BANCO DE PRUEBAS Y MÉTODO PARA PROBAR UN EQUIPO DE TURBINA EÓLICA
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un banco de pruebas para probar un equipo de turbina eólica y con métodos para probar un equipo de turbina eólica.
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Una turbina eólica conocida en la técnica comprende una torre terminada en punta de la turbina eólica y una góndola de la turbina eólica colocada en la parte superior de la torre. Un rotor de la turbina eólica con varias aspas de la turbina eólica está conectado a la góndola a través de una flecha de baja velocidad, que se extiende fuera de la parte frontal de la góndola, como se ilustra en la Figura 1. Las turbinas eólicas grandes modernas, se hacen todo el tiempo más y más grandes y los diferentes componentes de la turbina eólica, tales como la caja de engranes, generador, sistema de frenado, etc., también se hacen más granes. Además, el desarrollo tecnológico produce componentes e interacción entre los componentes que son más y más especializados y complejos. Esto es por supuesto, ventajoso con respecto a la eficiencia y
producción de la turbina eólica, pero puesto que estas turbinas eólicas grandes son caras y las averias pueden ser muy costosas, es importante asegurar que la vida, durabilidad, calidad, capacidad, etc., de los componentes de la turbina eólica estén bien documentados. Una manera de hacer esto seria reunir información sobre las turbinas eólicas inductoras y a continuación, basar el programa de mantenimiento, la elección de los componentes y asi sucesivamente, en un análisis estadístico de estos datos. Pero este método es bastante ineficiente en que si los datos revelan que un componente con una vida esperada de 20 años, sólo dura un promedio de 7 años, las turbinas eólicas similares producidas en estos 7 años también contendrán el componente defectuoso, y los datos con frecuencia, no pueden describir si el componente se avería debido a una calidad deficiente, si se ha montado o utilizado de manera incorrecta o si varios factores interactuantes causan la vida reducida. Otra manera de solucionar este problema se describe en la solicitud de patente Europea No EP 1 564 405 Al. Esta solicitud describe un banco de pruebas para llevar a cabo pruebas de fatiga y de carga en los miembros estructurales de principalmente la góndola y los componentes de la góndola. Pero la prueba de la resistencia de los miembros estructurales de la góndola
tiene el propósito principal de reducir el uso del material o de optimizar el diseño de estos miembros estructurales, reduciendo por lo tanto el costo y el peso de los miembros y asegurando que pueden soportar las cargas, que son afectados durante la operación normal de la turbina eólica. No proporcionará una información útil con respecto a la selección de los componentes, la interacción de los componentes y otra que podría evitar las averías y reducir el costo de los componentes. Es por lo tanto, un objeto de la invención, proporcionar una técnica ventajosa y eficiente para probar un equipo de turbina eólica. Especialmente, es un objeto de la invención proporcionar una técnica para probar un equipo de turbina eólica que ofrezca tipos de carga más realistas.
La invención La invención proporciona un banco de pruebas para probar un equipo de turbina eólica. El banco de pruebas comprende uno o más medios aplicadores de carga que aplican carga de manera directa y/o indirecta al equipo, un medio motriz del banco de pruebas para hacer girar una flecha de entrada del equipo al menos durante una parte de la prueba, y medios de simulación para establecer condiciones o instalaciones similares a la turbina eólica.
Al hacer girar la flecha de entrada del equipo durante la prueba y al mismo tiempo aplicar carga al equipo, es posible simular las cargas que actúan en el equipo durante la operación normal de una turbina eólica, asi como en situaciones extremas, haciendo posible, por lo tanto, comparar diferentes equipos bajo las mismas condiciones de carga normal, asi como realizar pruebas de vida aceleradas. Esto es ventajoso en que es posible, por lo tanto, realizar una prueba más eficiente del equipo, lo que permite que los tipos y tamaños de carga se ajusten de manera dinámica, por ejemplo, para que sean sustancialmente realistas si se necesita o para que inflijan una sobrecarga, si se necesita. Además, es ventajoso que el banco de pruebas comprenda además medios de simulación para establecer condiciones o instalaciones similares a la turbina eólica, por ejemplo, permitiendo que los componentes de la turbina eólica puedan probarse mientras están montados en su estructura de suspensión real, permitiendo que el equipo pueda probarse en un ángulo que corresponde al ángulo bajo el cual operarla normalmente en una turbina eólica, permitiendo que el equipo pueda probarse en un medios "similar a la vida" con respecto a la temperatura, presión del aire, humedad u otros, permitiendo que el equipo pueda probarse mientras está expuesto a vibraciones o cualesquier
otras condiciones, situaciones o instalaciones que simularían, o al menos crearían a algún grado condiciones, situaciones o instalaciones similares a la turbina eólica para el equipo probado, en que al establecer estas condiciones o instalaciones similares a la turbina eólica, el banco de pruebas es capaz de realizar una prueba más realista y/o eficiente. Deberá enfatizarse que el término "flecha", deberá entenderse como cualquier clase de barra, varilla, tubería, tubo, anillo, acoplamiento, manguito, manguito de acoplamiento u otro, capaz de transferir rotación. La flecha no está limitada de ninguna manera a ser sólida, sino que podría ser, por ejemplo, un anillo o manguito hueco que forma o que está unido al portasatélites o al engrane anular de la caja de engranes de la turbina eólica. En un aspecto de la invención, el equipo son los componentes de la cadena de transmisión de la turbina eólica, tales como el rodamiento principal, la caja de engranes y el generador, y en donde el generador está conectado a una red de servicio o un medio que simula la red de servicio. Los componentes de la cadena de transmisión de la turbina eólica comprenden todos partes giratorias y con frecuencia, son colocados todos en la góndola, haciéndolos muy difíciles y caros de reparar y reemplazar. Además, la
integración entre los diferentes componentes de la cadena de transmisión, entre los diferentes componentes de la cadena de transmisión y diferentes sistemas de control y programas, puede ser muy compleja y es por supuesto, un aspecto importante con respecto a la eficiencia de la turbina eólica. Por lo tanto, es ventajoso que particularmente los componentes de la cadena de transmisión se prueben en un banco de pruebas que comprende medios para hacer girar la flecha de entrada y aplicar carga a los componentes. En un aspecto de la invención, la red de servicio o el medio que simula la red de servicio es un medio aplicador de carga indirecta del banco de pruebas. Esto es ventajoso, en que al aplicar carga de manera indirecta al equipo, conectando el generador a una red de servicio o medio que simula la red de servicio, es posible simular de manera más exacta las situaciones de carga de una turbina eólica real o realizar pruebas de vida aceleradas, por ejemplo, estableciendo una situación de sobrecarga permanente o variando las situaciones de carga. En un aspecto de la invención, el medio que simula la red de servicio comprende medios para ajustar de manera dinámica el voltaje de la red y la frecuencia de la red. Al permitir el ajuste dinámico del voltaje de la
red y la frecuencia de la red durante la prueba, es posible simular las condiciones de operación normal del equipo, asi como situaciones extremas o de falla de la red, facilitando por lo tanto una prueba más eficiente y/o realista. En un aspecto de la invención, el medio que simula la red de servicio comprende un convertidor. El hacer que el medio que simula la red de servicio comprenda un convertidor es ventajoso, en que un convertidor proporciona medios para ajustar de manera dinámica los diferentes parámetros de la red, permitiendo por lo tanto, una prueba más eficiente. En un aspecto de la invención, el medio que simula la red de servicio comprende medios para probar si el equipo cumple con diferentes códigos de la red de servicio. Los códigos de la red de servicio son en principio, diferentes reglas sobre cómo reaccionará la turbina eólica con diferentes desviaciones en la red de servicio, tales como desviaciones en el voltaje o la frecuencia. Estos códigos de la red pueden ser diferentes de país a país o de región a región. Por lo tanto, es ventajoso proporcionar el medio que simula la red de servicio con la capacidad de probar si el equipo actúa de acuerdo con diferentes códigos de la red de servicio, probando por lo tanto, que el equipo probado sea eficiente
con respecto a los códigos. En un aspecto de la invención, al menos uno de uno o más medios aplicadores de carga comprende medios para aplicar una carga axial y/o radial a la flecha de entrada. La flecha de entrada del equipo siempre, al menos a algún grado, será influenciada por las fuerzas dirigidas axial y/o radialmente, durante la operación normal del equipo en una turbina eólica real. Por lo tanto, es ventajoso aplicar estas cargas durante la prueba, para producir una prueba más eficiente y/o realista. En un aspecto de la invención, uno o más medios aplicadores de carga comprenden dos o más medios de carga radial para aplicar una carga sustancialmente radial a la flecha de entrada, dos o más medios de carga radial están desplazados axialmente. Al proporcionar a la flecha de entrada del equipo probado con dos medios de carga radial desplazados axialmente, es posible infligir una situación de carga más eficiente y/o realista en el equipo probado. Por ejemplo, seria posible utilizar uno de los medios de carga radial para simular la fuerza de gravedad sustancialmente estática en el rotor 4 y el uso del otro para simular el par que se origina de la diferencia en la carga del viento en la parte superior e inferior del rotor, o para similar las cargas que cambian de manera dinámica o cíclica, tales como
inestabilidad del rotor o incluso vibraciones que se originan de las aspas 5 o el posible mecanismo de paso de las aspas 5. Ambos medios de carga radial también podrían infligir dos cargas estáticas diferentes (por ejemplo, en diferentes direcciones, infligiendo por lo tanto un par en el equipo) o ambos medios de carga radial podrían simular cargas diferentes que cambian de manera dinámica. Esto puede hacerse también de alguna forma por sólo un medio de carga radial, pero al utilizar dos, es más fácil y simple similar cargas complejas y situaciones de carga, por ejemplo, que involucran tanto cargas estáticas como dinámicas . En un aspecto de la invención, la flecha de entrada del equipo es una flecha de entrada de una caja de engranes de la turbina eólica o una flecha de entrada de un generador de la turbina eólica. La función de la caja de engranes y del generador de una turbina eólica es esencial para la eficiencia de la turbina eólica, y puesto que estos componentes son muy complejos y caros y puesto que con más frecuencia están situados en la góndola de la turbina eólica, en donde son difíciles de reparar y reemplazar, es ventajoso proporcionar un banco de pruebas, que sea capaz de hacer girar la flecha de entrada de la caja de engranes y/o el generador y al mismo tiempo, aplicar fuerza a éstos.
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Nuevamente, debería enfatizarse que el término "flecha" a este respecto, deberá entenderse como cualquier clase de conexión mecánica capaz de transferir rotación al dispositivo, tal como cualquier clase de conexión mecánica en la caja de engranes, generador o góndola de la turbina eólica, capaz de conectarse a un dispositivo de rotación y transferir la rotación a la caja de engranes, generador o góndola de la turbina eólica. En un aspecto de la invención, el medio motriz es un motor eléctrico que comprende una caja de engranes. La velocidad de rotación y particularmente el par de un motor eléctrico son controlados fácilmente de manera muy exacta, y al proporcionar al motor con una caja de engranes, es posible reducir la velocidad de rotación nominal del motor a un grado adecuado para simular la velocidad de rotación del rotor en una turbina eólica. Esto es ventajoso en que, por lo tanto, es posible llevar a cabo una prueba más eficiente, exacta y/o realista del equipo de una turbina eólica. En un aspecto de la invención, el banco de pruebas es estacionario. Un banco de pruebas para una turbina eólica para probar el equipo tales como las góndolas, podría pesar fácilmente hasta 500 toneladas métricas, y por lo tanto, es ventajoso hacer al banco de pruebas estacionario.
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En un aspecto de la invención, los medios de simulación comprenden medios controladores del clima para controlar sustancialmente uno o más parámetros del clima, tal como la temperatura, humedad y presión del aire de los alrededores de al menos una parte del equipo. Los parámetros del clima son factores de tensión muy importantes de una turbina eólica operante, y particularmente las temperaturas muy altas o muy bajas o las variaciones constantes en la temperatura pueden potencialmente ser muy dañinas para el equipo de una turbina eólica. Al proporcionar el banco de pruebas con medios controladores del clima, es posible controlar sustancialmente uno o más de los parámetros del clima, permitiendo por lo tanto, una prueba más eficiente y/o realista del equipo. Entre otras cosas esto permitiría una HALT (Prueba de la Vida Altamente Acelerada o Prueba de Límite Altamente Acelerada) (Highly Accelerated Life Testing or Highly Accelerated Limit Testing) del equipo, que es una manera bien conocida y muy eficiente de probar y/o estimar la vida y/o los límites de carga del equipo, en un periodo de tiempo relativamente corto, en comparación con la vida deseada del equipo. En un aspecto de la invención, los medios controladores del clima son al menos una caja de climas en encierra el equipo o al menos una parte del equipo.
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El encerrar sustancialmente el equipo o al menos una parte del equipo por una caja de climas, proporciona una manera relativamente simple y barata de establecer un medio controlado alrededor del. Además, una caja de climas que encierra sustancialmente el equipo, también tendría el efecto lateral de absorber el sonido, reduciendo por lo tanto el ruido emitido del banco de pruebas. En un aspecto de la invención, los medios de simulación comprenden medios para colocar el equipo en un ángulo definido, con relación a un plano horizontal, al menos durante la prueba, el ángulo definido es diferente de 0o. El rotor en las turbinas eólicas modernas grandes está angulado por diferentes razones, de manera que el plano del rotor no es perpendicular al suelo. Esto causa que la cadena de transmisión en la mayoría de las turbinas eólicas estén colocadas en un ángulo perpendicular al plano del rotor, y por lo tanto, no paralelas con el plano horizontal del suelo. Puesto que la cadena de transmisión y los componentes de la cadena de transmisión son componentes muy esenciales de una turbina eólica, sería ventajoso probar estos componentes en un banco de pruebas, y en particular en un banco de pruebas que pudiera probar el equipo en un ángulo diferente de 0o, con relación a un plano horizontal.
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En un aspecto de la invención, el ángulo definido correspondes a un ángulo de operación normal del equipo, por ejemplo, el ángulo de una góndola con relación a una torre . Esto es ventajoso en que es posible, por lo tanto, proporcionar un banco de pruebas capaz de realizar una prueba más eficiente y/o realista. En un aspecto de la invención, el banco de pruebas comprende un sistema de verificación, que verifica el equipo y/o el banco de pruebas durante la prueba. El equipo es probado, entre otras razones, para extraer información importante del equipo, tal como la vida, durabilidad, eficiencia y capacidad y calidad general del equipo. Por lo tanto, es ventajoso proporcionar al banco de pruebas con un sistema de verificación para reunir ésta y otra información para ser utilizada para analizar el equipo probado. En un aspecto de la invención, uno o más medios aplicadores de carga comprenden medios que resisten la rotación para ofrecer resistencia al movimiento rotacional de una o más flechas de salida de una caja de engranes del equipo . Al proporcionar el banco de pruebas con medios que resisten la rotación, es posible ofrecer más (o menos) resistencia a la rotación de la flecha de salida de una
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caja de engranes probada, que el generador, con el que el tipo especifico de caja de engranes estaría normalmente ¦a conectada en una turbina eólica operante, sería capaz de infligir. Esto es ventajoso, en que por lo tanto, es posible proporcionar el banco de pruebas con medios aplicadores de carga capaces de aplicar no sólo cargas de operación normales a la caja de engranes probada, sino también cargas extremas, accidentales o de otros tipos que el generador normal no sería capaz de infligir o se dañaría severamente al infligirlas. En un aspecto de la invención, los medios que resisten la rotación comprende un generador del banco de pruebas del banco de pruebas. El proporcionar el banco de pruebas con un generador para resistir la rotación de al menos una flecha de salida de una caja de engranes probada es ventajoso en que la energía producida por cualquier equipo que trate de resistir la rotación de una caja de engranes de la turbina eólica en una situación de sobrecarga, sería considerable y los sistemas mecánicos más factibles convertirían esta energía a calor, haciendo por lo tanto más difícil de realizar la prueba de manera eficiente y/o realista. AL utilizar un generador, es posible convertir la mayoría de esta energía nuevamente a energía eléctrica, que de manera ventajosa podría conducirse nuevamente a una red de
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servicio . En un aspecto de la invención, el generador del banco de pruebas del banco de pruebas, está conectado a una red de servicio o medio que simula la red de servicio. Si el generador del banco de pruebas está conectado a una red de servicio, es posible simular la operación normal de la caja de engranes y proporciona medios para deshacerse de la energía producida y si el generador está conectado al medio que simula la red de servicio, es posible además, simular modos diferentes, especiales, de falla o anormales de la red de servicio. Esto es ventajoso en que por lo tanto, es posible realizar una prueba más realista y/o eficiente. En un aspecto de la invención, uno o más medios aplicadores de carga aplican carga a la flecha de entrada y/o a una flecha de salida del equipo. El equipo de la turbina eólica que comprende partes giratorias es, en situaciones de operación reales, afectado principalmente de manera sustancial por la carga en su flecha de entrada o de salida o ambas. Por lo tanto, es ventajoso proporcionar las cargas en estas flechas en una situación de prueba, para proporcionar una prueba más realista y/o eficiente. En un aspecto de la invención, los medios de simulación comprenden medios para montar los componentes de
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la turbina eólica a través de su estructura de suspensión real . Al probar los componentes de la turbina eólica mientras están montados o suspendidos en la estructura de suspensión, en la cual estarían montados o suspendidos en una turbina eólica real, es posible realizar una prueba mucho más realista y/o eficiente en que, además del hecho de que la estructura de suspensión misma puede probarse bajo circunstancias realistas, también permite que la prueba de los componentes de la turbina eólica se vuelva más realista y que la interacción entre las combinaciones y/o diseños específicos de las estructuras y componentes de suspensión pueda probarse. La invención proporciona además un método para probar un equipo de turbina eólica. El método comprende los pasos de colocar el equipo en, sobre o dentro de un banco de pruebas, hacer girar una flecha de entrada del equipo por el medio motriz del banco de pruebas, y aplicar carga de manera directa y/o indirecta al equipo por medio de los medios aplicadores de carga del banco de pruebas. El hacer girar una flecha de entrada del equipo mientras se somete a tensión el equipo, aplicando al mismo tiempo carga al equipo es ventajoso, en que por lo tanto, es posible realizar una prueba más eficiente y/o realista. En un aspecto de la invención, la carga se aplica
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al equipo, conectando un generador del equipo a una red de servicio o a un medio que simula la red de servicio. En un aspecto de la invención, el voltaje de la red y la frecuencia de la red del medio que simula la red de servicio pueden ajustarse de manera dinámica durante la prueba . En un aspecto de la invención, la carga axial y/o radial se aplica a una flecha de entrada del equipo durante la prueba. En un aspecto de la invención, uno o más parámetros del clima, tales como la temperatura, humedad y presión del aire de los alrededores de al menos una parte del equipo, se controla durante la prueba.' En un aspecto de la invención, el equipo se coloca en un ángulo definido con relación a un plano horizontal, al menos durante la prueba, el ángulo definido es diferente de 0o. En un aspecto de la invención, el ángulo es estacionario o ajustable de manera dinámica durante la prueba. En un aspecto de la invención, el ángulo se establece para corresponder sustancialmente a un ángulo de operación normal del equipo, por ejemplo, el ángulo de una cadena de transmisión en una góndola con relación a la torre.
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En un aspecto de la invención, el equipo y/o el banco de pruebas se verifica mediante un sistema de verificación durante la prueba. En un aspecto de la invención, el método comprende además el paso de resistir el movimiento rotacional de una o más flechas de salida de una caja de engranes del equipo. En un aspecto de la invención, la prueba también prueba la estructura de suspensión del equipo y/o la interacción entre uno o más componentes de la turbina eólica y la estructura de suspensión. En un aspecto de la invención, el método comprende además el paso de establecer condiciones o instalaciones similares a la turbina eólica por medio de los medios de simulación.
Figuras La invención se describirá en lo siguiente con referencia a las Figuras, en las cuales La Figura 1 ilustra una turbina eólica moderna grande conocida en la técnica, como se observa desde la parte frontal, La Figura 2 ilustra una sección transversal de una modalidad de una góndola simplificada conocida en la técnica, como se observa desde la parte lateral,
La Figura 3 ilustra una sección transversal parcial de un banco de pruebas que prueba una góndola de la turbina eólica, como se observa desde un lado, La Figura 4 ilustra una modalidad de los medios aplicadores de carga, como se observa en perspectiva, La Figura 5 ilustra una modalidad de un banco de pruebas que prueba una góndola, como se observa en perspectiva, La Figura 6 ilustra un banco de pruebas que realiza una prueba de la caja de engranes, como se observa en perspectiva, La Figura 7 ilustra un banco de pruebas que realiza una prueba de la caja de engranes en otra modalidad de una caja de engranes de la turbina eólica, como se observa en perspectiva, y La Figura 8 ilustra otra modalidad de un banco de pruebas que prueba un generador de la turbina eólica, como se observa desde un lado.
DESCRIPCIÓN DETALLADA La Figura 1 ilustra una turbina eólica moderna 1, que comprende una torre 2 colocada en una cimentación y una góndola de la turbina eólica 3 colocada en la parte superior de la torre 2. El rotor de la turbina eólica 4,
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que comprende tres aspas de la turbina eólica 5, está conectado a la góndola 3 a través de la flecha de baja velocidad que se extiende fuera de la parte frontal de la góndola 3. La Figura 2 ilustra una sección transversal simplificada de una góndola 3, como se observa desde la parte lateral. Las góndolas 3 existen en una multitud de variaciones y configuraciones, pero en la mayorías de los casos, la cadena de transmisión 14 en la góndola 3 casi siempre comprende uno o más de los siguientes componentes: una caja de engranes 6, un acoplamiento (no mostrado), alguna clase de sistema de frenado 7 y un generador 8. Una góndola 3 de una turbina eólica moderna 1 puede incluir también un convertidor 9 (también llamado un inversor) y equipo periférico adicional, tal como equipo para el manejo de la energía, gabinetes de control, sistemas hidráulicos, sistemas de enfriamiento y más. El peso de toda la góndola 3, incluyendo los componentes de la góndola 6, 7, 8, 9 es portado por una estructura portadora de carga 10. Los componentes 6, 7, 8, 9 son colocados en, y/o conectados usualmente a esta estructura portadora de carga 10 común. En esta modalidad simplificada, la estructura portadora de carga 10 sólo se extiende a lo largo del fondo de la góndola 3 por ejemplo, en forma de un bastidor de asiento, al cual algunos o todos
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los componentes 6, 7, 8, 9 están conectados. En otra modalidad, la estructura portadora de carga 10 podría comprender un engranaje acampanado que transfiere la carga del rotor 4 a la torre 2, o la estructura portadora de carga 10 podría comprender varias partes interconectadas tales como una retícula. En esta modalidad de la invención, la cadena de transmisión 14 está establecida en un ángulo de operación normal NA de 8o con relación a un plano perpendicular a la torre 2, un eje. central a través de la torre 2 y un plano horizontal. La cadena de transmisión está angulada, entre otras razones, para permitir que el rotor 4 pueda angularse de manera correspondiente, por ejemplo, para asegurar que las aspas 5 no golpeen la torre 2, para compensar las diferencias en la velocidad del viento en la parte superior y el fondo del rotor 4 y otras cosas. La Figura 3 ilustra una sección transversal parcial de un banco de pruebas 12, que prueba una góndola de la turbina eólica 3, como se observa desde un lado. En esta modalidad de la invención, el banco de pruebas 12 comprende un medio motriz 12 en la forma de un motor eléctrico 15 y una caja de engranes 16, en donde se coloca un sistema de frenado 17 entre ellos. La flecha de salida de la caja de engranes 16 del banco de pruebas se conecta a un acoplamiento flexible 18
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del banco de pruebas 12, que está conectado a los medios aplicadores de carga del banco de pruebas 12 en la forma de medios de carga radial 20, que se describirán más completamente bajo la descripción de la Figura 4. Los medios de carga radial 20 que comprenden un adaptador de la flecha 24 están conectados a una flecha de entrada 21 de una góndola 3, que en este caso es la flecha de entrada 21 de una caja de engranes de la turbina eólica 6, via la cual, un sistema de frenos 7 y un acoplamiento (no mostrado) se conectan a un generador 8 dentro de la góndola 3. En esta modalidad, la góndola 3 comprende además, un convertidor 9. En esta modalidad, el equipo de una turbina eólica 22, en la forma de los componentes de la cadena de transmisión 6, 7, 8 en la góndola 3, se coloca en un ángulo A de 6° con relación a un plano horizontal, en que la brida de conexión de la torre 23 de la góndola 3 está conectada de manera rígida a una brida de conexión sustancialmente horizontal del banco de pruebas 12. Puesto que la góndola 3 en la vida real estaría conectada a una brida de conexión sustancialmente horizontal en la parte superior de una torre de la turbina eólica 2, esté ángulo A corresponde al ángulo NA de estos componentes específicos de la cadena de transmisión 6, 7, 8, 9, cuando se colocan en una turbina eólica operante 1 ordinaria.
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En otra modalidad de la invención, la brida de conexión del banco de pruebas 12 podría estar angulada con relación a un plano horizontal o todo el banco de pruebas 12 podría esta angulado o comprender medios para controlar el ángulo del banco 12 y/o el equipo 22. En otra modalidad de la invención, la brida de conexión del banco de pruebas 12 también podría comprender medios para proporcionar carga al equipo, por ejemplo, alguna clase de medios aplicadores de carga 19 que aplican carga a un mecanismo de orientación (no mostrado) de una turbina eólica 1, la estructura portadora de carga 10 de una góndola 3 o la flecha de entrada 21 si el equipo 22 probado o de cualquier otra manera para aplicar carga al equipo 22 probado por ejemplo, para incrementar la eficiencia y/o realismo de la prueba. En esta modalidad de la invención, los medios de carga radial 20 son al menos en principio, los únicos medios aplicadores de carga 19 del banco de pruebas 12 que aplican una carga directa a la flecha de entrada 21 del equipo 22, pero en otra modalidad, el banco de pruebas 12 podría comprender además, medios aplicadores de carga 19 para aplicar carga a la flecha de entrada 21 del equipo 22 o a cualquier otra parte del equipo 22 en cualquier otra dirección factible, tal como axial, diagonal o de direcciones variables. Particularmente, las cargas axiales
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podrían ser interesantes en que todas las turbinas eólicas operantes 1 tienen que ser capaces de manejar una carga axial significativa de una carga de viento en el rotor 4. En esta modalidad de la invención, el generador 8 en la góndola 3 está conectado a los medios que simulan la red, permitiendo que el generador 8 durante la prueba, pueda actuar de manera indirecta como un medios aplicador de carga del banco de pruebas 12, en que es posible simular diferentes situaciones de la red, tales como situaciones de sobrecarga extrema, situaciones de falla, cortos circuitos, amplitud y ángulo de fase asimétricos u otros, ya sea independientes o cooperantes u otros. Las diferentes situaciones de la red, por lo tanto, a través del generador 8 aplicarán de manera indirecta diferentes situaciones de carga en el equipo 22 probado. En otra modalidad, el generador 8 podría simplemente conectarse a la red de servicio de la misma manera que estaría en una turbina eólica operante 1. En esta modalidad de la invención, el banco de pruebas 12 comprende un medio reductor del ruido 28 en la forma de una caja absorbedora del sonido 28, que encierra sustancialmente el medio motriz 13 del banco de pruebas 12, permitiendo por lo tanto que el ruido producido particularmente por el medio motriz 13, se absorba por la caja 28, reduciendo por lo tanto la emisión de ruido del
banco de pruebas 12. En otra modalidad, todo el banco de pruebas 12 podría estar encerrado por una caja absorbedora del sonido 28 o las partes individuales del banco de pruebas 12, que producen ruido, podrían estar equipadas de manera individual con un medio reductor del ruido 28. En esta modalidad, el medio reductor del ruido 28 es pasivo, pero en otra modalidad, el medio 28 podría ser activo, por ejemplo, proporcionado ruido a contra fase o de otras formas. En esta modalidad de la invención, el banco de pruebas 12 comprende además medios de simulación en la forma de medios controladores del clima 29. Los medios controladores del clima 29 son proporcionados por medio de una caja de climas 29, que encierra sustancialmente el equipo de una turbina eólica 22 o al menos una parte del equipo 22 a ser probado en el banco 12. En esta modalidad, la caja de climas 29 permite que la temperatura adentro de la caja 29 pueda ajustarse y controlarse libremente entre - 45° y 55° Celsius cuando el equipo 22 está inactivo y no operando, y entre -' 40° y 90° Celsius durante la operación del equipo 22. Estos intervalos de temperatura son en la presente modalidad de la invención, suficientes para proporcionar un medio eficiente y/o realista para el equipo 22 probado, pero en
otra modalidad, el banco 12 podría comprender medios para controlar la temperatura ambiente del equipo 22 dentro de diferentes intervalos y los medios controladores del clima 29 podrían comprender además medios para controlar otros parámetros del clima, tales como la humedad y/o la presión del aire. La Figura 4 ilustra una modalidad de los medios aplicadores de carga 19, como se observa en perspectiva. En esta modalidad de la invención, los medios aplicadores de carga 19 están formados como dos medios de carga radial 20 desplazados axialmente en un adaptador de la flecha 24 hecho para ajustarse por ejemplo, en la flecha de entrada 21 de la caja de engranes de la góndola 6 o en la flecha de entrada de otro equipo de una turbina eólica 22. Cada uno de los medios de carga radial 20 comprenden un rodamiento de carga radial grande 25, que comprende un anillo interno conectado al adaptador de la flecha 24 o esferas o un rodillo que corre directamente en la superficie externa del adaptador de la flecha 24, y un anillo externo al cual se unen cuatro accionadores lineales 26 separados de manera uniforme. En esta modalidad, los accionadores lineales 26 son cuatro cilindros hidráulicos 26 con un diámetro interno del cilindro de 350 milímetros y un diámetro externo de la
varilla del pistón de 120 milímetros que operan a una presión de aceite de 175 bares, pero en otra modalidad, los cilindros podrían por supuesto dimensionarse de tamaño diferente. En otra modalidad, los accionadores lineales 26 también podrían ser husos accionados por motor, cilindros neumáticos u otros. En otra modalidad, los medios de carga radial 20 podrían comprender otro número de accionadores lineales 26 tales como uno, dos, tres o más y los accionadores lineales 26 podrían colocarse y separarse de manera diferente. Los accionadores lineales 26 están en el otro extremo, conectados de manera rígida a una estructura sustancialmente rígida del banco de pruebas 12, permitiendo que cuando los accionadores lineales 26 se extienden o retraen, esta carga se transfiera sustancialmente completa a la flecha de entrada 21 en la cual el adaptador de la flecha 24 está montado o conectado. Los cilindros hidráulicos 26 podrían conectarse individualmente a por ejemplo, válvulas de control proporcional o válvulas servocontroladas , haciendo posible controlar la carga infligida por cada uno de los cilindros 26 de manera individual. En otra modalidad de la invención, el adaptador de la flecha 24 podría comprender sólo un medio de carga radial 20 o más de dos medios de carga radial 20 y los
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medios de carga radial podrían actuar directamente en la flecha de entrada 21 de la góndola 3, directamente en la flecha principal, la flecha de baja velocidad y/o la flecha de alta velocidad o en la flecha de entrada y/o de salida 21, 27 de otro equipo de una turbina eólica, tal como el generador, caja de engranes, acoplamientos del sistema de frenos u otros. La Figura 5 ilustra una modalidad de un banco de pruebas 12 que prueba una góndola 3, como se observa en perspectiva. En esta modalidad de la invención, la estructura portadora del banco de pruebas 12 está hecha de una retícula de tubos o vigas de acero, soldadas en su mayoría, entre los cuales varios miembros de refuerzos en forma de placas perfiladas trapezoidales se sueldan. Las placas perfiladas trapezoidales son placas formadas como una parte recta, seguida por dos, . por ejemplo, flexiones de 45° en direcciones "opuestas y a continuación otra parte recta desplazada de la primera, a continuación dos 45° nuevamente y así sucesivamente. Al proporcionar las áreas abiertas de la retícula con estas placas perfiladas, la estructura portadora del banco de pruebas 12 se vuelve, muy fuerte y rígida . En otra modalidad de la invención, la estructura portadora del banco de pruebas 12 podría hacerse en una
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multitud de diferentes maneras, tales como una estructura conectada principalmente por medios de sujeción tales como pernos, tornillos o remaches, podría ser moldeada parcial o completamente en hierro colado o concreto, podría ser cualquier combinación de las técnicas mencionadas anteriormente o cualquier otra técnica que asegurará que el banco de pruebas 12 es suficientemente rígido para transferir las cargas, deseadas en las cantidades deseadas en las ubicaciones deseadas, de manera satisfactoria, para asegurar que los resultados de la prueba son tan confiables como sea posible. En esta modalidad de la invención, la estructura portadora del banco de pruebas 12 comprende una estructura que rodea sustancialmente la conexión entre el equipo de una turbina eólica y el equipo de prueba del banco de pruebas, particularmente los medios de carga radial 20. Esto se hace para proporcionar una estructura fuerte y rígida para que los medios de carga radial 20 se suspendan. En otra modalidad, esta suspensión de los medios de carga radial 20 podría hacerse, por supuesto, en una multitud de diferentes maneras, tales como un armazón de suspensión independiente conectado de manera rígida al resto del banco de pruebas 12 u otro. En esta modalidad de la invención, la estructura portadora del banco de pruebas 12 comprende además varios
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medios para amortiguar la vibración en la forma de placas de caucho colocadas de manera estratégica entre los tubos de acero de la estructura portadora del banco de pruebas 12 y proporcionando los puntos de conexión o puntos de soporte al suelo, con medios para amortiguar la vibración, que evitan sustancialmente que , cualquier vibración del banco de pruebas 12 se transmita al suelo. En otra modalidad de la invención, el banco de pruebas 12 podría comprender otras clases de medios para amortiguar la vibración, tales como medios de amortiguación activos, proporcionando al banco de pruebas 12 con depósitos de líquido para amortiguar la vibración, proporcionando al banco 12 con absorbedores de choque colocados de manera estratégica u otros medios. La Figura 6 ilustra un banco de pruebas 12 que realiza la prueba de una caja de engranes, como se observa en perspectiva. En esta modalidad de la invención, las i instalaciones similares a la turbina eólica se establecen en que esta modalidad de una caja de engranes de la turbina eólica 6 está conectada de manera rígida a la brida de conexión del banco de pruebas 12, vía su estructura de suspensión 31 original. Al probar la caja de engranes 6 (y todo el otro equipo de una turbina eólica 22, en cuanto a eso) suspendida en su estructura de suspensión 31 original
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y real, es posible también probar la estructura de suspensión 31 del equipo 31 durante la prueba. Además, al establecer estas instalaciones similares a la turbina eólica, la interacción entre el componente especifico de la turbina eólica (6, 7, 8, 9) y su estructura de suspensión 31 real, puede probarse y el engrane 6 ilustrado, puede probarse por lo tanto bajo condiciones muy realistas. En otra modalidad, los medios de simulación podrían comprender dispositivos de suspensión o de montaje para amortiguar la vibración, estructuras o armazones externos para proporcionar rigidez adicional o cualquier otra forma de estructura y dispositivo en o a través del cual los componentes de la turbina eólica 6, 7, 8, 9 podrían montarse en una turbina eólica real, permitiendo por lo tanto que el equipo de una turbina eólica 22 pueda probarse de manera más realista y/o eficiente. En esta modalidad, la estructura de suspensión 31 comprende además el rodamiento principal de la góndola 3, haciendo posible probar este o estos rodamientos de una manera eficiente y/o realista. La flecha de entrada 21 de la caja de engranes 6 está conectada al medio motriz 13 y de manera directa o indirecta a los medios de carga radial 20 y la flecha de salida 27 de la caja de engranes está conectada al generador 30 del banco de pruebas 12.
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Al controlar el generador 30, es posible aplicar una carga a la flecha de salida 27, que intentaría resistir la rotación de la flecha 27, haciendo posible, por lo tanto, por ejemplo, infligir sobrecargas extremas, situaciones de falla u otras situaciones en la caja de engranes, que no se simularían fácilmente de otra manera. La Figura 7 ilustra un banco de pruebas 12 que realiza una prueba de la caja de engranes en otra modalidad de una caja de engranes de la turbina eólica 6, como se observa en perspectiva. En esta modalidad de la invención, otra modalidad de una caja de engranes de la turbina eólica 6 está conectada de manera rígida a la brida de conexión del banco de pruebas 12 vía su estructura de suspensión 31 original, que en esta modalidad comprende un engranaje acampanado 11. La caja de engranes 6 es en esta modalidad una caja de engranes epicíclica, en donde la flecha de entrada 21 en principio, está constituida por el portasatélites de la caja de engranes. En esta modalidad, el rodamiento principal de la góndola 3 está incorporado en la caja de engranes 6 y por lo tanto, también se prueba en una prueba de la caja de engranes 6. En esta modalidad, el medio de acoplamiento que conecta la flecha de salida 27 de la caja de engranes 6 y la flecha de entrada del generador del banco de pruebas 30
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se retira, revelando por lo tanto la flecha de salida 27 de la caja de engranes 6 y en esta modalidad, la caja de engranes 6 sólo comprende una flecha de salida 27, pero en otra modalidad, la caja de engranes 6 .podría comprender dos flechas de salida 27 o incluso más, por ejemplo, para estar conectadas a dos o más generadores 8 separados en la góndola de la turbina eólica 3. La Figura 8 ilustra otra modalidad de un banco de pruebas 12 que prueba un generador de la turbina eólica 8, como se observa desde un lado. En esta modalidad, el banco de pruebas 12 está configurado para probar un generador de la turbina eólica 8. Puesto que el generador 6 está hecho para producir energía de manera óptima, sustancialmente a la misma velocidad de rotación que la velocidad de rotación normal de la mayoría de los motores eléctricos 15, el medio motriz 13 de este banco de pruebas 12 no comprende una caja de engranes 16, haciendo que la flecha de salida del motor del banco de pruebas 15 esté acoplado más o menos directamente a la flecha de entrada 21 del generador 8, a través de un acoplamiento 18 y un sistema de frenado 17 del banco de pruebas 12. Puesto que el generador 8 se prueba sin la estructura portadora de carga 10, que definiría su orientación en una góndola, el banco de pruebas 12 en esta
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modalidad, está provisto con medios de simulación en la forma de medios de inclinación 32, permitiendo que puedan establecerse las condiciones similares a la turbina eólica, en que el generador puede probarse en un ángulo A que corresponde a su ángulo NA con relación a un plano horizontal cuando se monta en una turbina eólica 1 operante . En esta modalidad, el generador 8 está conectado a los medios que simulan la red, aplicando una carga indirecta a la flecha de entrada 21 del generador 8, en que cuando se conecta a estos medios que simulan la red, es posible similar diferentes situaciones, en donde el generador produce energía, haciendo que el rotor del generador 8 resista la rotación y aplicando por lo tanto una carga a la flecha de entrada 21. En otra modalidad, el banco 12 también podría proporcionarse con otros medios aplicadores de carga 19, tales como medios que aplican sustancialmente una carga axial a la flecha de entrada 21 del generador 8. La invención se ha ejemplificado anteriormente con referencia a los ejemplos específicos de bancos de pruebas 12, el equipo de una turbina eólica 22, los medios aplicadores de carga 19 y otros. Sin embargo, deberá entenderse que la invención no está limitada a los ejemplos particulares descritos anteriormente, sino que puede
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diseñarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invención como se especifica en las reivindicaciones .
Lista 1. Turbina eólica 2. Torre 3. Góndola 4. Rotor 5. Aspa 6. Caja de engranes 7. Sistema de frenado 8. Generador 9. Inversor 10. Estructura portadora de carga 11. Engrane acampanado 12. Banco de prueba 13. Medio motriz 14. Cadena de transmisión 15. Motor eléctrico 16. Caja de engranes del banco de pruebas 17. Sistema de frenado del banco de pruebas 18. Acoplamiento del banco de pruebas 19. Medios aplicadores de carga 20. Medios de carga radial
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21. Flecha de entrada 22. Equipo de la turbina eólica 23. Brida de conexión de la torre 24. Adaptador de la flecha 25. Rodamiento de carga radial 26. Accionador lineal de la carga radial
27. Flecha de salida 28. Medios reductores de ruido 29. Medios controladores del clima 30. Generador del banco de pruebas 31. Estructura de suspensión 32. Medios de inclinación A. Ángulo del equipo NA. Ángulo de operación normal