ES2309982T3 - Gondola de turbina de viento con grua integral de servicio para acceder a los componentes de la turbina. - Google Patents
Gondola de turbina de viento con grua integral de servicio para acceder a los componentes de la turbina. Download PDFInfo
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Abstract
Una grúa de servicio para una turbina de viento, que comprende: - una viga principal móvil (128) de la grúa que tiene una pista (154) para guiar un carro (156); - un primer bastidor (146) que comprende una articulación a modo de bisagra (144) localizada en un centro de rotación (148), en la que la viga (128) de la grúa está conectada a la articulación a modo de bisagra (144) de manera que una porción de la viga (128) de la grúa se extienda más allá del centro de rotación (148), caracterizada porque una viga estacionaria (124) la cual está conectada con un extremo distal de la viga (128) de la grúa, de manera que la viga (128) de la grúa pueda desplazarse lateralmente a lo largo de la viga estacionaria (124).
Description
Góndola de turbina de viento con grúa integral
de servicio para acceder a los componentes de la turbina.
Esta invención se refiere a unas turbinas de
viento (aeroturbinas) alojadas en una góndola situada encima de una
torre elevada y, más particularmente, a una grúa integrada de
servicio para acceder a los componentes de la turbina encima de
unas torres elevadas.
Los costos de la electricidad generada por el
viento han ido cayendo debido a las innovaciones tecnológicas y a
las economías de escala. Ahora, el tamaño medio de la turbina es de
aproximadamente 1,5 MW teniendo el rotor un diámetro que oscila
entre 70 hasta 85 m. Esta clase de turbinas tiene una góndola cuyo
peso medio es de 50 toneladas (los generadores, la caja de
engranajes y el alojamiento de la góndola) y rotor que pesa
aproximadamente unas 35 toneladas. Para mejorar el rendimiento
económico de las turbinas de viento, los fabricantes han diseñado
unas torres más elevadas para sacar partido de la mayor energía del
viento a niveles más elevados por encima del suelo. Los fabricantes
están confiando incrementalmente en unos diseños de torres de 80 y
100 m, en vez de las torres más cortas que se usaban anteriormente.
Los costos de bajar y subir estos pesos desde/hasta la parte
superior de unas torres elevadas con base en el suelo para efectuar
su mantenimiento pueden ser prohibitivos, principalmente debido al
alcance de las grúas convencionales, las cuales requieren unas grúas
con una capacidad mucho mayor que el peso actual que se eleva. Esto
se debe al momento de flexión que resulta del alcance de las grúas
convencionales. Una grúa de servicio de acuerdo con el preámbulo de
la Reivindicación 1 se revela en el documento JP 2005201128.
La patente U.S. 6.955.025 revela un
procedimiento para elevar una torre de una turbina de viento, en la
que la góndola y los generadores de la turbina alojados en la
góndola son elevados conjuntamente, de manera que una vez que se
eleve la torre y que la góndola esté situada en la parte superior de
la torre, es posible entonces, usando el procedimiento descrito en
la misma, hacer que la torre y la góndola desciendan para sustituir
la góndola y la turbina. No obstante, para realizar un
mantenimiento rutinario o una sustitución de uno solo de los
componentes, tal como un generador, no resultará nada económico
hacer que descienda toda la góndola. Solamente deberá bajarse el
componente defectuoso.
En el procedimiento convencional de la técnica
anterior, usando una grúa típica a nivel del suelo, un tren de
engranajes conductores (tren de grúa) o un componente del mismo se
elevará hacia arriba y sobre la parte superior de una góndola
localizada en la parte superior de una torre alta. Luego se hará
descender el tren de engranajes conductores o el componente a
través de una compuerta escotilla localizada en la parte superior
de la góndola. Se usará el procedimiento inverso para retirar y
bajar los componentes para efectuar su mantenimiento. Un tren de
engranajes conductores elevador de 50 toneladas requeriría una grúa
de unas 400 a 600 toneladas. Se requiere esta mayor capacidad
debido al alto momento de flexión que está asociado con el alcance
de la grúa.
Actualmente, las turbinas de viento requieren
que una grúa o un aparato especial sean llevados hasta el
emplazamiento de la turbina de viento para acceder a los
componentes a través de la retirada de la parte superior de la
góndola, a fin de retirar los componentes fuera de la parte superior
de la góndola y luego bajarlos hasta el suelo para efectuar su
reparación o sustitución. Esto añade unos costos sustanciales para
la actividad de reparación y sustitución de los componentes que
conduce a un incremento de los costos de la energía.
Sería deseable proporcionar un aparato que
facilitara la reparación y sustitución de los componentes de la
turbina de viento y que redujese los costos de dicha reparación y
sustitución.
Brevemente, la invención está relacionada con
una grúa de servicio para una turbina de viento para elevar los
componentes pesados de la turbina sobre la parte superior de una
torre muy elevada (de 80 a 100 m.).
La grúa de servicio para una turbina de viento
comprende una viga principal, móvil de la grúa que tiene una pista
para guiar un carro, un primer bastidor que comprende una
articulación a modo de bisagra localizada en un centro de rotación,
en la que la viga de la grúa está conectada a la articulación a modo
de bisagra de manera que una porción de la viga de la grúa se
extienda más allá del centro de rotación, una viga estacionaria la
cual está conectada a un extremo distal de la viga de la grúa, de
manera que la viga de la grúa pueda desplazarse lateralmente a lo
largo de la viga estacionaria.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, la grúa de servicio comprende una viga principal de la
grúa que tiene una pista sobre la cual se puede desplazar un carro.
Está provista una articulación a modo de bisagra en un centro de
rotación cerca de un extremo proximal de la viga principal, de
manera que una porción posterior de la viga se extienda más allá
del centro de rotación hasta la parte exterior de la turbina,
estando la articulación a modo de bisagra soportada por un bastidor
posterior que está fijado al suelo de la góndola y conectado a la
viga principal.
Un extremo distal de la viga principal descansa
sobre una viga frontal, la cual está soportada por un bastidor
frontal fijado al suelo de la góndola. Un accionador de
desplazamiento lateral que está conectado funcionalmente a la viga
principal, desplaza la viga principal hacia delante y hacia atrás a
lo largo de la viga frontal. El carro incluye un accionador de
desplazamiento longitudinal de manera que el carro se desplace
hacia delante y hacia atrás a lo largo de la viga principal.
En funcionamiento, el carro se desplaza hasta el
interior de la turbina en donde un componente de la turbina está
fijado a un gancho que se baja mediante un cable del carro. El carro
con el componente enganchado se desplaza hasta la porción posterior
de la viga principal, la cual se extiende más allá de la turbina.
Luego se bajará el gancho hasta el suelo de manera que se pueda
realizar una operación de mantenimiento al componente, o
sustituirlo.
La grúa de servicio a bordo comprende una
estructura de la grúa de servicio que soporta el alojamiento y
proporciona acceso desde el alojamiento hasta la parte exterior de
la góndola, desde el nivel de servicio a través de una compuerta
del alojamiento.
La grúa de servicio permite realizar las
operaciones de mantenimiento al extremo superior de una torre de la
turbina de viento sin necesidad de tener que desplazar una grúa de
gran capacidad.
La capacidad de la grúa de servicio es
comparable con los pesos que van ser elevados. La invención tiene la
ventaja de que debido a que la grúa es una parte integral de la
góndola evita la necesidad de disponer de una grúa a nivel del
suelo o de un aparato especial en el emplazamiento de la turbina de
viento para acceder a los componentes a través de la retirada de la
parte superior de la góndola, a fin de retirar los componentes y
bajarlos hasta el suelo para su reparación o sustitución.
La invención tiene la ventaja de hacer que los
costos de la energía ecológica desciendan, reduciendo los costos de
mantenimiento y de reparación de las turbinas de viento.
La invención se describirá más detalladamente
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la Figura 1 es una vista en perspectiva de una
grúa comprendida dentro de una góndola, para elevar los componentes
de la turbina hasta la góndola localizada en la parte superior de
una torre;
- la Figura 2 es una vista frontal en alzado de
la góndola mostrada en la Figura 1;
- la Figura 3 es una vista lateral del punto de
acceso de la góndola mostrada en la Figura 1; y
- la Figura 4 es un dibujo en perspectiva que
muestra la base de la góndola con la grúa en la misma.
Refiriéndonos a la Figura 1, la cual es una
vista en perspectiva de una grúa comprendida dentro de una góndola
para elevar los componentes de una turbina hasta la góndola
localizada sobre la parte superior de una torre. Una grúa de
servicio a bordo con una capacidad de 2 toneladas está instalada en
la parte posterior de la góndola. Una compuerta articulada a
bisagra o desenrollable localizada en la parte posterior de la
góndola, permite que puedan bajarse los componentes y que las
herramientas de mantenimiento y otros materiales puedan elevarse
desde el suelo. Esta grúa permite realizar el mantenimiento de los
frenos, de los motores de derrape, de los generadores, de los
cartuchos de la caja de engranajes de piñón y otros componentes.
Evitando la necesidad de solicitar incluso una grúa de servicio
pequeña, se cuenta con la posibilidad de que el uso de esta grúa de
servicio a bordo produzca un beneficio positivo, ya sea en los
costos de mantenimiento programados o no programados.
Refiriéndonos a la Figura 2, la cual es una
vista frontal en alzado de la góndola mostrada en la Figura 1 y a
la Figura 3, la cual es una vista lateral del punto de acceso de la
góndola mostrada en la Figura 1. La estructura de la grúa de
servicio soporta las superficies laterales y superiores de la
góndola. Se puede acceder a los componentes de la turbina de viento
desde el nivel de servicio de la góndola hasta la parte exterior, a
través de una compuerta trasera mostrada en la Figura 1 y en el lado
derecho del dibujo de la Figura 3.
La góndola se ilustra parcialmente en la Figura
4 y tiene un diseño convencional en forma de "bañera". La
góndola aloja una turbina que tiene cuatro generadores 100, 102,
104, 106, conectados a través de una caja de engranajes 108 a un
eje principal 110 que se mantiene en su posición por medio de un
soporte principal 112 fijado al suelo de la bañera 114 de la
góndola. El eje principal está conectado a un cubo de rotor 116,
que tiene, convencionalmente, tres palas de rotor 118, 120 y 122,
las cuales giran impulsadas por el viento. Las palas de rotor hacen
girar el eje principal 110, el cual mueve los engranajes dentro de
la caja de engranajes 108. Los engranajes hacen girar a los
generadores, los cuales producen electricidad a partir de la
potencia del viento.
La grúa de servicio de la góndola incluye un
bastidor 124 curvado, estacionario, frontal con una viga en forma
de I, que está fijado al soporte principal 112 y un carril 128 de la
grúa con una viga lineal, móvil en forma de I que descansa en un
extremo distal 130 sobre el bastidor frontal 124 por medio de cuatro
soportes 134, 136, 138, 140. Uno o más de los soportes están
conectados a un accionador de desplazamiento lateral de una viga
principal, tal como un servomotor, el cual cuando es accionado hace
que la viga principal se desplace en una dirección lateral.
Alternativamente, un accionador de desplazamiento lateral del cable
y de la polea puede lograr un desplazamiento lateral. El extremo
proximal 142 del carril 128 de la grúa está fijado a través de una
articulación a modo de bisagra 144 a un bastidor estacionario
posterior 146 que está montado sobre el suelo de la bañera 114 de
la góndola. El carril de la grúa puede girar alrededor del eje de la
articulación a modo de bisagra 148, que está comprendido dentro de
los límites externos 150, 152 fijados por la longitud del bastidor
frontal sobre el cual descansa el extremo distal del carril de la
grúa. Una porción inferior 154 de la viga en forma de I del carril
de la grúa actúa como un solo carril elevado de la grúa sobre el
cual se desplaza un carro 156. El carro está suspendido del carril
elevado de la grúa por medio de cuatro ruedas 158, 160, 162 y 164,
que están colocadas a ambos lados de la viga en forma de I del
carril de la grúa. Uno o más de los soportes están conectados a un
accionador del carro de desplazamiento longitudinal, tal como un
servomotor, el cual cuando es accionado hace que el carro se
desplace en una dirección longitudinal a lo largo del carril de la
grúa. Alternativamente, un accionador de desplazamiento longitudinal
del cable y de la polea puede lograr un desplazamiento
longitudinal.
El carro tiene un gancho 166 que se puede elevar
y bajar mediante un cable 168 y un cabrestante (no mostrado). El
gancho puede estar fijado a un componente, tal como uno de los
generadores, con el fin de transportarlo hasta el extremo proximal
del carril de la grúa, el cual está localizado fuera de la góndola.
Debido a que el carril de la grúa se puede desplazar alrededor del
centro de rotación 148, entonces el gancho puede acceder a
cualquiera de los generadores simplemente desplazando el carril de
la grúa lateralmente. Un carenado 170 está montado en el extremo
proximal 142 del carril de la grúa. El carenado está conformado de
manera que pueda reducir la resistencia al avance, lo cual puede
inducir al derrape. El mecanismo cabrestante está alojado dentro
del carenado, contando con una capacidad adicional para poner en
funcionamiento el accionador del carril de la grúa para desplazar
dicho carril de la grúa hacia delante y hacia atrás sobre el
bastidor frontal 124 y para poner en funcionamiento el accionador
del carro para desplazar el carro hacia delante y hacia atrás a lo
largo del carril de la grúa 128. El carro tiene libertad para
desplazarse sobrepasando el bastidor posterior 146 hasta la parte
exterior de la góndola y dentro del carenado 170, el cual está
localizado también fuera de la góndola. Una vez que el gancho 166
esté localizado fuera de la góndola, se puede bajar entonces el
gancho 166 con el componente fijado mediante el cable hasta el
nivel del suelo para efectuar la operación de mantenimiento del
componente.
La góndola está equipada con una compuerta 171
articulada a modo de bisagra o desenrollable, la cual se pone en
funcionamiento a través de un mecanismo comprendido dentro del
carenado para mover la compuerta fuera del camino a fin de permitir
que el carro salga por la parte posterior de la góndola. El carenado
FAA 172 gira frontalmente sobre un brazo móvil 174 para permitir el
acceso. El bastidor estructural de soporte de la grúa, el bastidor
124 curvado, estacionario, frontal con una viga en forma de I, el
bastidor estacionario posterior 146 montados sobre la bañera de la
góndola 114, sirven también como soporte estructural para los lados
y para la parte superior del alojamiento de la turbina de la
góndola. En la Figura 4 no se muestran los lados ni la parte
superior de la góndola. La estructura de la grúa permite el envío
horizontal de los componentes hacia la parte exterior de la góndola
a través de la compuerta trasera 171 desde la cual se bajarán hasta
el nivel del suelo. Unos diseños convencionales requieren la
retirada de la parte superior de la góndola, entonces la extracción
de los componentes se realiza verticalmente, El desplazamiento
lateral de la viga principal 128 de la grúa y el desplazamiento del
carro 156 de la grúa a lo largo de la viga permite acceder a una
gama total de componentes de la turbina. Debido a que la grúa de
servicio es una parte integral de la estructura de la turbina de
viento, está disponible siempre para los trabajos de mantenimiento o
de sustitución de los componentes. El uso de la estructura
existente permite que la grúa de elevación sea más rentable, fiable
y capaz para las cargas de trabajo requeridas. Esto ayuda a reducir
los costos de la energía ecológica al reducir los costos de
mantenimiento y reparación de las turbinas de viento.
Particularmente, aunque la invención ha sido mostrada y descrita en
referencia a las realizaciones preferentes de la misma, podrá ser
comprensible para las personas expertas en la técnica que lo
anterior y otras modificaciones en la forma y en los detalles se
pueden realizar a la misma sin apartarse del ámbito de la
invención.
Claims (10)
1. Una grúa de servicio para una turbina de
viento, que comprende:
- -
- una viga principal móvil (128) de la grúa que tiene una pista (154) para guiar un carro (156);
- -
- un primer bastidor (146) que comprende una articulación a modo de bisagra (144) localizada en un centro de rotación (148), en la que la viga (128) de la grúa está conectada a la articulación a modo de bisagra (144) de manera que una porción de la viga (128) de la grúa se extienda más allá del centro de rotación (148), caracterizada porque una viga estacionaria (124) la cual está conectada con un extremo distal de la viga (128) de la grúa, de manera que la viga (128) de la grúa pueda desplazarse lateralmente a lo largo de la viga estacionaria (124).
2. La grúa de servicio de la Reivindicación 1,
en la que la pista (154) está diseñada como un mono carril elevado
sobre el cual se puede desplazar el carro (156).
3. La grúa de servicio de la Reivindicación 1 ó
2, en la que el primer bastidor (146) soporta una estructura
lateral de la góndola y está fijado al suelo de la góndola.
4. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 3, en la que la viga (128) de la grúa descansa
sobre la viga estacionaria (124).
5. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 4, en la que la viga estacionaria (124) está
soportada por un segundo bastidor (112).
6. La grúa de servicio de la Reivindicación 5,
en la que el segundo bastidor (112) comprende el soporte principal
de la góndola.
7. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 6, en la que un accionador (134) de
desplazamiento lateral está funcionalmente conectado a la viga
(128) de la grúa para desplazar la viga (128) de la grúa
lateralmente a lo largo de la viga estacionaria (124).
8. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 7, en la que la viga estacionaria (124) está
curvada.
9. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 8, en la que un carenado (170) está montado en
un extremo proximal (142) de la viga (128) de la grúa, dicho
carenado (170) está conformado de manera que pueda reducir la
resistencia al avance.
10. La grúa de servicio de cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 9, en la que un accionador de desplazamiento
longitudinal está funcionalmente conectado al carro (156).
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