ES3005264T3 - Torsion absorber for wind turbines - Google Patents

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ES3005264T3 ES19783520T ES19783520T ES3005264T3 ES 3005264 T3 ES3005264 T3 ES 3005264T3 ES 19783520 T ES19783520 T ES 19783520T ES 19783520 T ES19783520 T ES 19783520T ES 3005264 T3 ES3005264 T3 ES 3005264T3
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Abstract

La invención se refiere a un amortiguador de torsión para su fijación a una sección cilíndrica (105) de un eje (103), que comprende un anillo de volante (111a, 111b, 113, 115, 117, 119). El amortiguador de torsión cuenta con al menos un medio de sujeción (115), que sujeta un primer segmento (111a) y un segundo segmento (111b) del anillo de volante (111a, 111b, 113, 115, 117, 119) contra la sección cilíndrica (105). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Absorbedor de torsiones para aerogeneradores
La invención se refiere a un absorbedor de torsiones según el preámbulo de la reivindicación 1.
Las vibraciones de torsión que se producen en la cadena cinemática de un aerogenerador son problemáticas porque van acompañadas de una carga elevada de los elementos constructivos y provocan emisiones de ruido. Mediante una influencia constructiva dirigida de las frecuencias propias puede reducirse el problema de las vibraciones de torsión que se producen. No obstante, las propiedades de vibración de todos los componentes que interactúan en la cadena cinemática deberían conocerse con exactitud. En la práctica con frecuencia este no es el caso.
Por el estado de la técnica se conocen absorbedores de torsiones con un volante de inercia y una brida de fijación en una sola pieza. La brida de fijación sirve para fijar el absorbedor de torsiones a un árbol. El volante de inercia puede girarse con respecto a la brida de fijación y estar unido elásticamente a ella. Mediante vibraciones en sentido opuesto del volante de inercia las vibraciones de torsión del árbol se absorben o amortiguan.
Si debe emplearse un absorbedor de torsiones este debe tenerse en cuenta ya en la construcción del árbol. Debido a la estructura del absorbedor de torsiones con volante de inercia y brida de fijación en una sola pieza no es posible ampliar un árbol con el absorbedor de torsiones.
El documento DE 198 56 500 B4 divulga un absorbedor de vibraciones para un aerogenerador. El absorbedor de vibraciones está suspendido en la torre del aerogenerador y amortigua vibraciones de traslación de la barquilla de grupo motopropulsor. Las vibraciones de rotación de la cadena cinemática a este respecto no se ven afectadas. La invención se basa en el objetivo de mejorar una cadena cinemática, en particular una cadena cinemática de un aerogenerador, con respecto a las soluciones conocidas por el estado de la técnica. De este modo, la estabilidad de los componentes de la cadena cinemática debe aumentarse y sus emisiones de ruido reducirse. Las instalaciones existentes deberían poder ampliarse con este fin.
Este objetivo se resuelve mediante un absorbedor de torsiones, también llamado amortiguador de vibraciones torsionales, según la reivindicación 1 o 2. En las reivindicaciones dependientes están incluidos perfeccionamientos preferidos.
El absorbedor de torsiones está configurado para fijarse a una sección cilíndrica de un árbol. La sección cilíndrica presenta una superficie que corresponde a la superficie lateral de un cilindro circular recto. La sección cilíndrica puede ser, por ejemplo, un disco de contracción que conecta de manera resistente al giro una primera parte del árbol con una segunda parte del árbol.
Un disco de contracción se caracteriza porque se aplica desde fuera en la primera parte del árbol y en la segunda parte y su diámetro interno puede reducirse mediante un mecanismo de sujeción. Por ello entre el disco de contracción y la primera parte del árbol, así como entre el disco de contracción y la segunda parte del árbol surge en cada caso un ajuste prensado y como consecuencia una conexión por arrastre de fuerza. La conexión por arrastre de fuerza sirve para la transmisión de pares entre la primera parte del árbol y la segunda parte del árbol.
El absorbedor de torsiones presenta una masa secundaria, en este caso llamada volante de inercia. El volante de inercia puede girar un pequeño ángulo con respecto al árbol. En particular el ángulo de la capacidad de torsión del volante de inercia con respecto al árbol es menor de 360°. El volante de inercia está acoplado con el árbol por resorte. Mediante vibraciones de torsión del árbol este se excita formando vibraciones en sentido opuesto. Estas actúan como amortiguador en las vibraciones de torsión del árbol.
Según la invención el absorbedor de torsiones presenta al menos un medio de sujeción. Preferiblemente el medio de sujeción es un tornillo. El medio de sujeción provoca una sujeción del primer segmento y del segundo segmento contra la sección cilíndrica. Esto implica que el primer segmento y el segundo segmento forman piezas independientes que no están unidas entre sí en particular de una sola pieza.
Mediante la sujeción del primer segmento y del segundo segmento contra la sección cilíndrica el volante de inercia ejerce fuerzas perpendiculares o una presión en dirección radial hacia la sección cilíndrica. En consecuencia entre el volante de inercia y la sección cilíndrica se produce una unión en arrastre de fuerza que fija el volante de inercia sobre la sección cilíndrica.
Mediante la al menos una realización de dos piezas del volante de inercia el absorbedor de torsiones puede instalarse en un árbol discrecional que presenta una sección cilíndrica. No son necesarias adaptaciones de construcción. En particular es posible ampliar un árbol ya existente con el absorbedor de torsiones.
En un perfeccionamiento preferido el medio de sujeción está sujeto entre el primer segmento y el segundo segmento. Eso implica que el primer segmento y el segundo segmento están sujetos unos contra el otro mediante el medio de sujeción. Mediante la sujeción el medio de sujeción ejerce fuerzas sobre el primer segmento y sobre el segundo segmento que deben dirigirse unas hacia otras. Sobre un punto de aplicación en el primer segmento el medio de sujeción ejerce por tanto una fuerza que está dirigida hacia un punto de aplicación del medio de sujeción en el segundo segmento. A la inversa el medio de sujeción ejerce una fuerza sobre el punto de aplicación del segundo segmento que actúa en la dirección del punto de aplicación del primer segmento. Ambas fuerzas son de la misma magnitud y presentan un signo diferente.
En un perfeccionamiento preferido además el medio de sujeción ejerce una fuerza de sujeción sobre el primer segmento y el segundo segmento que discurre tangencialmente con respecto a la sección cilíndrica. En particular con ello la fuerza de sujeción discurre ortogonal a una línea central o eje de simetría de la sección cilíndrica. Este eje es idéntico a un eje de giro del árbol.
La fuerza de sujeción ejercida por el medio de sujeción en el primer segmento designa la fuerza anteriormente mencionada que actúa en el punto de ataque del medio de sujeción en el primer segmento. De manera correspondiente la fuerza de sujeción ejercida por el medio de sujeción en el segundo segmento es la fuerza antes mencionada que actúa en el punto de ataque del medio de sujeción en el segundo segmento. Ambas fuerzas en términos de perfeccionamiento discurren tangencialmente con respecto a la sección cilíndrica.
Para hacer posible la movilidad relativa del volante de inercia con respecto al árbol en un perfeccionamiento preferido está previsto un inserto elástico que está dispuesto entre el volante de inercia y la sección cilíndrica. Mediante el inserto elástico se llena un espacio intermedio radial que discurre entre el volante de inercia y la sección cilíndrica del árbol. La sujeción del primer segmento y del segundo segmento contra la sección cilíndrica se diseña de tal manera que el primer segmento y el segundo segmento se sujetan contra el inserto elástico que sujeta a su vez contra la sección cilíndrica del árbol.
El inserto elástico actúa como elemento de resorte que se sujeta mediante una torsión del volante de inercia con respecto al árbol y una fuerza elástica que actúa entre el volante de inercia y el árbol. La fuerza elástica va acompañada de un par que contrarresta la torsión del volante de inercia con respecto al árbol.
Un inserto elástico ha de entenderse como un inserto que presenta el efecto de elasticidad. Este se realiza preferiblemente mediante un módulo de elasticidad o módulo de cizallamiento del inserto que es menor que un módulo de elasticidad o módulo de cizallamiento de la sección cilíndrica del árbol y del volante de inercia. De este modo el inserto puede estar compuesto por un elastómero.
Al igual que el volante de inercia, el inserto está realizado preferiblemente de varias piezas para poder ampliar el absorbedor de torsiones.
El volante de inercia está perfeccionado preferiblemente con una pieza intermedia situada entre el inserto y el volante de inercia que llena un espacio intermedio radial entre el inserto y el volante de inercia. La pieza intermedia sirve para adaptar el absorbedor de torsiones a distintos diámetros de la sección cilíndrica. Con ello puede emplearse un único volante de inercia para varios diámetros de la sección cilíndrica. Al igual que el inserto elástico, también la pieza intermedia está realizada de varias piezas en cuanto a su capacidad de ampliación.
El volante de inercia tiene una forma básica en forma de cilindro hueco en un perfeccionamiento preferido. La forma básica de un cuerpo designa la forma de un cuerpo original a partir del cual el primer cuerpo mencionado surge mediante eliminación de zonas individuales, por ejemplo, mediante inserción de escotaduras y/o añadiendo zonas individuales.
Preferiblemente el absorbedor de torsiones está perfeccionado con un primer y segundo segmento de construcción idéntica. Dos componentes son de construcción idéntica cuando coinciden en sus parámetros físicos- en particular en cuanto a sus características de material y de geometría - en el marco de las tolerancias de producción que se producen.
El primer y segundo segmento realizados con construcción idéntica pueden estar dispuestos en particular torsionados uno respecto al otro formando un ángulo de 180° alrededor del eje central de la sección cilíndrica.
Una junta de separación entre el primer segmento y el segundo segmento discurre en un perfeccionamiento preferido tanto radial como axialmente. Esto significa que la junta de separación y el eje de giro del árbol discurren en un plano común.
Además, en un perfeccionamiento preferido también una segunda junta de separación entre el primer segmento y el segundo segmento discurre al mismo tiempo radial y axialmente, es decir, con el eje de giro del árbol en un plano común. En particular la primera junta de separación, la segunda junta de separación y el eje de giro del árbol pueden discurrir en un plano común.
La primera junta de separación y/o la segunda junta de separación se puentean preferiblemente mediante en cada caso un medio de sujeción del tipo anteriormente descrito. Esto significa que el medio de sujeción discurre a través de la junta de separación respectiva. Un eje longitudinal del medio de sujeción a este respecto es ortogonal al plano antes mencionado que contiene la junta de separación y el eje de giro del árbol. En particular las fuerzas aplicadas por el medio de sujeción son ortogonales a este plano.
Preferiblemente el primer segmento y el segundo segmento están perfeccionados en cada caso de varias piezas. El primer segmento y el segundo segmento comprenden por tanto en cada caso un primer segmento parcial y un segundo segmento parcial. Los segmentos parciales son piezas separadas que no están conectadas en cada caso de una sola pieza.
Un primer medio de sujeción del tipo antes descrito sujeta el primer segmento parcial del primer segmento y el primer segmento parcial del segundo segmento parcial contra la sección cilíndrica. De manera correspondiente un segundo medio de sujeción sujeta el segundo segmento parcial del primer segmento y el segundo segmento parcial del segundo segmento contra la sección cilíndrica.
Mediante la estructura de varias piezas del primer segmento y del segundo segmento se mejora la manejabilidad. Esto es ventajoso en particular en aerogeneradores ya que el espacio en la góndola es muy limitado y las partes individuales que deben montarse deben levantarse a gran altura mediante una grúa.
El primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento en un perfeccionamiento preferido también son de estructura idéntica al primer segmento parcial y al segundo segmento parcial del segundo segmento. En particular todos los segmentos parciales pueden ser de estructura idéntica.
Preferiblemente el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento al igual que el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del segundo segmento, están desplazados axialmente uno respecto al otro, es decir, en la dirección o en paralelo al eje de giro del árbol.
Entre el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento, así como entre el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del segundo segmento discurre en un perfeccionamiento preferido en cada caso una junta de separación radial y en la dirección circunferencial. Las juntas de separación discurren por tanto en cada caso en un plano orientado radialmente, es decir, ortogonal al eje de giro del árbol.
El absorbedor de torsiones es preferiblemente parte de una disposición para una cadena cinemática de un aerogenerador. La disposición comprende además del absorbedor de torsiones un árbol de rotor, un engranaje y un disco de contracción. En el de rotor está fijado un rotor del aerogenerador. Por tanto el árbol de rotor lleva el rotor. En particular existe una conexión resistente al giro entre el rotor y el árbol de rotor. Mediante el disco de contracción el árbol de rotor está conectado de manera resistente al giro con un árbol de entrada del engranaje. El árbol de rotor y el árbol de entrada forman juntos el árbol antes mencionado. A este respecto, el árbol de rotor representa la primera parte del árbol, el árbol de entrada la segunda parte. El disco de contracción forma una sección cilíndrica en la que está fijado el absorbedor de torsiones.
Un ejemplo de realización preferido de la invención se representa en la figura 1. En detalle muestra: La figura 1 un absorbedor de torsiones.
En la figura 1 se representa un engranaje 101 de un aerogenerador. El accionamiento se realiza a través de un árbol de rotor 103. Un soporte de piñón del engranaje 101 alojado de manera giratoria que configura un árbol de entrada está conectado mediante un disco de contracción 105 de manera resistente al giro con el árbol de rotor 103. El disco de contracción 105 ejerce una presión dirigida radialmente en el árbol de rotor 103 y en el árbol de entrada de manera que mediante el arrastre de fuerza se crea una conexión resistente al giro entre el árbol de rotor 103 y el árbol de entrada.
Una parte externa de la superficie del disco de contracción 105 tiene la forma de una superficie lateral de un cilindro circular recto. Esta parte de la superficie sirve para el alojamiento de un absorbedor de torsiones 107. El absorbedor de torsiones 107 está compuesto por una capa de elastómero 109, un primer segmento 111a, un segundo segmento 111b, tornillos de fijación 113, tornillos de sujeción 115 y piezas intermedias 117. Los segmentos 111a, 111b están cerrados en sí y rodean completamente el disco de contracción en la dirección circunferencial. Cada segmento 111a, 111b está compuesto por varios segmentos parciales.
Entre el primer segmento 111a y la capa de amortiguación 109, así como entre el segundo segmento 111b y la capa de amortiguación 109 se encuentran piezas intermedias 117. Las piezas intermedias 117 y la capa de amortiguación 119 están adaptadas a las dimensiones del disco de contracción 105. Una adaptación de los segmentos 111a, 111b no es necesaria. Los mismos segmentos 111a, 111b pueden emplearse por tanto para discos de contracción 105 de dimensión diferente.
En cada caso un segmento parcial del primer segmento 111a y un segmento parcial del segundo segmento 111b se sujetan entre sí mediante dos tornillos de sujeción 115. La fuerza de la sujeción provoca una fuerza perpendicular que actúa en dirección radial sobre las piezas intermedias 117. Por ello se produce un arrastre de fuerza entre las piezas intermedias 117 y la capa de amortiguación 109.
Los tornillos de fijación 113 discurren axialmente a través de los segmentos parciales individuales y fijan estos entre sí. Entre las piezas intermedias 117 y los segmentos 111a, 111b se lleva a cabo una unión por arrastre de forma mediante pasadores 119. Los pasadores 119 están configurados por las piezas intermedias 117 y se encajan en correspondientes orificios de los segmentos 111a, 111b.
Símbolos de referencia
101 engranaje
103 árbol de rotor
105 disco de contracción
107 absorbedor de torsiones
109 capa de elastómero
111a primer segmento
111b segundo segmento
113 tornillo de fijación
115 tornillo de sujeción
117 pieza intermedia
119 pasadores

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Absorbedor de torsiones para la fijación en una sección cilindrica (105) de un árbol (103);
con un volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119), al menos un medio de sujeción y un inserto elástico (109) entre el volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) y la sección cilíndrica (105); en donde
el medio de sujeción sujeta un primer segmento (111a) y un segundo segmento (111b) del volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) contra la sección cilíndrica (105); caracterizado por que
el volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) presenta una pieza intermedia (117); en donde
la pieza intermedia (117) está dispuesta entre el primer segmento (111a) y el inserto (109) y/o entre el segundo segmento (111b) y el inserto (109).
2. Absorbedor de torsiones para la fijación en una sección cilíndrica (105) de un árbol (103);
con un volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) y al menos un medio de sujeción; en donde
el medio de sujeción sujeta un primer segmento (111a) y un segundo segmento (111b) del volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) contra la sección cilíndrica (105); caracterizado por que
el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b) comprenden en cada caso un primer segmento parcial y un segundo segmento parcial; en donde
un primer medio de sujeción sujeta el primer segmento parcial del primer segmento (111a) y el primer segmento parcial del segundo segmento (111b) contra la sección cilíndrica (105); y en donde
un segundo medio de sujeción sujeta el segundo segmento parcial del primer segmento (111a) y el segundo segmento parcial del segundo segmento (111b) contra la sección cilíndrica.
3. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado porque el medio de sujeción está sujeto entre el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b).
4. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado porque el medio de sujeción ejerce una fuerza de sujeción que discurre tangencialmente con respecto a la sección cilíndrica (105) sobre el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b).
5. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado porque el volante de inercia (111a, 111b, 113, 117, 119) tiene una forma básica de cilindro hueco.
6. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado porque el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b) son de estructura idéntica.
7. Absorbedor de torsiones según la reivindicación anterior; caracterizado porque el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b) están dispuestos torsionados uno respecto al otro formando un ángulo de 180° alrededor de un eje central de la sección cilíndrica (105) .
8. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado por una primera junta de separación que discurre radial y axialmente entre el primer segmento (111a) y el segundo segmento (111b).
9. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; caracterizado por una segunda junta de separación que discurre radial y axialmente entre el primer segmento y el segundo segmento.
10. Absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones 2 a 9; caracterizado porque
el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento (111a) son de estructura idéntica; en donde
el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del segundo segmento (111b) son de estructura idéntica.
11. Absorbedor de torsiones según la reivindicación anterior; caracterizado porque
el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento (111a) están dispuestos desplazados axialmente uno respecto al otro; en donde
el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del segundo segmento (111b) están dispuestos desplazados axialmente uno respecto al otro.
12. Absorbedor de vibraciones según una de las reivindicaciones 2 a 11; caracterizado por una junta de separación que discurre radialmente y en la dirección circunferencial entre el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del primer segmento (111a); y a través de una junta de separación que discurre radialmente y en la dirección circunferencial entre el primer segmento parcial y el segundo segmento parcial del segundo segmento (111b).
13. Disposición para una cadena cinemática de un aerogenerador;
con un engranaje (101), un árbol de rotor (103) y un disco de contracción (105);
en donde
el árbol de rotor (103) está conectado mediante el disco de contracción (105) de manera resistente al giro con un árbol de entrada del engranaje (101); caracterizada por
un absorbedor de torsiones según una de las reivindicaciones anteriores; en donde
el absorbedor de torsiones está fijado en el disco de contracción (105).
ES19783520T 2018-11-05 2019-10-07 Torsion absorber for wind turbines Active ES3005264T3 (en)

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