ES2656409T3 - Elemento de resorte de elastómero pretensado hidráulicamente y su uso en cojinetes de aerogeneradores - Google Patents

Abstract

Elemento de resorte regulable en su rigidez por medio de presión generada hidráulicamente, apropiado para presiones de 100 bar a 1500 bar, que comprende (i) dos o más capas de elastómero (1) y una o más capas intermedias (2) no elásticas, estando separadas entre sí las capas de elastómero por las capas intermedias no elásticas y presentando las capas intermedias no elásticas una abertura o taladro dispuesto de manera centrada, de tal modo que el elemento de resorte presenta al menos en el interior una zona central de elastómero continua con la que están en contacto las capas de elastómero individuales, y (ii) al menos un dispositivo hidráulico (4, 7, 9, 11, 12) que está montado en el extremo superior y / o inferior del elemento de resorte de capas y, mediante la introducción de un líquido hidráulico en el elemento de resorte por medio de presión hidráulica, genera la compresión del material del elastómero (1) en dirección vertical respecto a las capas del elemento de resorte y, de esta manera, produce una aparición o aumento de un espacio de desplazamiento que contiene líquido hidráulico en la zona central de elastómero del elemento de resorte, donde (a) una membrana de presión (5), (25) elástica, formada de manera correspondiente, está dispuesta entre las capas de elastómero (1) del elemento de resorte y el espacio de desplazamiento, que está unida de manera fija en su borde con el dispositivo hidráulico o partes de él de tal modo que aparece un espacio de membrana (12) que contiene líquido hidráulico y que, en el caso de una presión hidráulica, se corresponde con el espacio de desplazamiento, y (b) el dispositivo hidráulico está conectado por medio de un conducto hidráulico (4) con el espacio de membrana, caracterizado porque el dispositivo hidráulico comprende uno o varios elementos de obturación, (10, 10a, 6, 21, 22, 24) que presentan un pretensado y están dispuestos de tal modo que generan sobre la membrana de presión en la zona de su unión fija con el dispositivo hidráulico una presión elevada respecto a la presión en el espacio de membrana, de tal modo que el espacio de membrana está cerrado de manera estanca a la presión respecto a las capas del elemento de resorte por un lado y respecto al dispositivo hidráulico o partes de él, por otro lado.

Description

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forma cruzada, por medio de lo cual los cojinetes obtienen las características descritas. Además, pueden estar equipados con al menos una válvula de alivio (31) y una válvula de mariposa (33, 36, 37) para el control preciso en instalaciones que se encuentran bajo carga, como también se explica a continuación.

5 Objeto de la invención es, finalmente, la utilización de los cojinetes o elementos de resorte descritos. Estos están previstos para la utilización en máquinas, pero particularmente en aerogeneradores, y sirven para la amortiguación de fuerzas de flexión, deformación y desplazamiento que aparecen particularmente en el caso de carga extrema en dirección vertical respecto a los elementos de resorte montados.

10 A continuación, se explican brevemente los dibujos:

Fig. 1

Sistema global

Fig. 2

Engranaje con apoyo de pares de fuerza de elastómero

Fig. 3

Características en par de fuerza

Fig. 4

Características en desplazamiento

Fig. 5

Curva característica de rigidez

Fig. 6

Membrana plana

Fig. 7

Membrana plana en representación despiezada

Fig. 8

Membrana plana, detalle del anillo intensificador de presión

Fig. 9

Membrana plana, elevación del pretensado por deformación de la placa de membrana

Fig. 10

Membrana plana, elevación del pretensado por deformación de la placa de membrana

Fig. 11

Estructura con membrana parabólica

Fig. 12

Estructura con membrana parabólica en representación despiezada

Fig. 13

Membrana parabólica, fragmento del espacio de pretensado

Fig. 14

Pretensado por medio del disco interior

Fig. 15

Membrana vulcanizada con abertura que se puede cerrar para penetración de herramienta

Fig. 16

Conducto hidráulico con válvula de alivio y estrangulador

Fig. 17

Membrana parabólica (cónica) con espacio hueco en el centro del elastómero

Fig. 18

Membrana parabólica (cónica) con espacio hueco en el centro del elastómero y tornillo de tensado en el taladro de la placa de membrana

Fig. 19

Membrana parabólica (cónica) con espacio hueco en el centro del elastómero y tope final en el espacio de membrana

Fig. 20

Placa de membrana con taladros y conducto y llave de llenado

Fig. 21

Tope radial

Fig. 22

Disposición en el generador en instalaciones sin engranajes

Fig. 23

Fragmento de la figura 22

Asimismo, se explican las referencias utilizadas en el texto, en las reivindicaciones y las figuras:

Para las figuras 1 - 5

01

Rotor

02

Cojinete de rotor

03

Eje de rotor

04

Engranajes

05

Apoyo de pares de fuerza hidráulico de elastómero

06

Componente de elastómero, lado de presión, abajo

07

Componente de elastómero, lado de descarga, arriba

08

Componente de elastómero, lado de presión, arriba

09

Componente de elastómero, lado de descarga, abajo

010

Culata apoyo de pares de fuerza

011

Apoyo de pares de fuerza del lado de los engranajes

012

Dirección de desplazamiento vertical

013

Par de fuerza

Para las figuras 6 - 23

1

Elastómero

2

Chapas intermedias

3

Elemento de calibración

4

Conducto de alimentación de líquido

5

Membrana plana

6

Anillo intensificador de presión

7

Conexión hidráulica

8

Taladro de calibración

9

Placa de membrana

9a

Cabeza de membrana

10

Reborde de obturación elástico

10a

Escotadura con forma de ranura en (9)

10b

Perfil hueco con forma de ranura en T (figuras 11, 12)

10c

Espacio libre de pretensado

11

Placa de soporte inferior

12

Espacio de membrana (espacio de desplazamiento)

12a

Membrana parabólica (cónica), Sombrero cónico

13

Tornillos o taladros para el tensado de membrana

21

Anillo de pretensado, Placa de pretensado

22

Espacio libre de pretensado

23

Reborde interior

24

Labio de sujeción de reborde interior

Para las figuras 6 - 23

25

Membrana parabólica

26

Reborde exterior

28

Distancia a la chapa de membrana

31

Válvula de alivio

32

Válvula de solenoide

33

Estrangulación en el tramo de conexión

34

Conducto tubular, lado de presión

35

Conducto tubular, lado de descarga

36

Estrangulación en tramo principal lado de descarga

37

Estrangulación en tramo principal lado de presión

40

Espacio hueco para el aumento de volumen

41

Ventilación del espacio hueco

42

Puente de separación (elastómero) entre espacio de membrana y espacio hueco 40

43

Llave de llenado

44

Conducto de llenado

50

Tope final

51

Guía de líquido mediante tope final 50

52

Anillo de tope

53

Chapa con diámetro mayor y espesor mayor

54

Generador instalación sin engranajes

55

Soporte mecánico

56

Cojinete hidráulico de elastómero

57

Cojinete soporte mecánico

58

Cojinete del lado del generador

Los materiales de elastómero utilizados para las capas (1), de acuerdo con la invención, se componen en lo esencial de un caucho natural, un derivado de caucho natural o de un plástico o mezcla de plásticos elástico apropiado. La capa de elastómero, de acuerdo con la invención, puede presentar diferente dureza ("dureza Shore") y diferentes

5 características de amortiguación, en correspondencia con los requisitos planteados. Preferentemente, se utilizan elastómeros con una dureza de 20 a 100 Shore A, particularmente de 30 a 80 Shore A. La fabricación de tales elastómeros de diferente dureza se conoce en el estado de la técnica y se describe suficientemente en las publicaciones.

10 Las placas o capas intermedias (2) no-elastómeras están fabricadas de acuerdo con la invención de materiales ampliamente no elásticos con escasa compresibilidad. Preferentemente, estas son chapas de metal, pero también se pueden emplear otros materiales, como plásticos duros, materiales compuestos o materiales que contienen fibra de carbono. La chapa intermedia y los materiales de elastómero (4) se unen entre sí por regla general mediante vulcanización.

15 La membrana de presión (5) por regla general también está fabricada de caucho natural o un derivado de caucho natural. El material debe ser en una zona amplia resistente al desgarro y a la presión. Preferentemente, es de una estructura lisa, compacta que no presenta poros superficiales o solo poros con un diámetro muy pequeño que no pueden alojar microgotas del líquido hidráulico.

20 Como líquidos hidráulicos pueden utilizarse en general todos los líquidos habituales estables a la presión. Para aerogeneradores es apropiada, por ejemplo, agua, a la que puede añadirse, dado el caso, agente anticongelante, alcoholes o aditivos. Asimismo, pueden utilizarse también aceites hidráulicos.

El elemento de resorte de acuerdo con la invención puede emplearse en dos formas de realización constructivas principales. La primera forma de realización, se basa en una membrana plana (5) que ocupa una gran superficie relativa sobre la placa de membrana (9). El espacio de desplazamiento, o espacio de membrana (5) se forma sobre todo por el hinchamiento de la membrana que se sitúa plana sobre la placa de membrana con compresión

5 simultánea de las capas de elastómero (1) por encima de la membrana de presión. Escotaduras, preferentemente de tipo cóncavo, en la capa de elastómero por encima de la membrana y / o en la placa de membrana (9) por debajo de la membrana pueden generar un espacio de desplazamiento, incluso en el estado sin presión. Mientras que la membrana plana (figura 6) presenta una configuración relativamente plana, preferentemente lenticular, la segunda forma de realización principal está representada por una membrana parabólica o membrana cónica (figuras 11 - 19) que representa, incluso en el estado sin presión, dicha forma cónica o un paraboloide. En lo esencial, la membrana representa una función de estanqueidad entre el fluido y el cuerpo de elastómero.

Las figuras 6, así como 11 - 19, representan un componente de elastómero con varias capas (por ejemplo, 4 capas). La particularidad respecto a los resortes de capas habituales consiste en que las chapas intermedias (2), que son

15 preferentemente redondas, presentan un taladro preferentemente centrado, de tal modo que la estructura no elástica se presenta solo en la zona exterior. En la zona interior, la zona central, solo está presente elastómero (1) que presenta preferentemente una escotadura en la zona que ocupa la superficie de membrana. Mediante la introducción de más o menos líquido en la membrana se desplaza un volumen de elastómero, lo que con una misma altura de construcción del elemento global provoca un aumento de la rigidez.

Los elementos de resorte de acuerdo con la invención comprenden una placa de membrana (9) que contiene una abertura para la conexión de conductos hidráulicos. Además, la placa de membrana contiene una ranura en T (10) con forma anular en la que se vulcaniza la membrana plana (5). La vulcanización presenta la particularidad de que la unión solo tiene lugar en la zona de la ranura en T. La zona restante queda sin unir, de tal modo que en este lugar 25 aparece un espacio hueco para la introducción del medio hidráulico en el espacio de membrana (12). De acuerdo con la invención, la estanqueidad de la unión con forma de T es muy importante. En el estado de la técnica, ésta se alcanza con un agente adhesivo que se aplica en la ranura en T antes de la vulcanización, de tal modo que se genera una unión de goma-metal. Esta unión de goma-metal se supone que debe ser absolutamente estanca de acuerdo con el estado de la técnica. Como ya se ha explicado con detalle anteriormente, pruebas prácticas, sobre las que se basa esta invención, han demostrado, sin embargo, que este no es el caso porque la migración de gotas encontrada por el inventor provoca y es responsable de que en caso de carga dinámica el agente adhesivo entre goma y metal se desprenda enfracciones. A partir de ello es evidente que en estos puntos debe generarse una presión mayor que en las demás zonas para obtener estanqueidad. Esta mayor presión se obtiene de acuerdo con la invención mediante un anillo intensificador de la presión (6). Este se sitúa sobre la membrana y obtiene una presión

35 previa debido a la alta presión y la superficie superior con la que se puede introducir en la ranura en T de la membrana y, con ello, genera en la zona con forma de T (10) una elevación de presión, por medio de lo cual se impide el desprendimiento del agente adhesivo por el líquido hidráulico que penetra. El anillo intensificador de presión, a este respecto, puede estar configurado en formas de realización de lo más variadas. El factor decisivo es que la presión en la zona aumente por un pretensado.

Una variante sencilla prescinde de un anillo intensificador de presión propio. En estas variantes descritas en las figuras 9 y 10, la ranura con forma de T es introducida en la placa de membrana (9) y vulcanizada. Después, la zona exterior de la placa de membrana es curvada hacia dentro, de tal modo que tiene lugar una elevación de presión en la zona de la ranura en T (10) y se garantiza estanqueidad.

45 En las formas de realización de los elementos de resorte de membrana plana (figura 6), están previstas presiones de 100 bar a 700 bar. Otra posibilidad ofrece para la obturación de los elementos, como ya se ha mencionado, la membrana con forma de parábola en la sección transversal (figuras 11 - 15, 17 - 20), que adopta una forma espacial cónica o también paraboloide. La estructura fundamental es similar a la de la membrana plana, aunque esta forma constructiva requiere una superficie menor.

Esto posibilita un espacio de construcción menor y reduce los costes de los componentes. Simultáneamente, sin embargo, se generan mayores presiones debido a la menor superficie con igual carga. Para la fijación estanca de la membrana parabólica en la placa de membrana (9), esta es bloqueada con los dos rebordes. Para ello, la membrana 55 parabólica (25) es llevada como un neumático sobre el labio de sujeción del reborde interior (24) de la cabeza de membrana (9a), de tal modo que el reborde interior (23) queda montado aproximadamente exento de aire detrás del labio (24) con ligero pretensado. A continuación, la placa de membrana (9) es atornillada con el anillo de pretensado (21). El reborde exterior (26), sin embargo, tiene una medida claramente mayor que el espacio hueco entre (21) y (9), de tal modo que en este caso se produce un pretensado. Este pretensado se eleva a aproximadamente a entre un 10 % y un 40 % del espesor del reborde exterior (26), de tal modo que una parte del volumen del reborde exterior se desplaza hacia el reborde interior (23), de tal modo que también en este caso se produce un pretensado y, por tanto, se obtiene la estanqueidad del reborde. En este tipo de construcción puede producirse el problema de que el reborde exterior (26) se desplace al ser pretensado hacia los dos lados y, por tanto, se introduzca entre el anillo de pretensado (21) y la placa de membrana (9) antes de que estos se encuentren y cierren el intersticio. Con ello, el 65 reborde exterior (26) se atascaría entre anillo de pretensado (21) y membrana (9). Para evitar esto, se prevé un espacio de pretensado (22) preferentemente con forma de cuña. Este espacio de pretensado tiene una profundidad

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Claims (1)

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