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Análisis de la influencia de los parámetros de cálculo en el diseño de la caja de cambios de una turbina eólica de alta potencia

Autores: Rubio, Francisco; Llopis-Albert, Carlos; Pedrosa, Ana M.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Análisis de la influencia de los parámetros de cálculo en el diseño de la caja de cambios de una turbina eólica de alta potencia


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Matemáticas generales

Palabras clave

Turbina eólica
Caja de cambios
Densidad de potencia
Trenes de engranajes epicicloidales
Eficiencia
Optimización

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
A medida que los requisitos de potencia de los aerogeneradores han evolucionado desde el orden de los kilovatios (kW) al orden de varios megavatios (MW), los componentes de los aerogeneradores han estado expuestos a condiciones de funcionamiento más exigentes y críticas. El aerogenerador debe hacer frente a cargas de viento más altas debido a tamaños de palas más grandes, que también son variables en el tiempo, y, en última instancia, a niveles de potencia más altos. Uno de los desafíos en la fabricación de aerogeneradores de alta potencia radica en la caja de cambios y consiste en lograr una densidad de potencia cada vez mayor sin comprometer la eficiencia, es decir, una mayor capacidad de carga con un peso (y costo de producción) más bajo y pérdidas de potencia reducidas. Se utilizan trenes epicicloidales para construir la caja de cambios debido a varias ventajas en relación con los sistemas de engranajes convencionales, como relaciones de engranajes factibles más altas, mayor eficiencia, compacidad y menor peso. En este documento, se analizarán varios trenes epicicloidales con diferentes estructuras para revelar la influencia que ciertos parámetros de diseño tienen en el tamaño y peso de los componentes de la caja de cambios en el modelo seleccionado y, por lo tanto, de la caja de cambios en sí. Con este fin, se planificará el modelo teórico de la caja de cambios y se analizará la influencia de los parámetros de cálculo en el diseño de la caja de cambios siguiendo la norma ISO 6336. Se pone especial énfasis en la influencia del material utilizado; se observará el módulo y el ancho del diente en el tamaño y peso de la caja de cambios. También se calculan las tensiones críticas. El objetivo es preparar la base teórica para un proceso de optimización sujeto a restricciones geométricas, cinemáticas y dinámicas que darán como resultado una caja de cambios lo más compacta, energéticamente densa y ligera posible sin comprometer la vida útil de los componentes.

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