ES2925041T3 - Freno de un aerogenerador de gran potencia - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un freno de una gran turbina eólica, una parte giratoria (29) destinada a girar se puede fijar por medio del freno porque una parte de presión (22) no destinada a girar con la parte giratoria se puede presionar contra estando diseñada la parte giratoria, y el freno de tal manera que se forma una microconexión de enclavamiento entre la parte cuando las partes se presionan entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Freno de un aerogenerador de gran potencia
La invención se refiere a un freno de bloqueo de un aerogenerador de gran potencia.
En los aerogeneradores de gran potencia se conocen sistemas de bloqueo para las piezas giratorias previstas para el giro que funcionan de acuerdo con el principio de un pasador de bloqueo retráctil. Como consecuencia de las fuerzas que deben soportar, estos sistemas de bloqueo son compactos, voluminosos, pesados y, por consiguiente, también costosos.
Por el documento EP 2479428 A1, por ejemplo, se conoce un sistema de bloqueo antes citado de un aerogenerador de gran potencia con un pasador de bloqueo retráctil denominado allí dispositivo de retención.
Un objetivo de la invención consiste en crear una mejora a este respecto.
Esta tarea se resuelve con el objeto de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen configuraciones ventajosas.
La invención se basa, entre otros, en el reconocimiento de los siguientes inconvenientes de las soluciones existentes hasta ahora: En una de las soluciones conocidas hasta ahora, para un bloqueo seguro del giro de un eje principal de un aerogenerador de gran potencia, el eje principal está unido a un disco macizo, grueso y configurado a modo de arandela que rodea el eje principal, presentando el disco penetraciones axiales repartidas en dirección perimetral. En combinación con un disco citado se prevé un dispositivo de retención con el que se puede introducir en una de las penetraciones un pasador compacto, en su caso accionado hidráulicamente, de manera que el eje principal quede bloqueado de forma segura contra el giro. Para controlar las fuerzas de retención necesarias, el grosor axial del disco es suficientemente grande. Lo mismo ocurre con el pasador. A menudo son necesarios varios de estos mecanismos de bloqueo repartidos por el perímetro. Finalmente, la posición en la que el pasador o los pasadores pueden introducirse en la(s) penetración(es) suele ajustarse mediante un control manual, por lo que existe el riesgo de que, si la alineación no es exacta, el sistema hidráulico presione los pasadores contra el disco fuera de las penetraciones, lo que da lugar a los correspondientes daños, en ocasiones graves, por ejemplo, también daños en los rodamientos que soportan el eje principal debido a la carga excesiva en dirección axial.
Gracias a la solución según la invención se evitan los inconvenientes antes mencionados. Queda excluido de forma inherente el riesgo de daños como consecuencia de un accionamiento erróneo comparable y similar al antes descrito. Más ventajosamente se puede añadir a la inherencia citada un sistema de sensores que, en combinación con la correspondiente unidad de mando y de control, evita también de forma fiable las activaciones erróneas de menor gravedad. Según la invención sólo se permite una activación del freno de bloqueo según la invención si el sistema de sensores ha detectado una parada completa o aproximada del eje principal. Se pueden incluir además la posición de giro de las distintas palas de rotor y/o la posición de giro de la unidad compuesta por las, generalmente, tres palas de rotor con respecto a la torre del aerogenerador de gran potencia.
Debido al modo de funcionamiento de la solución según la invención, por ejemplo, similar al de un disco de freno, el disco puede diseñarse para ser mucho menos compacto, especialmente más delgado, lo que supone una ventaja considerable en cuanto a peso y coste. Especialmente en caso de una configuración del accionamiento de los frenos como un actuador eléctrico, se puede prescindir del sistema hidráulico habitual. Si esto se combina en especial con una configuración de frenado automático o autobloqueo del actuador eléctrico se crea, de un modo especialmente sencillo, un sistema que mantiene de forma fiable el bloqueo del eje principal incluso en caso de un corte de energía. En el caso de un freno accionado hidráulicamente, el bloqueo también puede garantizarse mediante una configuración correspondientemente segura del sistema hidráulico o mediante medidas de seguridad mecánicas adicionales.
De los ejemplos de realización de la invención descritos a continuación a la vista de las figuras resultan otras ventajas, características y detalles de la invención. En este caso se muestra en la:
Figura 1 un esquema de principio de una góndola de un aerogenerador con un sistema de frenado según la invención y
Figura 2 una ampliación de sección en la zona del sistema de frenado de la figura 1.
La figura 1 muestra en forma de un esquema de principio, en parte en una representación seccional, el interior de una casa de torre o de una góndola de un aerogenerador de gran potencia, especialmente en el rango de varios megavatios, con un sistema de frenado según la invención. En este caso, en la góndola se encuentra un eje principal 10 del aerogenerador, en cuyo extremo axial izquierdo el cubo de pala de rotor 2, con normalmente tres palas de rotor giratorias, se une al eje principal 10. En el extremo axial derecho del eje principal 10, éste se une a través de un acoplamiento 4 a un engranaje 6, uniéndose en el otro lado el engranaje 6 a su vez a un generador 8 para la generación de energía eléctrica. De este modo, la góndola se apoya de forma giratoria en una torre del aerogenerador de gran potencia a través de un apoyo de góndola 50.
El eje principal 10 se apoya de forma giratoria en la góndola a través de dos rodamientos. Aquí, el rodamiento izquierdo se configura como un rodamiento de rodillos toroidales 11, también conocido como rodamiento CARB, y el rodamiento derecho se configura como un rodamiento de rodillos oscilante 12. Naturalmente, en otras realizaciones también son posibles otros tipos de rodamientos, especialmente un rodamiento de rodillos cónicos de doble hilera en una disposición en O o también rodamientos de rodillos cilíndricos. En otras formas de realización también puede estar disponible un solo rodamiento, pudiendo en tal caso el engranaje 6 actuar, por así decirlo, como un segundo punto de apoyo.
Para que, por ejemplo, una persona esté autorizada o pueda entrar en la zona del cubo de las palas de rotor, a fin de realizar trabajos de mantenimiento, debe garantizarse en cualquier circunstancia que el eje principal 10 no realice ningún movimiento giratorio o pivotante, dado que de lo contrario se pondrían en peligro la integridad física y la vida del personal de mantenimiento en la zona del cubo de las palas de rotor. Con esta finalidad se prevé el sistema de frenado según la invención que en el ejemplo de realización descrito está configurado a modo de un freno de bloqueo basado en un disco de freno. En este caso, el sistema de frenado comprende un disco de freno 29 unido de forma fija al eje principal 10 en combinación con una unidad básica de frenado 20 unida de forma fija a la góndola. Aquí, en función del tamaño, del dimensionamiento y del diseño de la instalación, sólo se puede prever una unidad básica de frenado 20; sin embargo, también se pueden prever varias unidades básicas de frenado 20 repartidas por el perímetro del disco de freno 29.
La figura 2 muestra una sección longitudinal a través del sistema de frenado de la figura 1 en la zona de la unidad básica de frenado 20. Durante un funcionamiento normal, el disco de freno 29 gira con el eje principal 10 de manera que no se produzca ningún contacto, o al menos ningún contacto significativo, con piezas de la unidad básica de frenado 20. Por ejemplo, para los trabajos de mantenimiento en la zona del cubo de las palas de rotor, el eje principal 10 del aerogenerador se detiene, por ejemplo, mediante un ajuste adecuado de las palas del rotor y/o un freno dispuesto entre el engranaje 6 y el generador 8. A continuación, las zapatas de freno 22, configuradas por así decirlo como cilindros hidráulicos, se presionan contra el disco de freno 29 en dirección axial a través de los canales hidráulicos 25 mediante la correspondiente aplicación de presión hidráulica. En este caso, los canales hidráulicos 25 se configuran en un cuerpo base 21 de la unidad básica de frenado 20 unido de forma fija a la góndola.
Además, las zapatas de freno 22 se recubren por fricción en su superficie frontal orientada hacia el disco de freno 29, de manera que al ejercer presión se genere una microunión en arrastre de forma entre las zapatas de freno 22 y el disco de freno 29. Alternativamente, en lugar de aplicarse directamente a los lados frontales de las zapatas de freno 22, el revestimiento de fricción también puede aplicarse a un disco unido a las zapatas de freno 22, especialmente atornillado a las mismas.
En este caso, las superficies a las que se aplica el revestimiento de fricción se crean, por ejemplo, mediante un fresado circular con una profundidad de rugosidad media Rz de 10 pm o mejor, o también mediante un torneado de precisión con una rugosidad media Ra igual a 1,6 pm o mejor transversalmente a la dirección de mecanizado y Ra igual a 0,7 pm o mejor longitudinalmente a la dirección de mecanizado. Naturalmente, en otras realizaciones también se pueden llevar a cabo, adicional o alternativamente, un rectificado y/o un bruñido.
En cuanto a la tecnología de fabricación, a la superficie se le aplica de forma galvánica un revestimiento inferior de níquel con un grosor de, por ejemplo, aproximadamente 2 a como máximo 5 pm. Sobre este revestimiento inferior se colocan a continuación las partículas de material duro con una dureza Mohs mayor o igual a 7, especialmente de 10, y con un tamaño de partícula después de un cribado en el rango de 35 a 48 pm por término medio. En especial se utiliza un polvo de diamante industrial con una clasificación granulométrica D46. A continuación se aplica también de forma galvánica un revestimiento superior de níquel, de manera que las partículas colocadas sobre el revestimiento inferior queden rodeadas por el revestimiento superior al menos por su zona inferior hacia el revestimiento inferior, quedando las partículas fijadas en prácticamente una capa. Especialmente, el grosor del revestimiento superior se elige de manera que aproximadamente la mitad del tamaño de partícula se inserte en el revestimiento superior. Por consiguiente, se crea un revestimiento de fricción en el que las partículas de diamante se fijan de forma segura en la capa de níquel, sobresaliendo las mismas en término medio uniformemente de la capa de fijación de níquel. Ventajosamente se pueden alcanzar valores de fricción de altos a muy altos de hasta p > 0,65. Al presionar las zapatas de freno 22 contra el disco de freno 29, las partes que sobresalen de las partículas de diamante presionan el disco de freno 29, configurándose la microunión en arrastre de forma citada y estando dicho disco de freno configurado de un material más blando que las partículas de diamante, en especial de un acero o de una fundición de grafito nodular. En este caso, para la unión en arrastre de forma es importante que, al ejercer la presión, se aplique la presión superficial necesaria, en especial en el rango de 80 a 180 MPa.
Para garantizar, incluso en caso de pérdida de presión hidráulica, que el eje principal 10 permanece fijado de forma segura, se pueden atornillar pernos de fijación 27 en estado presionado que mantienen la posición de frenado de las zapatas de freno 22 también en caso de pérdida de presión hidráulica. Alternativamente, también se puede conseguir un efecto comparable con un sistema hidráulico configurado debidamente asegurado.
De un modo no representado con mayor detalle, se añade ventajosamente un sistema de sensores que, en combinación con una unidad de mando y de control correspondiente, impide de forma segura, entre otros, activaciones erróneas del sistema de frenado. En este caso, sólo se permite una activación del freno de bloqueo según la invención si mediante el sistema de sensores se ha detectado una parada completa o aproximada del eje principal 10. Además se pueden incluir la posición de giro de las distintas palas de rotor y/o la posición de giro de la unidad formada por las tres palas de rotor con respecto a la torre del aerogenerador de gran potencia y/o una supervisión de la fuerza de retención del freno. En este sentido, la unidad de mando y control puede naturalmente configurarse de manera que el control, la regulación y la supervisión también puedan llevarse a cabo a distancia, lo que permite ventajosamente, por ejemplo, una activación del freno mediante un mantenimiento a distancia.
En lugar de la activación hidráulica, el freno también puede accionarse mediante actuadores eléctricos. En este caso, se puede prescindir del sistema hidráulico habitual. Si se utilizan especialmente actuadores eléctricos en una configuración de frenado automático o autobloqueo, por ejemplo, mediante el uso de un mecanismo de elementos fileteados de rodillos, se crea de un modo especialmente sencillo un sistema que mantiene el bloqueo del eje principal incluso en caso de un corte de la corriente.
En otra realización, el sistema de frenado según la invención también puede configurarse a modo de un freno de tambor, previéndose en lugar de las zapatas de freno 22 y del disco de freno 29 al menos una zapata de freno conformada de forma correspondiente para ejercer presión radialmente sobre una zona cilíndrica del eje principal especialmente configurada para este fin o sobre un cilindro hueco que rodea el eje principal y que está unido al mismo de forma fija.
En otra realización, el apoyo de góndola 50 puede naturalmente equiparse de forma complementaria o alternativa con un sistema de frenado según la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Freno de bloqueo de un aerogenerador de gran potencia, pudiéndose fijar con el freno de bloqueo una pieza giratoria (29) prevista para el giro, pudiéndose presionar una pieza de presión (22), no prevista para el giro con la pieza giratoria, contra la pieza giratoria, caracterizado por que el freno de bloqueo se configura de manera que una activación del freno de bloqueo sólo sea posible cuando se ha determinado una parada completa o aproximada, y por que al presionar las piezas unas contra otras se configura una microunión en arrastre de forma entre las piezas.
2. Freno de bloqueo según la reivindicación 1, comprendiendo la pieza giratoria un eje principal (10) del aerogenerador de gran potencia, especialmente una instalación de varios megavatios, o comprendiendo la pieza giratoria la casa de torre o la góndola del aerogenerador de gran potencia y disponiéndose y configurándose el freno de bloqueo especialmente en la zona de un cojinete de pivote (50) entre la casa de torre o la góndola y una torre del aerogenerador de gran potencia.
3. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 o 2, comprendiendo la pieza de presión una zapata de freno (22) o una mordaza de freno, pudiéndose presionar la mordaza de freno especialmente en dirección radial contra una zona perimetral cilíndrica de la pieza giratoria.
4. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo el freno de bloqueo un disco de freno (29) unido de forma resistente a la torsión a la pieza giratoria o configurado por la pieza giratoria.
5. Freno de bloqueo según la reivindicación 4, comprendiendo el freno de bloqueo al menos dos zapatas de freno (22) que se pueden presionar contra el disco de freno (29) por lados opuestos del mismo, pudiéndose disponer también varios pares de zapatas de freno repartidos en la dirección perimetral del disco de freno (29).
6. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo el freno de bloqueo, para ejercer presión sobre la pieza de presión, al menos un actuador lineal, especialmente accionado por motor eléctrico y/o configurado con un frenado automático, que incluye en especial un mecanismo de elementos fileteados de rodillos.
7. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo el freno de bloqueo, para ejercer presión sobre la pieza de presión, al menos un componente hidráulico de un sistema hidráulico, pudiéndose configurar el componente hidráulico o el sistema hidráulico o pudiéndose prever un dispositivo de seguridad especialmente de acción mecánica, de manera que la acción de apriete se mantenga en caso de fallo del sistema hidráulico.
8. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo el freno de bloqueo al menos piezas de un sistema de sensores y de control, de manera que la activación del freno de bloqueo se pueda controlar, regular y/o supervisar en dependencia de una posición angular de giro y/o de la velocidad de giro de la pieza giratoria y/o de manera que también se pueda controlar, regular y/o supervisar la fuerza de presión a distancia.
9. Freno de bloqueo según una de las reivindicaciones 1 a 8, previéndose para la microunión en arrastre de forma un revestimiento de fricción, en el que sobresalen partículas de material duro de una capa que comprende especialmente níquel, siendo las partículas de material duro especialmente partículas de diamante, cuyo tamaño de partícula después del cribado se encuentra en término medio especialmente en el rango de 35 a 48 pm.
10. Freno de bloqueo según la reivindicación 9, aplicándose el revestimiento de fricción directamente a la pieza de presión, a la zapata o mordaza de freno (22) o a un soporte, especialmente a modo de disco o de placa, que puede unirse a la misma especialmente mediante tornillos, y configurándose la pieza giratoria, al menos en la zona prevista para ejercer la presión, de un material, en especial un acero, que es más blando que las partículas de material duro.
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