El cojinete de guiñada es el componente más importante y más costoso de un sistema de guiñada que se encuentra en las turbinas eólicas modernas de eje horizontal . El cojinete de guiñada debe soportar enormes cargas y momentos estáticos y dinámicos durante el funcionamiento de la turbina eólica y proporcionar características de rotación suave para la orientación de la góndola en todas las condiciones climáticas. También tiene que ser resistente a la corrosión y al desgaste y extremadamente duradero. Debe durar toda la vida útil de la turbina eólica) y al mismo tiempo ser rentable.
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Historia
Los molinos de viento del siglo XVIII comenzaron a implementar góndolas giratorias para capturar el viento proveniente de diferentes direcciones. Los sistemas de guiñada de estos molinos de viento "primitivos" eran sorprendentemente similares a los de las turbinas eólicas modernas. Las góndolas giraban por medio de impulsores de guiñada impulsados por el viento conocidos como cola de abanico, o por fuerza animal, y estaban montados en las torres de los molinos de viento por medio de un cojinete deslizante axial.
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Estos cojinetes de deslizamiento consistían en múltiples bloques de deslizamiento fijados en la estructura de la torre del molino de viento. Estos bloques mantuvieron un contacto deslizante con un anillo deslizante en la góndola. Los bloques de deslizamiento eran piezas de madera en forma de cubo con una superficie de deslizamiento convexa cubierta con grasa animal , o incluso revestida con una lámina de cobre (o latón) como medio de reducción de la fricción . Estos bloques de madera se fijaron en ranuras de madera, tallados en la subestructura de soporte de madera, mediante clavos o cuñas y se nivelaron cuidadosamente para crear una superficie plana donde el anillo deslizante de la góndola pudiera deslizarse. Los bloques de deslizamiento, a pesar de la lubricación, se desgastarían con bastante frecuencia y tendrían que cambiarse. Esta operación fue relativamente simple debido a la conexión basada en cuñas entre la subestructura y los bloques deslizantes. Los bloques de deslizamiento se bloquearon además mediante dispositivos de bloqueo móviles [1] que, en una forma diferente, siguen siendo una solución técnica en los cojinetes de guiñada de deslizamiento modernos.
El anillo deslizante de la góndola del molino de viento estaba hecho de múltiples partes de madera y, a pesar de las antiguas técnicas de construcción, solía estar bastante nivelado, lo que permitía que la góndola girara suavemente alrededor del eje de la torre. [1]
El sistema híbrido de cojinetes de guiñada combina las soluciones que utilizaban los antiguos molinos de viento. Este sistema comprende múltiples almohadillas de deslizamiento radiales extraíbles en combinación con un rodamiento de rodillos axiales. [1]
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Tipos
Las principales categorías de rodamientos de guiñada son:
- Rodamiento de guiñada de rodillos: rodamiento de gran diámetro (generalmente rodamiento de cuatro puntos)
- Cojinete de deslizamiento de deslizamiento: Cojinete de deslizamiento seco o lubricado con una pluralidad de almohadillas de deslizamiento axiales y radiales en contacto por fricción con un disco de acero de gran diámetro, generalmente combinado con la llanta de engranaje como un solo elemento.
Cojinete de guiñada de rodillos
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El cojinete de guiñada de rodillos es una solución técnica común de cojinetes de guiñada seguida por muchos fabricantes de turbinas eólicas, ya que ofrece una baja fricción de giro y una rotación suave de la góndola. La baja fricción de giro permite la implementación de accionamientos de guiñada ligeramente más pequeños (en comparación con la solución de cojinetes deslizantes), pero por otro lado requiere un sistema de frenado de guiñada.
Algunos fabricantes utilizan una pluralidad de accionamientos de guiñada más pequeños (generalmente seis) para facilitar el reemplazo. Una configuración de este tipo con una pluralidad de accionamientos de guiñada ofrece a menudo la posibilidad de un frenado de guiñada activo utilizando el par diferencial de los accionamientos de guiñada. En este caso, la mitad de los accionamientos de guiñada aplica una pequeña cantidad de par para la rotación en el sentido de las agujas del reloj y la otra mitad aplica par en la dirección opuesta y luego activa los frenos magnéticos internos del motor eléctrico. De esta manera se elimina el juego de la llanta del piñón-piñón y se fija la góndola en su lugar.
Cojinete de guiñada deslizante
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El cojinete de guiñada deslizante es un cojinete axial y radial combinado , que sirve como conexión giratoria de la góndola de la turbina eólica y la torre. Contrariamente al antiguo concepto de molino de viento, los cojinetes de guiñada modernos sostienen la góndola también desde el hasta [ aclaración necesaria ] impidiendo que la góndola gire por el eje Y debido a los momentos inducidos por la mitad superior del disco de barrido del rotor y el Eje X debido al par del tren de transmisión (es decir, rotor, eje, generador, etc.).
Básicamente, la forma más sencilla de realizar las tareas de cojinete de guiñada con elementos de deslizamiento es con dos planos de deslizamiento para las cargas axiales (superior e inferior) y una superficie de deslizamiento radial para las cargas radiales. En consecuencia, el cojinete de guiñada de deslizamiento comprende tres superficies generales cubiertas con múltiples almohadillas de deslizamiento. Estas almohadillas deslizantes entran en contacto deslizante con un disco de acero , que generalmente está equipado con dientes de engranaje para formar un disco deslizante / llanta de engranaje. Los dientes pueden estar ubicados en la cara cilíndrica interna o externa del disco, mientras que la disposición de las almohadillas deslizantes y su número exacto y ubicación varían mucho entre los diseños existentes. Para ensamblar los cojinetes de guiñada deslizantes, sus jaulas se dividen en varios segmentos que se ensamblan durante la instalación o fabricación de la turbina eólica .
En su forma más simple, el cojinete de guiñada deslizante usa almohadillas (generalmente hechas de polímeros ) distribuidas alrededor de las tres superficies de contacto para proporcionar un sistema de guía adecuado para el movimiento radial y axial con un coeficiente de fricción relativamente bajo. Estos sistemas son económicos y muy robustos pero no permiten el ajuste individual de los elementos deslizantes axiales y radiales. Esta función minimiza de manera importante el "juego" axial y radial del cojinete deslizante debido a las tolerancias de fabricación, así como debido al desgaste de las almohadillas deslizantes durante el funcionamiento.
Para solucionar este problema, los sistemas de guiñada incorporan cojinetes deslizantes pretensados. Estos cojinetes tienen almohadillas deslizantes que se presionan mediante elementos de presión contra el disco deslizante para estabilizar la góndola contra movimientos indeseables. Los elementos de presión pueden ser simples resortes de acero , elementos de pre-tensión neumáticos o hidráulicos, etc. El uso de elementos de pre-tensión neumáticos o hidráulicos permite el control activo de la pre-tensión del cojinete de guiñada, que proporciona la función de freno de guiñada.
Desgaste y lubricación
En todos los cojinetes deslizantes, el desgaste es un problema, así como la lubricación. Los cojinetes de guiñada de deslizamiento convencionales incorporan elementos de deslizamiento fabricados con plásticos poliméricos, como plástico de polioximetileno (POM) o poliamida (PA). Para reducir la fricción, el desgaste y evitar los efectos de pegado-deslizamiento (a menudo presentes en sistemas de movimiento lento de alta fricción), a menudo se introduce la lubricación. Esta solución generalmente resuelve los problemas de deslizamiento, pero introduce más componentes en los sistemas y aumenta la complicación general (p. Ej., Procedimientos de mantenimiento difíciles para eliminar el lubricante usado). Algunos fabricantes de turbinas eólicas utilizan ahora elementos deslizantes autolubricantes en lugar de un sistema de lubricación central. Estos elementos de deslizamiento están fabricados con materiales de baja fricción o compuestos (etg politetrafluoroetileno (teflón)) que permiten un funcionamiento fiable de los sistemas de deslizamiento en seco (no lubricados).
Mantenimiento y reparación
A pesar de que los cojinetes de deslizamiento de guiñada y sus componentes están diseñados y construidos para durar la vida útil de la turbina eólica, debería ser posible reemplazar los elementos de deslizamiento de los cojinetes de guiñada desgastados u otros componentes del sistema de guiñada. Para permitir la capacidad de reemplazo de componentes desgastados, los sistemas de guiñada están diseñados en segmentos. Por lo general, uno o más planos de deslizamiento comprenden varios subelementos que contienen varios elementos de deslizamiento (radial o axial o una combinación). Estos subelementos se pueden quitar y reparar, reajustar o reemplazar individualmente. De esta manera, el rodamiento de guiñada puede ser reparado sin la necesidad de desmontar todo el rodamiento de guiñada deslizante (por ejemplo, en el caso de un rodamiento de guiñada de rodillos, desmontar toda la turbina eólica). Esta rep-arabilidad ofrecida por el diseño segmentado del cojinete de guiñada deslizante es una de las ventajas más importantes de este sistema frente a la solución de cojinete de guiñada de rodillos.
El único problema que queda es la sustitución de los elementos de deslizamiento de la superficie de apoyo de guiñada de deslizamiento, que no está segmentada. Esta suele ser la superficie axial superior del cojinete deslizante, que soporta constantemente el peso de todo el conjunto de rotor y góndola. Para que los elementos de deslizamiento de esta superficie de deslizamiento sean reemplazados, el conjunto de góndola-rotor debe ser elevado por una grúa externa . Una solución alternativa a este problema es el uso de gatos mecánicos o hidráulicos capaces de levantar parcial o totalmente el conjunto de rotor de góndola mientras el cojinete de guiñada deslizante todavía está en su lugar. De esta manera y al proporcionar una pequeña holgura entre los elementos de deslizamiento y el disco de deslizamiento, es posible intercambiar los elementos de deslizamiento sin desmontar el cojinete de guiñada de deslizamiento.
Ajuste de cojinetes
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Cuando la góndola de la turbina eólica se coloca en la torre y se completa el montaje del cojinete de guiñada, es necesario ajustar la presión en las almohadillas de deslizamiento individuales del cojinete. Esto es necesario para evitar un desgaste desigual de las pastillas de deslizamiento y una carga excesiva en algunos sectores del cojinete de guiñada. Para lograrlo, es necesario un mecanismo de ajuste que permita a los técnicos ajustar la presión de contacto de cada elemento deslizante individual de una manera controlable y segura. La solución más común es la utilización de placas de apoyo inferiores equipadas con una gran abertura, que acomodan los sistemas de cojinetes deslizantes ajustables. Estos cojinetes deslizantes ajustables comprenden una unidad deslizante (es decir, almohadilla deslizante) y una placa de distribución de presión ajustable. Entre la almohadilla deslizante y la placa de presión se encuentran varios elementos de resorte (pretensado). La posición vertical de las placas de presión generalmente se controla mediante un tornillo de ajuste. Este tornillo de ajuste presiona contra la placa de presión mientras es retenido por una placa de soporte de contrapresión, fijada al conjunto de cojinetes con pernos fuertes. De esta manera, es posible aplicar varios niveles de presión de contacto entre las diferentes almohadillas de deslizamiento y, por lo tanto, asegurarse de que cada componente de deslizamiento de la disposición de cojinete de guiñada funcione como se anticipó.
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Plantas de energía eólica, R. Gasch y J. Twele, Solarpraxis, ISBN 3-934595-23-5
- Manual de energía eólica, T. Burton [et al.], John Wiley & Sons, Ltd, ISBN 0-471-48997-2
- Molenbouw, A. Sipman, Zutphen, 2002, ISBN 90-5730-119-9