ES2231183T3 - Turbina eolica marina con refrigeracion por liquido. - Google Patents

Abstract

Una turbina eólica que comprende una parte estacionaria que incluye una torre que se extiende sustancialmente vertical, una góndola que comprende un rotor eólico que tiene, al menos, una paleta dispuesta es un árbol principal, que tiene un eje de rotación sustancialmente horizontal, y un sistema de transmisión de potencia, un sistema de guiñada compuesto por una parte estacionaria de guiñada que está fijada a un extremo superior de la torre y una parte móvil que está fijada a la góndola, estando diseñadas la parte estacionaria de guiñada y la parte móvil de manera que la góndola esté soportada verticalmente y horizontalmente por la torre, y pueda pivotar en relación con la torre respecto a un eje de guiñada sustancialmente vertical, y que se caracteriza por un sistema de enfriamiento para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia, comprendiendo el sistema de enfriamiento un primer medio de conducción para conducir un flujo de líquido de enfriamiento desde la parte estacionaria de la turbina eólica a la góndola durante las condiciones de funcionamiento normal, un medio de bombeo para bombear el flujo de líquido de enfriamiento a través del primer medio de conducción y del primer medio de intercambio de calor, para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia al líquido de enfriamiento.

Description

Turbina eólica marina con refrigeración por líquido.

La presente invención se refiere a una turbina eólica marina en la cual la transmisión de potencia que se encuentra situada en la góndola se enfría por medio de un líquido, tal como agua de mar, aceite o glicerol/agua, que es conducido a la góndola desde la torre en la cual se encuentra dispuesta pivotantemente la góndola alrededor de un eje de guiñada vertical. El liquido transfiere el exceso de calor desde el sistema de transmisión de potencia al agua de mar cerca de la turbina, que se utiliza como sumidero de calor de baja temperatura y de enorme capacidad térmica, en comparación con el enfriamiento tradicional por aire. El líquido se conduce en un circuito abierto o cerrado y el sistema de enfriamiento puede comprender más de un circuito de enfriamiento.

En una realización particular de la invención, el flujo de líquido de enfriamiento se conduce entre la torre y la góndola a través de una unidad de trasferencia de calor que tiene una primera parte que es estacionaria con respecto a la torre y una segunda parte que es estacionaria con respecto a la góndola. Estas partes tienen, al menos, un pasaje para un flujo de líquido, definido entre las superficies sustancialmente en apoyo de las partes, preferiblemente un pasaje anular.

Antecedentes de la invención

Se conoce como proporcionar enfriamiento para el sistema de transmisión de potencia en la góndola de una turbina eólica por medio de una admisión de aire que se encuentra dispuesta en el lado de corriente arriba de la góndola y que dirige el flujo de aire, desde la admisión, alrededor de las piezas del sistema de transmisión de potencia. De manera alternativa, una o más partes del sistema de transmisión de potencia puede tener un sistema de enfriamiento líquido compuesto por un intercambiador de calor que es enfriado por el flujo de aire desde la admisión de aire.

Un sistema de enfriamiento de este tipo tiene ciertas desventajas. La admisión de aire puede quedar bloqueada por pájaros o por hielo formado por la lluvia y por esta razón, la admisión de aire puede estar provista de medios para impedir un bloqueo de este tipo, tales como un ventilador para proporcionar un flujo de limpieza en contracorriente del aire o un medio de calentamiento para fundir el hielo. Además, está siendo crecientemente difícil proporcionar suficiente capacidad de enfriamiento puesto que se incrementa la producción de potencia de las nuevas generaciones de turbinas eólicas. Un enfriamiento insuficiente puede producir roturas mecánicas de piezas del sistema de transmisión de potencia y disminuir el coeficiente de eficiencia de las piezas.

Por otra parte, un sistema de enfriamiento más eficiente puede hacer que algunas de las piezas del sistema de transmisión de potencia se construya de manera más compacta, en particular las partes electrónicas. La pérdida en el sistema de transmisión de potencia típicamente es del orden del 6-10% de la producción de potencia de la turbina eólica, la pérdida en la caja de engranajes y en el generador son, aproximadamente, de la misma magnitud. En particular, el generador puede enfriarse ventajosamente de manera más eficiente con el fin de impedir roturas del generador y se pueden enfriar el rotor así como el estator del generador. Además, el sistema de control de potencia y el transformador eléctrico, por ejemplo que comprende un convertidor de frecuencia, también pueden constituir parte del sistema de transmisión de potencia y también pueden ser enfriados para obtener una mejor eficiencia.

El documento US 5.436.508 muestra una turbina eólica utilizada en un sistema de producción y almacenamiento de potencia, en el cual el rotor eólico acciona un generador eléctrico y se utiliza una bomba de calor para producir calor que se puede almacenar y utilizar para la producción de electricidad posterior en periodos de vientos flojos. El exceso de producción de electricidad también se puede convertir en calor y almacenarse. Se hace circular líquido entre la torre y la góndola, la cual puede girar en relación con la torre, para transferir calor desde la bomba de calor al almacenamiento en el suelo. Este líquido no se utiliza directamente para enfriar la transmisión de potencia, sino que un soplador fuerza a una corriente de aire de enfriamiento más allá del generador eléctrico y a la bomba de calor. De acuerdo con la presente invención, se transfiere un líquido de enfriamiento a la góndola desde las torres con el propósito de enfriar el sistema de transmisión de potencia, es decir, la caja de engranajes y/o el generador eléctrico y/o el sistema de control de potencia y el transformador eléctrico, para conseguir una disminución de pérdida de potencia en el sistema de transmisión y otras ventajas, como se ha mencionado con anterioridad.

Descripción de la invención.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar una turbina eólica marina que tenga un sistema de enfriamiento eficiente para el sistema de transmisión de potencia situado en la góndola de la turbina eólica, por medio de la utilización de agua de mar como sumidero de calor para el sistema de enfriamiento. En particular, es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de enfriamiento el cual, durante periodos de tiempo cálido, pueda proporcionar una diferencia de temperatura más elevada entre el agente de enfriamiento para enfriar el sistema de transmisión de potencia, y el mismo sistema, que la diferencia de temperatura proporcionada por el aire.

Un sistema de enfriamiento eficiente para el sistema de transmisión de potencia puede estar dispuesto enfriando, al menos, una parte del sistema de transmisión de potencia con un líquido de enfriamiento que se conduce desde la torre y a la góndola. Sin embargo, es un problema que existan medios para conducir el líquido de enfriamiento desde la torre y a la góndola por la razón de que la góndola debe poder pivotar en relación con la torre, la denominada guiñada, con el fin de situar el árbol principal paralelo a la dirección del viento, extendiéndose las paletas de la turbina eólica perpendicularmente al árbol principal.

Por lo tanto, es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un dispositivo para formar uno o más pasajes para el líquido entre la góndola y la torre durante, al menos, la mayor parte de las posiciones de guiñada de la góndola.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a una turbina eólica marina que comprende

una parte estacionaria, incluyendo una torre que se extiende sustancialmente vertical,

una góndola que comprende un rotor eólico que tiene, al menos, una paleta dispuesto en un árbol principal que tiene un eje de rotación sustancialmente horizontal, y un sistema de transmisión de potencia,

un sistema de guiñada compuesto por una parte estacionaria que está fijada a un extremo superior de la torre, y una parte móvil que está fijada a la góndola, estando diseñadas la parte estacionaria y la parte móvil de manera que la góndola esté soportada vertical y horizontalmente por la torre, y pueda pivotar en relación con la torre con un ángulo de guiñada sustancialmente vertical, y

un sistema de enfriamiento para transferir el exceso de calor del sistema de transmisión de potencia al agua de mar que rodea a la turbina eólica, comprendiendo el sistema de enfriamiento un primer medio de conducción para conducir un flujo de líquido de enfriamiento desde la parte estacionaria de la turbina eólica a la góndola durante condiciones de funcionamiento normal y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre, un medio de bombeo para bombear el flujo de líquido de enfriamiento a través del primer medio conductor y un primer medio de intercambio de calor para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia al líquido de enfriamiento. La parte estacionaria de la turbina eólica incluye, además, un soporte para soportar la torre, que normalmente es una cimentación en el lecho marítimo. Sin embargo, la parte estacionaria puede estar situada sobre un soporte flotante que está conectado a bloques de anclaje en el suelo o lecho marítimo con cables, de manera que la parte estacionaria pueda moverse primariamente hacia arriba y hacia abajo en relación con el suelo.

El rotor eólico tiene, al menos, una paleta pero es preferente que tenga dos o tres paletas. Naturalmente, también se puede realizar de acuerdo con la presente invención, una turbina eólica con un rotor que tenga incluso más paletas. Las paletas se montan en un árbol principal que se extiende a lo largo de un eje de rotación que es sustancialmente horizontal, por lo que se entiende que el eje puede inclinarse tanto como aproximadamente 10º respecto al horizontal, de manera que el extremo del árbol principal que soporta al rotor esté elevado con respecto al otro extremo.

El sistema de transmisión de potencia es el sistema que transmite la potencia inducida por el viento sobre las paletas, a una salida de potencia de la turbina eólica. El sistema de transmisión de potencia puede comprender varios componentes, dependiendo de los requisitos de la turbina eólica individual, siendo los componentes un generador eléctrico y/o una caja de engranajes y/o rodamientos para el árbol principal y puede, además, incluir un convertidor de frecuencia para controlar la frecuencia de la potencia suministrada a un sistema de suministro de potencia, de manera que la velocidad rotacional del generador opcionalmente pueda ser variable. Puede incluir un transformador y/o un convertidor CA/CC y puede incluir otros tipos de circuitos electrónicos de potencia y/o unidades de control y ordenadores para controlar el funcionamiento y la producción de potencia de las turbinas eólicas.

El sistema de guiñada está provisto para asegurar que el árbol principal, durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, sea paralelo a la dirección del viento, de manera que se extraiga del viento la máxima potencia posible. El sistema de guiñada puede ser accionado por un motor que comúnmente se utiliza en turbinas de viento, mientras que el ángulo de guiñada de las turbinas dispuestas corriente abajo puede controlarse solamente por la acción del viento en el
rotor eólico.

En una realización simple de la invención, se conduce agua de mar desde el interior de la torre a una turbina eólica basada en el mar, a la góndola donde se utiliza para enfriar, al menos, una parte del sistema de transmisión de potencia, con lo cual se descarga desde la góndola, por medio de una tubería, al exterior.

En otra realización de la invención, el sistema de enfriamiento comprende, además, un segundo medio de conducción para conducir un flujo de líquido desde la góndola y a la parte estacionaria de la turbina eólica durante las condiciones de funcionamiento normal y a la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre, formando parte de un único circuito el primer medio de conducción y el segundo medio de conducción.

El segundo medio de conducción se utiliza para conducir el flujo de retorno del líquido después de que se haya utilizado para enfriar el sistema de transmisión de potencia, o partes del mismo.

El líquido de enfriamiento que circula en al menos uno de los medios de conducción del sistema de enfriamiento puede ser agua de mar, en cuyo caso el material del que está formado el medio de conducción debe ser resistente a la corrosión producida por el agua de mar.

Sin embargo, es preferible que el circuito sea un circuito cerrado y que el sistema de enfriamiento comprenda, además, un segundo medio de intercambio de calor para transferir calor desde el líquido de enfriamiento al agua de mar, estando colocado el segundo medio de intercambio de calor en o en la proximidad de la parte estacionaria de la turbina eólica.

En particular, el circuito cerrado se puede formar de manera que el líquido de enfriamiento pueda estar presurizado, estando sellado el circuito cerrado respecto al ambiente de una manera sustancialmente resistente a la presión, y en el cual el líquido de enfriamiento llena sustancialmente, al menos, el interior del circuito. Por lo tanto, el flujo del líquido de enfriamiento puede ser accionado solamente por una bomba, y el medio de bombeo para bombear el flujo del líquido de enfriamiento a través del circuito cerrado puede estar situado solamente en la góndola, lo cual es preferido por razones de mantenimiento y por razones constructivas.

El circuito del sistema de enfriamiento puede ser un circuito cerrado, de manera que el líquido de enfriamiento contenido en el circuito pueda ser recirculado. En este caso, el líquido que circula en al menos uno de los al menos un circuito cerrado, puede ser aceite, por ejemplo puede ser el circuito cerrado por el que circula el aceite, comprendiendo un circuito de lubricación de al menos una parte del sistema de transmisión de potencia, siendo el aceite un lubricante del citado componente del sistema de transmisión de potencia.

El líquido que circula en el circuito cerrado puede comprender agua, preferiblemente mezclada con un agente para disminuir la temperatura de congelación del agua, tal como el metanol u otro alcohol, una sal tal como el cloruro sódico o, ventajosamente, el glicerol.

El circuito cerrado comprende un segundo medio de intercambio de un tipo o del otro, entendiéndose el término en un sentido amplio que varía desde los intercambiadores de calor comunes que comprenden un banco de tubos o placas, a la utilización de partes de la pared exterior de la torre como medio de intercambio de calor para intercambiar calor entre el líquido de enfriamiento y el exterior de la torre, es decir, el agua de mar circundante.

Al menos uno de los medios de intercambio de calor puede estar situado en o en la proximidad de la parte estacionaria de la turbina eólica, por ejemplo cerca de un extremo superior de la torre, cuando la distancia a la góndola es corta o cerca de un extremo inferior de la torre cuando el agua de mar puede ser fácilmente accesible.

El agua de mar puede intercambiar calor con el líquido de enfriamiento por convección natural o por conducción pura, pero es preferible para conseguir un intercambio de calor efectivo y para disminuir los requisitos del área superficial de intercambio de calor, que el sistema de enfriamiento comprenda, además, un segundo medio de bombeo para forzar una circulación de agua de mar más de allá de las superficies de intercambio de calor del segundo medio de intercambio de calor.

Una construcción común de una turbina eólica marina comprende una torre hueca que se encuentra parcialmente sumergida en el mar y parcialmente llena con agua de mar. El calor del sistema de transmisión de potencia se puede transferir ventajosamente a la citada agua de mar en el interior de la torre por medio del sistema de enfriamiento. Las posiciones marinas generalmente son ventajosas por la eficiencia y por la producción de potencia de una turbina eólica y el agua de mar en el interior de la torre es fácilmente accesible y la entrada al sistema de enfriamiento por agua de mar no quedará obstruida por algas, medusas, etc.

El sistema de enfriamiento de acuerdo con la invención puede comprender, además, al menos un circuito cerrado adicional de acuerdo con la descripción anterior, para conducir un flujo de un líquido de enfriamiento entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica durante las condiciones de funcionamiento normal, y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre. Los diferentes circuitos pueden comprender el mismo líquido de enfriamiento pero es preferente que se utilicen diferentes tipos de líquidos de enfriamiento con diferentes circuitos, en particular que la caja de engranajes utilice aceite lubricante y que el generador eléctrico y el transformador eléctrico opcional utilicen una mezcla de agua/glicerol como líquido de enfriamiento.

En una realización preferente, el sistema de enfriamiento comprende un medio de control del sistema para controlar su funcionamiento, comprendiendo el medio de control

una pluralidad de sensores de temperatura, estando adaptado cada uno de ellos para detectar la temperatura de una parte del sistema de transmisión o del líquido de enfriamiento, y producir una salida de acuerdo con el medio de control del sistema.

un medio de control del intercambiador de calor para controlar el funcionamiento de al menos dos medios de intercambio de calor del primer medio de intercambio de calor, transfiriendo los citados al menos dos medios de intercambio de calor, calor de los componentes separados del sistema de transmisión de potencia, y

un medio de control de bomba para controlar el funcionamiento del medio de bombeo

estando adaptado el medio de control del sistema para controlar el funcionamiento del sistema de enfriamiento, de manera que la temperatura de los componentes del sistema de transmisión de potencia se encuentre en rangos de temperatura predefinidos.

El aceite lubricante en la caja de engranajes así como en otros componentes del sistema de transmisión de potencia, durante las interrupciones de funcionamiento en periodos de tiempo frío está tan frío que sería difícil o imposible volver a arrancar la turbina eólica. En una situación como esta es ventajoso que el sistema de enfriamiento comprenda, además, una bomba de calor dispuesta para transferir calor desde el agua de mar al líquido de enfriamiento, de manera que caliente el líquido de enfriamiento y el medio de control del sistema está adaptado para controlar el sistema de enfriamiento y elevar la temperatura de los componentes del sistema de transmisión de potencia si la temperatura de los citados componentes se encuentra por debajo de un valor umbral predeterminado.

La turbina eólica puede estar provista de una abertura definida entre la góndola y la torre, estando situada la citada abertura de manera que el eje de guiñada vertical pase a través de la abertura, de forma que los cables, en particular al menos un cable de potencia para transferir potencia desde el sistema de transmisión de potencia, pueda pasar a través de la abertura, así como los cables para los sistemas de control de la turbina eólica.

Además, al menos un medio de conducción de líquido que forma parte del sistema de enfriamiento puede pasar a través de la abertura. De acuerdo con una realización, al menos uno de los al menos un medio de conducción de líquido es un tubo que es concéntrico con el eje de guiñada vertical y está fijado con respecto a la torre o a la góndola. De acuerdo con otra realización de la invención, al menos uno de los medios de conducción de líquido es una manguera flexible. Un medio de conducción de líquido que pasa por la abertura junto con los cables de potencia se puede calentar por cables de potencia, de manera que el enfriamiento del sistema de transmisión de potencia pueda ser menos eficiente, por dicha razón la turbina eólica puede comprender medios aislantes del calor entre al menos uno de los al menos un cable de potencia y al menos uno de los al menos un medio de conducción de líquido, para reducir la transferencia de calor entre ellos.

Una turbina eólica que comprende cables de potencia flexibles y/o mangueras flexibles que pasan por una abertura central, debe comprender medios de accionamiento para accionar el pivotamiento de la góndola en relación con la torre y un medio de control para controlar el citado medio de accionamiento, de manera que la góndola pivote menos de un número predeterminado de vueltas en relación con una posición predeterminada de la góndola, para impedir el retorcimiento excesivo de los componentes flexibles que pasan a través de la abertura y que están fijados por un extremo a la góndola y por el otro extremo, a la parte estacionaria.

La presente invención se refiere, en un segundo aspecto, a una turbina eólica que comprende

una parte estacionaria que incluye una torre que se extiende sustancialmente vertical,

una góndola que comprende un rotor eólico que tiene, al menos, una paleta dispuesta en un árbol principal, que tiene un eje de rotación sustancialmente horizontal y un sistema de transmisión de potencia,

un sistema de guiñada que comprende una parte estacionaria que se encuentra fijada a un extremo superior de la torre, y una parte móvil que está fijada a la góndola, estando diseñadas la parte estacionaria y la parte móvil de manera que la góndola está soportada vertical y horizontalmente por la torre, y pueda pivotar en relación con la torre respecto a un eje de guiñada sustancialmente vertical, y

un sistema de enfriamiento para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia y que comprende un primer medio de conducción para conducir un flujo líquido de enfriamiento desde la parte estacionaria de la turbina eólica a la góndola durante las condiciones de funcionamiento normal y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre, un medio de bombeo para bombear el flujo de líquido de enfriamiento a través del primer medio de conducción y un primer medio de intercambio de calor para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia al líquido de enfriamiento, comprendiendo adicionalmente el sistema de enfriamiento

una unidad de transferencia para transferir líquido entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica, comprendiendo la unidad una primera parte que es al menos sustancialmente estacionaria en relación con la torre, y una segunda parte que es al menos sustancialmente estacionaria con respecto a la góndola, estando diseñadas la primera parte y la segunda parte de manera que al menos haya definido un pasaje para un flujo de líquido entre superficies sustancialmente de apoyo de los componentes durante las condiciones de funcionamiento normal y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre, siendo el pasaje parte del primer medio de conducción del sistema de enfriamiento para conducir el flujo del líquido de enfriamiento.

La unidad de transferencia de calor podría ser el tubo que se ha mencionado previamente, a través de una abertura central, pero preferiblemente al menos una parte del al menos un pasaje para el flujo de líquido entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica está definido por una superficie de la primera parte, una superficie de la segunda parte y por un primer y un segundo medios de sellado. Cada uno de los medios de sellado primero y segundo forma, en una realización todavía más preferente, un circulo con su centro en el eje de guiñada vertical, y cada de los medios de sellado primero y segundo se extiende en un plano que es perpendicular al eje de guiñada, con lo cual se define un pasaje anular para un flujo de líquido entre el medio de sellado primero y segundo y las citadas superficies de las partes primera y segunda.

De acuerdo con una realización, los medios de sellado primero y segundo se extienden sustancialmente en el mismo plano y forman círculos concéntricos. Alternativamente, los medios de sellado primero y segundo se pueden extender en planos que mantienen una distancia mutua a lo largo del eje de guiñada vertical, de manera que las superficies puedan ser paralelas al eje de guiñada, de forma que los medios de sellado primero y segundo formen círculos que tienen sustancialmente el mismo diámetro, o las superficies pueden tener una forma cónica de forma que los medios de sellado primero y segundo formen círculos que tengan diferentes diámetros.

La primera parte y la segunda parte de la unidad de transferencia deberían estar equipadas, cada una de ellas, con al menos un canal formado e entre el exterior y cada uno de los al menos un pasaje para flujo de líquido, definido entre las superficies de las partes de la unidad de transferencia, siendo parte los citados canales del medio de la conducción para conducir un flujo de líquido.

Al menos uno de los medios de sellado de una unidad de transferencia puede comprender una junta tórica formada de un material elástico. Es ventajoso que solamente una de las partes primera y segunda de la unidad de trasferencia comprenda un rebaje para retener la citada junta tórica, de manera que una de las partes primera y segunda de la unidad de transferencia pueda tener una superficie plano para realizar una interfaz con la otra parte, simplificando la superficie plana la fabricación de esa parte.

Alternativa o adicionalmente, al menos uno de los medios de sellado puede ser una holgura estrecha formada por las superficies de las partes primera y segunda de la unidad de transferencia, de manera que las citadas superficies constituyen una empaquetadura laberíntica y/o al menos uno de los medios de sellado puede comprender una banda alargada flexible, de la cual un borde se fija a la primera parte, respectivamente a la segunda parte, y el otro borde está forzado para que realice un contacto de apoyo con una superficie de la segunda parte, respectivamente la primera parte. La banda puede estar forzada para realizar un contacto de apoyo, al menos parcialmente, por la presión del fluido y/o la banda puede estar formada de un material elástico, de manera que el borde la banda se fuerce a realizar un contacto de apoyo, al menos parcialmente por fuerzas elásticas.

La unidad de transferencia debería estar soportada por la torre y la segunda parte debería estar inducida a seguir los movimientos pivotantes de la góndola por un portador montado en la segunda parte y que se aplica a la góndola. Alternativamente, la unidad de transferencia podría estar soportada por la góndola y la primera parte podría ser inducida a permanecer estacionaría con respecto a la torre por un portador montado en la primera parte y que se aplica a la torre. De ambas maneras, la tolerancia del movimiento pivotante mutuo entre las dos partes puede ser muy baja en comparación con la tolerancia que se requiere normalmente del sistema de guiñada.

Sin embargo, la unidad de transferencia puede constituir una parte integrada de un rodamiento de guiñada del sistema de guiñada, estando diseñado el citado rodamiento para absorber fuerzas entre la góndola y la torre. En la mayor parte de los casos, esta realización requerirá una tolerancia menor de lo normal del sistema de guiñada, pero la disposición es ventajosa debido a que se puede reducir el número de componentes de la turbina eólica y el casquillo de guiñada y la unidad de transferencia pueden fabricarse en el mismo ciclo de operación.

De acuerdo con la invención, se pueden definir más de un pasaje para un flujo de líquido del sistema de enfriamiento a través de la unidad de transferencia, similares al que se ha descrito más arriba.

Al menos una parte de la unidad de transferencia puede estar formada por un material sintético que sea resistente a la corrosión producida por el agua del mar y que sea ligero en comparación con otros materiales y por lo tanto se pueda manejar más fácilmente durante la construcción y el mantenimiento de la
turbina eólica.

Alternativa o adicionalmente, se puede formar al menos una parte de la unidad de transferencia de una aleación de aluminio, que también es ligero y es más resistente al desgaste que la mayor parte de los materiales sintéticos. Sin embargo, es necesario elegir cuidadosamente la aleación si la aleación puede entrar en contacto con el agua de mar, debido al riesgo de corrosión.

Al menos una parte de la unidad de transferencia puede estar formada de una aleación de acero inoxidable que es resistente al desgaste así como a la corrosión, pero el mismo tiempo es pesado y puede ser bastante caro y puede producir dificultades durante la fabricación del componente.

Otra alternativa para al menos una parte de la unidad de transferencia es formarla de hierro colado, que también es pesado y puede corroerse, pero es barato y es más fácil formar el componente a partir del mismo.

La turbina eólica con la unidad de transferencia pueden considerarse como una invención en si mismas, pero una realización preferente de la turbina eólica marina de acuerdo con la invención comprende la unidad de transferencia mostrada.

Breve descripción de las figuras

En las figuras se muestran ciertas realizaciones de la invención con el propósito de ilustrar algunas de las formas posibles de realizar la invención.

Todas las figuras son cortes verticales transversales de unidades de transferencia de calor situadas en una turbina eólica, con el propósito de conducir un líquido de enfriamiento entre la torre y la góndola.

la figura 1 es un corte transversal de una unidad de transferencia, con dos pasajes para líquidos definidos entre las superficies horizontales de los dos componentes,

la figura 2 muestra una unidad de transferencia con cuatro pasajes entre las superficies horizontales,

la figura 3 muestra una unidad de transferencia similar a la que se muestra en la figura 2, en la que la superficie de la parte superior tiene una superficie plana,

la figura 4 muestra una unidad de transferencia en la que se definen los pasajes entre superficies cónicas, y

la figura 5 ilustra una unidad de transferencia en la que los pasajes están definidos entre superficies verticales.

Descripción detallada de las figuras

La unidad de transferencia 1, que se muestra en la figura 1, comprende una parte superior 2, la cual, durante la guiñada, es sustancialmente estacionaria con respecto a la góndola, y una parte inferior 3 que es estacionaria con respecto a la torre. Se definen dos pasajes anulares 4, 5 para el flujo de líquido de enfriamiento entre las superficies 6, 7 de las dos partes 2, 3, un pasaje 4 para conducir un líquido más frío desde la torre a la góndola, y un pasaje 5 para conducir el líquido más caliente de retorno a la torre. Las dos superficies 6, 7 son perpendiculares al eje de guiñada 8. Los pasajes 4, 5 están formados, cada uno de ellos, por un rebaje circular en cada una de las superficies 6, 7, de manera que los pasajes 4, 5 están definidos en cada posición de las dos partes 2, 3, relativamente entre sí, cuando la parte superior 2, durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, pivota respecto al eje de guiñada 8. El centro de los rebajes está situado en el eje de guiñada 8. Los pasajes 4, 5 están definidos, además, por tres juntas tóricas 9, 10, 11 formadas por un material elástico, tal como el caucho, y dichas juntas tóricas impiden que el líquido circule a través de los pasajes 4, 5 y fugue al ambiente. Se forman unos rebajes circulares que tienen sus centros en el eje de guiñada 8, en las dos superficies 6, 7 para retener las juntas tóricas en sus posiciones de funcionamiento.

Se forman los canales 12-15 en las dos partes 2, 3 de la unidad de transferencia 1 para proporcionar acceso al flujo de líquido desde y hacia la góndola y desde y hacia la torre a través de los pasajes 4, 5. En la realización que se muestra en la figura 1, solamente se forma un canal 12-15 en cada parte 2, 3 para cada flujo de líquido, y los canales 12-15 son perpendiculares a las superficies de interfaz 6, 7 de las dos partes 2, 3. Sin embargo, se pueden formar dos o más canales en una o en ambas partes 2, 3 para cada flujo de un líquido, y uno o más canales pueden encontrarse con un ángulo distinto del recto respecto a las superficies 6, 7 y/o ser de otras formas distintas que la recta, todo ello de acuerdo con la presente invención.

La unidad de transferencia está formada con una abertura 16 definida en su centro, de manera que el eje de guiñada pase a través de la abertura 16. Los cables de potencia 17 para conducir la potencia eléctrica generada por el generador colocado en la góndola, desde la góndola y a la torre, pasan a través de la abertura 16.

El circuito de enfriamiento del cual forman parte los pasajes 4, 5 y los canales 12-15, puede ser un circuito cerrado en el cual fluye un líquido de enfriamiento, siendo el líquido tal como agua de mar y puede ser agua salada mezclada con glicerol u otro agente anticongelante, con el fin de impedir que se forme hielo en el circuito, aceite tal como aceite lubricante de uno o más componentes de la transmisión de potencia, etc. El circuito de enfriamiento tiene medios de intercambio de calor dispuestos en la parte estacionaria de la turbina eólica, de manera que se dispone un depósito para el líquido de enfriamiento en la torre y permite el intercambio de calor entre el líquido de enfriamiento en el depósito y el agua contenida dentro de la torre, la cual, de nuevo, intercambia calor con el ambiente exterior a la torre, que preferiblemente es el mar. La misma torre puede constituir, alternativamente, el depósito y las superficies de intercambio de calor pueden ser las paredes de la torre.

En lugar de un depósito, se puede disponer un arrollamiento de enfriamiento en la torre que está llena con agua y/o un intercambiador de calor que comprende una o más bombas para forzar un líquido de enfriamiento secundario que es externo al circuito cerrado, más allá de las superficies de intercambio de calor, para intercambiar calor con el líquido de enfriamiento que se encuentra en el circuito cerrado. Se podrían usar otras fuentes de líquidos de enfriamiento secundarios distintos del agua de mar, tal como agua de pozo o agua utilizada en un sistema de calentamiento municipal u otro sistema en el cual se utilice el calor del sistema de transmisión de potencia.

Alternativamente al circuito cerrado, el sistema de enfriamiento puede comprender un circuito abierto en el cual se conduzca un líquido de enfriamiento de una fuente externa, tal como agua de mar, a la góndola y después de haber intercambiado calor con el sistema de transmisión de potencia, de nuevo se conduzca al exterior de la turbina eólica.

Los rebajes que definen los pasajes 4, 5, en vez de ser rebajes circulares, pueden estar formados como partes separadas de un rebaje circular, teniendo cada una de ellas un canal para conducir líquido a o desde la parte del rebaje circular.

El circuito de enfriamiento comprende uno o más medios de bombeo para forzar el flujo de líquido de enfriamiento a través del circuito. El flujo volumétrico del líquido de enfriamiento puede ser constante o ajustable por medio de una pluralidad de bombas dispuestas en serie y/o una o más de las citadas bombas tiene medios para ajustar el flujo volumétrico de líquido a través de la bomba.

Ambas partes 2, 3 de la unidad de trasferencia 1 preferiblemente están soportadas por la torre o por la góndola, con el fin de permitir que las partes 2, 3 puedan pivotar relativamente entre sí con menor tolerancia en comparación con la tolerancia con la cual pivota la góndola en relación con la torre. La parte 2, 3 de la unidad de trasferencia 1 que se supone que es estacionaria con respecto a la parte de no soporte, la góndola o la torre, de la turbina eólica está equipada con un portador montado en la citada parte 2, 3 y que se aplica a la parte de no soporte de la turbina eólica.

La realización de una unidad de transferencia 1 de acuerdo con la invención y que se muestra en la figura 2, es una unidad de trasferencia 1 con cuatro pasajes 18-21 entre las superficies horizontales 6, 7. Los cuatro pasajes 18-21 se utilizan para conducir líquido de enfriamiento en dos circuitos separados, por ejemplo un circuito para enfriar el generador y uno para enfriar la caja de engranajes. Los pasajes 18-21 están formados de manera similar a los pasajes 4, 5 en la realización de la figura 1, y están definidos adicionalmente por juntas tóricas 22-26.

La realización que se muestra en la figura 3 es similar a la que se muestra en la figura 2, con la excepción de que la superficie de la parte superior tiene una superficie plana 6, de manera que los pasajes 18-21 estén definidos por rebajes en la superficie 7 de la parte inferior 3 y se retienen las juntas tóricas 22-26 en rebajes en la misma superficie 7. Por lo tanto, en la realización que se muestra de acuerdo con la invención, la superficie 6 de la parte superior 2 es más fácil de fabricar que las superficies 6 de la parte superior 2 de las realizaciones que se han mostrado previamente.

La figura 4 muestra una unidad de transferencia 1, en la que se definen dos pasajes 27, 28 entre las superficies cónicas 6, 7 de la parte superior 2 y la inferior 3 y las tres juntas tóricas 29-31.

La figura 5 ilustra una unidad de trasferencia 1, en la que se definen dos pasajes 4, 5 entre las superficies verticales 6, 7 de una primera parte 2 y de una segunda parte 3 de la unidad de trasferencia 1.

Cada una de las turbinas eólicas de las realizaciones que se han mostrado tiene el árbol principal paralelo a la dirección del viento y sus paletas se extienden perpendiculares al árbol principal. Las turbinas eólicas son básicamente turbinas de corriente arriba, pero también pueden ser turbinas de corriente abajo.

Claims (47)

1. Una turbina eólica que comprende

una parte estacionaria que incluye una torre que se extiende sustancialmente vertical,

una góndola que comprende un rotor eólico que tiene, al menos, una paleta dispuesta es un árbol principal, que tiene un eje de rotación sustancialmente horizontal, y un sistema de transmisión de potencia,

un sistema de guiñada compuesto por una parte estacionaria de guiñada que está fijada a un extremo superior de la torre y una parte móvil que está fijada a la góndola, estando diseñadas la parte estacionaria de guiñada y la parte móvil de manera que la góndola esté soportada verticalmente y horizontalmente por la torre, y pueda pivotar en relación con la torre respecto a un eje de guiñada sustancialmente vertical, y que se caracteriza por

un sistema de enfriamiento para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia, comprendiendo el sistema de enfriamiento un primer medio de conducción para conducir un flujo de líquido de enfriamiento desde la parte estacionaria de la turbina eólica a la góndola durante las condiciones de funcionamiento normal, un medio de bombeo para bombear el flujo de líquido de enfriamiento a través del primer medio de conducción y del primer medio de intercambio de calor, para transferir calor desde el sistema de transmisión de potencia al líquido de enfriamiento.

2. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la turbina eólica es una turbina eólica marina y en la que el sistema de enfriamiento está transfiriendo calor desde el sistema de transmisión de potencia al agua de mar que rodea a la turbina eólica.

3. Una turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, en la que el sistema de enfriamiento comprende, además, un segundo medio de conducción para conducir el flujo de líquido desde la góndola y a la parte estacionaria de la turbina eólica durante las condiciones de funcionamiento normal y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre, formando parte el primer medio de conducción y el segundo medio de conducción, de un único circuito.

4. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, en la que el líquido que fluye en el medio de conducción del sistema de enfriamiento es agua de mar.

5. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el circuito es un circuito cerrado y el sistema de enfriamiento comprende, además, un segundo medio de intercambio de calor para transferir calor desde el líquido de enfriamiento al agua de mar, estando situado el segundo medio de intercambio de calor en o en la proximidad de la parte estacionaria de la turbina eólica.

6. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el circuito cerrado se forma de manera que se pueda presurizar el líquido de enfriamiento en el mismo, estando sellado el circuito cerrado respecto al ambiente de una manera sustancialmente a prueba de presión, y en la que el líquido de enfriamiento llena, al menos, sustancialmente el interior del circuito.

7. Una turbina eólica de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, en la que el medio de bombeo para bombear el flujo de líquido de enfriamiento a través del circuito cerrado se encuentra situado solamente en la góndola.

8. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en la que el segundo medio de intercambio de calor se coloca cerca de un extremo superior de la torre.

9. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en la que el segundo medio de intercambio de calor se coloca cerca de un extremo inferior de la torre.

10. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5-9, y en la que la turbina eólica es una turbina eólica marina, y en la que el sistema de enfriamiento está transfiriendo calor desde el sistema de transmisión de potencia al agua de mar que rodea a la turbina eólica, y en la que el sistema de enfriamiento comprende, además, un segundo medio de enfriamiento para forzar un flujo de agua de mar más allá de las superficies de intercambio de calor del segundo medio de intercambio de calor.

11. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes y en la que la turbina eólica es una turbina eólica marina y en la que el sistema de enfriamiento está transfiriendo calor desde el sistema de transmisión de potencia al agua de mar que rodea a la turbina eólica, y en la que la torre es hueca, parcialmente sumergida en el mar y parcialmente llena de agua de mar, transfiriéndose el calor del sistema de transmisión de potencia a la citada agua de mar en el interior de la torre por medio del sistema de enfriamiento.

12. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5-11, en la que el líquido de enfriamiento es un aceite.

13. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 12, en la que el circuito cerrado comprende un circuito de lubricación de al menos una parte del sistema de transmisión de potencia, siendo el aceite un lubricante del citado componente del sistema de transmisión de potencia.

14. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 5-11, en la que el líquido de enfriamiento comprende agua.

15. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el líquido de enfriamiento comprende, además, un agente para disminuir la temperatura de congelación del agua.

16. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 15, en la que el agente es glicerol.

17. Una turbina eólica de acuerdo a una de las reivindicaciones 5-16, en la que el sistema de enfriamiento comprende, además, al menos un circuito cerrado adicional de acuerdo a cualquiera de las citadas reivindicaciones, para conducir un flujo de líquido de enfriamiento entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica durante las condiciones de funcionamiento normal y en la mayor parte de las posiciones de la góndola en relación con la torre.

18. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 17, en la que los al menos dos circuitos del sistema de enfriamiento comprenden tipos diferentes de líquidos enfriamiento.

19. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el sistema de enfriamiento comprende un medio de control del sistema para controlar su funcionamiento, comprendiendo el medio de control

una pluralidad de detectores de temperatura, estando adaptado cada uno de ellos para detectar la temperatura de un componente del sistema de transmisión o del líquido de enfriamiento, y para producir una salida de acuerdo con el medio de control del sistema,

un medio de control de intercambiador de calor para controlar el funcionamiento de al menos dos medios de intercambio de calor del primer medio de intercambio de calor, transfiriendo calor los citados al menos dos medios de intercambio de calor desde componentes separados del sistema de transmisión de potencia y

un medio de control de bomba para controlar el funcionamiento del medio de bombeo, estando adaptado el medio de control de sistema para controlar el funcionamiento del sistema de enfriamiento, de manera que la temperatura de los componentes del sistema de transmisión de potencia se encuentre en rangos de temperatura predefinidos.

20. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 19, y en la que la turbina eólica es una turbina eólica marina y en la que el sistema de enfriamiento está transfiriendo calor desde el sistema de transmisión de potencia al agua de mar que rodea a la turbina eólica, y en la que el sistema de enfriamiento comprende, además, una bomba de calor dispuesta para transferir calor desde el agua de mar al líquido de enfriamiento, de manera que caliente el líquido de enfriamiento, estando adaptado el medio de control del sistema para controlar al sistema de enfriamiento y elevar la temperatura de los componentes del sistema de transmisión de potencia si la temperatura de los citados componentes es inferior a un valor umbral predeterminado.

21. Una turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que se define una abertura entre la góndola y la torre, estando situada la citada abertura de manera que el eje de guiñada vertical pase a través de la abertura y en la que al menos un cable de potencia para transferir potencia desde el sistema de transmisión de potencia pasa a través de la abertura.

22. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 21, en la que al menos un medio de conducción de líquido que forma parte del sistema de enfriamiento pasa a través de la abertura.

23. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 22, en la que al menos uno de los al menos un medio de conducción de líquido es un tubo que es concéntrico con el eje de guiñada vertical.

24. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 23, en la que al menos un medio de conducción de líquido es una manguera flexible.

25. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22-24, que comprende, además, un medio de aislamiento térmico entre al menos uno de los al menos un cable de potencia y al menos uno de los al menos un medio de conducción de líquido, para reducir la trasferencia de calor entre ellos.

26. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21-25, en la que la turbina eólica comprende medios de accionamiento para accionar el pivotamiento de la góndola en relación con la torre y medios de control para controlar al citado medio de accionamiento, de manera que la góndola pivotará menos de un número predeterminado de vueltas en relación con una posición predeterminada de la góndola, para impedir el retorcimiento excesivo de los componentes flexibles que pasan a través de la abertura y que están fijos por un extremo a la góndola y por el otro extremo a la parte estacionaria.

27. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende

una unidad de trasferencia (1) para transferir líquido entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica, comprendiendo la unidad (1) una primera parte que es, al menos, sustancialmente estacionaria en relación con la torre, y una segunda parte que es, al menos, sustancialmente estacionaria con respecto a la góndola, estando diseñadas la primera parte y la segunda parte (2, 3) de manera que se encuentre definido al menos un pasillo (4, 5) para el flujo de líquido entre superficies sustancialmente de apoyo (6, 7) de las partes durante las condiciones de funcionamiento normal, siendo parte el pasillo del primer medio de conducción del sistema de enfriamiento para conducir el flujo de líquido de enfriamiento.

28. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 27, en la que al menos una parte del pasillo o pasillos (4, 5) para el flujo de líquido entre la góndola y la parte estacionaria de la turbina eólica está definida por medio de una superficie de la primera parte, una superficie de la segunda parte y por medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11).

29. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 28, en la que cada uno de los medios de sellado primero y segundo forman un círculo con su centro en el eje de guiñada vertical (8), y cada uno de los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) se extiende en un plano que es perpendicular al eje de guiñada, con lo cual se define un pasillo anular para el flujo del líquido entre los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) y las citadas superficies (6, 7) de la parte primera y segunda.

30. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 29, en la que los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) se extienden sustancialmente en el mismo plano y forman círculos concéntricos.

31. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 29, en la que los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) se extienden en planos que mantienen una distancia mutua a lo largo del eje de guiñada vertical (8).

32. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 31, en la que los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) forman círculos que tienen sustancialmente el mismo diámetro.

33. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 31, en la que los medios de sellado primero y segundo (9, 10, 11) forman círculos que tienen diferentes diámetros.

34. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-33, en la que cada una de la primera parte y de la segunda parte (2, 3) de la unidad de trasferencia (1) tiene, al menos, un canal formado en la misma entre el exterior y cada uno de los al menos un pasillo (4, 5) para el flujo de líquido definido entre las superficies de las partes de la unidad de trasferencia (1), siendo partes los citados canales del medio de conducción para conducir un flujo de líquido.

35. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28-34, en la que al menos uno de los medios de sellado (9, 10, 11) comprende una junta tórica formada de un material resiliente.

36. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 35, en la que al menos una de la parte primera y segunda (2, 3) de la unidad de trasferencia (1) comprende un rebaje para retener la citada junta tórica.

37. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28-36, en la que al menos uno de los medios de sellado es una holgura estrecha formada por superficies de las partes primera y segunda (2, 3) de la unidad de trasferencia (1), de manera que las citadas superficies constituyen una empaquetadura laberíntica.

38. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28-37, en la que al menos uno de los medios de sellado comprende una banda alargada flexible, un borde del cual se encuentra fijado a la primera parte, respectivamente a la segunda parte, y el otro borde está forzado en contacto de apoyo con una superficie de la segunda parte, respectivamente la primera parte.

39. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 38, en la que el borde de la banda se fuerza para que realice un contacto de apoyo con al menos parcialmente por la presión del fluido.

40. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 38 ó 39, en la que se forma la banda de un material resiliente y el borde de la banda es forzada por fuerzas resilientes para que establezca contacto de apoyo, al menos parcialmente.

41. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-40, en la que la unidad de trasferencia (1) se encuentra soportada por la torre y se induce a que la segunda parte siga los movimientos pivotantes de la góndola, por un portador que está montado en la segunda parte y que se aplica a la góndola.

42. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-40, en la que la unidad de trasferencia (1) se encuentra soportada por la góndola y se induce a la primera parte a que permanezca estacionaria con respecto a la torre por un portador montado en la primera parte y que se aplica a la torre.

43. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-40, en la que la unidad de trasferencia (1) constituye una parte integrada de un cojinete de guiñada del sistema de guiñada, estando diseñado el citado cojinete para que absorba fuerzas entre la góndola y la torre.

44. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-43, en la que al menos una parte de la unidad de trasferencia (1) está formada de un material sintético.

45. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-44, en la que al menos una parte de la unidad de trasferencia (1) está formada de una aleación de aluminio.

46. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-45, en la que al menos una parte de la unidad de trasferencia (1) está formada de una aleación de acero inoxidable.

47. Una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-46, en la que al menos una parte de la unidad de trasferencia (1) se forma de hierro colado.