ES2977983T3 - Un sistema de caja de engranajes para una turbina eólica, turbina eólica con un sistema de caja de engranajes y procedimiento para operar un sistema de caja de engranajes - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de caja de cambios para una turbina eólica. La caja de cambios puede tener una carcasa de caja de cambios que define un volumen interior de caja de cambios. El sistema de caja de cambios comprende además al menos un depósito para almacenar lubricante y un dispositivo de provisión de lubricante. Además, se proporciona un dispositivo de retorno de lubricante. De este modo, el sistema de caja de cambios comprende un ciclo de lubricación, en particular un ciclo de lubricación cerrado, en el que el lubricante se proporciona desde el depósito a través del dispositivo de provisión de lubricante a lugares de lubricación de la caja de cambios, y posteriormente se devuelve al depósito pasando a través del dispositivo de retorno de lubricante. Además, el sistema de caja de cambios incluye un dispositivo de aireación que está conectado al volumen de la caja de cambios y que tiene medios de restricción configurados específicamente. Para obtener un comportamiento operativo beneficioso del sistema de caja de cambios, el sistema de caja de cambios, en particular el depósito, la bomba, el dispositivo de provisión de lubricante y/o el dispositivo de aireación, está/n configurados de tal manera que se proporciona un flujo de lubricante, con una presión y un caudal adecuados, desde el depósito a cada lugar de lubricación, cuando la bomba está operativa; Además, el volumen de la caja de cambios se inunda con lubricante del depósito cuando la bomba deja de funcionar o deja de hacerlo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un sistema de caja de engranajes para una turbina eólica, turbina eólica con un sistema de caja de engranajes y procedimiento para operar un sistema de caja de engranajes

Campo

[0001] La presente materia objeto se refiere, en general, a turbinas eólicas y, más en particular, a un sistema de caja de engranajes para una turbina eólica. Además se presenta un procedimiento para operar un sistema de caja de engranajes.

Antecedentes

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye posiblemente una torre, generador, caja de engranajes, góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos y transmiten la energía cinética a través de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes, o si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.

[0003] Específicamente, las turbinas eólicas comprenden diversos componentes mecánicos que tienen partes en movimiento sostenidas por estructuras inmóviles. Esto provoca fenómenos de fricción entre dichas partes, en los que se ha de abordar desventajas relacionadas como temperaturas elevadas y desgaste.

[0004] Un tipo específico de turbinas eólicas, por ejemplo, el modelo danés, incluye una caja de engranajes para cambiar un movimiento de rotación lento que tiene un par de torsión alto en una rotación relativamente rápida con un par de torsión reducido. Dicha caja de engranajes se puede representar, por ejemplo, como una caja de engranajes planetaria, que tiene opcionalmente una etapa de engranaje adicional, en la que una pluralidad de componentes de la caja de engranajes están sometidos a lubricación líquida, por ejemplo, lubricación con aceite. Para este propósito, se suministra lubricante presurizado en una variedad de localizaciones.

[0005] Sin embargo, la lubricación mencionada se requiere constantemente, en particular para la caja de engranajes, incluso cuando la turbina eólica no está generando energía, por ejemplo, en caso de marcha en vacío de la turbina eólica debido a un viento muy bajo. El documento WO 2009/147 147A2 divulga un sistema de lubricación para un sistema de engranajes de una turbina eólica, que comprende un primer depósito y un segundo depósito adaptados para contener lubricante. Comprende además medios de bomba dispuestos para suministrar lubricante desde el primer depósito al segundo depósito durante el funcionamiento normal, y un sistema de distribución conectado de forma fluida entre el primer depósito y el sistema de engranajes de tal manera que se pueda suministrar lubricante al sistema de engranajes desde el primer depósito por medio del sistema de distribución durante el funcionamiento normal. El sistema de lubricación comprende además medios de válvula que se pueden desplazar entre una primera posición y una segunda posición. En la primera posición se impide un flujo de lubricante desde el segundo depósito hacia el sistema de engranajes o al primer depósito, y en la segunda posición se permite. El medio de válvula funciona en respuesta a cambios de presión en el sistema de lubricación de tal manera que un cambio de presión predeterminado provoca automática y directamente que el medio de válvula se desplace de la primera posición a la segunda posición.

Breve descripción

[0006] Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de la invención.

[0007] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a un sistema de caja de engranajes para una turbina eólica que comprende una caja de engranajes, en el que la caja de engranajes se puede disponer en un tren de potencia de la turbina eólica para transmitir un movimiento de rotación lento de un rotor de la turbina eólica en un movimiento de rotación relativamente rápido hacia un generador de la turbina eólica.

[0008] La caja de engranajes puede tener una carcasa de caja de engranajes que define un volumen interior de caja de engranajes, en el que, por ejemplo, los engranajes de una caja de engranajes planetaria están colocados dentro del volumen de caja de engranajes y están sostenidos por disposiciones de rodamiento (“bearing arrangements”) en la carcasa de caja de engranajes. Al menos uno de los engranajes y/o disposiciones de rodamiento requieren lubricación cuando están en movimiento. Por ejemplo, es necesario proporcionar una corriente específica de lubricante sobre las superficies de engranaje de los engranajes de un engranaje planetario o sobre las disposiciones de rodamiento de ejes rotativos o engranajes de dicho engranaje planetario. En lo que sigue, el término "localizaciones de lubricación" se usará como representativo de cualquier localización del sistema de caja de engranajes que requiera lubricación para funcionar apropiadamente sin experimentar ningún daño a corto o largo plazo provocado por fricción, incluyendo también, pero sin limitarse a, los sistemas rodamiento externos a la caja de engranajes tales como los rodamientos principales.

[0009] El sistema de caja de engranajes comprende además al menos un depósito para almacenar lubricante tal como aceite lubricante, y una disposición (“arrangement”) de suministro de lubricante configurada para proporcionar una corriente de lubricante desde el depósito a las localizaciones de lubricación.

[0010] Además, se proporciona una disposición de retorno de lubricante por el sistema de caja de engranajes, en la que la disposición de retorno de lubricante posibilita un flujo de retorno de lubricante desde el volumen de caja de engranajes de vuelta al depósito. Por tanto, el sistema de caja de engranajes comprende un ciclo de lubricación, en particular un ciclo de lubricación cerrado, en el que se proporciona lubricante desde el depósito a través de la disposición de suministro de lubricante hasta las localizaciones de lubricación de la caja de engranajes y, posteriormente, se devuelve al depósito pasando a través de la disposición de retorno de lubricante.

[0011] La disposición de retorno de lubricante puede comprender al menos una bomba, que preferentemente está dispuesta corriente abajo (“downstream”) del volumen de caja de engranajes. Como ejemplo, la bomba se puede configurar para bombear activamente lubricante desde el volumen de caja de engranajes hacia dentro del depósito, en particular pasando por un dispositivo de enfriamiento y/o un filtro.

[0012] Adicionalmente o de forma alternativa, la bomba está dispuesta corriente abajo con respecto al volumen de caja de engranajes y corriente arriba (“upstream”) con respecto al depósito.

[0013] Además, el sistema de caja de engranajes incluye una disposición de aireación que está conectada al volumen de caja de engranajes y que tiene medios de restricción configurados específicamente. El medio de restricción puede ser un componente, en particular pasivo, que permite que el gas salga del volumen de caja de engranajes, posiblemente, pero no necesariamente, mientras que supera una determinada resistencia o contrapresión. Por tanto, la disposición de aireación está configurada de modo que se pueda proporcionar lubricante en el volumen de caja de engranajes incluso entonces, si no se transporta lubricante fuera del volumen de caja de engranajes, por ejemplo, por medio de la disposición de retorno de lubricante. Para posibilitar dicho funcionamiento, el exceso de gas o aire dentro del volumen de caja de engranajes se libera por medio del medio de restricción y a través de la disposición de aireación, en la que el volumen relacionado se reemplaza por lubricante.

[0014] De acuerdo con un modo de realización, la disposición de restricción está configurada de modo que un fluido gaseoso pueda pasar a través de ella sin experimentar resistencia, al menos sin experimentar una resistencia inhibidora funcional importante. Por el contrario, un líquido, por ejemplo, el lubricante, al menos con propósitos funcionales, no puede salir a través del medio de restricción y, de este modo, a través de la disposición de aireación. En particular, se inhibe el paso del fluido líquido, en comparación con un fluido gaseoso, a través de la disposición de aireación. Cabe señalar que, de acuerdo con el funcionamiento global, se elegirá un modo de realización funcional de la disposición de aireación para bloquear o al menos inhibir un fluido líquido y para permitir el paso de un fluido gaseoso.

[0015] Por ejemplo, se puede elegir un diámetro del medio de restricción, posiblemente representado como una determinada parte de la disposición de aireación, que tenga un tamaño reducido para que el líquido no pueda pasar a través del medio de restricción.

[0016] En particular, es evidente para el experto en la técnica que incluso un líquido muy viscoso, si está suficientemente presurizado, podría pasar a través del medio de restricción, al menos una cantidad limitada del mismo. De ahí que, en términos de la presente invención, cuando se caracteriza el medio de restricción que impide que el lubricante pase a través de él, se omite al menos un caudal pertinente de lubricante a través de la disposición de aireación y/o el medio de restricción, se debe interpretar el término "pertinente" mientras que se consideran las condiciones operativas de un sistema de caja de engranajes de una turbina eólica.

[0017] Por ejemplo, un diámetro de un área de sección transversal del medio de restricción puede ser inferior a 3 mm, en particular inferior a 2,5 mm, preferentemente inferior a 2 mm y en particular inferior a 1,5 mm. Posiblemente, dichos valores impiden un caudal pertinente de lubricante y, por tanto, omiten que el lubricante pase a través del medio de restricción, en particular debido a fenómenos de fricción, mientras que el lubricante muestra valores típicos de viscosidad.

[0018] Para obtener un comportamiento operativo beneficioso del sistema de caja de engranajes, el sistema de caja de engranajes, en particular el depósito, la bomba, la disposición de suministro de lubricante y/o la disposición de aireación, está(n) configurado(s) de modo que un flujo de lubricante, que tiene una presión y caudal apropiados, se proporciona desde el depósito a cada localización de lubricación, cuando la bomba está operativa; además, el volumen de caja de engranajes se inunda con lubricante desde el depósito cuando la bomba está o se vuelve inoperativa.

[0019] De ahí que, en el contexto de la invención se divulga que durante el funcionamiento de la bomba el lubricante se transporta desde el volumen de caja de engranajes por medio de la disposición de retorno de lubricante al depósito.

Desde allí, el lubricante se dirige suficientemente presurizado a las localizaciones de lubricación, en particular a través de canales y tubos de lubricación que forman parte de la disposición de suministro de lubricante. Para posibilitar este comportamiento, la capacidad, los puntos en operación estables y/o la geometría de los componentes mencionados anteriormente, en particular de la bomba y de la disposición de suministro de lubricante, se eligen de modo que los componentes de la caja de engranajes estén suficientemente lubricados para que la turbina eólica esté operativa y genere energía.

[0020] Además, la configuración y/o geometría de la disposición de suministro de lubricación, del depósito y/o de la disposición de aireación se determina de modo que, en caso de que la bomba deje de suministrar lubricante al depósito y, de este modo, a las localizaciones de lubricación, se pueda proporcionar una lubricación suficiente de al menos una parte de las localizaciones de lubricación. En particular, el depósito está configurado y/o dispuesto de modo que el lubricante drene automáticamente desde el depósito y entre en el volumen de caja de engranajes, en particular a través de las localizaciones de lubricación sin otra medida activa. Para posibilitar este comportamiento automático y sin medidas, se lleva a cabo la liberación de fluido gaseoso fuera del volumen de caja de engranajes para permitir que el lubricante entre en el volumen de caja de engranajes.

[0021] De acuerdo con un modo de realización, la abertura de la disposición de aireación al volumen de caja de engranajes no está en una parte inferior, sino en particular en una parte superior del volumen de caja de engranajes.

[0022] Los términos como "parte superior", "parte inferior", "lado superior", "lado inferior", "arriba" y/o abajo" se deben entender considerando la posición operativa y la disposición de la caja de engranajes en la turbina eólica.

[0023] Por tanto, si la bomba se vuelve inoperativa, el lubricante drenará desde el depósito a través de la disposición de suministro de lubricante hacia dentro del volumen de caja de engranajes siempre que un nivel de lubricante en el volumen de caja de engranajes alcance la abertura de la disposición de aireación. A continuación, el lubricante entrará en la disposición de aireación y, cuando se alcanza el medio de restricción, el flujo de lubricante a través de la disposición de aireación se restringe, se reduce a un nivel insignificante y/o se detiene. En este caso, por ejemplo, la caja de engranajes se inunda con lubricante.

[0024] En el contexto de la presente divulgación, el término "el volumen de caja de engranajes se inunda con lubricante" se debe entender de modo que el lubricante está presente dentro del volumen de caja de engranajes hasta un nivel en el que no se puede ocasionar ningún daño o solo insignificante a o en cualquier localización de lubricación debido a fenómenos de fricción, en particular en engranajes y rodamientos. En particular, según una posible definición, el volumen de caja de engranajes se inunda si en las localizaciones de lubricación de la caja de engranajes se proporciona suficiente lubricación por barboteo (“splash”), por ejemplo, por lubricación por suficiente inmersión y barboteo.

[0025] Además, la definición que precede puede ser aplicable en particular a una turbina eólica que se encuentre en estado operativo de marcha en vacío. Por ejemplo, durante una velocidad del viento baja o si la turbina eólica experimenta una pérdida de red y de inmediato deja de generar energía eléctrica moviendo las palas de rotor a una posición de bandera, también la bomba del sistema de caja de engranajes puede dejar de funcionar debido a la falta de suministro de energía. Sin embargo, durante la marcha en vacío, el rotor de la turbina eólica y, por lo tanto, también los componentes de la caja de engranajes, no se detienen por completo, por el contrario, son posibles incluso rotaciones lentas de todo el rotor. La inundación automática de la caja de engranajes garantiza por primera vez que la caja de engranajes y los componentes de la misma estén suficientemente lubricados por barboteo, por ejemplo, por suficiente inmersión y barboteo, incluso si la turbina eólica deja de funcionar completamente y, en particular, entra en un estado de marcha en vacío incontrolado.

[0026] De acuerdo con un modo de realización, el volumen de caja de engranajes está inundado si en un nivel de inundación se alcanza al menos parcialmente cada rodamiento de cada engranaje de la caja de engranajes. Preferentemente, si la caja de engranajes es una caja de engranajes planetaria, el nivel de inundación debe alcanzar cada eje de cada engranaje planetario, por ejemplo, incluso cuando está en la posición más alta.

[0027] De acuerdo con un modo de realización, el sistema de caja de engranajes, en particular el depósito, la bomba, la disposición de suministro de lubricante y/o la disposición de aireación, está(n) configurado(s) de modo que la inundación se alcanza en el transcurso de 45 min, en particular en el transcurso de 30 min, preferente en el transcurso de 15 minutos desde el momento en que la bomba se vuelve inoperativa. Las pruebas exhaustivas y el análisis de datos han demostrado que, si la inundación tiene lugar como se describe, se pueden omitir daños pertinentes. De ahí que, el lubricante y las dimensiones, por ejemplo, estructuras, diámetros, etcétera, que contribuyen al proceso de inundación del volumen de caja de engranajes, se configuran de modo que se cumplan las limitaciones de tiempo mencionadas anteriormente.

[0028] De acuerdo con un modo de realización específicamente beneficioso, el efecto de inundación del volumen de caja de engranajes se obtiene de una manera operativa de seguridad, por tanto, la inundación está garantizada y no depende de operaciones adicionales de la turbina eólica.

[0029] Por ejemplo, el sistema de caja de engranajes, en particular el depósito, la bomba, la disposición de suministro de lubricante y/o la disposición de aireación, están configurados de modo que la inundación del volumen de caja de engranajes se realiza sin manipulación adicional, en particular activa, de ningún componente del sistema de caja de engranajes, y/o en el que el sistema de caja de engranajes no comprende ningún tipo de medio de manipulación activa para posibilitar activamente un flujo de lubricación desde el depósito hacia dentro del volumen de caja de engranajes cuando la bomba cambia de un estado operativo a uno inoperativo.

[0030] De acuerdo con la invención, el sistema de caja de engranajes no comprende un dispositivo de manipulación que está configurado para posibilitar la inundación de la caja de engranajes. En particular, el sistema de caja de engranajes no comprende un dispositivo de manipulación que impida la inundación de la caja de engranajes sin activarse, desactivarse y/o accionarse específicamente. Por ejemplo, el sistema de caja de engranajes no comprende ninguna válvula ni dispositivo de manipulación que fuera necesario abrir o cerrar para posibilitar la inundación del volumen de caja de engranajes.

[0031] En particular, el sistema de caja de engranajes no comprende ningún conducto de derivación (“bypass duct”) que tenga una válvula activa o pasiva que conecte el depósito y el volumen de caja de engranajes, en particular en el que el conducto de derivación se bloquee por la válvula durante la condición operativa normal o cuando la bomba esté operativa, y en el que el conducto de derivación se abra en situaciones especiales, por ejemplo, si la turbina eólica no genera energía eléctrica y/o la bomba está inoperativa.

[0032] La configuración descrita sin componentes de derivación, que tiene conmutadores, válvulas o dispositivos de manipulación similares, proporciona por primera vez un sistema de seguridad completo. De acuerdo con la presente divulgación, el volumen de caja de engranajes se inunda sin que se accione, active o desactive una válvula o dispositivo de manipulación adicional, por lo tanto, la inundación está garantizada y es de seguridad. El suministro de dispositivos de manipulación y/o conexiones de derivación adicionales puede provocar situaciones de fallo, en particular de modo que, en caso de una bomba de lubricación inactiva, el volumen de caja de engranajes no se inunde. Posteriormente, los componentes pertinentes de la caja de engranajes no se lubrican más y, por lo tanto, se pueden provocar graves daños a la turbina eólica y enormes pérdidas económicas.

[0033] Las excepciones (“disclaimers”) precedentes incluyen, por ejemplo, válvulas pretensadas electromagnéticamente (resorte) o prepresurizadas que se abren en caso de pérdida de potencia o pérdida de presión.

[0034] De acuerdo con un modo de realización opcional, la excepción puede no incluir medios de restricción y/o válvulas que permitan un flujo de aire pero no un flujo de líquido y/o que se abran de forma unidireccional debido a una diferencia de presión positiva corriente arriba y corriente abajo de la válvula.

[0035] En modos de realización adicionales, la disposición de aireación comprende medios de restricción configurados de modo que, a través de la disposición de aireación, se permite un flujo gaseoso dentro y fuera del volumen de caja de engranajes y que se impide un flujo de lubricante fuera del volumen de caja de engranajes por medio de la disposición de aireación, como se describe anteriormente. En particular, la configuración se elige de modo que, si la bomba está inoperativa, el aire en el volumen de caja de engranajes pueda escapar del volumen de caja de engranajes hasta que el depósito esté lleno de lubricante y/o si el nivel de lubricante en el volumen de caja de engranajes alcanza la abertura de la disposición de aireación.

[0036] De acuerdo con la invención, la disposición de aireación conecta una parte superior del depósito al volumen de caja de engranajes, posiblemente de manera estanca al aire. Por tanto, si la bomba no está en funcionamiento, el aire del volumen de caja de engranajes puede entrar al depósito por medio de la disposición de aireación y/o el lubricante desciende hacia la caja de engranajes.

[0037] En otros modos de realización, el depósito está dispuesto con respecto al volumen de caja de engranajes de modo que la inundación se provoca únicamente por la energía potencial del lubricante, en particular por el hecho de que el depósito está dispuesto por encima del volumen de caja de engranajes.

[0038] De acuerdo con una disposición operativa del sistema de caja de engranajes dentro de la turbina eólica, el depósito está localizado más alto que el volumen de caja de engranajes. Por esto, incluso si la bomba no está operativa, el lubricante entrará en el volumen de caja de engranajes a través de la disposición de suministro de lubricante únicamente debido a la gravedad, en particular, pasando/usando completamente o al menos parcialmente los mismos conductos de suministro que si la bomba estuviera en funcionamiento. Por esto, se mejora el comportamiento de seguridad del sistema de caja de engranajes.

[0039] De acuerdo con un modo de realización particular, el sistema de caja de engranajes no comprende un depósito adicional para el lubricante. En particular, el término "depósito" se refiere a un dispositivo de almacenamiento para el lubricante que puede recibir al menos un 10 %, preferente al menos un 20 %, en particular al menos un 40 % de todo el lubricante del sistema de caja de engranajes. Posiblemente el volumen de caja de engranajes y/o un pequeño cárter (“sump”) de lubricante no se deben considerar como depósito para el lubricante.

[0040] En otro modo de realización, posiblemente alternativo, el volumen de caja de engranajes y/o el depósito comprende medios de presurización para almacenar lubricante presurizado de modo que la caja de engranajes se pueda inundar cuando la bomba esté inactiva. Esta configuración permitirá localizar el depósito al mismo nivel de altura o incluso por debajo del volumen de caja de engranajes. Los "medios de presurización" o el "depósito presurizado", como se menciona anteriormente, no incluyen depósitos en los que el lubricante está sujeto únicamente a la gravedad, sino que se proporcionan medios adicionales además de la gravedad para aplicar presión al lubricante.

[0041] De acuerdo con un modo de realización, al menos uno de los rodamientos de la caja de engranajes, en particular los rodamientos de los ejes que se sostienen en la carcasa de caja de engranajes, los rodamientos de los engranajes planetarios, los rodamientos del piñón central, los rodamientos de la corona dentada, los rodamientos de las etapas de engranaje adicionales y/o en particular todos los rodamientos de los ejes rotativos de la caja de engranajes están representados como rodamientos deslizantes (“sliding bearings”). Esto tiene la ventaja de que las caja de engranajes requieren menos mantenimiento, están menos sujetas a desgaste y/o con costes de inversión reducidos. Sin embargo, un rodamiento deslizante requiere una lubricación constante, en el que incluso las interrupciones breves pueden dar lugar a fallos graves.

[0042] En un modo de realización adicional, el depósito tiene un volumen constante, lo que reduce la complejidad del diseño y la susceptibilidad a fallos.

[0043] De acuerdo con otro modo de realización, la disposición de suministro de lubricante, el depósito y/o la disposición de retorno de lubricante, o al menos parte de los componentes mencionados, están equipados con medios de calentamiento para calentar el lubricante hasta un nivel requerido. Este modo de realización tiene la ventaja de que la turbina eólica se puede operar incluso en condiciones ambientales frías, en las que la inundación del volumen de caja de engranajes solo se puede realizar si el lubricante tiene una determinada temperatura y, de este modo, una determinada viscosidad (reducida). Preferentemente, los medios de calentamiento estarían dispuestos corriente arriba del depósito.

[0044] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a una turbina eólica que tiene una góndola montada encima de una torre, en la que un sistema de caja de engranajes de acuerdo con uno o una pluralidad de los modos de realización precedentes está montado en una estructura de soporte o bastidor principal de la góndola para transformar un movimiento de rotación de baja velocidad que tiene un par de torsión alto de un rotor de la turbina eólica en una rotación de velocidad relativamente alta con un par de torsión relativamente reducido. La aplicación de dichos sistemas de caja de engranajes en una turbina eólica posibilita el beneficio de reducir el tiempo de inactividad de la turbina eólica e incrementar la producción de energía, mientras que se pueden usar tipos de caja de engranajes rentables, en particular que tienen rodamientos deslizantes.

[0045] Aún en otro aspecto, un procedimiento para operar un sistema de caja de engranajes de una turbina eólica, en particular un sistema de caja de engranajes de acuerdo con uno de los modos de realización mencionados anteriormente. De acuerdo con un modo de realización, la caja de engranajes puede comprender una caja de engranajes que tiene un volumen de caja de engranajes y localizaciones de lubricación, un depósito para lubricante, una disposición de suministro de lubricante configurada para proporcionar un flujo de lubricación desde el depósito hasta las localizaciones de lubricación, una disposición de retorno de lubricante para facilitar un flujo de retorno de lubricante desde el volumen de caja de engranajes hasta el depósito, que tiene al menos una bomba dispuesta corriente abajo del volumen de caja de engranajes, y un conducto de retorno que conecta el volumen de caja de engranajes, la bomba y el depósito, y una disposición de aireación al menos conectada al volumen de caja de engranajes que tiene medios de restricción.

[0046] El procedimiento comprende la etapa de operar la bomba de modo que el lubricante se transporte desde el volumen de caja de engranajes hacia dentro del depósito de modo que no se llene más de un 10 %, en particular no más de un 5 %, preferente no más de un 3 %, del volumen de caja de engranajes con lubricante. Además, se realiza automáticamente una etapa adicional por el sistema de caja de engranajes si la bomba se vuelve inoperativa: inundar el volumen de caja de engranajes, en particular sin manipular activamente ningún componente del sistema de caja de engranajes relacionado con la lubricación. De acuerdo con el procedimiento reivindicado, no se acciona, activa o desactiva ninguna válvula o dispositivo de manipulación adicional, por lo tanto, la inundación se ejecuta automáticamente. En particular, no se abre ningún conducto de derivación que tenga una válvula activa o pasiva que conecte el depósito y el volumen de caja de engranajes cuando se inunda el volumen de caja de engranajes, en particular en el que el conducto de derivación se bloquea por una válvula durante la condición operativa normal o cuando la bomba está operativa, y en el que el conducto de derivación se abre en situaciones especiales, por ejemplo, si la turbina eólica no genera energía eléctrica y/o la bomba está inoperativa.

[0047] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se respaldarán y describirán además con referencia a la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0048] Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de una góndola de una turbina eólica que tiene un sistema de caja de engranajes de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 3 representa una vista esquemática en sección a través del sistema de caja de engranajes de acuerdo con la FIG. 2, en el que la turbina eólica está en funcionamiento normal y una bomba está activa;

la FIG. 4 representa una vista esquemática en sección a través del sistema de caja de engranajes de acuerdo con la FIG. 2, en el que el volumen de caja de engranajes está inundado.

[0049] Los rasgos característicos individuales representados en las figuras se muestran relativamente entre sí y, por lo tanto, no están necesariamente a escala. Los elementos similares o iguales en las figuras, incluso si se muestran en diferentes modos de realización, se representan con los mismos números de referencia.

Descripción detallada de la invención

[0050] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, ilustrándose uno o más de sus ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones como vengan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0051] La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica 10 de ejemplo. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 es una turbina eólica de eje horizontal. De forma alternativa, la turbina eólica 10 puede ser una turbina eólica de eje vertical. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde un sistema de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 que está acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje rotatorio 20 y al menos una pala de rotor 22 acoplada a y que se extiende hacia afuera del buje 20. En el modo de realización de ejemplo, el rotor 18 tiene tres palas de rotor 22. En un modo de realización alternativo, el rotor 18 incluye más o menos de tres palas de rotor 22. En el modo de realización de ejemplo, la torre 12 está fabricada de acero tubular para definir una cavidad (no mostrada en la figura 1) entre un sistema de soporte 14 y la góndola 16. En un modo de realización alternativo, la torre 12 es cualquier tipo adecuado de una torre que tenga cualquier altura adecuada.

[0052] Las palas de rotor 22 están espaciadas alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para posibilitar que la energía cinética se transfiera del viento para convertirse en energía mecánica utilizable y, posteriormente, en energía eléctrica. Las palas de rotor 22 se encajan al buje 20 acoplando una parte de raíz de pala 24 al buje 20 en una pluralidad de regiones de transferencia de carga 26. Las regiones de transferencia de carga 26 pueden tener una región de transferencia de carga de buje y una región de transferencia de carga de pala (ninguna mostrada en la figura 1). Las cargas inducidas a las palas del rotor 22 se transfieren al buje 20 por medio de las regiones de transferencia de carga 26.

[0053] En un modo de realización, las palas de rotor 22 tienen una longitud que varía de aproximadamente 15 metros (m) a aproximadamente 91 m. De forma alternativa, las palas de rotor 22 pueden tener cualquier longitud adecuada que posibilite que la turbina eólica 10 funcione como se describe en el presente documento. Por ejemplo, otros ejemplos no limitantes de longitudes de pala incluyen 20 m o menos, 37 m, 48,7 m, 50,2 m, 52,2 m o una longitud que es mayor que 91 m. A medida que el viento golpea las palas de rotor 22 desde una dirección del viento 28, el rotor 18 rota alrededor de un eje de rotación 30. A medida que las palas de rotor 22 rotan y se someten a fuerzas centrífugas, las palas de rotor 22 también se someten a diversas fuerzas y momentos. Como tal, las palas de rotor 22 se pueden desviar y/o rotar desde una posición neutra, o no desviada, hasta una posición desviada.

[0054] Además, un ángulo depitchde las palas de rotor 22, es decir, un ángulo que determina una perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección del viento, se puede cambiar por un sistema depitch32 para controlar la carga y la potencia generada por la turbina eólica 10 ajustando una posición angular de al menos una pala de rotor 22 en relación con los vectores de viento. Se muestran los ejes depitch34 de las palas de rotor 22. Durante el funcionamiento de la turbina eólica 10, el sistema depitch32 puede cambiar un ángulo depitchde las palas de rotor 22 de modo que las palas de rotor 22 se muevan a una posición de bandera (“feathered position”), de modo que la perspectiva de al menos una pala de rotor 22 en relación con los vectores de viento proporciona que un área de superficie mínima de la pala de rotor 22 se oriente hacia los vectores de viento, lo que facilita la reducción de una velocidad de rotación y/o facilita una parada del rotor 18.

[0055] En el modo de realización de ejemplo, unpitchde pala de cada pala de rotor 22 se controla individualmente por un controlador de turbina eólica 36 o por un sistema de control depitch80. De forma alternativa, elpitchde pala para todas las palas de rotor 22 se puede controlar simultáneamente por dichos sistemas de control.

[0056] Además, en el modo de realización de ejemplo, a medida que cambia la dirección del viento 28, se puede rotar una dirección de orientación de la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 38 para situar las palas de rotor 22 con respecto a la dirección del viento 28.

[0057] En el modo de realización de ejemplo, el controlador de turbina eólica 36 se muestra estando centralizado dentro de la góndola 16, sin embargo, el controlador de turbina eólica 36 puede ser un sistema distribuido por toda la turbina eólica 10, en el sistema de soporte 14, dentro de un parque eólico, y/o en un centro de control remoto. El controlador de turbina eólica 36 incluye un procesador 40 configurado para realizar los procedimientos y/o etapas descritos en el presente documento. Además, muchos de los otros componentes descritos en el presente documento incluyen un procesador. Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no se limita a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como un ordenador, sino que se refiere en términos generales a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (“programmable logic controller” o PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables, y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento. Se debe entender que un procesador y/o un sistema de control también pueden incluir memoria, canales de entrada y/o canales de salida.

[0058] La FIG. 2 es una vista en sección ampliada de una parte de la turbina eólica 10. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 incluye la góndola 16 y el rotor 18 que está acoplado de forma rotatoria a la góndola 16. Más específicamente, el buje 20 del rotor 18 está acoplado de forma rotatoria a un generador eléctrico 42 situado dentro de la góndola 16 por el eje principal 44, una caja de engranajes 46, un eje rápido 48 y un acoplamiento 50. En el modo de realización de ejemplo, el eje principal 44 está dispuesto al menos parcialmente coaxial a un eje longitudinal (no mostrado) de la góndola 16. Una rotación del eje principal 44 acciona la caja de engranajes 46 que posteriormente impulsa el eje rápido 48 traduciendo el movimiento de rotación relativamente lento del rotor 18 y del eje principal 44 en un movimiento de rotación relativamente rápido del eje rápido 48. Este último está conectado al generador 42 para generar energía eléctrica con la ayuda de un acoplamiento 50.

[0059] La caja de engranajes 46 y el generador 42 pueden estar sostenidos por un bastidor de estructura de soporte principal de la góndola 16, opcionalmente representado como un bastidor principal 52. La caja de engranajes 45 puede incluir una carcasa de caja de engranajes 102 que está conectada al bastidor principal 52 por uno o más brazos de par de torsión 103. En el modo de realización de ejemplo, la góndola 16 también incluye un rodamiento de soporte delantero principal 60 y un rodamiento de soporte posterior principal 62. Además, el generador 42 se puede montar en el bastidor principal 52 por los medios de soporte de desacoplamiento 54, en particular para impedir que las vibraciones del generador 42 se introduzcan en el bastidor principal 52 y provoquen, de este modo, una fuente de emisión de ruido.

[0060] Preferentemente, el bastidor principal 52 está configurado para sostener toda la carga provocada por el peso del rotor 18 y los componentes de la góndola 16 y por las cargas de viento y rotatorias, y además, para introducir estas cargas en la torre 12 de la turbina eólica 10. El eje de rotor 44, el generador 42, la caja de engranajes 46, el eje rápido 48, el acoplamiento 50 y cualquier dispositivo de sujeción, soporte y/o fijación asociado incluyendo, pero sin limitarse a, el soporte 52, y el rodamiento de soporte delantero 60 y el rodamiento de soporte posterior 62, a veces se denominan tren de accionamiento (“drive train”) 64.

[0061] La caja de engranajes 46 es parte de un sistema de caja de engranajes 100, que también puede comprender un depósito 120 para lubricante 136 para lubricar los engranajes 108, 110, 112 y los rodamientos 116, 118 de la caja de engranajes 46, las disposiciones de conductos de lubricante 138 y 142, una bomba de lubricante 146, un dispositivo de filtro 154 y/o un dispositivo de enfriamiento 152 para el lubricante 136 como se muestra en la FIG. 3 y la FIG. 4.

[0062] La góndola 16 también puede incluir un mecanismo de accionamiento de orientación (“yaw drive mechanism”) 56 que se puede usar para rotar la góndola 16 y, de este modo, también el rotor 18 alrededor del eje de orientación 38 para controlar la perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección del viento 28.

[0063] Para situar la góndola apropiadamente con respecto a la dirección del viento 28, la góndola 16 también puede incluir al menos un mástil meteorológico 58 que puede incluir una veleta y un anemómetro (ninguno mostrado en la figura 2). El mástil 58 proporciona información al controlador de turbina eólica 36 que puede incluir la dirección del viento y/o la velocidad del viento.

[0064] En el modo de realización de ejemplo, el sistema depitch32 está dispuesto al menos parcialmente como un conjunto depitch66 en el buje 20. El conjunto depitch66 incluye uno o más sistemas de accionamiento depitch68 y al menos un sensor 70. Cada sistema de accionamiento depitch68 está acoplado a una respectiva pala de rotor 22 (mostrada en la figura 1) para modular el ángulo depitchde una pala de rotor 22 a lo largo del eje depitch 34.Solo uno de los tres sistemas de accionamiento depitch68 se muestra en la figura 2.

[0065] En el modo de realización de ejemplo, el conjunto depitch66 incluye al menos un rodamiento depitch72 acoplado al buje 20 y a una respectiva pala de rotor 22 (mostrada en la figura 1) para rotar la respectiva pala de rotor 22 alrededor del eje depitch34. El sistema de accionamiento depitch68 incluye un motor de accionamiento depitch74, una caja de engranajes de accionamiento depitch76 y un piñón de accionamiento depitch78. El motor de accionamiento depitch74 está acoplado a la caja de engranajes de accionamiento depitch76 de modo que el motor de accionamiento depitch74 imparte fuerza mecánica a la caja de engranajes de accionamiento depitch76. La caja de engranajes de accionamiento depitch76 está acoplada al piñón de accionamiento depitch78 de modo que el piñón de accionamiento depitch78 se rota por la caja de engranajes de accionamiento depitch76. El rodamiento depitch72 está acoplado al piñón de accionamiento depitch78 de modo que la rotación del piñón de accionamiento depitch78 provoca una rotación del rodamiento depitch72.

[0066] El sistema de accionamiento depitch68 está acoplado al controlador de turbina eólica 36 para ajustar el ángulo depitchde una pala de rotor 22 tras recibir una o más señales desde el controlador de turbina eólica 36. En el modo de realización de ejemplo, el motor de accionamiento depitch74 es cualquier motor adecuado accionado por potencia eléctrica y/o un sistema hidráulico que posibilita que el conjunto depitch66 funcione como se describe en el presente documento. De forma alternativa, el conjunto depitch66 puede incluir cualquier estructura, configuración, disposición y/o componentes adecuados tales como, pero sin limitarse a, cilindros hidráulicos, resortes y/o servomecanismos. En determinados modos de realización, el motor de accionamiento depitch74 se acciona por la energía extraída de una inercia de rotación del buje 20 y/o una fuente de energía almacenada (no mostrada) que suministra energía a los componentes de la turbina eólica 10.

[0067] El conjunto depitch66 también incluye uno o más sistemas de control depitch80 para controlar el sistema de accionamiento depitch68 de acuerdo con señales de control del controlador de turbina eólica 36, en caso de situaciones prioritarias específicas y/o durante la sobrevelocidad (“overspeed”) del rotor 18. En el modo de realización de ejemplo, el conjunto depitch66 incluye al menos un sistema de control depitch80 acoplado de forma comunicativa a un sistema de accionamiento depitch68 respectivo para controlar el sistema de accionamiento depitch68 independientemente del controlador de turbina eólica 36. En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control depitch80 está acoplado al sistema de accionamiento depitch68 y a un sensor 70. Durante el funcionamiento normal de la turbina eólica 10, el controlador de turbina eólica 36 controla el sistema de accionamiento depitch68 para ajustar un ángulo depitchde las palas de rotor 22.

[0068] En un modo de realización, en particular cuando el rotor 18 funciona a sobrevelocidad de rotor, el sistema de control depitch80 anula el controlador de turbina eólica 36, de modo que el controlador de turbina eólica 36 ya no controla el sistema de control depitch80 y el sistema de accionamiento depitch68. Por tanto, el sistema de control depitch80 puede hacer que el sistema de accionamiento depitch68 mueva la pala de rotor 22 a una posición de bandera para reducir una velocidad de rotación del rotor 18.

[0069] De acuerdo con un modo de realización, un generador de potencia 84, que comprende, por ejemplo, una batería y/o condensadores eléctricos, está dispuesto en o dentro del buje 20 y está acoplado al sensor 70, al sistema de control depitch80 y al sistema de accionamiento depitch68 para proporcionar una fuente de potencia a estos componentes. En el modo de realización de ejemplo, el generador de potencia 84 proporciona una fuente continua de potencia al conjunto depitch66 durante el funcionamiento de la turbina eólica 10. En un modo de realización alternativo, el generador de potencia 84 proporciona potencia al conjunto depitch66 solo durante un evento de pérdida de potencia eléctrica de la turbina eólica 10. El evento de pérdida de potencia eléctrica puede incluir pérdida o caída de la red eléctrica, mal funcionamiento de un sistema eléctrico de la turbina eólica 10 y/o fallo del controlador de turbina eólica 36. Durante el evento de pérdida de potencia eléctrica, el generador de potencia 84 funciona para proporcionar potencia eléctrica al conjunto depitch66 de modo que el conjunto depitch66 puede funcionar durante el evento de pérdida de potencia eléctrica.

[0070] En el modo de realización de ejemplo, el sistema de accionamiento depitch68, el sensor 70, el sistema de control depitch80, los cables y el generador de potencia 84 están situados cada uno en una cavidad 86 definida por una superficie interior 88 del buje 20. En un modo de realización alternativo, dichos componentes están situados con respecto a una superficie exterior del buje 20 y se pueden acoplar, directa o indirectamente, a la superficie exterior.

[0071] La FIG. 3 representa una vista esquemática en sección a través del sistema de caja de engranajes 100 como se muestra en la FIG. 2. La caja de engranajes 46 comprende una carcasa de caja de engranajes 102 que define un volumen de caja de engranajes 104. Dentro del volumen de caja de engranajes 104, una corona dentada 112 interactúa con los engranajes planetarios 110, que están engranados con el piñón central 108 en el centro del volumen de caja de engranajes 104.

[0072] Al menos los engranajes planetarios 110 están sostenidos de forma rotatoria sobre ejes relacionados de un portasatélites no mostrado, en particular por rodamientos deslizantes 118. Adicionalmente o de forma alternativa, un eje rotativo del piñón central 108 está sostenido por rodamientos 116, en particular por rodamientos deslizantes, por ejemplo, en un soporte específico en la carcasa de caja de engranajes 102. En caso de que la corona dentada 112 esté sostenida de forma rotatoria por la caja de engranajes 46, se proporcionan rodamientos relacionados, en particular rodamientos deslizantes.

[0073] Al menos uno de los rodamientos, al menos todos los rodamientos de la caja de engranajes 46 y/o al menos una de las áreas de contacto de los engranajes engranados están provistos de lubricante 136, en particular de lubricante presurizado 136. En lo que sigue, el término "localizaciones de lubricación" se usará para representar componentes y/o localizaciones que requieren lubricación para funcionar apropiadamente sin experimentar daños y/o pérdidas inaceptables.

[0074] Para lubricar localizaciones de lubricación, el sistema de caja de engranajes 100 comprende un depósito 120 para almacenar lubricante 136 y una disposición de suministro de lubricante 138 que conecta el depósito 120 con localizaciones de lubricación, en particular con rodamientos deslizantes como el rodamiento 116 del piñón central 108 y/o los rodamientos 118 de los engranajes planetarios 110.

[0075] Por ejemplo, la disposición de suministro de lubricante 138 puede incluir un sistema de conductos de suministro 140 y canales que guían a través de la carcasa de caja de engranajes 102, a través de ejes rotativos y/o a través del portador de los engranajes planetarios 110 para alcanzar localizaciones de lubricación específicas.

[0076] De acuerdo con un modo de realización, el depósito 120 está dispuesto por encima del volumen de caja de engranajes 104, por tanto, hay una diferencia en altura del depósito 120 y el volumen de caja de engranajes 104. En consecuencia, el lubricante 136 localizado en el depósito 120 tiene una energía potencial mayor que el lubricante 136 dispuesto en el volumen de caja de engranajes 104.

[0077] Específicamente, una salida 128 del depósito 120 tiene una distancia vertical en la dirección vertical 100 con respecto a un nivel de superficie del lubricante en un volumen de caja de engranajes 104 inundado o a un punto central vertical del volumen de caja de engranajes 104 de al menos 20 cm, en particular al menos 25 cm, preferentemente al menos 30 cm, más preferentemente al menos 35 cm, en particular preferente al menos 50 cm.

[0078] En particular, la disposición de suministro de lubricante 138 es el único canal o sistema de canales que conecta el depósito 120 con el volumen de caja de engranajes 104. Opcionalmente, no hay ningún canal de derivación adicional posiblemente cerrado por una válvula o conmutador que conecte el depósito 120 con el volumen de caja de engranajes 104.

[0079] El sistema de caja de engranajes 100 incluye además una disposición de retorno de lubricante 142 que tiene al menos un conducto de retorno 144 que conecta el volumen de caja de engranajes 104 al depósito 120, en el que la disposición de retorno de lubricante 142 comprende una bomba 146, posiblemente un dispositivo de filtro 150 y un dispositivo de enfriamiento 148. Por tanto, la bomba 146 está dispuesta corriente abajo con respecto al volumen de caja de engranajes 104 y corriente arriba con respecto al depósito 120. En particular, el conducto de retorno 144 y/o la bomba 146 están conectados a una parte inferior del volumen de caja de engranajes 104, en particular a una muestra de lubricación 106 de la caja de engranajes 46.

[0080] Los términos como "parte superior", "parte inferior", "lado superior", "lado inferior", "arriba", "abajo", "izquierda", "derecha", "al lado" y/o "en el otro lado" se deben interpretar en el contexto de la dirección vertical 160 y la dirección horizontal 162 mostradas como se muestra en la FIG. 3 y la FIG. 4, considerando en particular una posición operativa de la caja de engranajes 46 y del sistema de caja de engranajes 100 dentro de la góndola 16 de la turbina eólica 10.

[0081] Cabe señalar que, de acuerdo con un modo de realización específico, la disposición de retorno de lubricante 142 no se puede entender como un conducto de derivación para inundar el volumen de caja de engranajes 104 con lubricante, en particular debido al hecho de que un flujo de retorno en sentido contrario desde el depósito 120 por medio de la disposición de retorno de lubricante 142 hacia dentro del volumen de caja de engranajes 104 no es posible, en particular porque la entrada 106 del conducto de retorno 144 hacia dentro del depósito 120 está en un área de una parte superior 122 del depósito 120.

[0082] Además, se proporciona una disposición de aireación 130 que tiene medios de restricción 132 y al menos un conducto de aireación 134 para conectar el depósito 122 con el volumen de caja de engranajes 104, en particular únicamente para el intercambio de fluidos gaseosos tales como aire. La restricción a fluidos gaseosos de la disposición de aireación 130 está provocada por los medios de restricción 132, que permiten el paso de fluidos gaseosos, en particular predominantemente para el intercambio, pero impiden un caudal eficaz de lubricante 136 a través de la disposición de aireación 130. Los medios de restricción 132 se pueden representar por un paso del conducto de aireación que tiene un diámetro reducido.

[0083] Además, el depósito 120 comprende medios de filtro (“strainer means”) 124 para separar un componente de la caja, por ejemplo, aire, del lubricante 136. Para este propósito, los medios de filtro 124 están dispuestos de tal manera dentro del depósito 120, que la entrada 126 del depósito 120 está separada de una salida 128 que conduce a la disposición de suministro de lubricación 138 por los medios de filtro. De ahí que, el lubricante 136 que entra al depósito 120 a través de la entrada 126 debe pasar por los medios de filtro 124 antes de entrar a la disposición de suministro de lubricante 138 por medio de la salida 128.

[0084] Los medios de filtro 124 ayudarán a separar pequeñas burbujas gaseosas del lubricante 136, que suben a una parte superior 122 del depósito 120. Desde allí, los gases recogidos pueden entrar en la disposición de aireación 130 y alcanzar el volumen de caja de engranajes 104, en particular si la bomba 146 continúa transportando lubricante 136 desde el volumen de caja de engranajes 104 hasta el depósito 120.

[0085] Sin embargo, cuando el lubricante 136 alcanza la disposición de aireación 130, se impide que pase a través de los medios de restricción 132 de la disposición de aireación 130, al menos en gran medida.

[0086] Adicionalmente o de forma alternativa, se divulga que la disposición de aireación 130 incluye medios de restricción 132 en un área de un puerto o directamente en el puerto que conecta la disposición de aireación 130 al volumen de caja de engranajes 104, y/o incluye medios de restricción en un área de un puerto o directamente en el puerto que conecta la disposición de aireación 130 al depósito 120.

[0087] Adicionalmente o de forma alternativa, la disposición de aireación 130 se puede representar de tal manera que un conducto de aireación 134 esté representado en su totalidad o al menos en parte como medios de restricción 132.

[0088] Posteriormente, cuando el lubricante 136 alcanza la disposición de aireación 130, se puede acumular una determinada presión operativa del lubricante 136 entre la bomba 146 y las localizaciones de lubricación, en particular de modo que el depósito 120 se llene con lubricante presurizado 136.

[0089] La FIG. 3 muestra el sistema de caja de engranajes 100 y la caja de engranajes 46 montados en la turbina eólica 10 durante condiciones operativas normales 100. De ahí que, la bomba 146 está operativa y suministra lubricante 136 desde el cárter 106 al depósito 120 de modo que las localizaciones de lubricación se alimentan con lubricante presurizado 136. Además, el volumen de caja de engranajes 104 no está lleno con lubricante 106, por el contrario, el volumen de caja de engranajes 104 está casi vacío de lubricante 136, en el que el lubricante 136 procedente de las localizaciones de lubricación se recoge en el cárter de lubricación 106 en la parte inferior del volumen de caja de engranajes 104.

[0090] La FIG. 4 representa el sistema de caja de engranajes 100 cuando la bomba 146 se vuelve inoperativa. Este podría ser el caso, por ejemplo, si la velocidad del viento está por debajo de la velocidad de conexión o si la turbina eólica se desconecta de la red y experimenta una pérdida total de potencia. Por tanto, no se puede proporcionar o no se proporcionará energía a la bomba 146, que posteriormente deja de funcionar. Normalmente, en este tipo de situación, el controlador de turbina eólica 36 de la turbina eólica 10 inicia un procedimiento de parada o un alto de emergencia del rotor 18. Como consecuencia, el tren de potencia 46 de la turbina eólica 10 entra en un estado de marcha en vacío, en el que se pueden realizar movimientos y/o rotaciones menores.

[0091] En el momento en que la bomba se vuelve inoperativa, el comportamiento beneficioso del sistema de caja de engranajes 100, en particular como se describe a lo largo de la presente solicitud de patente, consigue: el lubricante 136 localizado en el depósito 120 comienza a fluir a través de la disposición de suministro de lubricante 138 hacia dentro del volumen de caja de engranajes 104 sin que sea necesario ejecutar ninguna acción o etapa de procedimiento adicional tal como activación/desactivación de válvulas, abertura/cierre de válvulas, conexión/desconexión de una bomba adicional. El lubricante 136 comienza a inundar el volumen de caja de engranajes 104 únicamente debido a los efectos de la gravedad.

[0092] En reacción a que el lubricante 136 inunda el volumen de caja de engranajes 104, un fluido gaseoso, que está presente en el volumen de caja de engranajes 104, pasa a través de la disposición de aireación 130 desde el volumen de caja de engranajes 104 hacia dentro del depósito 120. Por tanto, hay un intercambio de lubricante 136 y un fluido gaseoso entre el depósito 120 y el volumen de caja de engranajes 104.

[0093] En particular, el depósito, la disposición de suministro de lubricante y/o la disposición de aireación está(n) configurado(s) y dispuesto(s) de modo que la inundación hasta un nivel de inundación predeterminado 105 se alcanza en el transcurso de 45 min, en particular en el transcurso de 30 min, preferente en el transcurso de 15 minutos a partir del momento en que la bomba se vuelve inoperativa. El nivel de inundación 105 se elige de tal manera que los rodamientos deslizantes 118 de los engranajes planetarios 110 estén al menos parcialmente lubricados con lubricante 136 por lubricación por barboteo.

[0094] Cuando el volumen de caja de engranajes 104 se inunda con lubricante 136, la mayor parte del interior del depósito 120 está vacío.

[0095] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la técnica, por ejemplo, el experto en la técnica reconocerá aplicar la invención a diferentes tipos de caja de engranajes, no solo a engranajes planetarios. Se pretende que dichos otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Números de referencia

10 turbina eólica

12 torre

14 sistema de soporte

16 góndola

18 rotor

20 buje rotatorio

22 palas de rotor

24 parte de raíz de pala

26 regiones de transferencia de carga

28 dirección del viento

30 eje de rotación

32 sistema depitch

34 ejes depitch

36 controlador de turbina eólica

38 eje de orientación

40 procesador

42 generador eléctrico

44 eje principal

46 caja de engranajes

48 eje rápido

50 acoplamiento

52 bastidor principal

54 medios de soporte de desacoplamiento

56 mecanismo de accionamiento de orientación

58 mástil meteorológico

60 rodamiento de soporte delantero

62 rodamiento de soporte posterior

64 tren de accionamiento

66 conjunto depitch

68 sistema de accionamiento depitch

70 sensor

72 rodamiento depitch

74 motor de accionamiento depitch

76 caja de engranajes de accionamiento depitch

78 piñón de accionamiento depitch

80 sistema de control depitch

84 generador de potencia

86 cavidad

88 superficie interior

100 sistema de caja de engranajes

102 carcasa de caja de engranajes

103 brazo de par de torsión

104 volumen de caja de engranajes

105 nivel de inundación

106 cárter de lubricación

108 piñón central

110 engranaje planetario

112 corona dentada

116 rodamiento (piñón central)

118 rodamiento (engranaje planetario)

120 depósito

121 abertura de aireación

122 parte superior

124 medios de filtro

126 entrada

128 salida

130 disposición de aireación

medios de restricción

conducto de aireación

lubricante

disposición de suministro de lubricante

conducto de suministro

disposición de retorno de lubricante

conducto de retorno

bomba

dispositivo de enfriamiento

dispositivo de filtro

dirección vertical

dirección horizontal

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un sistema de caja de engranajes (100) para una turbina eólica (10), comprendiendo el sistema de caja de engranajes (100) al menos

   - una caja de engranajes (36) que tiene un volumen de caja de engranajes (104),

   - localizaciones de lubricación,

   - un depósito (120) para lubricante (136),

   -una disposición de suministro de lubricante (138) configurada para proporcionar un flujo de lubricación desde el depósito (120) hasta las localizaciones de lubricación,

   - una disposición de retorno de lubricante (142) para facilitar un flujo de retorno del lubricante (136) desde el volumen de caja de engranajes (104) hasta el depósito (120), que tiene una bomba (146) dispuesta corriente abajo del volumen de caja de engranajes, y un conducto de retorno (144) que conecta el volumen de caja de engranajes (104), la bomba (146) y el depósito (120), y

   - una disposición de aireación (130) que conecta una parte superior (122) del depósito (120) al volumen de caja de engranajes (104), teniendo la disposición de aireación (130) medios de restricción (132) configurados de modo que un caudal del lubricante (136) a través de la disposición de aireación (130) sea funcionalmente insignificante en comparación con un caudal de un fluido gaseoso,

   -en el que el sistema de caja de engranajes (100), en particular el depósito (120), la bomba (146), la disposición de suministro de lubricante (138), la disposición de retorno de lubricante (142) y/o la disposición de aireación (130), está(n) configurado(s) de modo que se proporciona un flujo de lubricante que tiene una presión y un caudal apropiados desde el depósito (120) a cada localización de lubricación por medio de la disposición de suministro de lubricante (138) cuando la bomba (146) está operativa, y que el volumen de caja de engranajes (104) se inunda con lubricante (136) desde el depósito (120) por medio de la disposición de suministro de lubricante (138) cuando la bomba (146) está inoperativa, y

   - en el que el sistema de caja de engranajes (100) no comprende un dispositivo de manipulación que está configurado para posibilitar la inundación de la caja de engranajes.
2. 2. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el volumen de caja de engranajes (104), cuando se inunda, se llena con lubricante (136) hasta un nivel de inundación (105) de modo que todos los rodamientos de la caja de engranajes (46), en particular los rodamientos de engranajes planetarios, estén al menos parcialmente cubiertos con lubricante (136).
3. 3. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el sistema de caja de engranajes (100), en particular el depósito (120), la bomba (146), la disposición de suministro de lubricante (138) y/o la disposición de aireación (130), está(n) configurado(s) de modo que la inundación se pueda lograr en el transcurso de 45 min, en particular en el transcurso de 30 min, preferente en el transcurso de 15 minutos desde el momento en que la bomba (146) se vuelve inoperativa.
4. 4. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema de caja de engranajes (100), en particular el depósito (120), la bomba (146), la disposición de suministro de lubricante (138) y/o la disposición de aireación (130) están configurados de modo que la inundación del volumen de caja de engranajes (104) se consigue sin manipulación adicional, en particular activa, de ningún componente del sistema de caja de engranajes (100), y/o en el que el sistema de caja de engranajes (100) no comprende ningún tipo de medio de manipulación activa para posibilitar activamente un flujo de lubricación desde el depósito (120) hacia dentro del volumen de caja de engranajes (104) cuando la bomba (146) cambia de un estado operativo a uno inoperativo.
5. 5. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la disposición de aireación (130) comprende medios de restricción (132) configurados de modo que, a través de la disposición de aireación (130), se permite un flujo gaseoso dentro y fuera del volumen de caja de engranajes (104) y que se impide un flujo de lubricante fuera del volumen de caja de engranajes (104).
6. 6. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio de restricción (132) está configurado de modo que el lubricante (136) no puede pasar a través de la disposición de aireación (130), pero el fluido gaseoso sí.
7. 7. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el depósito (120) y el volumen de caja de engranajes (104) están conectados exclusivamente y estancos al aire por la disposición de suministro de lubricación (138), la disposición de retorno de lubricante (142) y por la disposición de aireación (130).
8. 8. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el depósito (120) está dispuesto con respecto al volumen de caja de engranajes (104) de modo que la inundación se acciona únicamente por la energía potencial del lubricante (136), en particular en el que el depósito (120) está dispuesto en una dirección vertical (148) por encima del volumen de caja de engranajes (104).
9. 9. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que no comprende un segundo depósito para lubricante (136).
10. 10. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el depósito (120) y/o la disposición de retorno de lubricante (142) comprenden medios de filtro (124) para separar al menos parcialmente un componente gaseoso del lubricante (136), en particular en el que el medio de filtro (124) está dispuesto dentro del depósito (120) separando eficazmente una entrada (126) de una salida (128) del depósito (120).
11. 11. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el volumen interior del depósito (120) es al menos un 40 %, en particular al menos un 60 %, preferente al menos un 80 % de un volumen de lubricación global del sistema de caja de engranajes (100), y/o en el que un volumen interior del depósito (120) es más grande que 300 litros, en particular que 400 litros, preferente que 500 litros, y/o es más pequeño que 1000 litros, en particular que 800 litros, preferente que 600 litros.
12. 12. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 1 a 5, en el que el depósito comprende medios de presurización para almacenar lubricante presurizado y/o está representado como un depósito presurizado.
13. 13. El sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la disposición de aireación (130) y/o el medio de restricción (132) están configurados de modo que se puede liberar un fluido gaseoso dentro del volumen de caja de engranajes (104) cuando el volumen de caja de engranajes (104) se inunda con lubricante, y/o que un fluido gaseoso puede entrar al volumen de caja de engranajes (104) cuando se reduce un nivel de lubricante (136) en el volumen de caja de engranajes (104) operando la bomba (146).
14. 14. Una turbina eólica (10) que comprende un rotor de turbina (18) que incluye un buje (20) y al menos una pala de rotor (22) montados en un eje de turbina giratorio (44), en la que la pala de rotor (22) está dispuesta de forma rotatoria alrededor de su eje longitudinal en el buje (20), un generador de inducción (42) que tiene un estátor y un rotor, y un sistema de caja de engranajes (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes para acoplar el generador (42) al eje de turbina (44) para la rotación con el mismo.
15. 15. Un procedimiento para operar un sistema de caja de engranajes (100) de una turbina eólica (10), comprendiendo el sistema de caja de engranajes (100) una caja de engranajes (36) que tiene un volumen de caja de engranajes (104) y localizaciones de lubricación, un depósito (120) para lubricante (136), una disposición de suministro de lubricante (138) configurada para proporcionar un flujo de lubricación desde el depósito (120) hasta las localizaciones de lubricación, una disposición de retorno de lubricante (142) para facilitar un flujo de retorno del lubricante (136) desde el volumen de caja de engranajes (104) hasta el depósito (120), que tiene al menos una bomba (146) dispuesta corriente abajo del volumen de caja de engranajes, y un conducto de retorno (144) que conecta el volumen de caja de engranajes (104), la bomba (146) y el depósito (120), y una disposición de aireación (130) que conecta una parte superior (122) del depósito (120) al volumen de caja de engranajes (104), teniendo la disposición de aireación (130) medios de restricción (132) configurados de modo que un caudal del lubricante (136) a través de la disposición de aireación (130) sea funcionalmente insignificante en comparación con un caudal de un fluido gaseoso, comprendiendo el procedimiento las etapas:

    -operar la bomba (146) de modo que el lubricante (136) se transporte desde el volumen de caja de engranajes (104) hacia dentro del depósito (120) de modo que no más de un 10 %, en particular no más de un 5 %, preferiblemente no más de un 3 %, del volumen de caja de engranajes (104) se llene con lubricante (136), e

    - inundar el volumen de caja de engranajes (104) si la bomba (146) se vuelve inoperativa sin manipular, en particular activamente, ningún componente relacionado con la lubricación del sistema de caja de engranajes (100), en particular sin actuar sobre ninguna parte móvil distinta del aceite y el gas en la parte superior que están en movimiento y en el que no se acciona, activa o desactiva ningún dispositivo de manipulación.