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WO2008059088A1 - Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador - Google Patents

Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador Download PDF

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WO2008059088A1
WO2008059088A1 PCT/ES2007/000647 ES2007000647W WO2008059088A1 WO 2008059088 A1 WO2008059088 A1 WO 2008059088A1 ES 2007000647 W ES2007000647 W ES 2007000647W WO 2008059088 A1 WO2008059088 A1 WO 2008059088A1
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WO
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rotor
wind turbine
hub
turbine according
arrangement
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Application number
PCT/ES2007/000647
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Aarhus
Javier Cerrada Garate
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Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Original Assignee
Gamesa Innovation and Technology SL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a self-aligning and adjustable rotor locking device for temporary use in wind turbines.
  • Rotor locking systems are necessary to ensure that the rotor does not rotate when maintenance activities are carried out.
  • the lock is normally part of a redundant system that also includes the brake.
  • Rotor locking systems typically comprise one or more pins (often two pins) that are pushed into holes in the bushing, on the main shaft or in a flange. The pins are attached to the stationary part of the wind turbine and consequently prevent the rotation of the power train.
  • pins often two pins
  • the wind turbines become more powerful, their dimensions also increase. This increase in dimensions leads to increases in absolute tolerances in the relative position of the pins and the locking holes. Additionally, structural deflections due to the large weight of the power train may involve additional problems in the alignment of pins and locking holes.
  • the bearings may be subjected to relatively high loads in a resting configuration.
  • the load of the bearings in a rest situation is normally undesirable due to the risk of false hardening and the risk of contacts between metal and metal when the lubricant has been removed from the contact area.
  • EP 1 291 521 A1 describes a rotor locking system with pins with conical tips and holes with conical openings that allow compensation of misalignments between the pins and the holes and the elimination or at least reduction of the clearance between the pins and the holes
  • Another object of the present invention is to provide a wind turbine with a rotor locking arrangement that reduces the load on the main bearings of the power train.
  • Figures 1a, 1b and 1c schematically show the self-aligning and adjustable functionality of the arrangement to prevent rotation of the rotor hub according to the present invention.
  • Figure 2 shows a sectional view of the arrangement to prevent rotation of the rotor hub according to the present invention.
  • Figure 3 shows a perspective view of the part of the arrangement to prevent rotation of the rotor hub according to the present invention that is located in the structure of the wind turbine gondola.
  • a typical wind turbine comprises a tower supporting a gondola structure that contains means for converting the rotational energy of the wind turbine blades into electrical energy.
  • the structural components of the power train of a wind turbine to which the rotor locking device according to the present invention is applicable are typically a rotor hub, to which one or more blades, a main shaft, a support arrangement are coupled of the main axis, a multiplier and a generator.
  • the primary purpose of these structural components is to transfer the generator rotation torque through the rotor to the generator increasing the speed Ia shaft speed to achieve an appropriate speed for the generator rotor.
  • the basic components of the rotor locking arrangement according to the present invention are movable pins 21 mounted in the structure of the gondola 13 and conjugated holes 23 located in the hub 11 of the rotor.
  • the structure of the gondola 13 and the hub 11 of the rotor must be understood in a broad sense, as appropriate support locations of said mobile pins 21 and conjugated holes 23 in, respectively, the immovable part and the rotating part of the wind turbine .
  • the housing 25 of a mobile pin 21 has a progressively reduced internal section in its final part 27 and the rotor locking arrangement includes two symmetrical wedges 35, 37 with respect to a horizontal plane central, hugging the movable pin 21, which have a progressively reduced section and which are designed to be able to be moved axially along said end portion 27 of the housing 25 from an initial position in which there is a clearance 29 between the wedges 35, 37 and the inner surface of the final part 27 of the housing 25 to a final position in which they come into contact with it.
  • this arrangement provides a self-aligning mechanism of the movable pin 21 and the hole 23 because the x-axis of the movable pin 21 can be displaced vertically and laterally (i.e., following the z-axis and the y-axis) by wedges 35, 37 to the effect of being aligned with the hole 23 compensating the deviations between the central axes of the housing 25 and the hole 23 due to the tolerances.
  • the vertical (tangential) and lateral (radial) adjustments are achieved by having inclined planes in the housing 25 of the movable pin and in the wedges 35, 37. Initially the wedges 35, 37 can move freely parallel to the inclined planes in vertical and lateral direction. The final position of the wedges 35, 37 with respect to the housing 25 of the movable pin is thus controlled by the engagement of the movable pin 21 in the hole 23.
  • the movable pin 21 and the wedges 35, 37 are pushed by means of a hydraulic system that can also be used to pull back the movable pin 21.
  • the arrangement comprises a main hydraulic piston 41 inside first actuator means 31 that provide forces F1 and F2 and an internal hydraulic piston 43 within second actuator means 33 that provide force F3 through the lever arm 39 connected to the wedges 35, 37.
  • the arrangement for preventing rotor blockage according to the present invention comprises two movable pins 21 in housings 25 located in diametrically opposed positions in the structure of the gondola 13.
  • the rotor hub 11 may have a pair of diametrically opposed conjugated holes 23 or several pairs of diametrically opposite conjugated holes 23 to facilitate a correct positioning of the rotor hub 11 with respect to the moving pins 21 when it stops for the blocking operation.
  • the rotor locking arrangement according to the present invention can be operated both manually and automatically.
  • the stop of the power train in the required position and the activation of the rotor locking system are tasks that are carried out independently.
  • the stop of the power train is normally carried out by first reducing the rpm to a very low value and secondly by activating the brake system. Once the rotor has stopped, the rotor locking arrangement is activated to push the movable pins into the holes. This procedure may require several attempts before the movable pins and the holes are properly aligned and this implies an increase in the idle time of the wind turbine.
  • the wind turbine has means for measuring the rotational position of the power train, then an automatic operation of the rotor locking arrangement is feasible because the rotor can stand in a position in which the pins are aligned with the locking holes of so that automatic activation of the rotor locking arrangement can then be made.

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Abstract

Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola (13) de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje (11) del rotor, medios de freno y medios de control de Ia posición rotacional del tren de potencia, teniendo Ia estructura de góndola (13) y el buje (11) del rotor una disposición para evitar el rotación del buje (11) del rotor cuando se llevan a cabo ciertas actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo dicha disposición al menos un pasador móvil (21) en Ia góndola (13), unos primeros medios actuadores (31) para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio (23) correspondiente en el buje (11) y unos medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio (23) cuando se inserta en él.

Description

UN DISPOSITIVO AUTO-ALINEABLE Y AJUSTABLE DE BLOQUEO DE ROTOR PARA UN AEROGENERADOR
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para ser usado temporalmente en aerogeneradores.
ANTECEDENTES
En los aerogeneradores son necesarios sistemas de bloqueo de rotor para asegurar que el rotor no rota cuando se llevan a cabo actividades de mantenimiento. El bloqueo forma parte normalmente de un sistema redundante que también incluye el freno. Los sistemas de bloqueo de rotor comprenden normalmente uno o más pasadores (a menudo dos pasadores) que son empujados hacia orificios en el buje, en el eje principal o en una brida. Los pasadores están unidos a la parte inmóvil del aerogenerador y consiguientemente impiden Ia rotación del tren de potencia. A medida que los aerogeneradores se hacen más potentes, sus dimensiones también aumentan. Este aumento en dimensiones conduce a aumentos de las tolerancias absolutas en Ia posición relativa de los pasadores y los orificios de bloqueo. Adicionalmente las deflexiones estructurales debidas al gran peso del tren de potencia pueden implicar problemas añadidos en el alineamiento de pasadores y orificios de bloqueo.
Estos problemas de alineamiento entre los pasadores y los orificios conducen a un reparto desigual de Ia carga entre los pasadores debido al par de rotación. Como consecuencia de ello los cojinetes principales del tren de potencia están sujetos a cargas originadas por el par de rotación. En un caso extremo solamente uno de los pasadores puede reaccionar a Ia carga del par de rotación y entonces el eje principal quedaría cargado con una fuerza equivalente a la fuerza de reacción del pasador. La fuerza en el eje principal produce una _ Q „
reacción en el/los cojinete/s principal/es y por ello los cojinetes pueden estar sometidos a cargas relativamente altas en una configuración de reposo.
La carga de los cojinetes en una situación de reposo es normalmente indeseable debido al riesgo de endurecimiento en falso y al riesgo de contactos entre metal y metal cuando el lubricante ha sido retirado de Ia zona de contacto.
EP 1 291 521 A1 describe un sistema de bloqueo de rotor con pasadores con puntas cónicas y orificios con aberturas cónicas que permiten una compensación de los desalineamientos entre los pasadores y los orificios y Ia eliminación o al menos reducción de Ia holgura entre los pasadores y los orificios.
Sin embargo, ese sistema no resuelve todos los problemas de alineamiento existentes en los grandes aerogeneradores. Esta invención está orientada a Ia solución de ese inconveniente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de Ia presente invención proporcionar una disposición auto- alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador que asegure un alineamiento preciso de los pasadores unidos a Ia parte inmóvil del aerogenerador en relación con sus orificios conjugados situados en Ia parte rotatoria del aerogenerador.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar un aerogenerador con una disposición de bloqueo de rotor que reduce Ia carga en los cojinetes principales del tren de potencia. Estos y otros objetos de Ia presente invención se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje del rotor, medios de freno y medios de control de Ia posición del tren de potencia, con una disposición para evitar el rotación del buje del rotor cuando se llevan a cabo actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo al menos un pasador móvil en Ia estructura de góndola y unos primeros medios actuadores para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio correspondiente en el buje del rotor y unos medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales (tangenciales) y laterales (radiales) de dicho pasador móvil de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio cuando se inserta en él. Una ventaja de esta invención es que dichos desplazamientos pueden tener lugar en dos direcciones, es decir en un plano.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las Figuras 1a, 1b y 1c muestran esquemáticamente Ia funcionalidad auto-alineante y ajustable de Ia disposición para evitar Ia rotación del buje del rotor según Ia presente invención.
La Figura 2 muestra una vista en sección de Ia disposición para evitar Ia rotación del buje del rotor según Ia presente invención.
La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de Ia parte de Ia disposición para evitar Ia rotación del buje del rotor según Ia presente invención que está situada en la estructura de Ia góndola del aerogenerador.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
Un aerogenerador típico comprende una torre soportando una estructura de góndola que contiene medios para convertir Ia energía rotacional de las palas del aerogenerador en energía eléctrica.
Los componentes estructurales del tren de potencia de un aerogenerador al que resulta aplicable el dispositivo de bloqueo de rotor según la presente invención son, típicamente, un buje de rotor, al que están acopladas una o más palas, un eje principal, una disposición de soporte del eje principal , una multiplicadora y un generador. El propósito primario de estos componentes estructurales consiste en transferir el par de rotación generador por el rotor al generador incrementando Ia velocidad Ia velocidad del eje para alcanzar una velocidad apropiada para el rotor del generador.
Como en los sistemas conocidos de bloqueo de rotor, los componentes básicos de Ia disposición de bloqueo de rotor según Ia presente invención son pasadores móviles 21 montados en Ia estructura de Ia góndola 13 y orificios conjugados 23 situados en el buje 11 del rotor.
En esta invención, Ia estructura de Ia góndola 13 y el buje 11 del rotor deben ser entendidos en sentido amplio, como localizaciones apropiadas de soporte de dichos pasadores móviles 21 y orificios conjugados 23 en, respectivamente, Ia parte inmóvil y Ia parte rotatoria del aerogenerador.
En una realización preferente de Ia invención ilustrada en las Figuras, el alojamiento 25 de un pasador móvil 21 tiene una sección interior progresivamente reducida en su parte final 27 y Ia disposición de bloqueo de rotor incluye dos cuñas simétricas 35, 37 respecto a un plano horizontal central, abrazando el pasador móvil 21, que tienen una sección progresivamente reducida y que están diseñadas para poder ser movidas axialmente a Io largo de dicha parte final 27 del alojamiento 25 desde una posición inicial en Ia que existe una holgura 29 entre las cuñas 35, 37 y Ia superficie interior de Ia parte final 27 del alojamiento 25 hasta una posición final en Ia que entran en contacto con él.
Siguiendo Ia secuencia mostrada en las Figuras 1a, 1b, 1c puede apreciarse que inicialmente (Fig. 1a) el pasador móvil 21 empujado por una fuerza F1 avanza introduciéndose en el orificio 23 del buje 11 del rotor acompañado por las cuñas 35, 37 empujadas por fuerzas F2 hasta que Ia cuña superior 35 entra en contacto con Ia cara inclinada 27 del alojamiento 25 porque el eje x del pasador móvil 21 ha sido movido hacia arriba desde su posición nominal en el centro del alojamiento 25 (Fig. 1b). En segundo lugar, Ia cuña inferior 27 continua avanzando empujada por Ia fuerza F3 hasta que entra en contacto con Ia parte final 27 del alojamiento (Fig. 1c). En Ia posición final, el pasador móvil 21 se mantiene alineado con el orificio 23 entre las dos cuñas 35, 37. Como se puede entender fácilmente, esta disposición proporciona un mecanismo auto-alineante del pasador móvil 21 y el orificio 23 porque el eje x del pasador móvil 21 puede ser desplazado verticalmente y lateralmente (es decir, siguiendo el eje z y el eje y) por las cuñas 35, 37 al efecto de ser alineado con el orificio 23 compensando las desviaciones entre los ejes centrales del alojamiento 25 y el orificio 23 debidas a las tolerancias.
En una realización preferente los ajustes verticales (tangenciales) y laterales (radiales) se consiguen teniendo planos inclinados en el alojamiento 25 del pasador móvil y en las cuñas 35, 37. Inicialmente las cuñas 35, 37 pueden moverse libremente paralelamente a los planos inclinados en dirección vertical y lateral. La posición final de las cuñas 35, 37 respecto del alojamiento 25 del pasador móvil está pues controlada por el encaje del pasador móvil 21 en el orificio 23.
El pasador móvil 21 y las cuñas 35, 37 se empujan por medio de un sistema hidráulico que también puede ser usado tirar hacia atrás del pasador móvil 21.
Siguiendo Ia Figura 2 puede apreciarse que en una realización preferida Ia disposición comprende un pistón hidráulico principal 41 dentro unos primeros medios actuadores 31 que proporcionan las fuerzas F1 y F2 y un pistón hidráulico interno 43 dentro de unos segundos medios actuadores 33 que proporcionan Ia fuerza F3 a través del brazo de palanca 39 conectado a las cuñas 35, 37.
También cabe usar sistemas eléctricos o neumáticos como medios actuadores de los pistones 41 , 43. En Ia realización preferente ¡lustrada en Ia Figura 3, Ia disposición para evitar el bloqueo de rotor según Ia presente invención comprende dos pasadores móviles 21 en alojamientos 25 situados en posiciones opuestas diametralmente en Ia estructura de Ia góndola 13. El buje 11 del rotor puede tener un par de orificios conjugados 23 diametralmente opuestos o varios pares de orificios conjugados 23 diametralmente opuestos para facilitar un posicionamiento correcto del buje 11 del rotor respecto a los pasadores móviles 21 cuando se detiene para Ia operación de bloqueo. La disposición de bloqueo de rotor según Ia presente invención puede ser operada tanto manualmente como automáticamente.
En Ia operación manual, y de manera similar a los sistemas conocidos, Ia parada del tren de potencia en Ia posición requerida y Ia activación de sistema de bloqueo de rotor son tareas que se llevan a cabo independientemente. La parada del tren de potencia se lleva a cabo normalmente reduciendo en primer término las rpm a un valor muy bajo y en segundo término activando el sistema de freno. Una vez que el rotor se ha parado, se activa Ia disposición de bloqueo de rotor para empujar los pasadores móviles dentro de los orificios. Este procedimiento puede requerir varios intentos antes de que los pasadores móviles y los orificios están alineados apropiadamente y ello implica un incremento del tiempo inactivo del aerogenerador.
Si el aerogenerador tiene medios de medida de Ia posición rotacional del tren de potencia, entonces es factible una operación automática de Ia disposición de bloqueo de rotor porque el rotor puede pararse en una posición en Ia que los pasadores están alineados con los orificios de bloqueo de manera que pueda hacerse a continuación una activación automática de la disposición de bloqueo de rotor.
Aunque Ia presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Aerogenerador que comprende un rotor, una estructura de góndola (13) de alojamiento de medios de generación eléctrica acoplados al buje (11) del rotor, medios de freno y medios de control de Ia posición rotacional del tren de potencia, teniendo Ia estructura de góndola (13) y el buje (11) del rotor una disposición para evitar el rotación del buje (11) del rotor cuando se llevan a cabo ciertas actividades de mantenimiento o montaje, incluyendo dicha disposición al menos un pasador móvil (21) en Ia góndola (13) y unos primeros medios actuadores (31) para empujarlo/tirar de él axialmente hacia el/de al menos un orificio (23) correspondiente en el buje (11) del rotor, caracterizado porque dicha disposición también comprende medios para permitir desplazamientos de ajuste verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) de manera que pueda permanecer alineado concéntricamente con dicho orificio (23) cuando se inserta en él.
2. Aerogenerador según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dichos medios para permitir desplazamientos verticales y laterales de dicho pasador móvil (21) comprenden: a) un alojamiento (25) del pasador móvil en Ia estructura de góndola (13) que tiene una sección interior progresivamente reducida en su parte final (27); b) cuñas superior e inferior (35, 37) abrazando el pasador móvil (21 ), que tienen una sección progresivamente reducida y que están diseñadas para poder ser movidas independientemente en dirección axial a Io largo de dicha parte final (27) desde una posición inicial en Ia que existe una holgura (29) entre las cuñas (35, 37) y Ia superficie interior de dicha parte final (27) hasta una posición final en Ia que entran en contacto con ella!, estando configurados dichos primeros medios actuadores (31) para empujar/tirar del pasador móvil (21) y las cuñas superior e inferior (35, 37) al mismo tiempo; y c) segundos medios actuadores (33) y un brazo de palanca (39) para mover una de dichas cuñas (35, 37) cuando Ia otra cuña entra en contacto con el alojamiento (25).
3. Aerogenerador según la reivindicación 2, caracterizado porque dichas cuñas superior e inferior (35, 37) son simétricas respecto a un hipotético plano horizontal central en dicha parte final (27) del alojamiento (25) del pasador móvil.
4. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque Ia forma externa de dichas cuñas superior e inferior (35, 37) y Ia forma interna de dicha parte final (27) del alojamiento (25) del pasador móvil incluyen planos inclinados en los que tienen lugar dichos contactos entre las cuñas (35, 37) y Ia parte final (27).
5. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31, 33) comprenden pistones (41 , 43) actuados hidráulicamente.
6. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31 , 33) comprenden pistones (41 , 43) actuados eléctricamente.
7. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque dichos primeros y segundos medios actuadores (31 , 33) comprenden pistones (41 , 43) actuados neumáticamente.
8. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque dicha disposición para evitar Ia rotación del buje (11) del rotor comprende dos pasadores móviles (21) en Ia estructura de Ia góndola (13) y dos orificios (23) correspondientes en el buje (11) del rotor en posiciones diametralmente opuestas.
9. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque dicha disposición para evitar Ia rotación del buje (11) del rotor comprende dos pasadores móviles (21) en Ia estructura de Ia góndola (13) y varios pares de orificios (23) correspondientes en el buje (11) del rotor en posiciones diametralmente opuestas.
10. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 caracterizado porque dicha disposición para evitar Ia rotación del buje (11) del rotor también comprende medios de comunicación con los medios de control de Ia posición del tren de potencia para llevar a cabo automáticamente Ia activación del bloqueo de rotor cuando el rotor se para en una posición en Ia que los pasadores móviles (21) están alineados con los orificios (23).
PCT/ES2007/000647 2006-11-13 2007-11-13 Un dispositivo auto-alineable y ajustable de bloqueo de rotor para un aerogenerador Ceased WO2008059088A1 (es)

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