ES2235741T3 - Instalacion de energia eolica con grua de a bordo movil. - Google Patents

Instalacion de energia eolica con grua de a bordo movil.

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ES2235741T3 ES00125085T ES00125085T ES2235741T3 ES 2235741 T3 ES2235741 T3 ES 2235741T3 ES 00125085 T ES00125085 T ES 00125085T ES 00125085 T ES00125085 T ES 00125085T ES 2235741 T3 ES2235741 T3 ES 2235741T3
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Abstract

Instalación de energía eólica con - una torre (14), - una carcasa de la máquina (18) giratoria alrededor de un eje vertical (20) en la torre (14) para el alojamiento de al menos un árbol (28) con al menos un apoyo para el árbol (27), una transmisión (32) y un generador (36), que están unidos mecánicamente uno debajo de otro, presentando la carcasa de la máquina (18) una parte de carcasa (24) distanciada de la torre (14) radialmente, - un rotor (29) con un cubo (30) unido con el árbol (28) y con al menos una pala de rotor (31) distanciada de este y - una grúa de a bordo (52, 52¿) dispuesta en la carcasa de la máquina (18) con un chasis (53) y un órgano de suspensión de carga (62), estando conformada la grúa de a bordo (52, 52¿) como una grúa de pórtico basculante con brazos basculables alrededor de un eje horizontal (54), caracterizada, - porque el chasis (53) de la grúa de a bordo (52, 52¿) se puede bascular para colgar tanto el generador (36) como también la transmisión (32) en el órganode suspensión de carga (62) en la carcasa de la máquina (18), - porque en la pared del fondo (48) de la parte de la carcasa de la máquina (24) distanciada radialmente de la torre (14) está conformada una abertura (50) y - porque la abertura (50) en la pared del fondo (48) está dimensionada de tal manera que se puede mover a través de ésta tanto el generador (36) como la transmisión (32) por medio de la grúa de a bordo (52, 52'').

Description

Instalación de energía eólica con grúa de a bordo móvil.
La invención se refiere a una instalación de energía eólica así como a un procedimiento para la sustitución de componentes principales de la carcasa de la máquina de una instalación de energía eólica por medio de medios de a bordo.
Para el montaje de una instalación de energía eólica se necesitan o bien grandes grúas, para elevar la carcasa de la máquina (también llamada góndola) como una unidad (peso hasta 100 t en las góndolas actuales), o bien los componentes principales de la carcasa de la máquina se elevan individualmente a la torre. Los componentes principales son principalmente un rotor, que se compone de un cubo del rotor con al menos una pala de rotor, el árbol principal con un alojamiento para árboles, el generador y la transmisión conectada entre el árbol y el generador. Estos componentes principales forman la cadena cinemática de la instalación de energía eólica. Como en el montaje, se necesita una grúa para la sustitución de uno de estos componentes principales, así como para el montaje y la sustitución del rotor.
Este problema se agudiza en el momento en el que el peso de la góndola llega a los límites de la capacidad de la grúa o los sobrepasa o se ponen en marcha instalaciones de energía eólica en países poco industrializados, en los que, por ejemplo, las grúas móviles no están disponibles sin más. Aquí se ofrece proveer la instalación de energía eólica con un sistema de grúas de a bordo, como se describe en el documento AT-PS 401674. Además hay que tener en cuenta que los sistemas de grúas de a bordo para los conceptos de las instalaciones de energía eólica muy extendidos actualmente son inapropiados o muy estables y con ello tienen que ser conformados de forma muy pesada, para poder hacer descender y elevar los componentes individuales en la grúa en voladizo de la
carcasa.
En los documentos DE 19647515A1 y DE 19741988A1 se describen procedimientos para la construcción de una instalación de energía eólica, en los que para la construcción de la torre mediante la superposición de segmentos individuales de torre se usa una grúa que se puede guiar hacia arriba a lo largo de aquélla, que finalmente también transporta la carcasa de la máquina y sus componentes principales hacia la punta de la torre. Del documento DE 2823525A1 se conoce finalmente elevar la carcasa de la máquina por medio de cables que, partiendo de un cabrestante dispuesto en el fondo de la torre, a través de poleas de inversión en el extremo superior de la torre, están guiadas hacia abajo.
Se ha presentado al público por primera vez por parte del solicitante en la feria "Substain '99 - Feria mundial de energías sostenibles" (25 a 27 de mayo de 1999) un concepto, en el que el generador por medio de un sistema de grúas de a bordo, simplemente desplegable desde la góndola verticalmente hacia arriba, mediante una abertura en la pared del fondo de la carcasa de la máquina se hace descender desde ésta o se transporta hacia el interior de ésta. Con este concepto existe aún el problema de que en caso de una avería de la transmisión, la transmisión se tenga además que sacar hacia arriba fuera de la carcasa de la máquina por medio de una grúa externa o se tenga que hacer descender desde arriba hacia la carcasa de la máquina.
En el documento EP-A-1101936, en el que se trata de un documento según el artículo 54 (3) del CPE, se describe una instalación de energía eólica, cuya góndola presenta un bastidor de máquina, que en su extremo inferior fuera de la torre está conformado abierto. Sobre el bastidor de la máquina está dispuesto un cabrestante, al estilo de una grúa de pórtico, que se puede desplazar longitudinalmente, con el que se pueden mover los componentes principales de la carcasa de la máquina como, por ejemplo, el generador y la transmisión a través del extremo inferior del bastidor de la máquina.
Además se conoce del documento WO-A-96/
10130 una instalación de energía eólica con un dispositivo de elevación de cargas en la carcasa de la máquina. El dispositivo de elevación de cargas está realizado como grúa basculante y presenta dos brazos que están apoyados de forma que se puedan bascular alrededor de un eje horizontal. Los componentes principales de la carcasa de la máquina, como por ejemplo el generador, no se dejan llevar con el dispositivo de elevación de cargas hacia la carcasa de la máquina o desde ésta. Estos componentes se tienen que mover pasándolos al lado de la carcasa de la máquina, para llevarlos hacia dentro de la carcasa o hacia fuera de ésta. Además presenta esta conocida instalación de energía eólica en el fondo de la carcasa de la máquina un agujero alineado con la torre, a través del que se pueden transportar las partes pequeñas con ayuda de una grúa con un brazo basculable alrededor de un eje vertical.
La invención tiene el objetivo de crear una instalación de energía eólica que manteniendo un concepto acreditado de máquina esté construida de tal manera que los componentes individuales de a bordo de la carcasa de la máquina se puedan sustituir o montar de manera sencilla por medio de un sistema de a bordo de grúas.
Para la consecución de este objetivo se propone con la invención una instalación de energía eólica según la reivindicación 1.
Como es normal en una instalación de energía eólica, en o al lado de una carcasa de máquina dispuesta sobre una torre se encuentran un árbol con al menos un apoyo para árboles, una transmisión, un generador y un rotor. Estos componentes (en lo sucesivo, se designan también como componentes principales) forman la cadena cinemática de la instalación de energía eólica y están dispuestos unidos mecánicamente uno al lado de otro y uno debajo de otro a lo largo de un eje de la carcasa de la máquina. Mientras que el árbol sobresale por un lado de la carcasa de la máquina, la transmisión se encuentra dentro de la carcasa de la máquina básicamente en la prolongación de la torre, mientras que el generador está alojado en una parte de la carcasa de la máquina distanciada radialmente de la torre. En el árbol está fijado el rotor con un cubo del que se distancia radialmente al menos una pala del rotor. Debajo del generador se encuentra una abertura en la pared del fondo de la carcasa de la máquina. Además se encuentra en la carcasa de la máquina de la instalación de energía eólica según la invención un sistema de a bordo de grúas que está conformado según la invención como un sistema de grúa de pórtico basculable.
Conforme a la invención, la abertura en la pared del fondo de la carcasa de la máquina está dimensionada de tal manera que se puede transportar a través de ella tanto el generador como también la transmisión, con un generador que no está presente, o sea con un generador todavía no montado o ya desmontado o desplazado de la abertura. Para este fin se puede maniobrar la grúa de a bordo de tal manera que, dado el caso después de hacer descender o desplazar el generador, se pueda mover la transmisión dentro de la carcasa hasta la altura de la abertura de la pared del fondo y entonces se pueda hacer descender a través de la abertura de la pared. El proceso inverso tiene lugar entonces a la hora de la instalación de la transmisión.
Con la invención se propone, por tanto, usar la abertura en la pared del fondo de la carcasa de la máquina para la transmisión y no sólo para el montaje, la instalación y la desinstalación del generador, sino también para la transmisión.
Para que el volumen de la carcasa de la máquina se mantenga relativamente pequeño, a pesar de alojar un sistema de grúas de a bordo propio, está previsto conforme a una variante ventajosa de la invención, prever en el lado superior de la carcasa de la máquina una abertura que se puede abrir y cerrar con una o varias tapas abatibles. Aún es más ventajoso cuando por medio de las correspondientes construcciones de tapa abatible o de cubierta se puede abrir toda la mitad superior de la carcasa de la máquina. La grúa de a bordo, desde una posición de estacionamiento en la que está cerrada o de otra manera presenta sólo una altura constructiva mínima, se puede entonces levantar a una posición de trabajo en la que sobresalga fuera de la carcasa de la máquina a través de la abertura. Sin embargo, una grúa de a bordo en voladizo lateral hacia el lado y/o hacia atrás desde la carcasa de la máquina no está prevista según la invención, ya que el generador y la transmisión se hacen descender a través de la abertura de la pared del fondo desde la carcasa de la máquina o se elevan hacia ésta.
La carcasa de la máquina de la instalación de energía eólica conforme a la invención está provista además de una ventanilla de grúa dispuesta al lado del generador, a través de la que se puede mover el chasis de la grúa o al menos el cable hasta fuera de la carcasa de la máquina. Con esto se pueden hacer descender hacia abajo o elevar hacia arriba todos los grupos auxiliares de la carcasa de la máquina como, por ejemplo, radiadores, bombas de aceite, propulsores acimutales, etc. Para evitar que los componentes golpeen en la torre al hacerlos descender por turbulencias de viento, se guiarán estos componentes convenientemente mediante dispositivos adecuados, como por ejemplo un cable tensado de acero o un carril de guía montado fuera al lado de la torre.
El propulsor del órgano de tracción, tratándose en particular de un cable, puede estar alojado en la carcasa de la máquina. Para no tener que poner a disposición espacio alguno en la carcasa de la máquina, sin embargo, para esto en la carcasa de la máquina, es conveniente disponer de un cabrestante de cable o un propulsor de órgano de tracción de carga de este tipo en el basamento o en el extremo inferior de la torre para guiar entonces el cable a través de la torre o por fuera al lado de la torre hasta arriba a la carcasa de la máquina. El cabrestante se monta entonces para la duración de la actividad de montaje (ahorro de costes).
Mediante la grúa de a bordo, basculable a través de toda la longitud de la carcasa (observada en la dirección axial de la cadena cinemática), de la instalación de energía eólica según la invención es además posible hacer descender o elevar hacia la carcasa de la máquina con esta grúa también el árbol y el apoyo para el árbol principal. Las dos cosas pueden tener lugar tanto a través de la abertura de la pared del fondo, como a través del lado delantero de la carcasa de la máquina (allí donde está dispuesto el rotor). El caso mencionado en último lugar hace necesario que la grúa de a bordo se pueda desplazar o se pueda bascular de tal manera que esté en voladizo a través del lado delantero de la carcasa. Esto además tiene la ventaja de que la grúa de a bordo ahora también se puede usar para el montaje y la sustitución del rotor. El montaje del rotor puede tener lugar concretamente de manera que primero se eleve el cubo y se fije en el árbol para después elevar la al menos una pala de rotor o todas las palas de rotor individualmente y fijarlas al cubo. Los mismos pasos de procedimiento tiene lugar a la inversa durante la retirada del rotor. Siempre que no esté instalado un rotor en el árbol, se puede hacer descender y elevar éste con el sistema de grúa en voladizo a través del lado delantero dado el caso después de retirar previamente el apoyo principal o conjuntamente con éste.
Además es conveniente emplear la grúa en caso de un rotor montado para elevar o hacer descender las piezas del cubo montadas ulteriormente (por ejemplo, el sistema de regulación de la pala del rotor).
A continuación, se explica en detalle un ejemplo de realización de la invención a partir del dibujo. En las figuras individuales 1 a 6 se representa esquemáticamente la estructura de la carcasa de la máquina y los pasos individuales del procedimiento para la sustitución de los componentes principales de la carcasa de la máquina y del rotor. Además hay que tener en cuenta que los pasos del procedimiento se desarrollan en orden inverso durante el montaje y durante la instalación de los componentes principales y/o del rotor. Las figuras 7 a 9 muestran otras alternativas de construcciones de instalaciones de energía eólica y del montaje así como desmontaje del rotor.
En la Fig. 1 se representa esquemáticamente la estructura principal de una instalación de energía eólica 10 conforme a un ejemplo preferido de realización. Sobre un basamento 12 se encuentra la torre 14, en cuyo extremo superior está apoyada una carcasa de la máquina 18 de forma giratoria alrededor de un eje de giro 20 vertical. La carcasa de la máquina 18 presenta una extensión longitudinal 22 orientada transversalmente al eje vertical 20 y se distancia con su parte de carcasa 24 radialmente de la torre 14. En el extremo delantero 26 de la carcasa de la máquina 18 se encuentra en ésta el apoyo principal 27 para el eje 28, en el que está fijado el rotor 29. El rotor 29 presenta un cubo 30 con una, dos o tres palas de rotor 31 por regla general. El árbol 28 está unido mecánicamente con una transmisión 32, que está unida a través de un árbol 34 de recorrido rápido con un generador 36. Opcionalmente se encuentran en la carcasa de la máquina 18 un transformador 38 así como diversos armarios de distribución 40.
El generador 36 está sobre los pies 42, bajo los que están dispuestas dos traviesas transversales 44 que se extienden transversalmente a la extensión longitudinal 22. Las traviesas transversales 44 están fijadas desde abajo a dos travesaños longitudinales 46 de la carcasa de la máquina 18 distanciados entre sí y que se extienden por la extensión longitudinal 22, Debajo de las traviesas transversales 44 y de los soportes longitudinales 46 se encuentra en la pared del suelo 48 de la carcasa de la máquina 18 una abertura en el fondo 50 que está dimensionada de tal manera que el generador 36 se puede mover a través de está abertura hacia dentro de la carcasa de la máquina 18 o hacia fuera de la carcasa de la máquina 18.
Alternativamente al alojamiento del generador sobre los travesaños transversales puede también estar sujetado con bridas directamente a la transmisión 32.
El transporte del generador 36 hacia fuera de la carcasa de la máquina 18 o hacia su interior tiene lugar por medio de una grúa 52 de a bordo conformada como grúa de pórtico basculante, que presenta un chasis 53 con dos brazos de grúa 54 basculables. En la Fig. 1 está representada la grúa de a bordo 52 en su posición de estacionamiento en la que está completamente alojada dentro de la carcasa de la máquina 18. En 56 están en la Fig. 1 los ejes de bisagra para dos tapas abatibles 58 de la carcasa de la máquina que están dispuestos simétricamente respecto a la extensión longitudinal 22. Mediante la apertura de estas tapas abatibles 58 está abierta la carcasa de la máquina 18 hacia arriba, de manera que ahora se puede levantar la grúa de pórtico basculante 52 (véase Fig. 2). Abajo en el basamento 12 de la torre 14 se puede montar un cabrestante de cable 60 desde el que un cable 62 dentro de la torre o fuera al lado de la torre 14 discurre pasando hasta la carcasa de la máquina 18 y desde allí a través de una polea de inversión 64 hasta el extremo superior 66 de los brazos de la grúa 54. Para hacer descender el generador 36 se bascula la grúa de pórtico basculante 52 de tal manera que los extremos superiores 66 de sus brazos 54 estén dispuestos por encima del generador 36. Ahora se puede hacer descender o elevar el generador 36 a través de la abertura del fondo 50.
El montaje o la sustitución de la transmisión 32 puede entonces tener lugar cuando el generador 36 no se encuentra en la carcasa de la máquina 18 o cuando se mueve hacia el lado o hacia atrás de la abertura del fondo 50 hacia una posición intermedia o se encuentra en su posición de funcionamiento fuera de la abertura del fondo. La abertura 50 en la pared del suelo 48 se mide concretamente de tal manera que la transmisión 32 que, por norma general, presenta mayores dimensiones transversalmente a la extensión longitudinal 22 de la carcasa, se puede transportar asimismo a través de esta abertura 50. El transporte de la transmisión 32 dentro de la carcasa de la máquina 18 tiene lugar aquí mediante la basculación correspondiente de los brazos de la grúa 54. Dependiendo de la realización del alojamiento del árbol 28 (concretamente con la inclusión de la transmisión como segundo punto de apoyo, el llamado alojamiento de tres puntos) puede ser necesario que el árbol se fije por medio de un dispositivo de sujeción del árbol 70, antes de que se pueda desmontar la transmisión 32.
En las figuras 2 y 3 están representadas trincaduras 68, por ejemplo aparejos de cadena para cargas pesadas, con los que la grúa de pórtico basculante 52 se puede inmovilizar por un lado a la carcasa de la máquina 18 y por el otro lado al cubo 30 del rotor 29. La grúa de pórtico basculante 52 puede disponer en lugar de estas trincaduras o adicionalmente a estas trincaduras de unidades de estemple hidráulico o de cilindro, con las que se pueden bascular los brazos de la grúa 54.
Mediante la basculación de los brazos de la grúa 54 en la dirección del extremo delantero 26 de la carcasa 18, hasta que los extremos 66 de los brazos de grúa 54 sobresalen a través del rotor, se puede emplear la grúa de pórtico basculante 52 también para el montaje así como el desmontaje del rotor 29. En la representación conforme a la Fig. 4 se retira en primer lugar cada una de las palas del rotor 31, desmontándose o montándose cada vez aquella pala de rotor 31 que está colocada o que hay que colocar en el cubo 30 señalando verticalmente hacia abajo (véase Fig. 5). Después de que esto ha tenido lugar, se puede hacer descender el apoyo del árbol principal 27 dado el caso con el árbol principal 28 por medio de la grúa de pórtico basculante 52. Con ello, por tanto, el último componente principal de la carcasa de la máquina 18 se hace descender o se eleva asimismo con ayuda de la grúa de pórtico basculante 52.
En la instalación de energía eólica 10 conforme a la invención se pueden montar o desmontar todos los componentes que se encuentran en la altura mediante medios de a bordo. Esto representa una ventaja absolutamente decisiva, cuando se quiere estructurar la instalación de energía eólica en lugares en los que no están disponibles sin más grúas externas. Aquí sea mencionado también el campo de aplicación de las instalaciones en alta mar, en las que hasta ahora se trabaja con grúas de barco teniendo que compensar los movimientos del cuerpo del barco para poder montar o desmontar los componentes principales.
En la Fig. 7 se muestra esquemáticamente una construcción alternativa de una instalación de energía eólica 10' con un rotor de dos palas. En tanto que las partes de la instalación de energía eólica 10' mostradas en la Fig. 7 sean iguales o se correspondan funcionalmente a las figuras 1 a 6, estarán provistas con el mismo número de referencia.
En la Fig. 7 la estructura de la carcasa de la máquina 18 está seleccionada de manera que la abertura del fondo 50 bien no está cubierto por el generador 36 en su posición de funcionamiento o bien sólo parcialmente. En el caso mencionado en primer lugar el generador 36 puede permanecer en su posición de funcionamiento fuera de la abertura del fondo 50, si la transmisión 32 tiene que ser sustituida. En el caso mencionado en segundo lugar es necesario desplazar el generador 36 desde su posición de funcionamiento, en la que cubre la abertura del fondo 50 parcialmente, hacia una posición intermedia dentro de la carcasa de la máquina 18, de manera que entonces quede libre la abertura del fondo 50 para sustituir la transmisión 32.
La Fig. 7 muestra una carcasa de la máquina 18 con un sistema de grúa realizado como grúa de pórtico 52' que presenta sobre el chasis 53 un carro de grúa 55. Para poder trabajar también delante del rotor 29 en un sistema de grúa de pórtico de este tipo presenta el chasis 53 dos brazos basculantes 54 que están apoyados de forma que se puedan bascular en el chasis 53. Los brazos 54 basculables pueden también alternativamente estar conformados como carriles telescópicos desde el chasis 53, sobre los que entonces se puede desplazar el carro de grúa 55 hasta la parte superior y delantera del rotor 29.
Dependiendo del peso y tamaño del rotor 29 se puede motar o desmontar éste bien como unidad en una posición horizontal (véase Fig. 8) o en partes individuales en una posición vertical (véase la Fig. 9). En el caso mencionado en último lugar es necesario que la grúa de pórtico 52' esté bifurcada en su extremo delantero basculante hasta la parte superior y delantera del rotor 29, de manera que los dos brazos basculantes 54 estén dispuestos a los dos lados de la pala del rotor 31 que está en alto.

Claims (5)

1. Instalación de energía eólica con
-
una torre (14),
-
una carcasa de la máquina (18) giratoria alrededor de un eje vertical (20) en la torre (14) para el alojamiento de al menos un árbol (28) con al menos un apoyo para el árbol (27), una transmisión (32) y un generador (36), que están unidos mecánicamente uno debajo de otro, presentando la carcasa de la máquina (18) una parte de carcasa (24) distanciada de la torre (14) radialmente,
-
un rotor (29) con un cubo (30) unido con el árbol (28) y con al menos una pala de rotor (31) distanciada de este y
-
una grúa de a bordo (52, 52') dispuesta en la carcasa de la máquina (18) con un chasis (53) y un órgano de suspensión de carga (62), estando conformada la grúa de a bordo (52, 52') como una grúa de pórtico basculante con brazos basculables alrededor de un eje horizontal (54),
caracterizada,
-
porque el chasis (53) de la grúa de a bordo (52, 52') se puede bascular para colgar tanto el generador (36) como también la transmisión (32) en el órgano de suspensión de carga (62) en la carcasa de la máquina (18),
-
porque en la pared del fondo (48) de la parte de la carcasa de la máquina (24) distanciada radialmente de la torre (14) está conformada una abertura (50) y
-
porque la abertura (50) en la pared del fondo (48) está dimensionada de tal manera que se puede mover a través de ésta tanto el generador (36) como la transmisión (32) por medio de la grúa de a bordo (52, 52').
2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque la parte superior de la carcasa de la máquina (18) se puede retirar al menos por zonas y/o se puede abrir o cerrar de forma abatible.
3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el chasis (53) de la grúa de a bordo (52, 52') está dispuesto en la carcasa de la máquina (18) de forma móvil de tal manera que en el órgano de suspensión de carga (62) se pueda enganchar y mover tanto el al menos un apoyo de árbol (27) como también el árbol (28).
4. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el chasis (53) de la grúa de a bordo (52, 52') está dispuesto en la carcasa de la máquina (18) de forma móvil de tal manera que en el órgano de suspensión de carga (62) se pueda enganchar tanto una pala de rotor (31) como también el cubo (30), con o sin la al menos una pala de rotor (31).
5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque para elevar y descender el órgano de suspensión de carga (62) está previsto un cabrestante (60) que se puede colocar al pie de la torre (14) y porque el órgano de suspensión de carga (62) desde el cabrestante (60), en o al lado de la torre (14), se extiende hasta la carcasa de la máquina (18).
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