ES2590533T3 - Cojinete de pedestal con capacidad de amortiguación para turbinas eólicas - Google Patents

Cojinete de pedestal con capacidad de amortiguación para turbinas eólicas Download PDF

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ES2590533T3 ES05002470.2T ES05002470T ES2590533T3 ES 2590533 T3 ES2590533 T3 ES 2590533T3 ES 05002470 T ES05002470 T ES 05002470T ES 2590533 T3 ES2590533 T3 ES 2590533T3
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Abstract

Cojinete de pedestal (4) con capacidad de amortiguación de un árbol de rotor de una turbina eólica, que comprende un componente de amortiguación y un cojinete de rodillos, caracterizado porque presenta un componente conformado de cojinete de pedestal (4a) y un componente conformado de cojinete de pedestal (4b), que forman conjuntamente la carcasa del cojinete, cada uno con un lado exterior y uno interior y un orificio cilíndrico para la recepción del cojinete de rodillos (2) que guía un árbol (11), presentando cada lado interior una superficie común en contacto con el otro lado interior de la otra parte conformada, así como una superficie inclinada (7a, 7b), de modo que durante el ensamblaje de los dos componentes (4a) y (4b) a través de la superficie común en contacto se origina una cavidad cilíndrica, que presenta una escotadura (6) circunferencial, anular, al menos parcialmente cónica, formada por dichas superficies inclinadas (7a, 7b) de las partes conformadas con un ángulo de cono, abierto hacia dentro y definido según dichas superficies inclinadas (7a, 7b), en el que la escotadura recibe de forma adaptada el componente de amortiguación (5) anular, circunferencial, , que comprende una o varias partes y que está conectado con el cojinete de rodillos (2) situado en la cavidad cilíndrica, comprendiendo el componente de amortiguación (5) anular esencialmente (i) un cojinete de elastómero (1) que comprende una o varias partes y (ii) una parte de soporte (3) anular, cónica, que se compone de dos partes anulares (3a, 3b) iguales, separadas una de otra, cada una de las cuales presenta una superficie inclinada, que está opuesta a las superficies inclinadas (7a, 7b) de la entalladura (6), estando conectada la parte de soporte en el lado dirigido hacia la cavidad cilíndrica con el cojinete de rodillos (2) o circundando a éste firmemente, y estando montado el cojinete de elastómero (1) en el lado de la parte de soporte (3) opuesto al cojinete de rodillos (2) y estando en contacto con la escotadura cónica de los componentes conformados (4a), (4b).

Description

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DESCRIPCION
Cojinete de pedestal con capacidad de amortiguacion para turbinas eolicas
La invencion se refiere a un novedoso conjunto de cojinete para rotores o arboles de rotores de turbinas eolicas (cojinete de pedestal), que se compone esencialmente de un cojinete de rodillos configurado geometricamente conforme al uso segun la invencion y que esta equipado con un componente de amortiguacion elastomerico, configurado segun la invencion o que esta integrado constructivamente con este, de modo que el apoyo de rotor es capaz de amortiguar o desacoplar las fuerzas de vibracion (fuerzas de traccion, compresion, transversales o de cizallamiento) indeseadas, generadas de forma especialmente eficaz durante el funcionamiento y dirigidas en la direccion x, y y z, en particular eventos de ruido estructural. El cojinete de pedestal segun la invencion es apropiado no solo para el uso en turbinas eolicas, sino tambien en otras maquinas e instalaciones, que presentan perfiles similares de vibraciones y efectos de fuerzas.
Por el documento EP-A2-1 197 677 se conoce una disposition de cojinete conocida en turbinas eolicas. Los arboles de accionamiento estan expuestos con mucha frecuencia a vibraciones que se originan en distintas partes de la maquina por el efecto de fuerzas de diferente tipo. Por este motivo las partes de maquina correspondientes descansan en cojinetes que reducen o amortiguan las fuerzas y asf contrarrestan el desgaste amplificado de los componentes individuales, que estan sometidos a cargas espedficas. Ademas, de este modo se consigue un desacoplamiento del ruido estructural al menos parcial, por lo que se puede reducir la transmision de ruidos molestos a traves de partes moviles sobre la construction portante.
Las turbinas eolicas estan sujetas segun la naturaleza a fuerzas adicionales y especialmente marcadas, que se generan ante todo por el movimiento del rotor como tal, en particular en forma de desequilibrios, como tambien por vientos parcialmente extremos, que actuan en conjunto desde todas las direcciones sobre las palas de rotor y la instalacion.
La cadena de accionamiento en las turbinas eolicas se monta con frecuencia mediante un conjunto de cojinete de tres puntos sobre el soporte de maquina. A este respecto, las fuerzas y momentos que se originan en el rotor se transmiten entre otros desde un cojinete de pedestal, que esta posicionado directamente detras de la pala de rotor y recibe el arbol de rotor, sobre el arbol de rotor. El arbol de rotor desemboca habitualmente en una transmision y/o generador, que presentan igualmente cojinetes especiales, que permiten compensar una parte adicional de estas fuerzas y vibraciones. Estos cojinetes transmiten las vibraciones de la transmision, del generador y que aparecen en el cojinete de pedestal, en particular tambien el ruido estructural provocado sobre el soporte de maquina y la torre de la instalacion de energfa eolica. La torre amplifica este ruido estructural y lo irradia al entorno como un molesto ruido aereo. En instalaciones que se colocan en el mar (off-shore), el ruido se transmite al agua donde se extiende rapidamente y sin grandes perdidas y puede repercutir negativamente en el desarrollo de animales marinos.
Los cojinetes de pedestal en turbinas eolicas se componen esencialmente de una carcasa de cojinete de pedestal y un cojinete de rodillos segun el estado de la tecnica. En general debido a las elevadas fuerzas radiales y axiales y el movimiento angular de cardan requerido del cojinete se usan cojinetes de rodillos esfericos como cojinetes de rodillos. Los cojinetes de rodillos oscilantes tienen movimiento de tipo cardan, de modo que se pueden absorber los movimientos de cabeceo y guinada del arbol de rotor por parte del cojinete. Se ha mostrado que este cojinete de pedestal no solo transmite el ruido estructural, segun lo esperado, sino que debido a las fuerzas ejercidas sobre las turbinas eolicas deja que se originen danos en el propio cojinete.
Por consiguiente, existe el objetivo de proporcionar un conjunto de cojinete de pedestal para turbinas eolicas o instalaciones con efectos de fuerzas comparables, que bajo el efecto de fuerzas especiales y que atacan de forma compleja presenten propiedades mejoradas en referencia a la amortiguacion de vibraciones, en particular desacoplamiento del ruido estructural y cuidado del material de las piezas de la instalacion, en particular del propio cojinete.
El objeto de la invencion es por consiguiente un cojinete de pedestal (4) con capacidad de amortiguacion, que consiste esencialmente en un componente conformado de cojinete de pedestal (4a) y un componente conformado de cojinete de pedestal (4b), que forman conjuntamente la carcasa del cojinete, cada uno con un lado exterior y uno interior y un orificio cilmdrico para la reception del cojinete de rodillos (2) que grna un arbol (11), presentando cada lado interior una superficie comun en contacto con el otro lado interior de la otra parte conformada, asf como una superficie inclinada (7a, 7b), de modo que durante el ensamblaje de los dos componentes (4a) y (4b) a traves de la superficie comun en contacto se origina una cavidad cilmdrica, que presenta una escotadura (6) circunferencial, anular, al menos parcialmente conica, formada por dichas superficies inclinadas (7a, 7b) de las partes conformadas con un angulo de cono, abierto hacia dentro y definido segun dichas superficies inclinadas (7a, 7b), en el que la escotadura recibe de forma adaptada el componente de amortiguacion (5) anular, circunferencial, , que comprende una o varias partes y que esta conectado con el cojinete de rodillos (2) situado en la cavidad cilmdrica.
El objeto es en particular un cojinete de pedestal correspondiente, en el que el componente de amortiguacion (5) anular
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consiste esencialmente en: (i) un cojinete de elastomero (1) que comprende una o varias partes y (ii) una parte de soporte (3) anular, conica, que se compone una o varias partes, estando conectada la parte de soporte al lado dirigido a la cavidad cilmdrica con el cojinete de rodillos (2) o circundando a este firmemente, y estando montado el cojinete de elastomero (1) en el lado de la parte de soporte (3) opuesto al cojinete de rodillos (2) y estando en contacto con la escotadura conica de los componentes conformados (4a), (4b).
En una forma de realizacion preferida la parte de soporte (3) consiste en dos partes anulares (3a, 3b) iguales, separadas una de otra, que presentan respectivamente una de las superficies inclinadas que forman el angulo de cono de la escotadura (6). Esta forma de realizacion es especialmente interesante cuando el cojinete de pedestal debe presentar una pretension.
En otra forma de realizacion preferida, el cojinete de elastomero (1) consiste en dos partes anulares (1a), (1b) elastomericas, iguales, separadas una de otra, que estan en contacto con las correspondientes superficies inclinadas de la escotadura conica de los componentes conformados (4a), (4b). Pero segun la invencion tambien es posible proporcionar sustancialmente en todo el espacio conico entre los componentes (4a), (4b) y (3) o (3a), (3b) un unico cojinete de elastomero (1) anular, circunferencial, de modo que la parte de soporte (3), (3a), (3b), que esta en conexion con el cojinete de rodillos (2), esta montada mas o menos de forma completamente elastomerica. No obstante, dado que el cojinete de elastomero se comprime en caso de solicitation, debe haber todavfa, en cualquier caso, espacio para el volumen de elastomero prensado dentro del espacio conico (6).
El objeto de la invencion es ademas un correspondiente cojinete de pedestal, en el que el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) esta conectado firmemente con los componentes (3a), (3b), (4a), (4b) que le delimitan.
El objeto de la invencion es ademas un correspondiente cojinete de pedestal, en el que el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) presenta al menos una capa elastomerica. En formas de realizacion especiales el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) presenta dos o mas capas elastomericas, que estan separadas unas de otras por capas duras.
El objeto de la invencion es preferentemente un cojinete de pedestal correspondiente, en el que el cojinete de rodillos no tiene movimiento de tipo cardan. Esto es posible ya que el cojinete de elastomero (1) posee por sf mismo una movilidad cardanica y por consiguiente se pueden absorber los movimientos de cabeceo y guinada del arbol de rotor que siempre aparecen, lo que por lo demas solo son capaces de proporcionar los mas costosos cojinetes de rodillos oscilantes usados para esta finalidad en el estado de la tecnica, que son mas complejos y ante todo, propensos al desgaste. Asf en una forma de realizacion preferida, segun la invencion el cojinete de rodillos puede ser ngido o no ajustable en angulo y, por ejemplo, estar presente en forma de un cojinete axial, de un cojinete de cuatro puntos o preferentemente de un cojinete de rodillos conicos o de rodillos cilmdricos. Un cojinete de este tipo segun la invencion tambien es apropiado para absorber todas las fuerzas del rotor transferidas por la instalacion de energfa eolica (cojinete de momentos).
El objeto de la invencion es ademas un correspondiente cojinete de pedestal, en el que para el preajuste individual de las propiedades de amortiguacion del cojinete de pedestal, los componentes conformados (4a), (4b) y la parte de soporte (3) del componente de amortiguacion (5) estan tensados por medios tensores.
El objeto de la invencion es en ultimo termino el uso de un cojinete de pedestal correspondiente para el desacoplamiento de las fuerzas de vibration, preferentemente vibraciones de sonido, que se ejercen sobre el arbol de rotor de turbinas eolicas.
En la siguiente tabla 1 se explican brevemente las referencias:
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(1) (1a) (1b)
(Partes de) cojinete de elastomero
(2)
Cojinete de rodillos (representacion simbolica)
(3) (3a) (3b)
Parte(s) de soporte del componente de amortiguacion (5)
(4) (4a) (4b)
Cojinete de pedestal completo y componentes conformados del cojinete de pedestal
(5)
Componente de amortiguacion, que se compone del componente duro (3) y componente de elastomero (1)
(6)
Espacio de cono o escotadura conica
(7) (7a) (7b)
Superficies de cono
(8)
Pala de rotor
(9)
Transmision
(10)
Brida de fijacion
(11)
Arbol de rotor
(12)
Soporte de maquina
En la siguiente tabla 2 se explican brevemente las figuras:
Fig. 1: Disposicion de una turbina eolica segun el estado de la tecnica (vista de conjunto esquematica), (4) reproduce
la posicion del cojinete de pedestal.
Fig. 2: Seccion a traves del cojinete de pedestal segun la invencion (representation 3D)
Fig. 3: Secciones esquematicas a traves del cojinete de pedestal segun la invencion
Fig. 4: Representacion 3D de todo el cojinete de pedestal cerrado con bridas de fijacion segun la invencion
A continuation, se describe la invencion mas en detalle:
El cojinete de pedestal (4) segun la invencion comprende dos componentes conformados (4a, 4b), que forman la carcasa del cojinete. Eventualmente puede presentar medios de fijacion, como por ejemplo bridas (10), que posibilitan conectar firmemente el cojinete de pedestal con el soporte de maquina (12). Lo ultimo tambien se puede conseguir sin tales medios, cuando uno de los componentes es conformado como parte integral del propio soporte de maquina.
Las dos partes conformadas (4a), (4b) estan conformadas correspondientes de modo que pueden formar la carcasa del cojinete, con un orificio cilmdrico, preferentemente con el diametro del rodamiento de rodillos a utilizar, que presenta una escotadura (espacio conico) circunferencial, anular, al menos parcialmente conica, conforme al diametro del cilindro. A este respecto, el espacio conico originado se forma por superficies inclinadas de los componentes conformados (4a), (4b) de la carcasa de cojinete de pedestal (4).
En este espacio conico similar a un canal, que esta abierto hacia la cavidad cilmdrica, la parte de amortiguacion (5) encuentra espacio, y a saber de manera que el cojinete de elastomero (1) como un componente de la parte de amortiguacion rellena ampliamente completamente o parcialmente las superficies del espacio conico anular, debiendo quedar libre al menos espacio para el material elastomerico prensado.
La parte de amortiguacion (5) se puede componer eventualmente solo del cojinete de elastomero (1) que se compone de una o varias partes, pero preferentemente presenta adicionalmente una parte de soporte (3) fija, que se compone de una o varias partes, que esta conformada de materiales duros inflexibles, preferentemente metal, plastico duro o sustancias que contienen fibras de carbono y por consiguiente es apropiada especialmente para portar o circundar el cojinete de rodillos (2) situado en la cavidad cilmdrica y orientado a lo largo de esta, con el que esta conectado firmemente.
La parte de soporte (3) fija preferentemente consiste en dos elementos anulares (3a), (3b) conformados de manera similar, que presentan cada uno en principio una seccion transversal en forma de un triangulo rectangular o de una parte de el, de modo que se pueden insertar con ajuste en la escotadura conica (6), discurriendo el angulo recto de cada elemento (3a), (3b) en la direction vertical aproximadamente a lo largo de la lmea de vertice del cono de la escotadura circunferencial y en la direccion horizontal aproximadamente a lo largo de la superficie interior de la cavidad cilmdrica del cojinete de pedestal.
Las dos partes de soporte (3a, 3b) se situan por consiguiente a lo largo de la lmea de vertice del cono directamente enfrentadas entre sf sin estar conectadas firmemente. De este modo son capaces de ajustarse o posicionarse diferentemente respecto a tensiones o fuerzas diferentes. Esto tiene particular importancia cuando el cojinete de pedestal
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presenta en su forma de realizacion preferida medios de fijacion, preferentemente tornillos tensores, que posibilitan un tensado de las partes de carcasa (4a, 4b) con el elemento de amortiguacion (5) o preferentemente los elementos de soporte (3a, 3b).
El cojinete de elastomero (1) puede ser una unica pieza, que se inserta en las superficies de cono de la escotadura (6) y se conecta firmemente con estas preferentemente mediante pegado o vulcanizado. Pero preferentemente se compone de dos capas (1a), (1b) elastomericas, circunferenciales, que estan fijadas por separado en las superficies inclinadas (7a, 7b) correspondientes segun se describe. Para ahorrar material, las capas de elastomero circunferenciales tambien pueden estar interrumpidas.
Los cojinetes de elastomero (1, 1a, 1b) usados segun la invencion son en sf conocidos y consisten esencialmente en una o varias capas de elastomero que, en el caso de varias capas, estan separadas unas de otras por capas intermedias inelasticas, no elastomericas, solidas o duras. Los materiales elastomericos usados segun la invencion estan hechos esencialmente de un caucho natural, un derivado de caucho natural o de un plastico polimerico elastico apropiado o mezcla de plasticos. La capa de elastomero puede presentar segun la invencion diferentes durezas (“dureza Shore”) y diferentes propiedades de amortiguacion, conforme a los requerimientos deseados. Preferentemente se usan elastomeros con una dureza de 20 a 100 Shore A, en particular 30 a 80 Shore A. La fabricacion de elastomeros de este tipo de diferente dureza se conoce en el estado de la tecnica y se describe suficientemente en la bibliograffa especializada. Preferentemente se usan cauchos naturales disponibles comercialmente.
Las capas intermedias no elastomericas segun la invencion estan fabricadas a partir de materiales sustancialmente inelasticos con pequena compresibilidad. Preferentemente son chapas de metal, pero tambien se pueden usar otros materiales, como plasticos duros, materiales compuestos o materiales que contienen fibras de carbono. Las chapas intermedias y los materiales elastomericos se conectan entre sf en general por vulcanizacion.
Segun la invencion los cojinetes de elastomero (1, 1a, 1b) se componen de una a ocho, preferentemente una a tres capas elastomericas y se usan en una realizacion plana. Pero segun la invencion tambien es posible usar cojinetes de elastomero curvados de forma concava o convexa, que tienen la ventaja de que son menos propensos al desgaste. En estos casos tambien se requiere configurar correspondientemente las superficies de cono, en contacto, de los componentes (3a, 3b) y (4a, 4b).
La amortiguacion o desacoplamiento de vibraciones se realiza segun la invencion porque las fuerzas de vibracion que aparecen en el cojinete de rodillos (2), condicionados por el arbol giratorio se transfieren directamente o preferentemente a traves de la parte de soporte (3) fija sobre el cojinete de elastomero (1) verdadero y por consiguiente se amortiguan. Mediante las caractensticas constructivas mencionadas se pueden obtener asf excelentes resultados en particular en el desacoplamiento del sonido en las turbinas eolicas.
El cojinete segun la invencion presenta en resumen las siguientes ventajas:
- buena reduccion del ruido (desacoplamiento del sonido)
- amortiguacion general de otras vibraciones que aparecen en el sistema
- Se puede obtener capacidad de ajuste del angulo debido a la capacidad de ajuste de la unidad de amortiguacion (5) del cojinete de elastomero y no por el cojinete de rodillos mismo
- posibilidad de integrar la carcasa del cojinete en el soporte de maquina.

Claims (10)

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    10
    15
    20
    25
    30
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    40
    REIVINDICACIONES
    1. Cojinete de pedestal (4) con capacidad de amortiguacion de un arbol de rotor de una turbina eolica, que comprende un componente de amortiguacion y un cojinete de rodillos, caracterizado porque presenta un componente conformado de cojinete de pedestal (4a) y un componente conformado de cojinete de pedestal (4b), que forman conjuntamente la carcasa del cojinete, cada uno con un lado exterior y uno interior y un orificio cilmdrico para la recepcion del cojinete de rodillos (2) que grna un arbol (11), presentando cada lado interior una superficie comun en contacto con el otro lado interior de la otra parte conformada, asf como una superficie inclinada (7a, 7b), de modo que durante el ensamblaje de los dos componentes (4a) y (4b) a traves de la superficie comun en contacto se origina una cavidad cilmdrica, que presenta una escotadura (6) circunferencial, anular, al menos parcialmente conica, formada por dichas superficies inclinadas (7a, 7b) de las partes conformadas con un angulo de cono, abierto hacia dentro y definido segun dichas superficies inclinadas (7a, 7b), en el que la escotadura recibe de forma adaptada el componente de amortiguacion (5) anular, circunferencial, , que comprende una o varias partes y que esta conectado con el cojinete de rodillos (2) situado en la cavidad cilmdrica, comprendiendo el componente de amortiguacion (5) anular esencialmente (i) un cojinete de elastomero (1) que comprende una o varias partes y (ii) una parte de soporte (3) anular, conica, que se compone de dos partes anulares (3a, 3b) iguales, separadas una de otra, cada una de las cuales presenta una superficie inclinada, que esta opuesta a las superficies inclinadas (7a, 7b) de la entalladura (6), estando conectada la parte de soporte en el lado dirigido hacia la cavidad cilmdrica con el cojinete de rodillos (2) o circundando a este firmemente, y estando montado el cojinete de elastomero (1) en el lado de la parte de soporte (3) opuesto al cojinete de rodillos (2) y estando en contacto con la escotadura conica de los componentes conformados (4a), (4b).
  2. 2. Cojinete de pedestal segun la reivindicacion 1, caracterizado porque las partes anulares (3a) (3b) se situan de forma enfrentada a lo largo de la lmea de vertice del cono.
  3. 3. Cojinete de pedestal segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el cojinete de elastomero (1), consiste en dos partes anulares (1a), (1b) elastomericas, iguales, separadas una de otra y que estan en contacto con las superficies inclinadas correspondientes de la escotadura conica de los componentes conformados (4a), (4b).
  4. 4. Cojinete de pedestal segun una de las reivindicaciones 1 - 3, caracterizado porque el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) esta conectado firmemente a los componentes (3a), (3b), (4a), (4b) que lo delimitan.
  5. 5. Cojinete de pedestal segun una de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado porque el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) presenta al menos una capa elastomerica.
  6. 6. Cojinete de pedestal segun la reivindicacion 5, caracterizado porque el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) presenta dos o mas capas elastomericas, que estan separadas unas de otras por capas duras.
  7. 7. Cojinete de pedestal segun una de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque el cojinete de elastomero (1), (1a), (1b) es plano o esta curvado de forma concava o convexa y las superficies de cono, en contacto, de los componentes (3a, 3b) y (4a, 4b) estan configuradas de forma correspondiente.
  8. 8. Cojinete de pedestal segun una de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizado porque el cojinete de rodillos (2) es un cojinete axial, un cojinete de cuatro puntos, un cojinete de rodillos conicos o un cojinete de rodillos cilmdricos o porque el cojinete de rodillos no se puede ajustar en angulo.
  9. 9. Cojinete de pedestal segun una de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizado porque para el preajuste individual de las propiedades de amortiguacion del cojinete de pedestal, los componentes conformados (4a), (4b) y la parte de soporte (3) del componente de amortiguacion (5) estan tensados unos contra otros mediante medios tensores.
  10. 10. Uso de un cojinete de pedestal segun una o varias de las reivindicaciones 1 - 9 para el desacoplamiento de fuerzas de vibracion, inclusive ruido, que se ejercen sobre el arbol de rotor de las turbinas eolicas.
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