ES2602793T3

ES2602793T3 - Engranaje para turbinas eólicas

Info

Publication number: ES2602793T3
Application number: ES12710497.4T
Authority: ES
Inventors: Jochen Walliser; Alfred Kienzle; Tino Kirschner; Knud Erik PETERSEN
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG; Vestas Wind Systems AS
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG; Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: DE102011076114A1; CN103717889A; US20140128213A1; WO2012156128A1; CN103717889B; US8968149B2; EP2710259A1; EP2710259B1

Abstract

Engranaje para turbinas eólicas (1) con una etapa de ruedas planetarias (2) dispuesta por el lado de accionamiento y con una primera etapa de engranaje recto (3) y con una segunda etapa de engranaje recto (4), dispuestas detrás de la etapa de ruedas planetarias (2) en una carcasa de engranaje (5), uniendo la primera etapa de engranaje recto (3) un árbol de rueda satélite (6) de la etapa de ruedas planetarias (2), con efecto giratorio, a un árbol intermedio (7), uniendo la segunda etapa de engranaje recto (4) el árbol intermedio (7), con efecto giratorio, a un árbol de salida (8) y previéndose sólo un árbol intermedio (7) y presentando la carcasa de engranaje (5) una junta de separación (9) a lo largo de la cual la carcasa de engranaje (5) se puede dividir en una pieza principal de carcasa (10) y una tapa de carcasa (11), desarrollándose la junta de separación (9) por el eje central (12) del árbol intermedio (7), caracterizado por que la junta de separación (9) se desarrolla a distancia del eje central (13) del árbol de rueda satélite (6).

Description

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DESCRIPCION

Engranaje para turbinas eolicas

La presente invencion se refiere a un engranaje para turbinas eolicas segun el preambulo de la reivindicacion 1.

En el caso de los engranajes dispuestos en el tren de transmision de los aerogeneradores, un mantenimiento y una conservacion sencillos adquieren una importancia especial, dado que las condiciones marco de los aerogeneradores son extraordinariamente complicadas a causa de la posicion en la punta de una torre de hasta masa de 100 metros de altura. Las medidas y la masa de un engranaje tfpico en el tren de transmision de un aerogenerador con una potencia de varios megavatios son ademas tan grandes que, debido a la masa y al tamano de los distintos componentes del engranaje, el esfuerzo, por ejemplo para una sustitucion segura y rapida de componentes, es muy elevado.

Los engranajes conocidos en el tren de transmision de aerogeneradores presentan con frecuencia una etapa de ruedas planetarias dispuesta por el lado de accionamiento y varias etapas de engranajes rectos dispuestas por el lado de salida, aumentando los numeros de revoluciones de los arboles con cada etapa de transmision para conseguir, partiendo de un arbol de rotor del aerogenerador que gira lentamente, numeros de revoluciones mas altos apropiados para la produccion de corriente en el generador. Especialmente las fases de engranajes rectos del lado de salida, que funcionan a velocidades mas elevadas en estos engranajes para turbinas eolicas, requieren un mantenimiento periodico y frecuentes trabajos de reparacion, y ademas el cambio de componentes del engranaje.

El documento CN 201129406 Y revela las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.

Por el documento DE 101 59 973 A1 se conoce un engranaje para turbinas eolicas con una etapa de ruedas planetarias dispuesta por el lado del rotor o del accionamiento, y dos etapas de engranajes rectos dispuestos por el lado de salida o generador. En la primera etapa de engranajes rectos se preve una ramificacion de potencia en dos arboles intermedios. Las variantes de realizacion de un engranaje para turbinas eolicas propuestas en el documento DE 101 59 973 A1 preven, entre otras cosas, varias divisiones de carcasa en la carcasa para las etapas de engranajes rectos dispuestas por el lado de salida. La pieza de carcasa de engranaje de las etapas de engranajes rectos se divide, sin embargo, en tantas piezas de carcasa que la fabricacion y el montaje requieren un esfuerzo relativamente grande.

Aparte se conocen tambien otras soluciones en las que los ejes centrales de dos arboles de engranaje, dispuestos de forma paralela, de un engranaje para turbinas eolicas se encuentran en un plano comun con una junta de separacion de la carcasa de engranaje. Esta disposicion ofrece la ventaja de que, dspues de la separacion de las piezas de carcasa, los dos arboles de engranaje se pueden desmontar en una de las juntas de separacion. Sin embargo, en estas disposiciones conocidas se producen, en los aerogeneradores grandes, dos mitades de carcasa de engranaje, que son demasiado pesadadas y/o grandes como para poder separarlas o desmotarlas in situ, es decir, en la gondola sobre la torre de un aerogenerador. En estas variantes de realizacion de la carcasa de engranaje se necesita, para la sustitucion de los componentes del engranaje, una grua separada capaz de levantar los componentes desde el suelo. Esto supone un esfuerzo considerable.

El objetivo de la presente invencion consiste en crear un engranaje para turbinas eolicas con una etapa de ruedas planetarias dispuesta por el lado de accionamiento y dos etapas de engranajes rectos dispuestas por el lado de salida, en el que todas las piezas de la etapa de engranajes rectos de giro rapido se puedan cambiar en la torre del aerogenerador, pretendiendose ademas que el enragaje para turbinas eolicas presente una estructura sencilla y se pueda fabricar de forma economica y montar facilmente.

Esta tarea se resuelve por medio de un engranaje para turbinas eolicas segun la reivindicacion 1. Las reivindicaciones dependientes contienen variantes perfeccionadas preferidas de la invencion.

El engranaje para turbinas eolicas segun la invencion presenta una etapa de ruedas planetarias dispuesta por el lado de accionamiento y una primera y una segunda estapa de engranajes rectos, disponiendose las dos etapas de engranajes rectos en el flujo de fuerza detras de la etapa de ruedas planetarias, dentro de una carcasa de engranaje. Un arbol de entrada de engranaje unido sin posibilidad de giro al rotor del aerogenerador forma el arbol de entrada de marcha lenta de la etapa de ruedas planetarias. La primera etapa de engranajes rectos une un arbol de salida de la etapa de ruedas planetarias, el arbol de rueda satelite, con efecto giratorio, a un arbol intermedio. La segunda etapa de engranajes rectos une a su vez el arbol intermedio, con efecto giratorio, a un arbol de accionamiento. Se preve solamente un arbol intermedio. El arbol de accionamiento se une en su accion a al menos un generador del aerogenerador. Los numeros de revoluciones de los arboles aumentan tfpicamente con cada grado de transmision, a fin de alcanzar finalmente en el generador, partiendo del rotor de giro lento del aerogenerador, mayores numeros de revoluciones apropiados para la produccion de corriente.

La carcasa de engranaje presenta, segun la invencion, una junta de separacion a lo largo de la cual la carcasa de engranaje se divide en una pieza principal de carcasa y en una tapa de carcasa, desarrollandose la junta de separacion por el eje central del arbol intermedio y disponiendose la junta de separacion distanciada del eje central del arbol de rueda satelite, de modo que, al contrario que en las variantes de realizacion conocidas por el estado de

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la tecnica, solo se encuentra uno de los arboles de engranaje de las etapas de engranajes rectos, concretamente el arbol intermedio, en el curso de una junta de separacion.

La sencilla intercambiabilidad de la mayona de las piezas de las etapas de engranajes rectos in situ resulta, por una parte, posible gracias que el arbol intermedio con sus elementos de apoyo se puede cambiar, despues de levantar con facilidad la tapa de la carcasa, a traves del orificio asf creado, y por que, por otra parte, el arbol de accionamiento se configura como eje de pinon de la segunda etapa de engranajes rectos de manera que el eje de pinon se pueda desmontar, junto con su apoyo, en direccion axial. En comparacion con los modelos conocidos por el estado de la tecnica, la tapa de carcasa es mas ligera y mas pequena, dado que la junta de separacion solo se desarrolla por el eje central de un arbol de engranaje, a saber, el arbol intermedio. Por lo tanto, la tapa de carcasa se configura, en lo que se refiere a su tamano y masa, preferiblemente de modo que la tapa de carcasa y el arbol intermedio se puedan desmontar in situ del engranaje para turbinas eolicas. La masa de la tapa de engranaje solo puede ser, por ejemplo, tan grande que pueda ser levantada y transportada por una grua de carga de a bordo de elevacion limitada, dispuesta dentro o en la gondola del aerogenerador.

La junta de separacion se dispone con preferencia en el engranaje para turbinas eolicas, por encima del arbol de la rueda satelite, por lo que la tapa de carcasa se puede levantar, por ejemplo, con la grua de a bordo de la gondola. La separacion de la carcasa y el levantamiento vertical de la tapa de carcasa se facilitan aun mas si la junta de separacion se extiende al menos practicamente horizontal. Tambien es posible que la junta de separacion se disponga por debajo del arbol de la rueda satelite, en cuyo caso la tapa de carcasa se puede retirar hacia abajo.

Para garantizar la sustitucion sencilla de piezas de engranaje de la carcasa de engranaje, la masa de la tapa de carcasa corresponde preferiblemente, como maximo, a la mitad de la masa de la pieza principal de carcasa.

La pieza principal de carcasa presenta preferiblemente una brida de union para la union a una contrabrida de la pieza de carcasa de la epata de ruedas planetarias, por ejemplo una abrida roscada. No obstante, para las medidas de conservacion en las etapas de engranajes rectos no es necesario separar la carcasa de engranaje de la carcasa de la etapa de ruedas planetarias, dado que casi todas las piezas de las dos etapas de engranajes rectos son accesibles y se pueden cambiar a traves de la tapa de carcasa de la carcasa de engranaje.

La invencion se explica mas detalladamente a la vista de un ejemplo de realizacion representado en las siguientes figuras.

Estas muestran en la

Figura 1 la estructura esquematica de un engranaje para turbinas eolicas segun la invencion;

Figura 2 una vista lateral de un engranaje para turbinas eolicas segun la invencion;

Figura 3 una vista de un engranaje para turbinas eolicas segun el estado de la tecnica, visto desde el lado de accionamiento y

Figura 4 una vista de un engranaje para turbinas eolicas segun la invencion, visto desde el lado de salida.

La estructura principal de un engranaje para turbinas eolicas 1, al que se refiere esta invencion, se representa en la figura 1. El pinon central 14 de una etapa de ruedas planetarias 2 dispuesta por el lado de entrada se une de manera fija al rotor no representado del aerogenerador. Varias ruedas planetarias 15 se disponen de forma rotatoria en el pinon central 14 y engranan con la corona 16 y la rueda satelite 17. La corona esta unida de forma fija a la carcasa de engranaje 5. La rueda satelite 17 esta unida de forma fija al arbol de la rueda satelite 6 alojado de modo que gire alrededor de un eje central 13.

Un primer engranaje recto 18 de una primera etapa de engranajes rectos 3 se une de forma fija al arbol de rueda satelite. El primer enrganaje recto 18 engrana con un segundo engranaje recto 19 de la primera etapa de engranajes rectos 3, estando el segundo engranaje recto 19 firmemente unido a un arbol intermedio 7. El arbol intermedio 7 se apoya en la carcasa con giro alrededor del eje central 12. Los ejes centrales 12 del arbol intermedio y el eje central 13 del arbol de rueda satelite se disponen de forma paralela.

Una segunda etapa de engranajes rectos 4 comprende los dos engranajes rectos 20 y 21, uniendose el engranaje recto 20 del lado de accionamiento firmemente al arbol intermedio 7 y fijandose el engranaje recto 21 del lado de salida en un arbol de salida 8. El engranaje recto 21 del lado de salida tambien se puede reralizar en una sola pieza con el arbol de salida 8.

La figura 2 muestra el engranaje para turbinas eolicas 1, en el que, por el lado de accionamiento, se dispone el cubo del pinon central 14 de la etapa de ruedas planetarias 2 en el que se fija el rotor no representado del aerogenerador. La carcasa de engranaje 5 se compone al menos de dos piezas, en concreto la pieza principal de carcasa 10 y la tapa de carcasa 11. Entre la pieza principal de carcasa 10 y la tapa de carcasa 11 se desarrolla la junta de separacion 9. Por el extremo del lado de salida del engranaje para turbinas eolicas 1 el arbol de salida 8 sobresale de la carcasa de engranaje 5 y se une, por el lado de accionamiento, al rotor de un generador del aerogenerador.

La pieza principal de carcasa 10, en la que se disponen las etapas de engranajes rectos 3 y 4, tambien puede comprender una carcasa de la etapa de ruedas planetarias 2 y configurarse en una sola pieza con esta carcasa. En la variante de realizacion segun la figura 2, la pieza principal de carcasa 10 del juego de engranajes rectos se

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configura, por ejemplo, en una pieza con la pieza de carcasa del lado de salida de la etapa de ruedas planetarias 2. La corona 16 y la pieza de carcasa 22 del lado del rotor de la etapa de ruedas planetarias 2 forman otras piezas de la carcasa de engranaje 5 en su conjunto.

En la representacion de la figura 2 se puede ver que la tapa de carcasa 11 es, en comparacion con la pieza principal de carcasa 10, mucho mas pequena, por lo que presenta una masa claramente menor, de modo que para fines de mantenimiento y conservacion se puede manejar con relativa facilidad. La masa de la tapa de carcasa 11 de esta variante de realizacion es menor que la mitad de la masa de la pieza principal de carcasa 10, por lo que la tapa de carcasa se puede manejar facilmente. Se puede levantar, por ejemplo con una grua de abordo instalada en la gondola del aerogenerador.

La figura 3, en cambio, ilustra la disposicion de una junta de separacion 9' en una carcasa de un engranaje para turbinas eolicas 1' segun el estado de la tecnica, desarrollandose la junta de separacion 9' a traves de los ejes centrales de dos arboles de engranaje paralelos 6' y 7', con lo que se producen medidas mucho mas grandes y una masa considerablemente mayor de la tapa de carcasa 11'. La junta de separacion 9' se encuentra aqu en un plano con los ejes centrales del arbol de rueda satelite 6' y del arbol intermedio 7'. Si bien es cierto que despues del desmontaje de la tapa de carcasa 11' los dos arboles de engranaje 6' y 7' son accesibles, ya no es posible un manejo sencillo de la tapa de carcasa 11', debido a sus grandes dimensiones y a su masa.

En la figura 4 se representa una disposicion segun la invencion en direccion visual desde el lado de salida o del generador. Toda la carcasa de engranaje 5 consta de al menos dos piezas, a saber, la pieza principal de carcasa 10 y la tapa de carcasa 11. Entre la pieza principal de carcasa 10 y la tapa de carcasa 11 se desarrolla la junta de separacion 9. Tambien se puede ver que la tapa de carcasa 11 es, en proporcion con la pieza principal de carcasa 10, considerablemente mas pequena, por lo que presenta una masa claramente menor y se puede manejar de manera relativamente facil con fines de mantenimiento y conservacion.

Los ejes centrales de los tres arboles de engranaje, en concreto el arbol de rueda satelite 6, el arbol intermedio 7 y el arbol de salida 8, forman en esta vista un triangulo, encontrandose el eje central 12 del arbol intermedio 7 en el punto mas alto del triangulo. La junta de separacion 9, que pasa por este punto, se desarrolla practicamente en direccion horizontal. Esto permite un levantamiento sencillo de la tapa de carcasa 11 en direccion vertical. Cuando la tapa de carcasa 11 se retira, se puede sacar el grupo de arboles completo del arbol intermedio 7. Ademas se facilita claramente el acceso al espacio interior del engranaje, cuando la tapa de carcasa 11 se retira. Otra ventaja de este tipo de construccion consiste en que el colector de aceite se encuentra exclusivamente en la parte inferior de la carcasa de engranaje 5, con lo que se reduce el riesgo de una fuga en la zona de la junta de separacion 9.

Lista de referencias

1 Engranaje para turbinas eolicas

2 Etapa de ruedas planetarias

3 Primera etapa de engranaje recto

4 Segunda etapa de engranaje recto

5 Carcasa de engranaje

6 Arbol de rueda satelite

7 Arbol intermedio

8 Arbol de salida

9 Junta de separacion

10 Pieza principal de carcasa

11 Tapa de carcasa

12 Eje central del arbol intermedio

13 Eje central del arbol de rueda satelite

14 Pinon central

15 Rueda planetaria

16 Corona

17 Rueda satelite

18 Engranaje recto

19 Engranaje recto

20 Engranaje recto

21 Engranaje recto

22 Parte de carcasa del lado del rotor de la etapa de ruedas planetarias 5

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Engranaje para turbinas eolicas (1) con una etapa de ruedas planetarias (2) dispuesta por el lado de accionamiento y con una primera etapa de engranaje recto (3) y con una segunda etapa de engranaje recto (4), dispuestas detras de la etapa de ruedas planetarias (2) en una carcasa de engranaje (5), uniendo la primera etapa de engranaje recto (3) un arbol de rueda satelite (6) de la etapa de ruedas planetarias (2), con efecto giratorio, a un arbol intermedio (7), uniendo la segunda etapa de engranaje recto (4) el arbol intermedio (7), con efecto giratorio, a un arbol de salida (8) y previendose solo un arbol intermedio (7) y presentando la carcasa de engranaje (5) una junta de separacion (9) a lo largo de la cual la carcasa de engranaje (5) se puede dividir en una pieza principal de carcasa

(10) y una tapa de carcasa (11), desarrollandose la junta de separacion (9) por el eje central (12) del arbol intermedio (7), caracterizado por que la junta de separacion (9) se desarrolla a distancia del eje central (13) del arbol de rueda satelite (6).
2. Engranaje para turbinas eolicas segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la tapa de carcasa (11) se configura, en lo que se refiere a su tamano y masa, de manera que la tapa de carcasa (11) y el arbol intermedio (7) se puedan extraer, por medio de una grua de abordo de una gondola de un aerogenerador, del engranaje para turbinas eolicas (1).
3. Engranaje para turbinas eolicas segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la masa de la tapa de carcasa

(11) corresponde, como maximo, a la mitad de la masa de la pieza principal de carcasa (10).
4. Engranaje para turbinas eolicas segun la reivindicacion 1, 2 o 3, caracterizado por que la junta de separacion (9) se encuentra en estado montado del engranaje para turbinas eolicas (1) por encima del arbol de rueda satelite (6).