ES2587020T3 - Una turbina eólica con un tren de transmisión - Google Patents
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Abstract
Una turbina eólica (1) con un tren de transmisión (12) colocado parcial o completamente en una góndola (3) de dicha turbina eólica (1), comprendiendo dicho tren de transmisión (12) una caja de engranajes epicicloidales (15) que incluye al menos una etapa de engranaje (11) que comprende una pluralidad de engranajes planetarios (10) que engranan con un engranaje solar (7) y/o un engranaje de corona circular (8), funcionando dicha caja de engranajes (15) para acelerar parcial o completamente la rotación de un rotor (4) de dicha turbina eólica (1) con el fin de accionar al menos un generador (17) de dicha turbina eólica (1), en la que dicho tren de transmisión (12) comprende además al menos un rodamiento de seguimiento automático localmente radial (23) para permitir la rotación de dicho rotor (4) en relación con una estructura de góndola (19) de dicha góndola (3), caracterizada por que dicho rodamiento de seguimiento automático localmente radial (23) comprende medios para transferir cargas localmente en ambos sentidos radiales entre uno o más anillos de rodamiento (24, 25 o 26) conectados directa o indirectamente a dicho rotor (4) y uno o más anillos de rodamiento (24, 25 o 26) conectados directa o indirectamente a dicha estructura de góndola (19).
Description
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DESCRIPCION
Una turbina eolica con un tren de transmision Antecedentes de la invencion
La invencion se refiere a una turbina eolica con un tren de transmision de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Descripcion de la tecnica relacionada
Una turbina eolica conocida en la tecnica comprende una torre de turbina eolica y una gondola de turbina eolica situada en la parte superior de la torre. Un rotor de turbina eolica con un numero de palas de turbina eolica se conecta a la gondola por un arbol de baja velocidad, tal como se ilustra en la figura 1.
A medida que las turbinas eolicas modernas se hacen cada vez mas grandes en tamano y en produccion, se incrementa la demanda de componentes de turbinas eolicas mas eficientes. Sin embargo, a medida que los componentes de, por ejemplo, el tren de transmision, de la turbina eolica se hacen mas grandes, se vuelve cada vez mas diffcil y costoso garantizar la rigidez del tren de transmision.
Ademas, las turbinas eolicas modernas grandes - en particular, las turbinas de mas de 1MW - tienen rotores de giro lento y la velocidad de rotacion es generalmente menor cuanto mayor es el diametro del rotor. Esto va en detrimento del sistema de conversion de energfa.
En las turbinas eolicas de MW actuales, la mayona de las cajas de engranajes tienen un engranaje planetario durante la primera etapa y en las siguientes etapas son engranajes planetarios o helicoidales. Los engranajes planetarios de la primera etapa tienen mas comunmente 3 planetas de un diametro relativamente grande y un engranaje solar de un diametro relativamente pequeno.
Un ejemplo de esto se divulga en la solicitud PCT n° WO 91/19916, en la que se proporciona un arbol principal de una turbina eolica con dos rodamientos principales y una caja de engranajes epicicloidales que comprende al menos dos etapas de engranaje. Uno de los inconvenientes de este diseno de tren de transmision es que, para garantizar que todos los componentes esten en su lugar correcto en todo momento, todos los componentes tienen que fijarse de forma ngida en relacion el uno con el otro. Esto exige una construccion ngida, pesada y costosa. Otros trenes de transmision de acuerdo con el estado de la tecnica se muestran en los documentos US2003/0125158 y GB 2395529.
Un objeto de la invencion es proporcionar una turbina eolica con un tren de transmision que sea mas eficiente en coste y peso.
La invencion
La invencion proporciona una turbina eolica de acuerdo con las caractensticas de la reivindicacion 1 con un tren de transmision colocado parcial o completamente en una gondola de dicha turbina eolica. El tren de transmision comprende una caja de engranajes epicicloidales que incluye al menos una etapa de engranaje que comprende una pluralidad de engranajes planetarios que engranan con un engranaje solar y/o con un engranaje de corona circular. La caja de engranajes acelera parcial o completamente la velocidad de rotacion de un rotor de la turbina eolica cuando se aplica a al menos un generador de la turbina eolica. El tren de transmision comprende ademas al menos un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial para permitir la rotacion del rotor en relacion con una estructura de gondola de la gondola.
Es ventajoso combinar al menos un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial con una caja de engranajes epicicloidales en el tren de transmision de una turbina eolica porque esta combinacion permite un diseno mas flexible del tren de transmision.
Cuanto mayor es la turbina eolica, mas grandes tienen que ser los componentes del tren de transmision. Cuando mas grandes son los componentes del tren de transmision, mas grande y ngida tiene que ser la estructura de refuerzo interna de los diferentes componentes del tren de transmision y mas grande y mas ngida tiene que ser la estructura de refuerzo externa - que fija los diferentes componentes del tren de transmision en relacion el uno con el otro.
Una caja de engranajes epicicloidales es, por su naturaleza y en cierto grado, capaz de aceptar la desviacion radial de los engranajes, pero los rodamientos tradicionales proporcionados en el tren de transmision para permitir la rotacion del rotor en relacion con las partes estacionarias del tren de transmision - tal como la parte de estator del generador, la estructura de gondola u otro - no aceptan grandes cargas radiales locales en solo uno de los anillos debido a su demanda inherente de rigidez. Es decir, un rodamiento tradicional de bola de dos anillos tendra que transferir una gran carga radial local en un lado del anillo interno hasta el otro lado del anillo interno para soportar la carga. Esta transferencia de cargas exige que el anillo sea muy ngido e inflexible.
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Al proporcionar el rodamiento o rodamientos con medios para adaptarse localmente a cualquier movimiento radial, por ejemplo, causado por grandes cargas radiales, es posible eliminar completamente, o al menos reducir fuertemente, la estructura de refuerzo externa de la gondola, reduciendo as^ el peso y el coste del tren de transmision.
Cabna enfatizar que por el termino "localmente" ha de entenderse que la carga se transfiere sustancialmente donde se aplica. Por ejemplo, si el anillo interno de un rodamiento tradicional de bolas de dos anillos es objeto de una carga radial hacia el eje de rotacion del rodamiento, lo unico que impide que el anillo interno y externo se separen es porque el anillo interno en el lado opuesto del rodamiento presionara contra el anillo externo (a traves de las bolas). Esta transferencia de carga no es local, porque la carga se transfiere en lados opuestos del rodamiento.
Ademas, cabna enfatizar que por el termino "seguimiento automatico" ha de entenderse que el rodamiento es sustancialmente de grna automatica, es decir, no necesita sustancialmente rigidez de la estructura a la que se conecta para operar apropiadamente.
Ademas, dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial comprende medios para transferir localmente cargas en ambos sentidos radiales entre uno o mas anillos de rodamiento conectados directa o indirectamente a dicho rotor y entre uno o mas anillos de rodamiento conectados directa o indirectamente a dicha estructura de gondola.
Esto es ventajoso porque puede reducirse la demanda de rigidez de las partes a las que se conectan los anillos de rodamiento.
Cabna enfatizar que por el termino "ambos sentidos radiales" ha de entenderse ambos sentidos sustancialmente perpendiculares hacia y desde el eje de rotacion de los rodamientos.
En un aspecto de la invencion, el diametro de paso de dicho engranaje solar es mas grande que entre el 30 % y 99 %, preferentemente entre el 50 % y el 95 % y lo mas preferido entre el 70 % y el 90 %, tal como el 80% del diametro de paso de dicho engranaje de corona circular.
Si el engranaje solar es demasiado grande en relacion con la proporcion de la corona circular de la caja de engranajes, se vuelve demasiado pequeno. Si el engranaje solar es demasiado pequeno en relacion con la proporcion de la corona circular de los engranajes planetarios, tiene ser relativamente grande y, por lo tanto, solo existe espacio para un numero relativamente pequeno de los planetas. Los presentes intervalos de proporcion de tamano vanan, por lo tanto, para una proporcion ventajosa entre la alta racion de engranajes y la baja carga en cada planeta.
En un aspecto de la invencion, al menos dicha etapa de engranaje comprende entre 2 y 100, preferentemente entre 4 y 60 y lo mas preferente entre 9 y 40 tal como 24 engranajes planetarios.
Si el numero de planetas es demasiado alto, la caja de engranajes se vuelve demasiado compleja y cara de fabricar. Si el numero de planetas es demasiado pequeno, cada planeta tiene que transferir una carga relativamente alta. Los presentes intervalos de numeros de engranajes planetarios, por lo tanto, proporcionan una proporcion ventajosa entre el coste y la eficiencia.
En un aspecto de la invencion, dicha caja de engranajes comprende al menos dos etapas de engranajes.
Una caja de engranajes con un gran numero de engranajes planetarios relativamente pequenos tendra una proporcion de transmision relativamente baja y, por lo tanto, es ventajoso proporcionar la caja de engranajes con al menos dos etapas de engranaje para aumentar toda la proporcion de engranajes de la caja de engranajes.
En un aspecto de la invencion, uno o mas de dichos engranajes planetarios comprenden una primera parte dentada que tiene un primer diametro de paso y una segunda parte dentada que tiene un segundo diametro de paso y en la que dicho primero diametro de paso es diferente a partir de dicho segundo diametro de paso.
Al proporcionar los planetas con dos diametros dentados diferentes, es posible aumentar la proporcion de engranajes de la etapa de engranaje individual porque, si los dos diametros dentados diferentes engranan con partes diferentes de la caja de engranajes, la relacion entre los dos diametros dentados diferentes proporcionara un engranaje adicional a la etapa.
En un aspecto de la invencion, dicha primera parte dentada de dichos engranajes planetarios engranan con dicho engranaje de corona circular.
De este modo, se logra un modo de realizacion ventajoso de la invencion.
En un aspecto de la invencion, dicha segunda parte dentada de dichos engranajes planetarios engranan con dicho engranaje solar.
De este modo, se logra un modo de realizacion ventajoso de la invencion.
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En un aspecto de la invencion, dicho segundo diametro de paso de dichos engranajes planetarios es mas grande que dicho primer diametro de paso de dichos engranajes planetarios.
De este modo, se logra un modo de realizacion ventajoso de la invencion.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial es un rodamiento principal de dicha turbina eolica.
El rodamiento principal de una turbina eolica es objeto de muchos tipos diferentes de cargas tales como momentos, torsion, propio peso, empujar-tirar y otras cargas que actuan desde diferentes sentidos. Por tanto, es ventajoso que el rodamiento principal sea un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial porque este tipo de rodamiento es mejor en la gestion de estas cargas.
Cabna enfatizar que el termino "rodamiento principal" ha de entenderse como el rodamiento o rodamientos que transfieren la mayor parte de la carga del rotor al resto de la turbina eolica mientras que, al mismo tiempo, permite que el rotor pueda rotar en relacion con la gondola, "la carga del rotor" podna ser el peso del rotor, la carga eolica axial, el momento que se origina a partir de las diferencias en la carga eolica sobre el plano del rotor y/u otro.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial esta integrado en o se conecta directamente a dicha caja de engranajes epicicloidales.
Al integrar o conectar directamente las partes, es posible disenar un tren de transmision mas simple y mas eficiente.
En un aspecto de la invencion, dicho anillo de corona circular se divide en dos o mas segmentos.
Un anillo no dividido por completo solo puede extraerse de manera radial si se puede pasar sin obstaculos por el centro. Sena diffcil y caro disenar una caja de engranajes o un tren de transmision donde esto fuera posible y, por lo tanto, es ventajoso que los segmentos del anillo puedan extraerse de forma independiente en un sentido radial.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho generador comprende al menos una parte de rotor, que rota en relacion con dicha estructura de gondola, y al menos una parte de estator, que esta sustancialmente estacionaria en relacion con dicha estructura de gondola durante el funcionamiento normal de dicha turbina eolica.
De esta manera, se obtiene un modo de realizacion ventajoso de un generador de turbina eolica.
En un aspecto de la invencion, al menos dicha parte de rotor encierra sustancialmente al menos dicha parte de estator.
Es ventajoso hacer rotar la parte de rotor alrededor de la parte de estator porque, de esta manera, es posible disenar un tren de transmision muy compacto donde el generador pueda caber sustancialmente en el interior de la caja de engranajes.
En un aspecto de la invencion, al menos dicha parte de estator encierra sustancialmente al menos dicha parte de rotor.
Es ventajoso hacer rotar el rotor en el interior del estator porque permite un generador hueco y, de esta manera, un tren de transmision hueco.
En un aspecto de la invencion, dicho tren de transmision comprende ademas al menos un generador.
De este modo, se logra un modo de realizacion ventajoso de la invencion.
En un aspecto de la invencion, dicho tren de transmision comprende dos o mas generadores diferentes.
Es ventajoso proporcionar el tren de transmision con mas de un generador porque los generadores individuales son mas faciles de manejar que un generador grande y porque, de este modo, es posible proporcionar la turbina eolica con redundancia con respecto a la produccion de energfa.
En un aspecto de la invencion, dicho tren de transmision comprende un centro hueco por todo el tren de transmision a lo largo del eje de rotacion.
Esto es ventajoso porque un tubo en forma de tren de transmision proporciona una estructura fuerte y porque un tren de transmision hueco permite que los componentes diferentes del tren de transmision puedan prestar servicio, accederse, inspeccionarse y otro desde el interior y hacia fuera.
En un aspecto de la invencion, dicho centro hueco es de un tamano que proporciona acceso del personal por todo el tren de transmision.
El acceso a y desde el buje de una turbina eolica es ffpicamente un problema que es diffcil de superar. Al proporcionar un orificio por todo el tren de transmision de un tamano que permite que una persona adulta pueda
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atravesarlo de una manera sencilla y economica, proporcionana acceso al rotor de la turbina eolica. El orificio debe ser de al menos de 1 metro de diametro para una persona adulta que sea capaz de pasar de forma sustancialmente facil.
En un aspecto de la invencion, dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial comprende al menos un anillo externo, al menos un anillo central y al menos un anillo interno y en el que dicho anillo central es capaz de rotar en relacion con dicho anillo externo y dicho anillo interno o dicho anillo externo y dicho anillo interno son capaces de rotacion en relacion con dicho anillo central.
Es ventajoso un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial donde un anillo central es capaz de rotar entre un anillo externo y un anillo interno para el funcionamiento de la turbina eolica porque el rodamiento es mas eficiente para transferir cargas radiales en ambos sentidos radiales.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo externo y al menos dicho anillo interno se conectan de manera ngida.
Por ejemplo, si el anillo externo se conecta de manera ngida al rotor y el anillo central se conecta a la gondola, la carga de la gravedad que actua sobre el rotor tirara del anillo externo hacia abajo contra el anillo central en la parte superior del rodamiento. Esta gran carga radial se transfiere a la gondola por el anillo central, pero intentara tirar del anillo interno lejos del anillo central aumentando de este modo el riesgo de que se dane el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial. Si el anillo interno y el anillo externo se conectan de forma ngida, la distancia entre la superficie interna del anillo externo y la superficie externa del anillo interno se mantiene sustancialmente constante en todo momento, reduciendo de este modo el riesgo de un mal funcionamiento o de danos.
Ademas, si el anillo externo y el anillo interno se conectan de forma ngida, la carga mencionada anteriormente se transferira por el anillo externo en la parte superior y por el anillo interno en la parte inferior sustancialmente sin que se desplacen mutuamente el anillo externo y el anillo interno, permitiendo de este modo que, aunque esta carga forzana a los anillos en una forma ligeramente ovalada, el rodamiento es todavfa de seguimiento automatico, porque el anillo central se grna de forma sustancialmente ngida por el anillo externo y el anillo interno y el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial esta dependiendo menos de la rigidez de la estructura circundante a la que se conecta o en la que se integra.
Cabna enfatizar que el termino "conectado de forma ngida" ha de entenderse como al menos un anillo externo y un anillo interno fijados de forma sustancialmente inflexible uno en relacion con el otro, es decir, ninguno de dichos anillos puede rotar o moverse radial o axialmente uno en relacion con el otro.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo externo y al menos dicho anillo interno se conectan a un buje de dicho rotor.
De este modo, se permite un diseno ventajoso con respecto a la transferencia de las cargas desde el rotor hasta la gondola.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo central se conecta directa o indirectamente a dicho engranaje de corona circular de dicha caja de engranajes epicicloidales.
Es ventajoso conectar el anillo central directa o indirectamente al engranaje de corona circular porque proporciona un diseno simple y economico de tren de transmision.
En un aspecto de la invencion, dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial y/o dicha caja de engranajes epicicloidales comprenden medios para permitir que dicho anillo externo o al menos una parte de dicho anillo externo se desplace axialmente.
Al permitir que el anillo externo o una parte del anillo externo se desplace axialmente, se permite el acceso a las partes internas entre el anillo externo y el anillo central. Esto es ventajoso porque se vuelve mas facil de reparar el dano o desgaste de las piezas internas.
Las partes internas podnan comprender, por ejemplo, una o mas filas de elementos rodantes, una o mas jaulas para guiar los elementos rodantes y/o una o mas pistas de rodadura.
En un aspecto de la invencion, dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial y/o dicha caja de engranajes epicicloidales comprenden medios para permitir que dicho anillo interno o al menos una parte de dicho anillo interno se desplace axialmente.
Al permitir que el anillo interno o una parte del anillo interno se desplace axialmente, se permite el acceso a las partes internas entre el anillo interno y el anillo central. Esto es ventajoso porque se vuelve mas facil de reparar el dano o desgaste de las piezas internas.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo externo y/o al menos dicho anillo interno y/o una parte de al
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menos dicho anillo externo y/o una parte de al menos
Es ventajoso dividir los anillos o partes de los anillos mas faciles de desmontar.
En un aspecto de la invencion, dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial comprende al menos una fila de elementos rodantes entre al menos dicho anillo externo y al menos dicho anillo central y al menos una fila de elementos rodantes entre al menos dicho anillo interno y al menos dicho anillo central.
Unos elementos rodantes entre los anillos son una forma ventajosa de proporcionar una junta rotatoria de baja friccion.
En un aspecto de la invencion, dichos elementos rodantes en dichas filas se mantienen separados por una o mas jaulas.
De este modo, se proporciona para un modo de realizacion ventajoso de la invencion porque se impide que los elementos rodantes en una fila se rocen entre sf y porque se mantienen las superficies de contacto de transmision de carga distribuidas uniformemente alrededor de todos los anillos de rodamiento.
En un aspecto de la invencion, una o mas de dichas jaulas se dividen en uno o mas segmentos.
Para permitir que las jaulas puedan desmontarse en el lugar, es ventajoso que las jaulas se dividan en uno o mas segmentos.
Cabna enfatizar que por el termino "segmento" ha de entenderse que la jaula se divide en una o mas partes divididas por uno o mas cortes en el plano axial paralelo con el eje de rotacion de la unidad de rodamiento principal.
Que la jaula pueda dividirse en una serie de segmentos significa que el anillo de jaula de cfrculo completo se abre en un solo lugar.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo externo y/o al menos dicho anillo interno comprenden una o mas pistas de rodadura independientes.
La pista de rodadura es la parte de los anillos de rodamiento que comprende la superficie sobre la que ruedan los elementos rodantes durante el funcionamiento normal del rodamiento. Esta superficie de contacto entre los anillos y los elementos rodantes es altamente porque tiene que transferirse una gran carga por la superficie de contacto relativamente pequena y, por lo tanto, es ventajoso hacer de la pista de rodadura una parte independiente del resto del anillo para permitir que solo la pista de rodadura, y no todo el anillo, tenga que reemplazarse en caso de desgaste, dano u otro.
Ademas, cabna enfatizar que por el termino "independiente" ha de entenderse que la pista de rodadura es una parte independiente, que puede desconectarse del anillo. Las pistas de rodaduras o partes de pistas de rodaduras se montan en o al menos se fijan en cierto grado por el anillo de rodamiento, pero no se forman integralmente con el anillo y, por lo tanto, pueden, por ejemplo, fabricarse de un material diferente.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo central comprende una o mas pistas de rodadura independientes.
De este modo, se logra un modo de realizacion ventajoso de la invencion.
En un aspecto de la invencion, una o mas de dichas pistas de rodadura independientes se dividen en segmentos.
De este modo, es mas facil desmontar las pistas de rodadura permitidas.
En un aspecto de la invencion, al menos dicho anillo central se conecta a una parte de estator de al menos dicho
generador.
Es ventajoso conectar el anillo central directa o indirectamente a la parte de estator del generador porque proporciona un diseno de tren de transmision simple y economico
Figuras
La invencion se describira a continuacion con referencia a figuras, en las que la figura 1 ilustra una turbina eolica moderna grande, vista de frente,
la figura 2 ilustra una seccion transversal de un modo de realizacion de gondola simplificada conocida en la tecnica, vista de lado,
la figura 3 ilustra un modo de realizacion de una caja de engranajes epicicloidales como se conoce en la tecnica,
un anillo interno se dividen en dos o mas segmentos.
en dos o mas segmentos porque los anillos de este modo son
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vista de frente,
la figura 4 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision de acuerdo con la invencion que comprende una etapa de engranaje planetario, vista de lado,
la figura 5 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision de acuerdo con la invencion que comprende dos etapas de engranaje planetario, vista de lado,
la figura 6 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision de acuerdo con la invencion en la que la caja de cambios encierra sustancialmente el generador, vista de lado,
la figura 7 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision de acuerdo con la invencion que comprende mas de un generador, visto de lado,
la figura 8 ilustra una seccion transversal por una parte de una gondola de turbina eolica, vista de lado,
la figura 9 ilustra una parte de una seccion transversal de un modo realizacion de un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial en el tren de transmision de una turbina eolica, visto de lado,
la figura 10 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una primera parte del anillo externo desplazada axialmente, vista de lado,
la figura 11 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una primera parte del anillo interno radial desplazada, vista de lado, y
la figura 12 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una segunda parte del anillo interno desplazada axialmente, vista de lado.
Descripcion detallada
La figura 1 ilustra una turbina eolica 1, que comprende una torre 2 y una gondola de turbina eolica 3 situada en la parte superior de la torre 2. El rotor de turbina eolica 4, que comprende tres palas de turbina eolica 5 montadas en un buje 6, se conecta a la gondola por el -arbol de baja velocidad que se extiende hacia fuera de la parte frontal de la gondola 3.
En otro modo de realizacion, el rotor de turbina eolica 4 podna comprender otro numero de palas 5, tal como una, dos o cuatro.
La figura 2 ilustra una seccion transversal simplificada de una gondola 3 de una turbina eolica 1 de la tecnica anterior, vista de lado. Las gondolas 3 existen en una multitud de variaciones y configuraciones, pero, en la mayona de los casos, el tren de transmision 12 en la gondola 3 comprende casi siempre uno o mas de los componentes siguientes: una caja de engranajes 15 (tfpicamente una caja de engranajes epicicloidales), un acoplamiento (no mostrado), algun tipo de sistema de frenado 16 y un generador 17. Una gondola 3 de una turbina eolica moderna 1 puede incluir tambien un transformador 18 (tambien denominado inversor) y un equipo periferico adicional tal como un equipo de manipulacion de potencia adicional, armarios de control, sistemas hidraulicos, sistemas de refrigeracion y mas.
El peso de toda la gondola 3 incluyendo los componentes de gondola 15, 16, 17, 18 se sostiene por una estructura de gondola 19. Los componentes 15, 16, 17, 18 se colocan usualmente en y/o se conectan a esta estructura de gondola de soporte de carga comun 19. En este modo de realizacion simplificado, la estructura de gondola de soporte de carga comun 19 solo se extiende a lo largo de la parte inferior de la gondola 3, por ejemplo, en forma de un armazon de base al que se conectan algunos o todos los componentes 15, 16, 17, 18. En otro modo de realizacion, la estructura de soporte de carga 19 podna comprender una campana de engranaje que, por el rodamiento principal 14, podna transferir la carga del rotor 4 a la torre 2, o la estructura de soporte de carga 19 podna comprender varias partes interconectadas tales como un enrejado.
La gondola comprende ademas un rodamiento principal 14 para garantizar que el rotor 4 pueda rotar sustancialmente libremente en relacion con la estructura de gondola 19 y con las partes de tren de transmision fijas 15, 16, 17, 18 de la gondola 3. En este modo de realizacion, el rodamiento principal 14 de un tren de transmision 12 esta integrado en la caja de engranajes 15 porque se conecta el rotor 4 directamente a la caja de engranajes 15 a traves del buje 6. Debido a que el rodamiento principal 14 se incorpora a la caja de engranajes 15, la estructura de la caja de engranajes tiene que ser capaz de transferir toda la carga del rotor 4 a la torre 2 por medio de la estructura de fortalecimiento de gondola 19.
La figura 3 ilustra un modo de realizacion de una caja de engranajes epicicloidales 15 de la tecnica anterior, vista de frente.
En este modo de realizacion de una caja de engranajes epicicloidales 15, los engranajes planetarios 10 engranan con y rotan alrededor de un engranaje solar 7 en el medio. Los engranajes planetarios 10 engranan ademas con un
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engranaje de corona circular externo 8. Las flechas indican que los engranajes planetarios 10 rotan todos en el mismo sentido y que el engranaje solar 7 rota en el sentido opuesto.
En este modo de realizacion, el rotor de turbina eolica 4 se conecta a un soporte planetario 9 porque la parte periferica externa (no mostrada) del buje 6 se conecta al soporte planetario 9 en un diametro relativamente grande.
En otro modo de realizacion, el rotor 4 podna conectarse tambien a la caja de engranajes 15 por medio de un arbol de baja velocidad u otro.
El soporte planetario 9 conecta los engranajes planetarios 10 fijando los arboles de engranajes planetarios a la estructura de soporte planetario comun 9.
Tfpicamente, el engranaje de corona circular 8 se conecta a una estructura de soporte, al alojamiento de la caja de engranajes o se fija de otras formas, pero, en algunos tipos de engranajes epicicloidales 15, el engranaje de corona circular 8 podna rotar tambien.
Ademas, los engranajes ilustrados muestran solo una etapa 11 de una caja de engranajes 15. Toda la caja de engranajes 15 podna comprender un numero de etapas 11 como la mostrada para incrementar el engranaje o podna comprender un numero de etapas 11 diferentes, por ejemplo una primera etapa donde falte el engranaje solar 7 y el rotor 4 haga rotar el engranaje de corona circular 8, que engrana con un numero de engranajes planetarios 10. Los engranajes planetarios 10 de las primeras etapas 11 se conectan entonces a engranajes planetarios 10 de un tamano mas grande en una segunda etapa 11, que engranan con un engranaje planetario 7, que se conecta al arbol de salida de la caja de engranajes 15. Otros disenos de cajas de engranajes 15 son tambien factibles dependiendo a menudo de en que tipo de turbina eolica 1 vaya a usarse la caja de engranajes 15.
En este modo de realizacion, se forma el soporte planetario 9 como una estructura que conecta los tres engranajes planetarios 10. El soporte 9 comprende ademas brazos para conectar el soporte 9 al rodamiento principal 14. Cuando el rotor 4 se conecta directamente al soporte 9, el soporte planetario 9 tiene tambien que transferir toda la carga del rotor 4 a la estructura de gondola de soporte de carga 19. Por tanto, el anillo interno 26 de un rodamiento principal 14 con un diametro grande se monta en el exterior del engranaje de corona circular 8 y el anillo externo 24 del rodamiento principal 14 se conecta al soporte planetario 9, que se extiende mas alla del engranaje de corona circular 14. El rodamiento principal 14 esta integrado, de este modo, en la caja de engranajes 15.
En otro modo de realizacion, un soporte planetario 9 mas o menos circular podna estar dotado con un rodamiento principal 14 alrededor de su penmetro externo, donde el anillo externo del rodamiento principal 14 se conecto al engranaje de corona circular 8, al alojamiento de la caja de engranajes o se fijo de otras formas.
En un modo de realizacion adicional, la caja de engranajes epicicloidales 15 sena independiente del rodamiento principal 14, por ejemplo, si un arbol de baja velocidad del rotor 4 se proporcionara con uno o mas rodamientos principales 14 antes de que el arbol se conectara a la caja de engranajes 15.
La figura 4 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision 12 de acuerdo con la invencion que comprende una etapa de engranaje planetario 11, visto de lado.
En este modo de realizacion de la invencion, el tren de transmision 12 que comprende un rodamiento principal 14, una caja de engranajes epicicloidales 15 y un generador 17 se construye mas o menos integralmente para formar una estructura anular hueca.
El rodamiento principal 14 es, en este modo de realizacion, un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 donde el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se forman como una parte del soporte planetario 9 de la caja de engranajes 15.
En este modo de realizacion, el soporte planetario 9 y, de este modo, el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se conectan al rotor 4 por el borde periferico externo del buje 6, pero, en otro modo de realizacion, el anillo central 25 podna conectarse al rotor 4 o al anillo interno 26 y el anillo externo 24 o el anillo central 25 podna conectarse a un arbol que se conecte al rotor 4.
En este modo de realizacion, el anillo central 25 se conecta directamente al engranaje de corona circular 8 de la caja de engranajes 15 que se conecta entonces de nuevo directamente a una estructura de soporte de carga 19 de la gondola 3, pero, en otro modo de realizacion, la configuracion de como se conectan el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23, la caja de engranajes epicicloidales 15 y el generador 17 podna variar, por supuesto, en una multitud de diferentes modos de realizacion dentro del alcance de la invencion.
En este modo de realizacion de la invencion, la etapa de engranaje 11 de la caja de engranajes epicicloidales 15 es con un engranaje de corona interior 8 de gran diametro y planetas 10 de pequeno tamano, por consiguiente el engranaje planetario 7 es grande en diametro D3. Los planetas 10 de pequeno tamano que orbitan un gran sol 7 permiten espacio para muchos planetas 10; por consiguiente la carga sobre cada planeta 10 es baja. La carga de planeta es la torsion dividida por el radio de la orbita de planeta y el numero de planetas 10. Dicha caja de
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engranajes 15 tendra una capacidad de torsion alta para poco peso en comparacion con las cajas de engranajes 15 conocidas. La desventaja de esto es la baja proporcion de engranajes de una etapa de engranaje individual 11. La etapa planetaria individual 11 tiene una proporcion de engranajes i = 2 x (D3 (engranaje de corona circular)/D4 (engranaje solar)). Las cajas de engranajes 15 con el diametro solar D4 cerca del diametro de engranaje de corona circular D3 tienen una proporcion de engranajes de algo mas de dos.
En este modo de realizacion de la invencion, los planetas 10 comprenden una primera parte dentada 21 y una segunda parte dentada 22 de diferentes diametros D1, D2 en las que puede mejorarse la proporcion de engranajes en cuanto a i = 1+(D3/D4)x(D2/D1). La etapa de planeta engranado 11 puede proporcionar entonces una proporcion de engranajes de 3 a 5. Esta es sustancialmente la misma proporcion que las etapas de planetas clasicos 11, pero por menos peso.
La figura 5 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision 12 de acuerdo con la invencion que comprende dos etapas de engranajes planetarios 11, visto de lado.
En este modo de realizacion, se solicita una proporcion de engranajes significativamente mas grande y, por lo tanto, se proporciona una caja de engranajes planetarios 15 de dos etapas 11.
En otro modo de realizacion de la invencion, la caja de engranajes podna comprender una o mas etapas de engranajes tradicionales 11 que comprenden planetas 10 con solo una parte dentada o una o mas de las etapas de engranaje 11 podnan ser de otro tipo tal como un engranaje helicoidal u otro.
En este modo de realizacion, la caja de engranajes planetarios hueca 15 se construye de forma ventajosa junto con el rodamiento de rotor principal 14, que, en este modo de realizacion, es un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23, y el generador 17.
El buje de rotor 6 y el soporte planetario 9 se conectan entre sf y rotan comunmente, por consiguiente pueden compartir el mismo rodamiento principal 14. La rueda solar 7 debe tener sus propios rodamientos 20, que pueden insertarse en el soporte planetario 9.
La caja de engranajes planetarios 15 y el rodamiento principal 14 pueden construirse como una unidad entre el rotor 4 y la estructura de gondola 19. En este modo de realizacion, se considera que la estructura de gondola 19 es tubular con un diametro de, por ejemplo, entre 1,5 metros y 4,5 metros. El engranaje solar 7 de gran diametro se acopla directamente a un generador de baja velocidad 17. Con una estructura de gondola tubular 19 en 2-3 metros de diametro, el interior de la estructura 19 es ideal para un generador de baja velocidad 17. Un generador de megavatios 17 con digamos 40-50 rpm cabe bien en el interior de una estructura tubular de 2-3 metros. Anadir otra etapa 11 a la caja de engranajes 15 aumentara mas la velocidad del generador y reducira el tamano del generador 17.
Una estructura de gondola tubular 19 de gran tamano es efectiva en carga en la flexion. Digamos que un momento 10 MNm cogera un medidor de 2,5 en un tubo de diametro 19 con un grosor de pared de solo 20 milfmetros. Dicho tubo 19 no es particularmente ngido frente a la deformacion sobre el diametro. Por tanto, es importante disenar las estructuras para permitir algunas deformaciones globales y garantizar el seguimiento radial local en los rodamientos 14, en la caja de engranajes 15 y en el generador 17. El diseno de rodamiento apropiado puede proporcionar dicho seguimiento, incluso aunque las estructuras 19 sean flexibles hasta cierto punto.
El rodamiento principal 14, la caja de engranajes 15 y el generador 17 que funciona en una forma ligeramente ovalada no es en sf mismo un problema si las estructuras son suficientemente flexibles y los anillos de rodamiento 24, 25, 26, las ruedas dentadas 7, 8, 10 y el espacio de aire en el generador 17 se gobiernan localmente correctamente. Pueden ser necesarios algunos tabiques de refuerzo.
El rodamiento principal 14 debe disenarse para no dar un componente de carga radial grande, por ejemplo, a la estructura de gondola 19 desde el momento de flexion. Esto excluye a los rodamientos de 2 anillos como los rodamientos tradicionales de bolas de contacto de 4 puntos, los rodillos cruzados y el par de rodamientos conicos. Un rodamiento 14 adecuado puede ser un rodillo de tres filas 27 o rodamientos de triple anillo 23.
El rodamiento 23 ilustrado en las figuras 4 a 12 son todos rodamientos de triple anillo 23 con solo dos filas 27 de bolas 13, pero, en otro modo de realizacion, el rodamiento 23 podna ser un rodamiento de bolas de contacto de 4 puntos, rodillos cruzados o incluso rodamientos conicos donde las fuerzas radiales inducidas se neutralicen en el interior del rodamiento 23.
El diametro planetario tiene que ser relativamente pequeno para una caja de engranajes planetarios multiples 15 que comprenda mas de nueve planetas 10. El tamano de los engranajes planetarios 10 ha de determinarse en cierta medida por el diametro del rodamiento planetario. Por lo tanto, un factor importante es la ubicacion del rodamiento planetario. Si el rodamiento planetario esta en el interior de los planetas 10, el diametro de los planetas 10 se amplia debido al tamano del rodamiento. Para garantizar la duracion larga de servicio extremo de 20 anos - que es normal dentro del campo de las turbinas eolicas -, los rodamientos tienen que ser de un tamano significativo. Por lo tanto, no es favorable hacer que los planetas 10 encierren el o los rodamientos planetarios. Por lo tanto, los rodamientos
planetarios pueden montarse en un arbol en los extremos de los planetas 10 como se ilustra en las figuras 4 a 7.
Es atractivo el concepto de tener planetas 10 que comprendan diferentes diametros dentados D1, D2 para mejorar la proporcion de transmision. El diametro de engranaje planetario D2 mas grande determina cuantos planetas 10 pueden caber en cada etapa 11 debido a su separacion mutua. Al tener el espacio interno al mmimo, el diametro 5 grande de engranaje planetario D2 debe estar en el exterior del soporte planetario 9. El arbol planetario requiere una disposicion de 2 rodamientos para regular correctamente el arbol planetario. Podnan colocarse en cada lado del diametro planetario pequeno D1. El rodamiento planetario colocado entre la primera parte dentada 21 y la segunda parte dentada 22 tomara la mayona de las fuerzas y, de las mismas, es el mas grande de los dos rodamientos planetarios. Esta posicion del rodamiento planetario mas grande esta bien ya que esta en el extremo de no 10 transmision del soporte planetario 9. Los orificios grandes de rodamiento planetario en el soporte planetario 9 no afectaran en gran medida la rigidez del soporte planetario 9. Este rodamiento debe montarse a lo largo del diametro planetario pequeno D1 o montarse antes de un montaje de las primera y segunda partes dentadas 21, 22. El rodamiento planetario pequeno en el extremo libre de la primera parte dentada 21 es principalmente un rodamiento de grna y puede ser con ventaja el rodamiento de ubicacion si se necesita.
15 La caja de engranajes planetarios multiples 15, es decir, con 24 planetas, debe disenarse para compartir la carga de manera uniforme entre los planetas 10. Esto ya es un reto para una caja de engranajes normal de tres planetas. Con los engranajes planetarios que comprenden dos partes dentadas 21, 22 diferentes, la tolerancia entre las dos partes de engranajes 21, 22 se anade a la incertidumbre del reparto correcto de carga. Son apropiados en este caso los medios para suprimir las influencias de las tolerancias. Mejor es un poco de flexion, que puede compensar las 20 diferencias de carga. Un medio como una flexion de torsion entre las dos partes de engranajes planetarios 21, 22 sera una caractenstica adecuada para mejorar incluso la carga entre los numerosos planetas 10. Disenos como arboles largos o radios flexibles en el buje de la parte grande de engranajes planetarios 22 pueden ser la solucion a un mejor cumplimiento entre los planetas 10.
Los radios flexibles son una solucion muy atractiva ya que no implican una union entre las dos partes de engranajes 25 21, 22 y no anaden a la longitud de la etapa de engranaje 11. Los radios pueden hacerse mecanizando el material
intermedio fuera en el buje de la rueda de engranaje planetario 10. La forma y la longitud de los radios determinan la flexion. Los calculos de tension deben hacerse con cuidado con el fin de no entrar en problemas de fatiga. Los elementos finitos son una herramienta valida para optimizar el diseno de los radios. La flexion de torsion no esta destinada a ser grande, sino suficientemente grande para compensar las variaciones en el mecanizado preciso de 30 los engranajes 10 y de la alineacion.
Si una relacion de transmision de aproximadamente cuatro, ya que sustancialmente esta en una caja de engranajes 15 como se ilustra en la figura 4, es demasiado poco para satisfacer el requisito de velocidad de rotacion para el generador 17, la caja de engranajes 15 debe tener otra etapa 11 para acelerar mas.
Dicha etapa 11 adicional puede ser una etapa planetaria ordinaria 11 para duplicar la velocidad o una etapa de 35 engranaje planetario como la etapa planetaria ilustrada en la figura 4 para hasta 4 veces el aumento de velocidad.
Si la velocidad del rotor 4 de una turbina eolica moderna grande 1 fue de aproximadamente 13rpm, diferentes modos de realizacion de las cajas de engranajes 15 ofrecen la siguiente velocidad de generador 17:
• una unica etapa planetaria no engranada: Generador a 27rpm.
• una unica etapa planetaria engranada: Generador a 50 rpm
40 • una unica etapa no engranada + etapa engranada: Generador a 100 rpm
• Dos etapas con planetas engranados: Generador a 200 rpm.
La eleccion de la caja de engranajes 15 debe validarse junto con el dimensionado del generador 17. Dos etapas 11 de engranajes 15 anaden costes a la caja de engranajes 15 y reducen el coste del generador 17. Lo optimo de esto puede calcularse, por ejemplo, estimando el coste del sistema para las diversas soluciones para un tipo espedfico 45 de turbina eolica 1.
Un ejemplo de una caja de engranajes para una turbina eolica moderna grande 1 de 3MW que comprende un rotor que rota a 13 rpm podna tener aproximadamente las dimensiones siguientes:
Engranaje de corona circular 8: diametro de paso D3 2620 mm, modulo 10, ancho 120 mm.
Diametro de orbita del planeta 10: 2480 mm
50 Primera parte dentada 21: Diametro externo D1 de 160 mm, 120 mm de largo
Segunda parte dentada 22: Diametro externo D2 de 320 mm, 70 mm de largo
Numero de planetas 10: 24
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Engranaje solar 7: Diametro de paso D4 de 2176 mm Proporcion de transmision: 1:3,6 Velocidad del generador 17: 47 rpm
El peso de dicha etapa de engranaje individual 15 con los planetas engranados 10 pesara aproximadamente seis toneladas metricas y el rodamiento principal 14 pesara aproximadamente dos toneladas metricas. Digamos que la caja de engranajes 15 + el peso del rodamiento es de aproximadamente ocho toneladas metricas. La adicion de otra etapa 11 a la caja de engranajes 15 anade aproximadamente tres toneladas metricas de peso. Esto ha de compararse con la caja de engranajes pesada 15 de veintitres toneladas metricas y las unidades de rodamiento principal 14 con las que se equipa una turbina eolica tradicional 1 de 3 MW.
La masa de los generadores 17 puede estimarse en cincuenta toneladas metricas para un generador 17 de 50 rpm-3 MW y de catorce toneladas metricas para uno de 200 rpm-3 MW. El sistema de 50 rpm no parece atractivo debido a la alta masa del generador 17, pero podna ser ventajoso debido al coste menor de la caja de engranajes, al tamano mas pequeno de la caja de engranajes, al peso menor de la caja de engranajes y al mejor acceso a las partes de la caja de engranajes u otros. El generador de 200 rpm parece atractivo ya que su peso es de treinta y seis toneladas metricas menos y requiere solo tres toneladas metricas para la etapa de engranaje 11 adicional.
El diseno con los engranajes 7, 8, 10 montados directamente en la estructura de gondola 19 y el rodamiento principal 14 dan a la caja de engranajes 15 un pasaje casi directo de ruido al rotor 4 y a la estructura de gondola 19. Una tarea de ingeniena sera para silenciar el ruido del engranaje. Son posibles en areas de tareas ambas modificaciones de los perfiles de engranajes para reducir la introduccion de sonido y para amortiguar el ruido estructural.
El enfriamiento de la caja de engranajes 15 y del generador 17 es menos problematico, ya que el area de superficie es mayor por la perdida de potencia. El enfriamiento forzado aun se necesitara apropiadamente.
Se reduce la inercia de las partes rotatorias, vista desde el rotor 4. El peso del rotor del generador mas alto y la distancia hasta el centro dan un momento alto de inercia de la parte de rotacion del generador 17. Sin embargo, vista desde el extremo de rotor del tren de transmision 12, la inercia de rotacion solo es la mitad la inercia actual del generador 17, vista por los engranajes. El nuevo sistema tiene menos carga de engranajes debido a la aceleracion del rotor 4.
La caja de engranajes epicicloidales hueca 15 ofrece un peso ligero compacto y una unidad acelerada compacta, que puede estar integrada junto con un rodamiento principal 14 y un generador de velocidad media 17. Dicha unidad puede hacerse en las dimensiones no mas grandes que los tamanos actuales de gondolas para el mismo tipo de turbina eolica 1. Digamos que una turbina eolica moderna grande 1 de 3 MW podna caber dentro del mismo tamano de la cubierta de gondola 3. El peso del rodamiento principal 17 y de la caja de engranajes 15 es aproximadamente la mitad de la caja de engranajes 15 actual y el generador de velocidad media 17 es aproximadamente dos veces mas pesado. El peso de la gondola 3 para un tren de transmision que comprende un rodamiento principal de seguimiento automatico localmente radial 23, una caja de engranajes planetarios engranados 15 de dos etapas 11 y un generador de velocidad media 17 estan, por lo tanto, sustancialmente al mismo nivel que las gondolas 3 actuales.
El tren de transmision 12 se simplifica en comparacion con los trenes tradicionales de transmision 12 ya que no esta presente ningun acoplamiento entre la caja de engranajes 15 y el generador 17. Las fuerzas de inercia entre el rotor 4 y el generador 17 se reduce a aproximadamente el 50 %, por lo que se reducen los momentos de aceleracion por la caja de engranajes 15. El diseno es hueco en el centro con un diametro de, por ejemplo, 2 metros para un tren de transmision 12 de 3 MW. Esto da espacio para entrar en el buje 6 desde el lado de la gondola 3 por una abertura en el centro del buje 6.
La estructura abierta en el centro abre la posibilidad de prestar servicio/reparar el tren de transmision 12 desde el interior. La posibilidad de reemplazar "in situ" las partes cnticas del rodamiento principal 14, los engranajes planetarios 10, los rodamientos, las bobinas en el generador 17 u otro esta al alcance de este diseno y el diseno es cada vez mas atractivo cuanto mayor es la obtencion de la turbina 1.
La figura 6 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision 12 de acuerdo con la invencion en la que la caja de engranajes 15 encierra sustancialmente el generador 17, visto de lado.
En este modo de realizacion de la invencion, la parte de rotor 28 del generador 17 se coloca en el interior del engranaje solar 7 para hacer que la parte de rotor 28 rote alrededor del exterior de una parte de estator estacionaria 29.
En este modo de realizacion, la parte de estator 29 es solida, pero, en otro modo de realizacion, la parte de estator 29 podna ser hueca permitiendo el acceso al buje 6 por el centro de la parte de estator 29 y el resto del tren de transmision 12.
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El trazado de un tren de transmision 12 como se ilustra en la figura 6 proporciona un diseno muy compacto donde es muy poca la longitud total del tren de transmision 12. Ademas, este diseno proporciona un acceso facil a las partes internas de la caja de engranajes 15 tal como el engranaje planetario 10, los rodamientos planetarios y otros.
La figura 7 ilustra una seccion transversal de una parte de un modo de realizacion de un tren de transmision 12 de acuerdo con la invencion, que comprende mas de un generador 17, visto de lado.
En este modo de realizacion de la invencion, el tren de transmision 12 esta dotado con seis generadores 17 individuales e independientes, pero, en otro modo de realizacion, el tren de transmision 12 podna estar dotado con otro numero de generadores 17. Debido a la ubicacion de la seccion transversal, solo dos de estos seis generadores 17 estan presentes en la figura 7.
En este modo de realizacion, los generadores 17 estan dotados con un engranaje en sus arboles de entrada. Este engranaje engrana con dientes del engranaje solar 7 para proporcionar un aumento adicional en la velocidad de rotacion.
La figura 8 ilustra una seccion transversal por una parte de una gondola de una turbina eolica, vista de un lado,
El presente diseno de tren de transmision 12 permite un diseno muy compacto de la gondola 3, y particularmente de la estructura de refuerzo 19 de la gondola 3. En realidad, la estructura de gondola 19 se reduce sustancialmente a una carcasa tubular que funciona desde el rodamiento principal 14 hasta el mecanismo de vibracion en la torre 2.
La figura 8 ilustra ademas que el rodamiento principal 14, la caja de engranajes 15 y el generador 17 se colocan todos en aproximadamente el mismo diametro, que, en este caso, es aproximadamente el mismo que el diametro periferico del buje 6.
La figura 9 ilustra una parte de una seccion transversal de un modo de realizacion de un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 montado en el tren de transmision 12 de una turbina eolica 1, vista de lado.
En este modo de realizacion de la invencion, el anillo interno 26 y el anillo externo 24 del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 se conecta de forma ngida al buje de turbina eolica 6 por medio de medios de conexion que, en este caso, son pernos.
En otro modo de realizacion, el anillo interno 26 y el anillo externo 24 podnan conectarse a otra parte tal como la estructura de refuerzo 19 de la gondola, la caja de engranajes de turbina eolica 15, una parte de la caja de engranajes 15 tal como el soporte planetario 9, el engranaje de corona circular 8 o cualquier otra parte en el rotor 4 o en la gondola 3 o bien ambos o uno del anillo interno 26 y el anillo externo 24 podnan formarse completa o parcialmente integralmente con el buje 6, la estructura de refuerzo 19 de la gondola, la caja de engranajes 15 o cualquier otra parte del rotor 4 o la gondola 3 o el anillo interno 26 y el anillo externo 24 podna formarse como una parte individual, por ejemplo, en forma de U, donde las dos "patas" de la U senan el anillo interno 26 y el anillo externo 24 del rodamiento principal 14 que se unen integralmente por una parte transversal.
En este modo de realizacion, el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se conectan a la misma parte, pero, en otro modo de realizacion, los anillos 24, 26 podnan conectarse a diferentes partes donde estas partes diferentes se conectanan entonces de forma ngida.
Es importante que el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se conecten de forma ngida para garantizar que la distancia interna D5 entre el anillo interno 26 y el anillo externo 24 en todo momento se mantenga sustancialmente constante y uniforme en todo el camino alrededor de los anillos de rodamiento 24, 25,26, para impedir que los elementos rodantes 13 dejen su posicion correcta entre los anillos, por ejemplo, funcionando en los bordes de las pistas de rodadura 30 u otro que puedan danar o reducir la vida del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 o partes del mismo. De este modo, se garantiza el funcionamiento del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 aunque el rodamiento 23 debena desviarse, por ejemplo, haciendo un punto espedfico en la parte rotatoria del rodamiento 23 describiendo algo mas que un drculo perfecto como una curva elfptica. Se garantiza el funcionamiento del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 porque el anillo interno 26 y el anillo externo 24 mantendran siempre el anillo central 25 en su posicion correcta, sin importar el sentido de la carga (radial en o hacia el exterior, axialmente hacia delante y hacia atras o cualquier combinacion de las mismas) que el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 tenga que transferir. De este modo, el rodamiento 23 se vuelve de autoseguimento porque el anillo central 25 se grna en todo momento sustancialmente con precision entre el anillo interno 26 y el anillo externo 24 sin importar sustancialmente si el rodamiento 23 es ligeramente ovalado u otro.
En este modo de realizacion de la invencion, la turbina eolica 1 no tiene un arbol de baja velocidad como tal, porque el rotor 4 se conecta directamente al soporte planetario 9 de la caja de engranajes epicicloidales estableciendo la conexion entre el rotor 4 y la gondola 3 a lo largo de la borde externo de la brida de buje 27, haciendo que el rodamiento principal 14 tenga un diametro grande relativo tal como entre 1 y 5 metros, preferentemente entre 1,8 y 3,5 metros. Por lo tanto, las figuras 9-12 ilustran una seccion transversal de un lado del rodamiento principal 14 en el lado superior de la gondola 3 a una distancia de, por ejemplo, 1,2 metros desde el eje de rotacion del rotor 4,
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haciendo el diametro de este modo de realizacion de un rodamiento principal 14 de acuerdo con la invencion de aproximadamente 2,4 metros de diametro.
En otro modo de realizacion de la invencion, el rodamiento principal 14 podna colocarse en otro diametro, por ejemplo, encerrando un arbol principal de diametro mas pequeno u otro.
En este modo de realizacion, el rodamiento principal 14 solo comprende un anillo central 25, un anillo externo 24 (a pesar de que este anillo externo 24 se divida en mas de una parte anular yuxtapuesta 32, 35) y un anillo interno 26 (a pesar de que este anillo interno 26 se divida en mas de una parte anular yuxtapuesta 33, 34), pero, en otro modo de realizacion, el rodamiento principal 14 podna comprender mas de uno de cada uno de estos anillos 24, 25, 26.
En este modo de realizacion de la invencion, el anillo central 25 se forma como un anillo simple, pero, en otro modo de realizacion, el anillo central 25 podna formarse tambien como un numero de anillos concentricos tal como dos anillos individuales montados cada uno sustancialmente en la misma parte de turbina eolica tal como en el buje 6 o en una parte de la gondola 3 tal como una parte de la caja de engranajes 15. Los anillos centrales 25 solo tienen que conectarse de forma ngida para garantizar que el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 sea capaz de transferir eficientemente la carga en ambos sentidos radiales.
En este modo de realizacion de la invencion, el anillo central 25 se forma integralmente con la estructura de refuerzo 19 de la gondola 3, pero, en otro modo de realizacion, el anillo central 25 podna ser una parte independiente conectada de forma ngida a o al menos sustancialmente de forma ngida a la estructura de refuerzo 19 de la gondola 3 o a otra parte mas o menos estacionaria o rotatoria de la gondola 3 o si el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se conectara a la gondola 3, el anillo central 25 podna conectarse al rotor 4, por ejemplo, a traves de la brida de buje
27.
En este modo de realizacion de la invencion, el diseno de tres anillos podna usarse tambien de noche fuera de la abrasion del anillo o anillos estacionarios 24, 25, 26 y/o de la abrasion de la pista de rodadura 30 del anillo o anillos estacionarios 24, 25, 26. Las pistas de rodadura estacionarias 30 en dicha disposicion (las montadas en la gondola 3) veran un sentido de carga predominante debido al propio peso del rotor 4 y al momento de inclinacion que resulta del propio peso de la pala 5. Esto causara un mdice mas alto de fatiga y desgaste en ciertas regiones del anillo o anillos estacionarios. Por ejemplo, si uno elige ahora montar el anillo interno 26 y el anillo externo 24 en la estructura de gondola estacionaria 19, y el anillo de centro 25 en la parte rotatoria (buje 6), se produciran entonces estas regiones de fatiga aumentada y desgaste en areas definidas de estos anillos estacionarios 24, 26. Ahora, uno puede ejecutar el rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 de tal manera que el anillo interno 26 o el anillo externo 24 pueden apoyar el rotor 4 solo, al menos en condiciones estaticas. Esto significa que podna disenarse la unidad de rodamiento principal 14 de tal manera que se extrae el medio de conexion del anillo externo 24, se hace rotar el anillo externo 24, por ejemplo, 180 grados, vuelve a conectar el anillo externo 24, se extraen luego los medios de conexion del anillo interno 26, se hace rotar este, por ejemplo, 180 grados y vuelve a colocarse el anillo interno 26 por medio de los medios de conexion. Esto significa que los anillos de rodamiento cargados mas altos 24, 25, 26 despues de compartir su vida, continuaran funcionando en el area cargada en los mismos. En esencia, uno puede disenar cada contacto solo durante una fraccion de la vida de diseno del sistema.
En este modo de realizacion de la invencion, los anillos de rodamiento 24, 25, 26 son todos sustancial y perfectamente redondos cuando se monta inicialmente, pero, en otro modo de realizacion de la invencion, los anillos 24, 25, 26 podnan formarse, por ejemplo, ovalados para compensar previamente, por ejemplo, el peso muerto estatico. El peso muerto del rotor 4 podna causar una desviacion estatica en sentido vertical y, por lo tanto, podna causar una desalineacion de la caja de engranajes 15 o del generador 17 hacia su montaje (la gondola 3 o al menos la estructura de gondola 19). Esta desviacion se define bastante bien por las masas de los componentes 4, por la rigidez del rodamiento principal 14 y, por consiguiente puede compensarse previamente. Basicamente, uno ejecuta los rodamientos radiales en la parte "demasiado alta", de tal manera que se toma su posicion ideal teorica primero cuando se monta el rotor 4. Uno podna probablemente no solo compensar previamente el peso muerto estatico, sino tambien, por ejemplo, para la carga operativa media que pueda ser significativamente diferente de solo masas, de manera que solo las desviaciones de la media tienen un impacto sobre la alineacion de la caja de engranajes o del generador.
En este modo de realizacion de la invencion, existe un riesgo potencial de algunos de los elementos rodantes 13 en cierto punto al funcionar en una condicion sin carga. Pero a los rodamientos de elementos rodantes 14, y en particular los rodamientos de rodillos 14, no les gusta en absoluto funcionar descargados, ni siquiera a nivel local alrededor de la circunferencia. El funcionamiento con/sin carga causa que el elemento rodante 13 funcione mas lentamente que su velocidad teorica y, por consiguiente se deslice en la zona de contacto. Una vez que el elemento rodante 13 entra en la zona de carga, primero tiene que acelerar, y esto puede causar que se deslice o se corra, lo que, posteriormente, puede destruir el rodamiento principal 14. En otro modo de realizacion de la invencion, podna, por lo tanto, ser ventajoso modificar la rigidez de los anillos de rodamiento 24, 25, 26 o al menos de partes o de los rodamientos 32, 33, 34, 35 para obtener una carga previa definida del elemento rodante 13, solo lo suficiente para mantener una carga de rodillo minima definida en todas las condiciones operativas.
La figura 10 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una primera parte del anillo externo 32
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desplazada axialmente, vista de lado.
El presente diseno de un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 ofrece otras ventajas con respecto al funcionamiento de la turbina eolica 1 porque este diseno permite que pueda accederse a, inspeccionarse y/o reemplazarse todo el rodamiento principal l4 o al menos las piezas de desgaste y/o las partes internas 30, 13, 31 del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23, sin tener que extraerse o fijarse el rotor 4 por un equipo complejo adicional.
En este modo de realizacion de la invencion, una primera parte del anillo externo 32 puede desplazarse axialmente para permitir el acceso a las partes internas 30, 13, 31 entre el anillo externo 24 y el anillo central 25.
En cuanto a que la primera parte del anillo externo 32 se carga mucho cuando las cargas radiales y/o axiales se transfieren a pesar del rodamiento principal 14, la primera parte del anillo externo 32 se forma, en este modo de realizacion, como un anillo cerrado simple que encierra completamente las partes internas 30,13,31 entre el anillo externo 24, y el anillo central 25, pero porque el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se conectan de forma ngida a nivel local en todo el camino alrededor del rodamiento principal 14, la primera parte del anillo externo 32 podna formarse tambien como una serie de segmentos individuales.
En este modo de realizacion de la invencion, el anillo externo 24 comprende ademas una segunda parte del anillo externo 35 que, en este modo de realizacion, esta estacionaria durante la inspeccion y/o el reemplazo de las partes internas 30,13, 31, pero, en otro modo de realizacion, la segunda parte del anillo externo 35 podna dividirse, por ejemplo, en un numero de segmentos y extraerse luego durante la inspeccion y/o el reemplazo de las piezas internas 30,13,31 para garantizar mejores condiciones de trabajo u otro o la segunda parte del anillo externo 35 podna formarse como una parte integrada del buje 6 u otro.
Cuando se ha extrafdo la primera parte del anillo externo 32, existe el acceso libre a la pista de rodadura 30 en el anillo externo 24 y a los elementos rodantes 13, a la jaula 31 o jaulas 31 y a la pista de rodadura 30 en el anillo central 25.
El rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 comprende una o mas jaulas 31 para mantener sustancialmente la posicion de los elementos rodantes individuales 13 con respecto a los otros elementos rodantes 13 que mantienen, de este modo, una distancia sustancialmente constante y uniforme entre los elementos rodantes 13 todo el camino alrededor del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23.
En este modo de realizacion, la jaula 31 se forma como un aro de acero dotado con un numero de orificios que corresponden a los elementos rodantes 13. La jaula 31 se forma ademas como un segmento porque el aro puede abrirse en un lugar para extraer la jaula 31 sin tener que extraer los elementos rodantes 13.
En otro modo de realizacion, la jaula 31 podna dividirse en un numero de segmentos o la jaula 31 podna formarse como dos jaulas individuales 31 que funcionan en cualquier lado de los elementos rodantes 13 y luego conectarse entre todos o algunos de los elementos rodantes 13.
Mientras las partes internas 30, 13, 31 entre el anillo externo 24 y el anillo central 25 se extraen o solo se acceden a ellas, los elementos rodantes 13 entre el anillo central 25 y el anillo interno 26 se mantienen en pleno funcionamiento permitiendo, de este modo, que la fila o filas 27 de elementos rodantes 13 entre el anillo central 25 y el anillo interno 26 puedan llevar todo el peso y la carga del rotor 4 y transferirlos a la gondola 3 y mas alla.
La rotacion del rotor 4 tendna, por supuesto que detenerse antes de que se desmonte o extraiga cualquiera de los anillos 24, 25, 26 para garantizar la seguridad del personal que hacen las reparaciones, para garantizar la seguridad de la maquinaria y para reducir la carga que tiene que transferirse por el rodamiento principal 14 durante las reparaciones.
La figura 11 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una primera parte del anillo interno 33 radial desplazada, vista de lado.
Debido al diseno del rodamiento de seguimiento automatico localmente radial 23 en este modo de realizacion de la invencion, la primera parte del anillo interno 33 no puede extraerse antes de que se mueva la segunda parte del anillo interno 34.
En este modo de realizacion de la invencion, la primera parte del anillo interno 33 se forma como un anillo cerrado completo y, por lo tanto, tiene que moverse axialmente, pero, en otro modo de realizacion de la invencion, la primera parte del anillo interno 33 podna dividirse en un numero de segmentos que podnan eliminarse radialmente.
En cuanto a que la segunda parte del anillo interno 34, en este modo de realizacion, se ha quedado atascada axialmente entre la brida de buje 27 y la primera parte del anillo interno 33, la segunda parte del anillo interno 34 se divide, en este modo de realizacion de la invencion, en una serie de segmentos que pueden extraerse radiales.
La figura 12 ilustra el mismo modo de realizacion que la figura 9 con una segunda parte del anillo interno 34 desplazada axialmente, vista de lado.
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Una vez que se ha movido la segunda parte del anillo interno 34, la primera parte del anillo interno 33 puede desplazarse axialmente para dar el acceso a las partes internas 30, 13, 31 entre el anillo interno 26 y el anillo central 25.
Cuando se ha extrafdo la primera parte del anillo interno 33, existe un acceso libre a la pista de rodadura 30 en el anillo interno 24 y a los elementos rodantes 13, 31 de la jaula o jaulas 31 y a la pista de rodadura 30 en el anillo central 25.
En este modo de realizacion de la invencion, todas las cuatro pistas de rodadura 30 se dividen en segmentos para para una extraccion facil y para permitir que solo se haya eliminado una parte danada de la pista de rodadura 30.
En otro modo de realizacion de la invencion, solo la pista de rodadura 30 en el anillo central 25 se dividina en segmentos, mientras que las pistas de rodadura 30 en el anillo interno 26 y el anillo externo 24 se dividina axialmente inmediatamente por encima del punto mas alto de los elementos rodantes 13 en dos anillos independientes completos conectados, por ejemplo, por pernos para formar una pista de rodadura 30 completa. Si las jaulas 31 pudieran montarse despues de que se hayan situado las pistas de rodadura 30 alrededor de los elementos rodantes 13, las pistas de rodadura 30 en el anillo interno 26 y el anillo externo 24 podnan formarse tambien como anillos circulares completos.
En otro modo de realizacion de la invencion, los anillos 24, 25, 26 no estan dotados de pistas de rodadura independientes 30 o al menos solo el anillo central 25 esta dotado con pistas de rodadura independientes 30 porque las pistas de rodadura 30 podnan formarse integralmente con los anillos 24, 25, 26 dando como resultado que la totalidad de los anillos 24, 25, 26 o al menos las partes enteras de los anillos que hacen contacto con los elementos rodantes 13 tendnan que intercambiarse en caso de dano o desgaste de la pista de rodadura 30.
Como se ha explicado anteriormente, los elementos rodantes 13 entre el anillo de centro 25 y el anillo externo 24 permanecen de transmision de carga, mientras que las partes internas 30, 13, 31 entre el anillo interno 26 y el anillo central 25 se extraen o solo se accede a ellas permitiendo, de este modo que la fila o filas 27 de elementos rodantes 13 entre el anillo central 25 y el anillo externo 24 puedan llevar todo el peso y la carga del rotor 4 y los transfiera a la gondola 3 y mas alla.
La invencion se ha ejemplificado anteriormente con referencia a ejemplos espedficos de disenos y modos de realizacion de trenes de transmision 12, cajas de engranajes epicicloidales 15, rodamientos principales 14 y otros. Sin embargo, debena entenderse que la invencion no se limita a los ejemplos particulares descritos anteriormente, sino que puede disenarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invencion como se especifica en las reivindicaciones.
Lista
1. Turbina eolica
2. Torre
3. Gondola
4. Rotor
5. Pala
6. Buje
7. Engranaje solar
8. Engranaje de corona circular
9. Soporte planetario
10. Engranaje planetario
11. Etapa de engranajes
12. Tren de transmision
13. Elementos rodantes
14. Rodamiento principal
15. Caja de engranajes
16. Sistema de frenado
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25
17. Generador
18. Transformador
19. Estructura de gondola
20. Cojinete de engranaje planetario
21. Primera parte dentada
22. Segunda parte dentada
23. Rodamiento de seguimiento automatico localmente radial
24. Anillo externo
25. Anillo central
26. Anillo interno
27. Rodillo de elemento rodante
28. Parte de rotor del generador
29. Parte de estator del generador
30. Pista de rodadura
31. Jaula
32. Primera parte del anillo externo
33. Primera parte del anillo interno
34. Segunda parte del anillo interno
35. Segunda parte del anillo externo
D1 Diametro de la primera parte dentada D2 Diametro de la segunda parte dentada D3 Diametro del engranaje de corona circular D4 Diametro del engranaje solar
D5 Distancia interna entre el interior del anillo externo y el exterior del anillo interno
Claims (15)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Una turbina eolica (1) con un tren de transmision (12) colocado parcial o completamente en una gondola (3) de dicha turbina eolica (1), comprendiendo dicho tren de transmision (12)una caja de engranajes epicicloidales (15) que incluye al menos una etapa de engranaje (11) que comprende una pluralidad de engranajes planetarios (10) que engranan con un engranaje solar (7) y/o un engranaje de corona circular (8), funcionando dicha caja de engranajes (15) para acelerar parcial o completamente la rotacion de un rotor (4) de dicha turbina eolica (1) con el fin de accionar al menos un generador (17) de dicha turbina eolica (1), en la que dicho tren de transmision (12) comprende ademas al menos un rodamiento de seguimiento automatico localmente radial (23) para permitir la rotacion de dicho rotor (4) en relacion con una estructura de gondola (19) de dicha gondola (3), caracterizada por que dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial (23) comprende medios para transferir cargas localmente en ambos sentidos radiales entre uno o mas anillos de rodamiento (24, 25 o 26) conectados directa o indirectamente a dicho rotor (4) y uno o mas anillos de rodamiento (24, 25 o 26) conectados directa o indirectamente a dicha estructura de gondola (19).
- 2. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el diametro de paso (D4) de dicho engranaje solar (7) es mas grande que entre el 30 % y el 99 %, preferentemente entre el 50 % y el 95 % y lo mas preferido entre el 70 % y el 90 %, tal como el 80 % del diametro de paso (D3) de dicho engranaje de corona circular (8).
- 3. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que al menos dicha etapa de engranaje (11) comprende entre 2 y 100, preferentemente entre 4 y 60 y lo mas preferido entre 9 y 40 tal como 24 engranajes planetarios (10).
- 4. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que uno o mas de dichos engranajes planetarios (10) comprende una primera parte dentada (21) que tiene un primer diametro de paso (D1) y una segunda parte dentada (22) que tiene un segundo diametro de paso (D2) y en la que dicho primer diametro de paso (D1) es diferente de dicho segundo diametro de paso (D2).
- 5. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial (23) es un rodamiento principal (14) de dicha turbina eolica (1).
- 6. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial (23) esta integrado en o se conecta directamente a dicha caja de engranajes epicicloidales (15).
- 7. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho engranaje de corona circular (8) se divide en dos o mas segmentos.
- 8. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos dicho generador (17) comprende al menos una parte de rotor (28) que rota en relacion con dicha estructura de la gondola (19) y al menos una parte de estator (29) que esta sustancialmente estacionaria en relacion con dicha estructura de gondola (19) durante el funcionamiento normal de dicha turbina eolica (1).
- 9. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que al menos dicha parte de rotor (28) encierra sustancialmente al menos una parte de estator (29).
- 10. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho tren de transmision (12) comprende un centro hueco por todo el tren de transmision (12) a lo largo del eje de rotacion.
- 11. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 10, en la que dicho centro hueco es de un tamano que proporciona acceso de personal por todo el tren de transmision (12).
- 12. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho rodamiento de seguimiento automatico localmente radial (23) comprende al menos un anillo externo (24), al menos un anillo central (25) y al menos un anillo interno (26) y en el que dicho anillo central (25) es capaz de rotar en relacion con dicho anillo externo (24) y dicho anillo interno (26) o dicho anillo externo (24) y dicho anillo interno (26) son capaces de rotacion en relacion con dicho anillo central (25).
- 13. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 12, en la que al menos dicho anillo externo (24) y al menos dicho anillo interno (26) se conectan de manera ngida.
- 14. Una turbina eolica (1) de acuerdo con la reivindicacion 12 o 13, en la que al menos dicho anillo externo (24) y al menos dicho anillo interno (26) se conectan a un buje (6) de dicho rotor (4).
- 15. Una turbina eolica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, en la que al menos dicho anillo central (25) se conecta a una parte de estator (29) de dicho al menos un generador (17).
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