacia el viento (flecha 39 en Ia Figura 3). Es en este lado donde aparecen las fuerzas de tracción (el momento de charnela en el rodamiento crea fuerzas de tracción en el lado del viento del buje y fuerzas de compresión en el lado de Ia góndola del buje). La placa rigidizadora 33 está unida al anillo exterior 23 en un sector de, aproximadamente, 180°.
La anchura de Ia placa rigidizadora 33 es variable a Io largo de su longitud en relación proporcional a Ia tracción a ser soportada. En una realización preferente, mostrada en Ia Figura 2, Ia placa rigidizadora 33 tiene el valor máximo de su anchura Wmax a Io largo de un hipotético eje diametral del anillo exterior 23 paralelo al eje del rotor y una anchura W simétricamente decreciente hacia ambos lados de dicho eje diametral.
En una realización preferente, especialmente desde un punto de vista constructivo, Ia placa rigidizadora 33 está unida al anillo exterior 23 a Io largo de su perímetro completo.
En una realización preferente, Ia placa rigidizadora incluye una pluralidad de orificios 49 para facilitar su unión a Ia superficie superior 29 del anillo exterior 23 mediante pernos o medios similares.
En una realización preferente, Ia placa rigidizadora está hecha de acero y se dimensiona de manera que minimice Ia deflexión y mejore Ia distribución de cargas en el rodamiento. La distribución de cargas con y sin placa rigidizadora se ilustra en los gráficos (Ángulo A en el eje x; Carga L en el eje y) incluidos en las Figuras 4b y 4a: Tracción 64 en Ia fila superior 27, Compresión 61 en Ia fila superior 27, Tracción 65 en Ia fila inferior 28, Compresión 63 en Ia fila inferior 28.
Aunque Ia presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador comprendiendo un rodamiento (11) entre Ia raíz (13) de cada pala y Ia correspondiente conexión (15) del buje que tiene un anillo exterior (23) y un anillo interior (25), caracterizada porque también comprende una placa rigidizadora (33) unida al menos a una parte del anillo exterior (23) en el lado opuesto (29) al lado (37) unido a Ia conexión (15) del buje.
2. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque dicha placa rigidizadora (33) está colocada en un plano perpendicular al eje de Ia pala.
3. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque Ia placa rigidizadora (33) está unida al anillo exterior (23) a Io largo del perímetro de Ia mitad del anillo exterior (23) orientada hacia el viento.
4. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según Ia reivindicación 3, caracterizada porque Ia anchura W de
Ia placa rigidizadora (33) es variable a Io largo de su longitud.
5. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según Ia reivindicación 4, caracterizada porque Ia placa rigidizadora (33) tiene el máximo valor de su anchura Wmax a Io largo de un hipotético eje diametral del anillo exterior (23) paralelo al eje del rotor y una anchura VV decreciente simétricamente hacia ambos lados de dicho eje diametral.
6. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque Ia placa rigidizadora (33) está unida al anillo exterior (23) a Io largo de su perímetro completo.
7. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según Ia reivindicación 6, caracterizada porque porción de Ia placa rigidizadora (33) de mayor anchura W es una porción situada en Ia mitad del anillo exterior (23) orientada hacia el viento.
8. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizada porque Ia placa rigidizadora (33) incluye una pluralidad de orificios (49) para pernos para su unión al anillo exterior (23).
9. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque el rodamiento (11) entre Ia raíz (13) de cada pala y Ia correspondiente conexión (15) del buje es un rodamiento de cilindros.
10. Disposición de montaje de las palas en el buje (5) de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizada porque el rodamiento (11) entre la raíz (13) de cada pala y Ia correspondiente conexión (15) del buje es un rodamiento a bolas.
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