ES2638469T3 - Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso - Google Patents

Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso Download PDF

Info

Publication number
ES2638469T3
ES2638469T3 ES11194124.1T ES11194124T ES2638469T3 ES 2638469 T3 ES2638469 T3 ES 2638469T3 ES 11194124 T ES11194124 T ES 11194124T ES 2638469 T3 ES2638469 T3 ES 2638469T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
wind turbine
hydraulic
hydraulic pump
pumps
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES11194124.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Jesper Lykkegaard Andersen
Jens Bay Madsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Application granted granted Critical
Publication of ES2638469T3 publication Critical patent/ES2638469T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0296—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/28—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being a pump or a compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/507—Kinematic linkage, i.e. transmission of position using servos, independent actuators, etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/76—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades the adjusting mechanism using auxiliary power sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/845—Redundancy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F05B2260/901—Braking using aerodynamic forces, i.e. lift or drag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05B2270/1074—Purpose of the control system to cope with emergencies by using back-up controls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/334—Vibration measurements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/337—Electrical grid status parameters, e.g. voltage, frequency or power demand
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/60—Control system actuates through
    • F05B2270/604—Control system actuates through hydraulic actuators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Una turbina eólica (1) que comprende medios para producir energía para una red eléctrica (27), comprendiendo adicionalmente dicha turbina eólica (1) un rotor (4) que incluye una o más palas (5), en la que dicho rotor (4) comprende adicionalmente uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso (16) para controlar activamente el ángulo de paso de una o más de dichas palas (5), una o más bombas hidráulicas de actuador (14) adaptadas para alimentar dichos actuadores hidráulicos de cambio de paso (16) y en la que dichas una o más bombas hidráulicas de actuador (14) son alimentadas por una fuente de energía de funcionamiento normal, caracterizada por que dicha turbina eólica (1) comprende adicionalmente una bomba hidráulica de emergencia (17) también adaptada para alimentar dichos actuadores hidráulicos (16), siendo alimentada dicha bomba hidráulica de emergencia (17) por un almacenamiento de energía eléctrica (29), en la que dicha turbina eólica comprende adicionalmente medios de detección de oscilación (26) adaptados para detectar oscilaciones en el sentido del borde en una o más de dichas una o más palas, y en la que dicha turbina eólica comprende adicionalmente medios de control (25) de bomba hidráulica de emergencia adaptados para activar dicha bomba hidráulica de emergencia si dichos medios de detección de oscilación detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima de un nivel predefinido en una o más de dichas una o más palas.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Una turbina eolica y un metodo para la alimentacion de uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso Antecedentes de la invencion
La invencion se refiere a una turbina eolica que comprenden medios para la produccion de energfa para una red electrica. La turbina eolica comprende adicionalmente un rotor que incluye una o mas palas, en la que el rotor comprende adicionalmente uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso para controlar activamente el angulo de paso de una o mas de las palas.
La invencion se refiere adicionalmente a un metodo para la alimentacion de uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso para controlar activamente el angulo de paso de una o mas palas de una turbina eolica.
Descripcion de la tecnica relacionada
Una turbina eolica conocida en la tecnica comprende una torre de turbina eolica ahusada y una gondola de turbina eolica situada en la parte superior de la torre. Se conecta un rotor de turbina eolica con un numero de palas de turbina eolica a la gondola a traves de un arbol de baja velocidad, que se extiende fuera del frente de la gondola tal como se ilustra en la figura 1.
Las turbinas eolicas modernas controlan la carga sobre el rotor mediante el cambio de paso de las palas hacia y fuera de viento incidente. Se cambia el paso de las palas para optimizar la produccion de potencia o para proteger a la turbina eolica de sobrecargas daninas.
Para realizar el cambio de paso cada pala esta provista con una disposicion de cambio de paso que comprende un cojinete de paso entre el buje y la pala, y alguna clase de mecanismo de cambio de paso, por ejemplo en la forma de un actuador hidraulico, para proporcionar la fuerza para el cambio de paso de la pala y su mantenimiento en una posicion dada.
Este actuador hidraulico se alimenta tfpicamente por una bomba hidraulica que es accionada por un motor electrico alimentado por la red electrica para la que la turbina eolica produce la energfa electrica.
Sin embargo, en el caso de fallo de la red puede ser aun necesario cambiar el paso de las palas, por ejemplo para parar la turbina eolica mediante la estabilizacion de las palas, para controlar una rotacion lenta del rotor durante la marcha en vado o como una contramedida en caso de que una o mas de las palas oscilen en el sentido del borde.
Por ejemplo, a partir del documento US 4.348.155 se conoce por lo tanto proveer al sistema hidraulico con acumuladores de presion de modo que las palas puedan estabilizarse en caso de un fallo de la red o un defecto similar pero la potencia proporcionada desde los acumuladores esta limitada y de una vida muy corta.
Por el documento EP 1 788 237 A2 se conoce por lo tanto la alimentacion de la bomba hidraulica por la red electrica durante un funcionamiento normal y por ejemplo, por medio de una batena durante fallos de la red pero dicha batena es tanto pesada como cara.
El documento de Erich Hau: “Wind Turbines”, 2006, Springer-Verlag, paginas 278-279 describe un metodo para impedir un embalamiento del rotor cuando se pierde subitamente la carga.
Un objeto de la invencion es por lo tanto proporcionar una tecnica ventajosa para la alimentacion de un actuador hidraulico de cambio de paso de una turbina eolica.
La invencion
La presente invencion proporciona una turbina eolica que comprende medios para la produccion de energfa para una red electrica. La turbina eolica comprende adicionalmente un rotor que incluye una o mas palas, en la que el rotor comprende adicionalmente uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso para controlar activamente el angulo de paso de una o mas de las palas. La turbina eolica comprende tambien una o mas bombas hidraulicas de actuador adaptadas para alimentar los actuadores hidraulicos de cambio de paso, en los que las una o mas bombas hidraulicas de actuador se alimentan por una fuente de energfa en funcionamiento normal. La turbina eolica comprende adicionalmente una bomba hidraulica de emergencia adaptada tambien para la alimentacion de los actuadores hidraulicos, siendo alimentada la bomba hidraulica de emergencia por un almacenamiento de energfa electrica.
Las una o mas bombas hidraulicas de actuador que accionan los actuadores de cambio de paso durante un funcionamiento normal han de tener una capacidad relativamente alta para ajustar constante y rapidamente el angulo de paso de todas las palas, por ejemplo en respuesta a unas situaciones del viento constantemente
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
cambiantes, para ajustarle a una consigna de produccion de potencia dada u otra. Por ello, en caso de emergencia, por ejemplo en la que la fuente de energfa de funcionamiento normal ya no esta disponible, requerina un almacenamiento de energfa masivo para asegurar la operacion de cambio de paso si esto se debiera llevar a cabo por las bombas hidraulicas de actuador de funcionamiento normal. Pero durante un fallo de la red o en circunstancias similares en las que la fuente de energfa de funcionamiento normal no esta disponible el sistema de cambio de paso solo tiene que ajustar el angulo de paso de las palas de modo relativamente lento y relativamente pocas veces —es decir, si se detectan las oscilaciones en el sentido del borde de las palas o para asegurar una marcha en vado lenta sustancialmente constante del rotor—. La capacidad requerida de las bombas se reduce por lo tanto grandemente durante penodos en los que la fuente de energfa de funcionamiento normal no esta disponible y es por lo tanto ventajoso proveer adicionalmente a la turbina eolica con una bomba hidraulica de emergencia dedicada debido a que dicha bomba hace mas simple adaptar la capacidad a la situacion de emergencia y de ese modo asegurar un consumo de energfa mas bajo durante los penodos en los que la fuente de energfa de funcionamiento normal no esta disponible. Por ello, el funcionamiento del sistema de cambio de paso se asegura durante un periodo largo de tiempo (es decir semanas y meses) por medio de un almacenamiento de energfa electrica relativamente pequeno y barato. Adicionalmente, la alimentacion de la bomba hidraulica de emergencia dedicada separada mediante un almacenamiento de energfa electrica es ventajoso porque permite el ajuste del angulo de paso de las palas incluso si la red electrica no esta disponible o si el tren de accionamiento no esta girando.
Tambien, al hacer la bomba hidraulica de emergencia separada de las bombas hidraulicas de actuador de funcionamiento normal se asegura que, si las bombas hidraulicas de actuador se avenan por alguna razon o dejan de funcionar, la bomba hidraulica de emergencia es capaz de hacer funcionar el sistema de cambio de paso y cambiar el paso de las palas a una posicion segura.
Debena remarcarse que por la expresion “una fuente de energ^a de funcionamiento normal’ se ha de entender cualquier clase de fuente de energfa capaz de alimentar las una o mas bombas hidraulicas de actuador durante el funcionamiento normal de la turbina eolica, es decir cuando el rotor de la turbina eolica esta girando por lo que se esta generando energfa electrica y alimentando directa o indirectamente a la red electrica.
La fuente de energfa de funcionamiento normal sena en la mayor parte de los casos la red electrica pero podna ser tambien un acoplamiento directo o indirecto al tren de accionamiento de la turbina eolica —tal como si la bomba fuera a ser accionada por un arbol de salida del generador de la turbina eolica o la bomba comprendiera un motor electrico que esta siendo alimentado por un generador dedicado que es accionado por el tren de accionamiento de la turbina eolica o el motor electrico pudiera accionarse directamente por el generador o generadores principales de la turbina eolica—.
Debena remarcarse tambien que por la expresion “un almacenamiento de energ^a electrica’’ se debe entender cualquier clase de batenas, acumuladores electricos, capacidades/condensadores o dispositivos similares capaces de almacenar energfa electrica.
En un aspecto de la invencion, dicha bomba hidraulica de emergencia es una bomba hidraulica de capacidad fija.
Una bomba hidraulica de capacidad fija es mas simple, fiable y barata que una bomba hidraulica de capacidad variable y dado que la bomba hidraulica de emergencia solo se supone que funcionara muy raramente en caso de fallo del sistema de bombeo normal —tal como en un fallo de la red o similar— es particularmente importante que la bomba sea fiable. Adicionalmente, dado que la demanda del sistema de accionamiento del cambio de paso se reduce grandemente cuando la turbina eolica no esta funcionando normalmente, es decir no esta produciendo energfa para la red electrica, es ventajoso usar una bomba hidraulica de capacidad fija “simple” y fiable durante estos penodos.
Debena remarcarse que por la expresion “bomba hidraulica de capacidad fija" se debe entender una bomba hidraulica que tenga una correlacion directa entre las RPM (rotaciones por minuto) de entrada y la cantidad de aceite producido. Los tipos conocidos de bombas hidraulicas de capacidad fija son bombas de engranajes, bombas de tornillo y bombas de piston radial pero son factibles otros tipos de bombas para su uso como una bomba hidraulica de capacidad fija tal como bomba rotativas de paletas, bombas de eje inclinado y bombas de piston axial.
En un aspecto de la invencion, dichas una o mas bombas hidraulicas de actuador son una o mas bombas hidraulicas de capacidad variable.
Las bombas hidraulicas de capacidad variable son mas eficientes en energfa lo que es ventajoso porque las bombas han de funcionar de modo sustancialmente constante durante el funcionamiento normal de la turbina eolica y dada la posibilidad de variar la capacidad, este tipo de bomba es particularmente adecuada para la alimentacion de los actuadores hidraulicos de cambio de paso porque la demanda de cambio de paso vana constante y rapidamente.
Debena remarcarse que por la expresion “bomba hidraulica de capacidad variable" se debe entender bombas hidraulicas que comprenden medios para ajustar o variar mecanicamente la capacidad de la bomba mediante el
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
incremento o reduccion del volumen de aceite que se suministra por la bomba por revolucion. Los tipos conocidos de bombas hidraulicas de capacidad variable son bombas rotativas de paletas, bombas de eje inclinado y bombas de piston axial, pero son factibles otros tipos de bomba para su uso como bomba hidraulica de capacidad variable.
En un aspecto de la invencion, la capacidad de cada una de dichas una o mas bombas hidraulicas de actuador es entre 2 y 100, preferentemente entre 5 y 20 y siendo lo mas preferido entre 7 y 15 veces mayor que la capacidad de dicha bomba hidraulica de emergencia.
Si la capacidad de la bomba hidraulica de emergencia es demasiado pequena con relacion a la capacidad de las bombas hidraulicas de actuador la bomba hidraulica de emergencia no sera capaz de proporcionar suficiente potencia para los actuadores de cambio de paso para asegurar que puede cambiarse el paso de las palas, por ejemplo antes de que se acumulen oscilaciones en el sentido del borde de las palas hasta un nivel potencialmente danino. Sin embargo, si la capacidad de la bomba hidraulica de emergencia es demasiado grande con relacion a la capacidad de las bombas hidraulicas de actuador la bomba hidraulica de emergencia se hace demasiado cara y requerira demasiada potencia para funcionar. Por ello, los presentes intervalos de tamano presentan una relacion ventajosa entre eficiencia y coste.
En un aspecto de la invencion, dicha bomba hidraulica de emergencia tiene una capacidad de entre 0,5 y 100 litros/ minuto, preferentemente entre 1 y 30 litros/minuto y siendo lo mas preferido entre 2 y 10 litros/minuto.
Estos intervalos de tamano presentan una capacidad ventajosa para el cambio de paso de las palas de una turbina eolica moderna grande a velocidad suficiente para asegurar que las oscilaciones en el sentido del borde de las palas no se acumulan hasta un nivel potencialmente danino antes de que se cambie el paso de las palas.
En un aspecto de la invencion, dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de deteccion de estado para la deteccion de una indicacion del estado operativo de dichas bombas hidraulicas de actuador.
Dado que el almacenamiento de energfa electrica de la bomba hidraulica de emergencia es de capacidad limitada, es ventajoso hacer funcionar la bomba hidraulica de emergencia solamente cuando es necesario. Es por lo tanto ventajoso proporcionar a la turbina eolica medios de deteccion de estado para la deteccion de situaciones en las que debena permitirse que funcione la bomba hidraulica de emergencia.
Los medios de deteccion de estado podnan disponerse, por ejemplo, para detectar uno o mas de las siguientes situaciones: fallo de la red electrica, cafda (o perdida completa) de presion en el sistema hidraulico, estado operativo de las una o mas bombas hidraulicas de actuador, angulo de paso de la pala, es decir si estan las palas giradas a la posicion correcta y el estado de acoplamiento a la red es decir, si la turbina eolica esta desconectada (por ejemplo durante servicio) o conectada a la red electrica. Si se detectaran uno o mas de estos estados por los medios de deteccion de estado operativo se activana que es posible el funcionamiento de la bomba hidraulica de emergencia.
Los medios de deteccion de estado podnan ser cualquier clase de sensores —tales como sensores de temperatura, sensores de presion, voltimetros o ampenmetros— o cualquier clase de dispositivo electronico o mecanico adecuado para actuar como un detector de estado capaz de detectar una indicacion del estado operativo de las bombas hidraulicas de actuador.
En un aspecto de la invencion, dichos medios de deteccion de estado comprenden medios de deteccion del estado de la red para la deteccion de si dicha red electrica esta disponible.
La no disponibilidad de la red electrica —tanto debido a fallo de la red como porque la turbina eolica se desconecta deliberadamente de la red electrica— es de lejos la razon mas comun por la que no es posible el funcionamiento normal de las una o mas bombas hidraulicas de actuador y es por tanto particularmente ventajoso proporcionar un medio de deteccion de estado con los medios de deteccion del estado de la red para detectar si la red electrica esta disponible.
Los medios de deteccion de estado de la red podnan ser un voltfmetro, un ampenmetro o cualquier otra clase de dispositivo electronico o mecanico adecuado para actuar como un detector de estado de la red capaz de detectar si la red electrica esta disponible.
En un aspecto de la invencion, dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de control para permitir el funcionamiento de dicha bomba hidraulica de emergencia dependiendo de una salida procedente de dichos medios de deteccion de estado.
Por ese medio se consigue una realizacion ventajosa de la invencion. Los medios de control podnan ser cualquier clase de PLC, microprocesador, PC o cualquier otra clase de dispositivo electronico o mecanico adecuado para actuar como un controlador capaz de permitir el funcionamiento de la bomba hidraulica de emergencia en funcion de una salida de los medios de deteccion de estado.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En un aspecto de la invencion, dicho almacenamiento de ene^a electrica es una o mas batenas.
Las batenas son una forma muy fiable, barata y simple de almacenar energfa durante largos penodos de tiempo y es por lo tanto ventajoso usar batenas para la alimentacion de una bomba hidraulica de emergencia de una turbina eolica.
De acuerdo con la invencion, dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de deteccion de oscilacion adaptados para detectar oscilaciones en el sentido del borde en una o mas de dichas una o mas palas.
Como se ha explicado anteriormente, dado que el almacenamiento de energfa electrica de la bomba hidraulica de emergencia es de capacidad limitada, es ventajoso hacer funcionar solamente la bomba hidraulica de emergencia cuando es necesario. Es ventajoso por lo tanto proporcionar a la turbina eolica con medios de deteccion de oscilacion que permitan que la bomba hidraulica de emergencia se haga funcionar solo sustancialmente cuando ocurren situaciones espedficas tales como cuando se detectan oscilaciones en el sentido del borde en una o mas de las palas.
Los medios de deteccion de oscilacion podnan ser cualquier clase de sensores, extensometros, acelerometros, cables de fibra optica, camaras o cualquier otra clase de dispositivos electronicos o mecanicos adecuados para actuar como un detector de oscilacion capaz de detectar oscilaciones en el sentido del borde en una o mas de las palas de la turbina eolica.
De acuerdo con la invencion, dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de control de la bomba hidraulica de emergencia adaptados para activar dicha bomba hidraulica de emergencia si dichos medios de deteccion de oscilacion detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima del nivel predefinido en una o mas de dichas una o mas palas.
Dado que la potencia disponible para el accionamiento de la bomba hidraulica de emergencia es limitada es ventajoso hacer funcionar solamente la bomba hidraulica de emergencia cuando las oscilaciones en el sentido del borde estan por encima del nivel predefinido que indica que las oscilaciones no se estan deteniendo por sf mismas, y asegurando que las oscilaciones se detienen antes de que alcancen un nivel peligroso.
En un aspecto de la invencion, dicho almacenamiento de energfa electrica es uno o mas condensadores.
Es el uso de condensadores es ventajoso porque proporcionan un almacenamiento de energfa simple, duradero y barato.
En un aspecto de la invencion, dicha fuente de energfa de funcionamiento normal es dicha red electrica.
Es ventajoso alimentar las una o mas bombas hidraulicas de actuador por medio de la red electrica porque la red electrica proporciona una fuente de energfa barata y fiable durante el funcionamiento normal de la turbina eolica.
La invencion proporciona adicionalmente un metodo de alimentar uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso para controlar activamente el angulo de paso de una o mas palas de una turbina eolica. Los actuadores hidraulicos de cambio de paso son accionados por medio de una o mas bombas hidraulicas de actuador durante el funcionamiento normal de la turbina eolica y las bombas hidraulicas de actuador son alimentadas por una fuente de energfa de funcionamiento normal. El metodo comprende las etapas de:
• deteccion de una indicacion del estado operativo de las bombas hidraulicas de actuador, y
• permitir que los actuadores hidraulicos de cambio de paso se puedan alimentar por una bomba hidraulica de emergencia si se detecta un estado no operativo de las bombas hidraulicas de actuador. La bomba hidraulica de emergencia es alimentada por un almacenamiento de energfa electrica.
Es ventajoso alimentar la bomba hidraulica de emergencia por medio de un almacenamiento de energfa electrica porque, si se detecta un estado no operativo de las bombas hidraulicas de actuador, ese estado podna estar provocado por un fallo de la red u otras situaciones que conllevan que la fuente de alimentacion de funcionamiento normal no este disponible. Y haciendo que el almacenamiento de energfa electrica accione una bomba hidraulica de emergencia separada es posible adaptar esta bomba espedficamente a las circunstancias especiales que ocurren cuando se detecta un estado no operativo de las bombas hidraulicas de actuador, es decir la turbina eolica no esta produciendo energfa no requiriendose, por ello, una reaccion rapida o reaccion constante del sistema de cambio de paso. Sin embargo, dado que la cantidad de energfa disponible en el almacenamiento de energfa electrica esta limitada por naturaleza, es tambien ventajoso que la bomba hidraulica de emergencia solo se haga funcionar cuando se detecta un estado no operativo de las bombas hidraulicas de actuador.
De acuerdo con la presente invencion, dicho metodo comprende adicionalmente la etapa de activar dicha bomba hidraulica de emergencia si se detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima de un nivel predefinido en una o mas de dichas palas de turbina eolica.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Dado que la cantidad de ene^a disponible del almacenamiento de ene^a electrica esta limitada por naturaleza, es tambien ventajoso que la bomba hidraulica de emergencia solo se haga funcionar cuando es absolutamente necesario —cuando se detecta el estado no operativo de las bombas hidraulicas de actuador—. Por ello, es ventajoso que la bomba hidraulica de emergencia solo se active si se detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima de un nivel predefinido en una o mas de las palas.
En un aspecto de la invencion, dicho metodo es un metodo para la alimentacion de uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso para una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las turbinas eolicas mencionadas anteriormente.
Figuras
Se describiran en lo que sigue unas pocas realizaciones de ejemplo de la invencion con referencia a las figuras, de las que
la fig. 1 ilustra una turbina eolica moderna grande como es conocida en la tecnica, tal como se ve desde el frente,
la fig. 2 ilustra un rotor de turbina eolica como es conocido en la tecnica, que comprende tres palas, tal como se
ve desde el frente,
la fig. 3 ilustra una seccion transversal simplificada de una gondola de turbina eolica como es conocida en la tecnica, tal como se ve desde el lateral,
la fig. 4 es un diagrama de los componentes principales de un sistema hidraulico de paso de las palas para una pala de turbina eolica,
la fig. 5 es un diagrama de los componentes principales y dispositivos de control de un sistema hidraulico de cambio de paso de palas para una pala de turbina eolica, y
la fig. 6 es un diagrama electrico de las bombas hidraulicas de un sistema hidraulico de cambio de paso de palas para una turbina eolica.
Descripcion detallada de la tecnica relacionada
La fig. 1 ilustra una turbina eolica 1 moderna tal como se conoce en la tecnica que comprende una torre 2 y una gondola de turbina eolica 3 situada en la parte superior de la torre 2. El rotor 4 de la turbina eolica, que comprende tres palas 5 de turbina eolica montadas sobre un buje 6, se conecta a la gondola 3 a traves de un arbol de baja velocidad que se extiende fuera del frente de la gondola 3. Adicionalmente, la figura muestra que se montan cojinetes 7 de paso en las rafces de las palas 5.
La fig. 2 ilustra un rotor 4 de turbina eolica tal como se conoce en la tecnica que comprende un buje 6 y tres palas 5 tal como se ven desde el frente.
Como se ilustra, los cojinetes 7 de paso se disponen entre las palas 5 y el buje 6 para permitir que giren las palas 5 alrededor de su eje longitudinal y para transferir las fuerzas principalmente desde tres ongenes diferentes. Las palas 5 (y los cojinetes 7 en sf, naturalmente) estan bajo la constante influencia de la fuerza de la gravedad. La direccion de la fuerza gravitacional vana dependiendo de las posiciones de las palas 5, incluyendo cargas diferentes sobre los cojinetes 7 de paso. Cuando las palas estan en movimiento, los cojinetes 7 estan tambien bajo la influencia de una fuerza centnfuga, que produce principalmente una traccion axial en los cojinetes 7. Finalmente los cojinetes 7 estan bajo la influencia de la carga del viento sobre las palas 5. Esta fuerza es de lejos la mayor carga sobre los cojinetes 7 y produce un movimiento masivo, que han de soportar los cojinetes 7.
La carga sobre y desde todos los cojinetes 7 de paso ha de transferirse al buje 6 y adicionalmente al resto de la turbina eolica 1, y cada cojinete 7 de paso debe, al mismo tiempo, permitir que se cambie el paso de la pala 5.
En la realizacion mostrada, el rotor 4 comprende tres palas 5, pero en otras realizaciones el rotor 4 podna comprender una, dos, cuatro o mas palas 5.
En la realizacion mostrada, la turbina eolica 1 es una turbina eolica 1 de paso regulado, pero en otras realizaciones, la turbina eolica podna asimismo ser justamente una turbina eolica 1 de perdida activa regulada, dado que tanto las turbinas eolicas 1 de paso regulado como las turbinas eolicas 1 de perdida activa regulada comprenden un mecanismo de paso para el cambio de paso de las palas 5.
La fig. 3 ilustra una seccion transversal simplificada de una gondola 3 de una turbina eolica 1 de la tecnica anterior tal como se ve desde el lateral. Las gondolas 3 existen en una multitud de variaciones y configuraciones, pero en la mayor parte de los casos el tren de accionamiento de la gondola 3 comprende uno o mas de los siguientes
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
componentes: una caja de engranajes 9, un acoplamiento (no mostrado), alguna clase de sistema de frenado 10 y un generador 11. Una gondola 3 de una turbina eolica 1 moderna puede incluir tambien un convertidor 12 (tambien llamado inversor) y equipo periferico adicional tal como equipo de manejo de ene^a adicional, cabinas de control, sistemas hidraulicos, sistemas de refrigeracion y mas.
El peso de toda la gondola 3 incluyendo los componentes de la gondola 9, 10, 11, 12 es soportado por una estructura de gondola 13. Los componentes 9, 10, 11, 12 se colocan normalmente sobre y/o se conectan a esta estructura de gondola de soporte de carga 13 comun. En la realizacion simplificada mostrada, la estructura de gondola de soporte de carga 13 solo se extiende a lo largo de la parte inferior de la gondola 3, por ejemplo en la forma de un bastidor de base sobre el que se conectan algunos o todos los componentes 9, 10, 11, 12. En otras realizaciones, la estructura de soporte de carga 13 podna comprender una corona de engranaje que podna transferir la carga del rotor 4 a la torre 2 a traves de un cojinete principal (no mostrado), o la estructura de soporte de carga 13 podna comprender varias partes interconectadas, tal como una celosfa.
En la realizacion ilustrada, las palas 5 de la turbina eolica 1 se conectan al buje 6 a traves de cojinetes 7 de paso que permiten que las palas 5 giren alrededor de su eje longitudinal. En esta realizacion, se conecta un accionador 8 de paso de palas a una primera pala 5 y se conecta un segundo accionador 20 de paso de palas a una segunda palas 5. Cada uno de los accionadores 8, 20 de paso de palas comprende medios para ajustar activamente el angulo de paso de las palas en forma de actuadores hidraulicos 16 conectados al buje 6 y las palas 5 respectivas.
Descripcion detallada de la invencion
La fig. 4 es un diagrama de los componentes principales de un sistema hidraulico de cambio de paso de palas para una pala 5 de turbina eolica.
En esta realizacion de la invencion la turbina eolica 1 comprende tres palas 5 de turbina eolica comprendiendo cada una un accionador 8, 20, 22 de paso de palas. En esta realizacion solo se ilustra espedficamente el accionador 8 de paso de palas para la primera pala 5 y la presencia de los accionadores 20, 22 de paso de palas para la segunda y tercera palas 5 solo se indica por cajas 20, 22 vadas. Sin embargo, los accionadores 20, 22 de paso de palas para la segunda y tercera palas 5 son en principio similares al accionador 8 de paso de palas ilustrado para la primera pala 5.
En esta realizacion de la invencion, el sistema hidraulico de cambio de paso de las palas comprende tres bombas hidraulicas de actuador 14 y una bomba hidraulica de emergencia 17 acopladas todas ellas en paralelo. En otra realizacion de la invencion, el sistema hidraulico de cambio de paso de palas podnan comprender otro numero de bombas hidraulicas de actuador 14 tal como una, dos, cuatro o mas y el sistema puede comprender otro numero de bombas hidraulicas de emergencia 17 tal como dos, tres, cuatro o mas y las bombas 14, 17 podnan acoplarse de modo diferente.
En esta realizacion de la invencion todas las bombas hidraulicas de actuador 14 son bombas hidraulicas de capacidad variable pero en otra realizacion una o mas de las bombas hidraulicas de actuador 14 podnan ser bombas hidraulicas de capacidad fija. De modo similar, en esta realizacion la bomba hidraulica de emergencia 17 es una bomba hidraulica de capacidad fija pero en otra realizacion podna ser una bomba hidraulica de capacidad variable.
En esta realizacion de la invencion las bombas hidraulicas 14, 17 alimentan un lfquido hidraulico presurizado adecuado —tal como aceite hidraulico— a los accionadores de paso 8, 20, 22 en los que el lfquido se conduce a un lado del piston en el actuador 16 de paso hidraulico por medio de una valvula 21 que en esta realizacion es una valvula proporcional 21.
La barra del piston de actuador hidraulico de paso 16 se conecta (no mostrado) directa o indirectamente al buje 6 del rotor 4 de la turbina eolica y la carcasa del cilindro de actuador hidraulico de paso 16 se conecta directa o indirectamente a la pala 5 o viceversa de modo que efectuen un desplazamiento angular (cambio de paso) de la pala 5 cuando el lfquido bajo presion se aplica a cualquier lado del piston en el actuador hidraulico de paso 16.
En esta realizacion el accionador de paso 8 comprende tambien un acumulador hidraulico 18 que tambien se presuriza por el lfquido presurizado desde las bombas 14, 17. Si —por ejemplo durante viento elevado y maxima produccion de potencia— la red electrica falla subitamente, tendra que cambiarse el paso de las palas 5 fuera del viento muy rapidamente para impedir que se incremente la velocidad del rotor, lo que podna conducir a un fallo catastrofico. En esta realizacion de la invencion, las bombas hidraulicas de actuador 14 son alimentadas por la red electrica y cuando la red falla las bombas hidraulicas de actuador 14 no son capaces de proporcionar la presion para la estabilizacion de las palas 5. En dichos casos el lfquido presurizado dentro del acumulador hidraulico 18 se libera por medio de la valvula del acumulador 19 proporcionando de ese modo un incremento de presion instantaneo aunque de corta vida que proporciona potencia suficiente para cambiar el paso de las palas a una posicion estabilizada “segura”.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En otra realizacion de la invencion el accionador de paso podna no comprender un acumulador hidraulico 18 y el cambio de paso de emergencia de las palas 5 en caso de fallo de la red o similares se realizana totalmente por medio del lfquido presurizado proporcionado por la bomba hidraulica de emergencia 17 o el cambio de paso de emergencia de las palas 5 se podna realizar en una colaboracion entre un sistema de respaldo de presion tal como uno o mas acumuladores hidraulicos 18 y la bomba hidraulica de emergencia 17.
Una vez que las palas 5 hayan alcanzado su posicion de estacionamiento no habna en principio necesidad de cambio de paso de las palas 5 de nuevo hasta que se reanude la produccion de potencia normal cuando de nuevo pueda cambiarse el paso por medio de las bombas hidraulicas de actuador 14. Sin embargo, para evitar marcas de parada que se forman en los cojinetes y los engranajes del tren de accionamiento de la turbina eolica, es ventajoso que el rotor 4 y por lo tanto el tren de accionamiento este constantemente en marcha en vado al menos durante penodos mas largos de parada. Para asegurar esta constante marcha en vado del rotor 4 sin que la rotacion se acumule o detenga es necesario ajustar ocasionalmente el angulo de paso de una o mas de las palas 5. De la misma manera, durante la parada, fenomenos de turbulencia del viento y similares pueden provocar que se acumulen vibraciones en el sentido del borde en las palas 5. Las vibraciones en el sentido del borde por encima de un cierto nivel pueden conducir a roturas en la estructura de las palas y para impedir que las vibraciones se acumulen es ventajoso cambiar el paso de la pala 5 afectada para eliminar o reducir las condiciones que provocan que la pala 5 vibre en el sentido del borde. Tambien, durante el montaje o servicio de la turbina eolica 1, en que la turbina eolica 1 estana desconectada de la red electrica, podna surgir una necesidad para el cambio de paso de las palas 5.
Por ello, es ventajoso proporcionar a la turbina eolica con una bomba hidraulica de emergencia 17 que este alimentada por una batena o un almacenamiento de energfa electrica 29 similar de modo que pueda cambiarse el paso de las palas 5 incluso si la fuente de energfa de funcionamiento normal —tal como la red electrica— no esta disponible durante un largo penodo de tiempo.
En esta realizacion preferida de la invencion las bombas hidraulicas 14, 17 se disponen para proporcionar lfquido presurizado a los sistemas hidraulicos de cambio de paso de palas para todas las palas 5 pero en otra realizacion puede disponerse un conjunto de bombas 14, 17 por separado para cada pala 5.
Es evidente para el experto en la materia que el sistema se muestra solo esquematicamente en la fig. 4 y que senan posibles un cierto numero de variaciones en el sistema, por ejemplo incluyendo otras formas de controlar el flujo del ifquido a y desde el acumulador 18 y el cilindro de cambio de paso 16 y para controlar la interaccion entre los componentes del accionamiento del cambio de paso.
La fig. 5 es un diagrama de los componentes principales y dispositivos de control de un sistema hidraulico de cambio de paso de palas para una pala 5 de turbina eolica.
En esta realizacion de la invencion la turbina eolica 1 esta adicionalmente equipada con medios de deteccion de estado 24. Los medios de deteccion de estado 24 estan adaptados para detectar si las bombas hidraulicas de actuador 14 estan trabajando apropiadamente, es decir para detectar una indicacion del estado operativo de las bombas hidraulicas de actuador 14. En esta realizacion de la invencion los medios de deteccion de estado 24 comprenden medios de deteccion del estado de la red por ejemplo en la forma de un voltfmetro o un ampenmetro (no mostrados) para detectar si la red electrica esta disponible, un detector de posicion del interruptor (no mostrado) para detectar la posicion del interruptor de turbina principal que conecta la turbina 1 a la red electrica, un manometro
23 que mide la presion del lfquido en uno o mas lugares en el sistema de cambio de paso y un sensor de temperatura (no mostrado) para detectar una situacion de sobrecalentamiento de las bombas hidraulicas de actuador 14. Sin embargo, en otra realizacion de la invencion los medios de deteccion de estado 24 podnan comprender menos detectores, de modo que en una realizacion los medios de deteccion de estado 24 solo comprendenan los medios de deteccion del estado de la red o en otra realizacion los medios de deteccion de estado
24 podnan comprender otros detectores u otra combinacion de detectores capaces de detectar una indicacion del estado operativo de las bombas hidraulicas de actuador 14.
En esta realizacion los medios de deteccion de estado 24 se disponen centralmente pero en otra realizacion los medios de deteccion de estado 24 podnan disponerse en localizaciones diferentes en la turbina eolica 1.
Se suministran una o mas senales desde los medios de deteccion de estado 24 a los medios de control 25 y si estas senales indican que el estado operativo de las bombas hidraulicas de actuador 14 no es como se supone que debe ser, los medios de control 25 permitiran que la bomba hidraulica de emergencia 17 pueda funcionar. De ese modo, si los medios de deteccion de estado 24 detectan por ejemplo que la red electrica ya no esta disponible esta informacion se proporciona a los medios de control 25 que permitiran el funcionamiento de la bomba hidraulica de emergencia 17. Esto no significa necesariamente que la bomba hidraulica de emergencia 17 empezara a funcionar inmediatamente. Por ejemplo, si la pala ya se ha estabilizado por medio de las bombas hidraulicas de actuador 14 en funcionamiento normal, la bomba hidraulica de emergencia 17 no empezara a funcionar hasta que, por ejemplo, se detecte que la velocidad de rotacion de la marcha en vado del rotor 4 se incrementa mas alla del nivel predefinido o si los medios de deteccion de oscilacion 26 detectan que una o mas de las palas 5 estaba oscilando en
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
el sentido del borde.
En esta realizacion los medios de control 25 se muestran como un dispositivo separado tal como un microprocesador separado, un PLC o un dispositivo de control similar pero en otra realizacion los medios de control 25 podnan ser una parte integral de otro dispositivo de control en la turbina eolica 1 tal como el controlador principal de la turbina eolica.
Comparada con las bombas hidraulicas de actuador 14, la bomba hidraulica de emergencia 17 es de un tamano relativamente pequeno, es decir la bomba hidraulica de emergencia 17 tiene por ejemplo una capacidad que es diez veces mas pequena que la capacidad de cada una de las bombas hidraulicas de actuador 14. Esto significa que la velocidad de cambio de paso se reduce de modo importante cuando el sistema de paso es alimentado solamente por la bomba hidraulica de emergencia 17 pero esto tambien significa que el tamano del almacenamiento de energfa electrica 29 que alimenta la bomba hidraulica de emergencia 17 puede reducirse grandemente.
La fig. 6 es un diagrama electrico de las bombas hidraulicas 14, 17 de un sistema hidraulico de cambio de paso de palas para una turbina eolica 1.
En esta realizacion de la invencion las tres bombas hidraulicas de actuador 14 son accionadas cada una por medio de motores electricos 28 y la fuente de energfa de funcionamiento normal es en este caso la red electrica 27 a la que se entrega la energfa producida por la turbina eolica 1.
La bomba hidraulica de emergencia 17 es accionada tambien por medio de un motor electrico 28 y el almacenamiento de energfa electrica que alimenta el motor electrico 28 es en este caso una batena.
La invencion se ha ejemplificado anteriormente con referencia a ejemplos espedficos de turbinas eolicas 1, accionadores de paso 8, 20, 22, sistemas hidraulicos de cambio de paso y otros. Sin embargo, debena entenderse que la invencion no esta limitada a los ejemplos particulares descritos anteriormente sino que puede disenarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invencion tal como se espedfica en las reivindicaciones.
Lista de numeros de referencia
1. Turbina eolica
2. Torre
3. Gondola
4. Rotor
5. Pala
6. Buje
7. Cojinete de paso
8. Accionador de paso de palas para la 1a pala
9. Caja de engranajes
10. Frenos
11. Generador
12. Convertidor
13. Estructura de la gondola
14. Bomba hidraulica de actuador
15. Tanque
16. Actuador hidraulico de cambio de paso
17. Bomba hidraulica de emergencia
18. Acumulador hidraulico
19. Valvula del acumulador
20. Accionador de paso de palas para la 2a pala
21. Valvula hidraulica
22. Accionador de paso de palas para la 3a pala
23. Manometro
24. Medios de deteccion de estado
25. Medios de control
26. Medios de deteccion de oscilacion
27. Red electrica
28. Motor electrico
29. Almacenamiento de energfa electrica

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Una turbina eolica (1) que comprende medios para producir ene^a para una red electrica (27), comprendiendo adicionalmente dicha turbina eolica (1)
    un rotor (4) que incluye una o mas palas (5), en la que dicho rotor (4) comprende adicionalmente uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso (16) para controlar activamente el angulo de paso de una o mas de dichas palas (5),
    una o mas bombas hidraulicas de actuador (14) adaptadas para alimentar dichos actuadores hidraulicos de cambio de paso (16) y en la que dichas una o mas bombas hidraulicas de actuador (14) son alimentadas por una fuente de energfa de funcionamiento normal, caracterizada por que
    dicha turbina eolica (1) comprende adicionalmente una bomba hidraulica de emergencia (17) tambien adaptada para alimentar dichos actuadores hidraulicos (16), siendo alimentada dicha bomba hidraulica de emergencia (17) por un almacenamiento de energfa electrica (29),
    en la que dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de deteccion de oscilacion (26) adaptados para detectar oscilaciones en el sentido del borde en una o mas de dichas una o mas palas, y
    en la que dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de control (25) de bomba hidraulica de emergencia adaptados para activar dicha bomba hidraulica de emergencia si dichos medios de deteccion de oscilacion detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima de un nivel predefinido en una o mas de dichas una o mas palas.
  2. 2. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicha bomba hidraulica de emergencia es una bomba hidraulica de capacidad fija.
  3. 3. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que dichas una o mas bombas hidraulicas de actuador son una o mas bombas hidraulicas de capacidad variable.
  4. 4. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la capacidad de cada una de dichas una o mas bombas hidraulicas de actuador es entre 2 y 100, preferentemente entre 5 y 20 y siendo lo mas preferido entre 7 y 15 veces mayor que la capacidad de dicha bomba hidraulica de emergencia.
  5. 5. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha bomba hidraulica de emergencia tiene una capacidad de entre 0,5 y 100 litros/minuto, preferentemente entre 1 y 30 litros/minuto y siendo lo mas preferido entre 2 y 10 litros/minuto.
  6. 6. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de deteccion de estado (24) para detectar una indicacion del estado operativo de dichas bombas hidraulicas de actuador.
  7. 7. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 6, en la que dichos medios de deteccion de estado comprenden medios de deteccion del estado de la red para detectar si dicha red electrica esta disponible.
  8. 8. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, en la que dicha turbina eolica comprende adicionalmente medios de control (25) para permitir el funcionamiento de dicha bomba hidraulica de emergencia en funcion de una salida de dichos medios de deteccion de estado.
  9. 9. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho almacenamiento de energfa electrica son una o mas batenas.
  10. 10. Una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que dicho almacenamiento de energfa electrica son uno o mas condensadores.
  11. 11. Un metodo para alimentar uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso (16) para controlar activamente el angulo de paso de una o mas palas (5) de una turbina eolica (1), siendo accionados dichos actuadores hidraulicos de cambio de paso (16) por medio de una o mas bombas hidraulicas de actuador (14) durante el funcionamiento normal de dicha turbina eolica (1), en el que dichas bombas hidraulicas de actuador (14) son alimentadas por una fuente de energfa de funcionamiento normal y en el que dicho metodo comprende las etapas de:
    • detectar una indicacion del estado operativo de dichas bombas hidraulicas de actuador (14),
    • permitir que los actuadores hidraulicos de cambio de paso (16) se puedan alimentar por una bomba hidraulica de emergencia (17) si se detecta un estado no operativo de dichas bombas hidraulicas de actuador (14), siendo alimentada dicha bomba hidraulica de emergencia (17) por un almacenamiento de energfa electrica (29), y
    • activar dicha bomba hidraulica de emergencia si se detectan oscilaciones en el sentido del borde por encima de un nivel predefinido en una o mas de dichas palas de turbina eolica.
  12. 12. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que dicho metodo es un metodo para alimentar uno o mas actuadores hidraulicos de cambio de paso de una turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
ES11194124.1T 2011-01-24 2011-12-16 Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso Active ES2638469T3 (es)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161435415P 2011-01-24 2011-01-24
US201161435415P 2011-01-24
DKPA201100043 2011-01-24
DK201100043 2011-01-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2638469T3 true ES2638469T3 (es) 2017-10-20

Family

ID=45478102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES11194124.1T Active ES2638469T3 (es) 2011-01-24 2011-12-16 Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8922039B2 (es)
EP (1) EP2479429B1 (es)
CN (1) CN102606397B (es)
ES (1) ES2638469T3 (es)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8922039B2 (en) * 2011-01-24 2014-12-30 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine and a method for powering one or more hydraulic pitch actuators
US9926908B2 (en) * 2011-11-30 2018-03-27 Vestas Wind Systems A/S Hydraulic pitch system for a wind turbine
US9695802B2 (en) * 2012-05-22 2017-07-04 United Technologies Corporation Wind turbine load mitigation
EP2698533A1 (de) * 2012-08-17 2014-02-19 Moog Unna GmbH Elektrisch-hydraulischer Pitchantrieb, Wind- oder Wasserenergieanlage und Verfahren zum Betrieb eines elektrisch-hydraulischen Pitchantriebs
EP2990664A1 (en) * 2014-08-27 2016-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Hydraulic system
EP3362683B1 (en) * 2015-10-14 2020-04-22 Vestas Wind Systems A/S Method for controlling hydraulic pitch force system
JP6476250B1 (ja) * 2017-08-29 2019-02-27 三菱重工業株式会社 風力発電装置の診断方法及び診断システム
CN110296112B (zh) * 2018-03-23 2020-06-02 江苏金风科技有限公司 盘车液压驱动系统及驱动方法
EP3620652A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-11 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Treating a wind turbine drive train
EP3805556A1 (en) * 2019-10-09 2021-04-14 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method of controlling a wind turbine and controller for a wind turbine
EP4136339B1 (en) * 2020-05-07 2025-06-11 Hawe Energy Solutions A/S Hydraulic pitch drive system
FR3120651B1 (fr) * 2021-03-09 2023-05-12 Safran Aircraft Engines Dispositif de calage de pas de pales pour turbomachine et turbomachine le comportant
EP4108910A1 (en) * 2021-06-24 2022-12-28 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine power plant including auxiliary systems
EP4696884A1 (en) * 2024-08-16 2026-02-18 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine rotor blade pitch system

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4348155A (en) 1980-03-17 1982-09-07 United Technologies Corporation Wind turbine blade pitch control system
US6265785B1 (en) * 1998-11-30 2001-07-24 Zond Systems, Inc. Non-volatile over speed control system for wind turbines
EP1945946A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-23 Chapdrive As A turbine driven electric power production system and a method for control thereof
US7488155B2 (en) 2005-11-18 2009-02-10 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine braking
JP4738206B2 (ja) 2006-02-28 2011-08-03 三菱重工業株式会社 風力発電システム、及びその制御方法
CN101535634A (zh) 2006-10-02 2009-09-16 维斯塔斯风力系统有限公司 风轮机，通过改变叶片桨距减弱风轮机的一个或多个叶片中边沿振荡的方法及其使用
ES2327695B1 (es) * 2006-10-11 2010-09-06 GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. Sistema de giro de una pala de aerogenerador.
US7709972B2 (en) * 2007-08-30 2010-05-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine system for satisfying low-voltage ride through requirement
US7745948B2 (en) 2007-11-28 2010-06-29 General Electric Company Emergency pitch drive unit for a wind turbine
DE102009025747B4 (de) 2009-05-05 2011-03-03 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Notstromversorgungseinrichtung
CN101624969B (zh) * 2009-08-04 2011-08-10 清华大学 一种用于风力发电变桨的冗余控制系统及方法
CN201679627U (zh) * 2010-01-08 2010-12-22 深圳市今朝时代新能源技术有限公司 使用超级电容器的风轮机变桨控制系统
CN101915206B (zh) * 2010-08-09 2012-02-15 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 风力发电机的变桨控制单元及其装置
US9068556B2 (en) * 2010-11-26 2015-06-30 Vestas Wind Systems A/S Pilot circuitry for controlling the emergency feathering of a wind turbine
CN102536660B (zh) * 2010-11-26 2014-10-29 维斯塔斯风力系统有限公司 具有液压叶片变桨系统的风轮机
US9121385B2 (en) * 2010-11-26 2015-09-01 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine and a method for pitching a blade of a wind turbine
CN103003567A (zh) * 2010-11-30 2013-03-27 三菱重工业株式会社 风轮发电机和潮流发电机及其操作方法
US8922039B2 (en) * 2011-01-24 2014-12-30 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine and a method for powering one or more hydraulic pitch actuators
KR20130083392A (ko) * 2011-11-30 2013-07-22 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 재생 에너지형 발전 장치 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP2479429B1 (en) 2017-08-02
EP2479429A3 (en) 2014-10-22
US8922039B2 (en) 2014-12-30
EP2479429A2 (en) 2012-07-25
CN102606397B (zh) 2015-03-04
US20120187681A1 (en) 2012-07-26
CN102606397A (zh) 2012-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2638469T3 (es) Una turbina eólica y un método para la alimentación de uno o más actuadores hidráulicos de cambio de paso
ES2496176T3 (es) Sistema de velocidad de paso controlada
ES2639847T3 (es) Una turbina eólica y un método para amortiguar oscilaciones de los bordes en una o más palas de una turbina eólica cambiando el paso de pala
ES2561504T5 (es) Reducción de carga de parada de una turbina eólica
ES2448843T3 (es) Sistema de alimentación de emergencia de un mecanismo de regulación del paso de las palas de una turbina eólica
ES2657262T3 (es) Sistema y procedimiento de control de carga a tiempo real en una turbina eólica
ES2739273T3 (es) Gestión de potencia reactiva para una red interna de una planta de energía eólica
ES2925024T3 (es) Sistema y procedimiento para frenar un rotor de turbina eólica en una condición de velocidad excesiva
ES2543060T3 (es) Procedimiento y dispositivo para el giro de un componente de una planta de energía eólica
ES2939408T3 (es) Disposición de protección de cojinetes
ES2620265T3 (es) Unidad de engranaje y método para controlar una bomba de lubricación de una unidad de engranaje
ES2734275T3 (es) Procedimiento para controlar la relación de velocidad en el extremo de las palas de un aerogenerador
ES2375310T3 (es) Controlador para sistema de guiñada para una turbina eólica y método para reducir las cargas que actúan sobre tal sistema de guiñada.
ES2604334T3 (es) Un método para la guiñada de un rotor de una turbina eólica
ES2716997T3 (es) Sistemas de control de la orientación de turbina eólica
ES2598678T3 (es) Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador y aerogenerador
ES2358711B1 (es) Mã‰todo para parar un aerogenerador en dos etapas.
ES2863648T3 (es) Procedimiento y sistema para hacer funcionar una turbina eólica durante una avería
ES3049804T3 (en) System and method for improved extreme load control for wind turbine components
JP6423800B2 (ja) 風力発電プラントのヨーシステム用の制御装置
ES2809221T3 (es) Procedimiento y aparato para operar una turbina eólica
CN102472248B (zh) 用于避免共因关机的风力发电场控制器
ES2755033T3 (es) Instalación de obtención de energía, en particular aerogenerador
ES2367234T3 (es) Central eléctrica undimotriz y procedimiento para su funcionamiento.
ES2374848T3 (es) Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica.