ES2229508T3 - Conexion de la pala de rotor de una instalacion de energia eolica a un cubo de rotor. - Google Patents
Conexion de la pala de rotor de una instalacion de energia eolica a un cubo de rotor.Info
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Abstract
La invención se refiere a una pala de rotor en una planta de energía eólica, que incluye al menos un hueco dispuesto en el área de la base (6) de la pala de rotor, y que se extiende en forma esencialmente perpendicular al eje longitudinal de dicha pala de rotor (6) para alojar un perno cruzado (16, 18) que puede unirse con un elemento de tracción (20, 22) para permitir la conexión de la pala de rotor (6) con un cubo de rotor (11) en una planta de energía eólica (1). La invención, además, se refiere a un rotor para una planta de energía eólica, que incluye un cubo de rotor (11) y al menos una pala de rotor (6) fijada a dicho cubo (11), además de a una planta de energía eólica. La invención se caracteriza porque el hueco sólo atraviesa parcialmente la pala de rotor.
Description
Conexión de la pala de rotor de una instalación
de energía eólica a un cubo de rotor.
La invención se refiere a un procedimiento según
el preámbulo de la reivindicación 1.
Asimismo, la invención se refiere a un rotor para
una instalación de energía eólica con un cubo de rotor y con al
menos una pala de rotor fijada al cubo de rotor, así como a una
instalación de energía eólica con un rotor de este tipo.
Una pala de rotor y un rotor del tipo mencionado
al principio para una instalación de energía eólica son conocidos.
Se emplean, por ejemplo, en una instalación de energía eólica con
la denominación AEOLUS II, que se desarrolló como instalación
experimental de
Messerschmidt-Bölkow-Blohm (MBB)
("Windkraftanlagen", Erich Hau, 2ª ed., editorial
Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Nueva York,
ISBN 3-540-5743-1,
pág. 203).
Una pala de rotor, tal como se describe en el
preámbulo de la reivindicación 1, se conoce por los documentos
US-A-4,915,590, ó
US-A-4,260,332.
En las instalaciones de energía eólica, la
fijación de las palas de rotor, expuestas a fuerzas considerables,
en el árbol de la instalación de energía eólica, que está acoplado
con el generador, constituye un problema general, ya que, debido a
las fuerzas que actúan sobre el rotor, los componentes empleados
están expuestas a solicitaciones extremas. Por lo tanto, tiene gran
importancia el diseño constructivo de la llamada conexión de la
pala de rotor, es decir, de la fijación de la pala de rotor en el
cubo de rotor.
En una instalación de energía eólica conocida, la
pala de rotor hecha de un material compuesto se une, en la zona de
la llamada raíz de la pala de rotor, es decir en la zona final de
la pala de rotor, que ha de unirse con el cubo de rotor, con una
brida metálica compuesta de una brida anular interior y exterior,
de tal forma que la raíz de la pala de rotor se inserta entre la
brida anular interior y la exterior y se fija encolando y
enroscando. Para realizar la unión roscada, un perno se hace pasar
completamente por un taladro de paso que atraviesa la pala de
rotor, y se enrosca. La brida está enroscada, con su extremo
opuesto a la raíz de la pala de rotor, con el cubo de rotor. Esta
construcción de la conexión de la pala de rotor es relativamente
complicada y difícil a nivel constructivo, ya que la brida metálica
tiene un peso elevado. Resulta especialmente desfavorable que la
pala de rotor se ve debilitada considerablemente por los taladros
de paso destinados al alojamiento de los pernos en la zona de la
raíz de la pala de rotor.
Otra instalación de energía eólica conocida
presenta como conexión de pala de rotor una unión de brida de
acero, en la que la raíz de la pala de rotor está enganchada entre
una brida interior y una brida exterior y las dos bridas están
enroscadas entre sí. La unión de las dos bridas con el cubo de
rotor se realiza a través de un anillo abridado saliente, con la
ayuda de tornillos de dilatación de alta capacidad de carga. En
esta construcción, las bridas metálicas contribuyen
considerablemente, frecuentemente hasta una tercera parte, al peso
total de la pala de rotor. Además, resulta desfavorable el
desarrollo de la fuerza debido a un desplazamiento radial entre la
raíz de la pala de rotor y la brida saliente, puesto que se produce
un efecto de palanca indeseable.
En la instalación experimental AEOLUS II antes
citada se usa una llamada conexión de perno transversal, en la que
llamados pernos transversales están dispuestos en la zona de la
raíz de pala de rotor (es decir, la zona final, situada en el lado
del cubo, de la pala del rotor), en taladros de paso realizados en
la pala de rotor atravesándola completamente. Los pernos
transversales dispuestos dentro de los taladros de paso están
laminados en la pala de rotor y sirven como elementos de anclaje
dentro de la pala de rotor. Los pernos transversales están
realizados respectivamente con un elemento de tracción configurado
como ancla de tracción atornillado con el cubo de rotor. Mediante
el elemento de tracción que se encuentra bajo tracción, la pala de
rotor queda presionada, y por tanto sujeta, contra el cubo. En esta
construcción también resulta especialmente desfavorable que la pala
de rotor queda fuertemente debilitada en la zona de la raíz de la
pala de rotor, por los taladros de paso para el alojamiento de los
pernos transversales. Además, resulta desfavorable el desarrollo de
la fuerza en la zona del cubo de rotor en forma de brida.
La presente invención tiene el objetivo de
proporcionar una pala de rotor que ofrezca una posibilidad de una
fijación segura y fija del cubo con una fabricación sencilla.
Según la presente invención, este objetivo se
consigue con una pala de rotor con las características según la
reivindicación 1 o mediante un rotor con las características según
la reivindicación 11 y con una instalación de energía eólica con
las características según la reivindicación 13. Algunas variantes
ventajosas están descritas en las reivindicaciones subordinadas.
Mediante la configuración según la invención de
una cavidad que atraviesa la pala de rotor no completamente, sino
sólo parcialmente, la pala de rotor queda debilitada mucho menos en
la zona de la raíz de la pala de rotor de lo que es el caso en el
estado de la técnica, donde está previsto un taladro de paso que
atraviesa la pala de rotor completamente para el alojamiento del
perno transversal. Según la invención, se consigue que la pala de
rotor resista mayores solicitaciones, gracias al reducido
debilitamiento del material con un tamaño de construcción
comparable. Por lo tanto, una pala de rotor se fija de forma fiable
en un cubo de una instalación de energía eólica y el tamaño de
construcción de la conexión de la pala de rotor puede mantenerse
relativamente pequeños, de forma que resulta una construcción
relativamente fácil. La conexión según la invención de la pala de
rotor resiste de manera duradera a las solicitaciones extremas a
las que están expuestos la pala de rotor y el cubo de rotor en la
zona de la raíz de la pala de rotor.
Especialmente si se usa un material compuesto de
resina epoxi, reforzado con fibras, como material ligero y al mismo
tiempo robusto para las palas de rotor se puede realizar un anclaje
duradero de los pernos transversales en la raíz de la pala de
rotor. De esta forma, resulta una transmisión favorable de la
fuerza de un perno transversal al material compuesto de resina epoxi
de la pala de rotor.
Una forma de realización especialmente preferible
de la pala de rotor según la invención y del rotor según la
invención se caracteriza porque la cavidad está realizada como
agujero ciego. De esta manera se puede realizar de manera
especialmente fácil desde fuera en la pala de rotor. Otra ventaja
resulta porque los pernos transversales dispuestos en el estado
montado dentro de los agujeros ciegos accesibles desde fuera se
pueden recambiar sin tener que dañar la pala de rotor.
Convenientemente, están previstos varios agujeros
ciegos distanciados para alojar varios pernos transversales en la
pala de rotor, porque de esta forma se puede aumentar
sustancialmente la estabilidad de la unión de la pala de rotor, lo
que es necesario particularmente en el caso de instalaciones de
energía eólica muy grandes. Los agujeros ciegos pueden estar
distanciados de tal forma que el material quede debilitado sólo en
pequeña medida por los agujeros ciegos.
Resulta especialmente preferible una forma de
realización de la invención, según la que la pala de rotor presenta
en la zona de la raíz de la pala de rotor una sección transversal
ensanchada y el agujero ciego o los agujeros ciegos están
dispuestos en la zona de la sección transversal ensanchada. Esta
medida permite también aumentar considerablemente la resistencia de
la unión entre la pala de rotor y el cubo de rotor, ya que, por el
ensanchamiento de la sección transversal en la zona de la raíz de la
pala de rotor, la pala de rotor se expone a tensiones mucho menores
pudiendo someterse a mayores fuerzas. La disposición según la
invención de los agujeros ciegos en la zona de la sección
transversal ensanchada permite una transmisión de fuerza favorable
del perno transversal al material de la pala de rotor, mientras que
en la superficie límite entre el perno transversal y la superficie
interior de la cavidad se produce una presión superficial mucho
menor.
Según una forma de realización especialmente
preferible de la invención, la sección transversal de la pala de
rotor se ensancha por ambos lados en dirección hacia una sección
final, situada en el lado del cubo, de la pala de rotor. De esta
manera se realiza una transmisión de fuerza simétrica del perno
transversal a la resistente pala de rotor. Según una variante de
este ejemplo de realización, la pala de rotor presenta dos
secciones de engrosamiento opuestos, realizados respectivamente en
una sola pieza con la misma, y los agujeros ciegos están dispuestos
al menos parcialmente en la zona de una sección de engrosamiento.
Las secciones de engrosamiento que contribuyen al ensanchamiento de
la sección transversal pueden moldearse fácilmente mediante la
laminación de varias capas de un material compuesto de fibras y de
resina epoxi.
Asimismo, resulta especialmente preferible una
forma de realización, según la que la pala de rotor presenta, en la
zona de la raíz de la pala de rotor, una sección final
sustancialmente tubular, en cuyo interior y exterior están
realizados varios agujeros ciegos. Una sección final tubular puede
fijarse de una manera especialmente homogénea y sencilla al cubo de
rotor y resulta ventajosa especialmente en el caso de instalaciones
de energía eólica muy grandes en los que se produzcan fuerzas
extremas, cuyas palas de rotor se convierten de la sección final
tubular para la fijación en una sección de perfil de ala.
Una variante se caracteriza por varios taladros
unidos con un agujero ciego respectivamente, que se extienden
sustancialmente en la dirección del eje longitudinal de la pala de
rotor, para alojar respectivamente un elemento de tracción que
puede unirse con un perno transversal. De este modo, los elementos
de tracción están dispuestos, de manera ventajosa, parcialmente
dentro de la pala de rotor en los taladros, pudiendo atacar en un
taladro dispuesto centralmente en los pernos transversales y dotado
de una rosca, de forma que los pernos transversales se sometan
simétricamente a la fuerza de tracción, estando dispuestos
sustancialmente sin par dentro de la pala de rotor.
Una transmisión favorable de la fuerza y una alta
estabilidad resulta, si el agujero ciego o los agujeros ciegos
tienen sustancialmente forma cilíndrica presentando una profundidad
que corresponda aproximadamente a una tercera parte de la sección
transversal de la pala de rotor en la zona de la raíz de la pala de
rotor.
Una gran ligereza del material, unida con una
gran estabilidad resulta en el caso de una forma de realización,
según la que la pala de rotor se compone sustancialmente de un
material compuesto de resina epoxi, reforzado con fibras de
vidrio.
Las ventajas antes descritas de una pala de rotor
según la invención resultan de una manera similar en un rotor para
una instalación de energía eólica del tipo indicado al principio,
dotado con una pala de rotor según la invención. Por lo tanto, para
evitar repeticiones, en cuanto a los efectos ventajosos se hace
referencia a las indicaciones anteriores.
Una variante preferible del rotor según la
invención se caracteriza porque el cubo de rotor presenta una
sección abridada, con una sección transversal que tiene
sustancialmente forma de T, para conectar la pala de rotor, y
porque la pala de rotor está enroscada con la sección abridada,
mediante varios elementos de tracción unidos con un perno
transversal, respectivamente, anclado en la pala de rotor. Por la
sección de brida en forma de T, convenientemente simétrica, se
puede realizar una transmisión de fuerza simétrica de la pala de
rotor al cubo, de tal forma que en las dos secciones libres,
situadas sustancialmente en el mismo plano, de la sección de brida
en forma de T, estén realizados los taladros de paso, a través de
los cuales se extienden los elementos de tracción. De manera
conveniente, los diversos elementos de tracción están dispuestos
por pares paralelamente entre sí y, sustancialmente en dos filas
dispuestas de forma concéntrica entre sí. Los elementos de tracción
opuestos por pares pueden estar dispuestos de forma directamente
opuesta o desplazada con respecto a los elementos de tracción de la
otra fila.
Las ventajas según la invención se realizan
también en una instalación de energía eólica equipada con un rotor
y/o una pala de rotor del tipo descrito anteriormente; en cuanto a
las ventajas según la invención, que se consiguen de esta forma, se
remite a las descripciones hechas anteriormente, en contexto con la
pala de rotor y el rotor según la invención.
A continuación, la invención se describirá con la
ayuda de un ejemplo de realización de un rotor de una instalación
de energía eólica, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
Muestran:
la figura 1 una representación esquemática de una
instalación de energía eólica según la invención;
la figura 2 una representación en corte de la
fijación según la invención de una pala de rotor a un cubo de rotor
de una instalación de energía eólica (conexión de la pala de
rotor);
la figura 3 una vista esquemática de una sección
final de la pala de rotor según la invención de la figura 1; y
la figura 4 otra vista esquemática de una sección
final de un ejemplo de realización alternativo de una pala de rotor
según la invención.
La instalación de energía eólica 1 representada
en la figura 1 comprende sustancialmente una torre 3 y una góndola 5
para alojar un generador 7 y un rotor 9 unido directamente con el
mismo. El rotor 9 presenta un cubo 11 de rotor, así como, por
ejemplo, tres palas 2 de rotor, fijados al cubo 11 de rotor. Por
las fuerzas eólicas que actúan sobre la pala 2 de rotor, el cubo 11
de rotor gira para accionar el generador 7.
El generador 7 realizado como generador anular
presenta un estator 13 y un inducido 15. El inducido 15 está
alojado, junto con el cubo 11 de rotor, mediante cojinetes
principales 17, en un perno de soporte 19 unido fijamente con el
soporte 21 de la máquina. El soporte 21 de la máquina está alojado
de forma giratoria, mediante un motor acimutal 23, en la torre 3.
Al soporte 21 de la máquina está fijado además un anemómetro
27.
La figura 2 muestra en una representación en
corte una sección de una pala 2 de rotor de una instalación de
energía eólica 1, en la que se puede tratar, por ejemplo, de una
denominada instalación de energía eólica de eje horizontal.
La pala 2 de rotor representada parcialmente en
la figura 2 está fabricada en construcción ligera de un material
compuesto de resina epoxi, reforzado con fibras, y mediante una
conexión 29 de pala de rotor (figura 1), según la invención, está
unido fijamente con el cubo 11 de rotor, de tal forma que la pala 2
de rotor está enroscada con una sección de brida 4 circunferencial
de sección transversal en forma de T, que a su vez está unida
rígidamente con el cubo 11 de rotor. La sección de la pala 2 de
rotor, representada en la figura 1, está realizada de forma
circunferencial - igual que la sección de brida 4 - y configurada
sustancialmente de forma tubular, y a medida que aumenta la
distancia con el cubo 11 de rotor, se convierte en el perfil de ala
- no representado. Entre la conexión 29 de la pala de rotor y el
cubo 11 de rotor está dispuesto un adaptador 31 de pala. Con la
ayuda del motor de ajuste de pala, una pala 2 de rotor se puede
hacer girar, junto con una conexión 29 de pala y un adaptador 31 de
pala, alrededor de un eje longitudinal de la pala 2 de rotor.
La figura 2 representa el ensanchamiento
bilateral, según la invención, de la sección transversal o el
engrosamiento de la pala 2 de rotor en la zona de la raíz 6 de la
pala de rotor, es decir, en este ejemplo de realización, en la zona
final de la sección sustancialmente tubular de la pala 2 de rotor
que en el estado montado está unido con la sección de brida 4 del
cubo 11 de rotor. En las zonas laterales opuestos de la raíz 6 de
la pala de rotor están moldeadas secciones 8, 10 de engrosamiento
que se ocupan de un ensanchamiento de la sección transversal de la
pala 2 de rotor en dirección hacia la zona final de la pala 2 de
rotor en la zona de la raíz 6 de la pala de rotor. Por la sección
transversal ensanchada, a causa de las secciones de engrosamiento 8,
10 moldeadas a ambos lados de la pala 2 de rotor, allí se consigue
una gran estabilidad. Las secciones de engrosamiento 8, 10 pueden
realizarse, por ejemplo, aplicando capas de resina de epoxi y capas
de fibras adicionales.
En la zona de la raíz 6 de la pala de rotor están
previstas varias cavidades en forma de agujeros ciegos 12, 14, que
atraviesan la pala 2 de rotor no completamente, sino sólo
parcialmente y que tienen una forma cilíndrica, extendiéndose desde
la superficie al interior de la pala 2 de rotor. Los agujeros
ciegos 12 cilíndricos presentan una profundidad que corresponde
aproximadamente a una tercera parte del grosor total (de la sección
transversal) de la pala 2 de rotor en la zona de la raíz 6 de la
pala de rotor.
Dentro de los agujeros ciegos 12, 14 están
dispuestos y laminados unos pernos transversales 16, 18 de metal
como elementos de anclaje dentro de la pala 2 de rotor. Los pernos
transversales 16, 18 presentan respectivamente un taladro de paso
dotado con una rosca interior. Cooperan con elementos de tracción
20, 22 en forma de pernos cilíndricos de metal, de tal forma que
una rosca exterior de los elementos de tracción 20, 22 está
enroscada en la rosca interior de los pernos transversales 16,
18.
Los elementos de tracción 20, 22 se extienden a
través de respectivamente un taladro 24, 26 dispuesto dentro de la
pala 2 de rotor, así como a través de respectivamente un taladro 28,
30 situado dentro de la sección abridada 4. mediante una tuerca
32, 34 enroscada en la rosca exterior de los elementos de tracción
20, 22 y la conexión intermedia de un manguito 36, 38, los elementos
de tracción 20, 22 pueden someterse a grandes fuerzas de tracción
y, por tanto, la pala 2 de rotor se puede apretar firmemente contra
la sección abridada 4 y por tanto contra el cubo 11 de rotor, de
modo que resulte una unión fija entre la pala 2 de rotor y el cubo
11 de rotor.
La figura 3 muestra una vista de la pala 2 de
rotor según un primer ejemplo de realización de la invención,
representado en la figura 2, según el que varios elementos de
tracción 20, 22 (figura 2) están dispuestos a distancia entre sí,
en dos filas concéntricas, respectivamente de forma opuesta por
pares. En la figura 3 se pueden ver los taladros 24, 26 en la pala
2 de rotor, que están dispuestos a lo largo de dos filas
circulares, concéntricas.
La figura 4 muestra un ejemplo de realización
alternativo de la invención, en el que los taladros 26, 24 y, por
tanto, también los elementos 20, 22 y los pernos transversales 16,
18 están dispuestos también en dos filas sustancialmente
concéntricas a lo largo de la raíz 6 tubular de la pala de rotor,
de forma desplazada entre sí en las dos filas.
Claims (13)
1. Pala de rotor para una instalación de energía
eólica, con varias cavidades dispuestas en la zona de la raíz (6) de
la pala de rotor, que se extienden sustancialmente de forma
transversal con respecto al eje longitudinal de la pala (2) de
rotor, para alojar respectivamente un perno transversal (16, 18)
que, para conectar la pala (2) de rotor con un cubo (11) de rotor
de una instalación de energía eólica (1) puede unirse con un
elemento de tracción (20, 22), caracterizada porque cada
cavidad atraviesa la pala (2) de rotor sólo parcialmente y está
configurada como agujero ciego (12, 14).
2. Pala de rotor según la reivindicación 1,
caracterizada porque la pala (2) de rotor presenta en la
zona de la raíz (6) de la pala de rotor una sección transversal
ensanchada y el agujero ciego (12, 14) o los agujeros ciegos (12,
14) están dispuestos en la zona de la sección transversal
ensanchada.
3. Pala de rotor según la reivindicación 2,
caracterizada porque la sección transversal de la pala (2) de
rotor se ensancha a ambos lados en dirección hacia una sección
final, situada en el lado del cubo, de la pala (2) de rotor.
4. Pala de rotor según la reivindicación 3,
caracterizada porque la pala (2) de rotor presenta dos
secciones de engrosamiento (8, 10) opuestas, realizadas en una
pieza con la misma, y los agujeros ciegos (12, 14) están dispuestos
al menos parcialmente en la zona de una sección de engrosamiento
(8, 10).
5. Pala de rotor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pala
(2) de rotor presenta en la zona de la raíz (6) de la pala de rotor
una sección final sustancialmente tubular, en cuyo interior y
exterior están realizados varios agujeros ciegos (12, 14).
6. Pala de rotor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por varios
taladros (24, 26) unidos con un agujero ciego (12, 14)
respectivamente, que se extienden sustancialmente en la dirección
del eje longitudinal de la pala (2) de rotor, para alojar
respectivamente un elemento de tracción (20, 22) que puede unirse
con un perno transversal (16, 18).
7. Pala de rotor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el agujero
ciego (12, 14) o los agujeros ciegos (12, 14) tienen
sustancialmente forma cilíndrica presentando una profundidad que
corresponde aproximadamente a una tercera parte de la sección
transversal de la pala (2) de rotor en la zona de la raíz (6) de la
pala de rotor.
8. Pala de rotor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se compone
sustancialmente de un material compuesto de resina epoxi, reforzado
con fibras de vidrio.
9. Rotor para una instalación de energía eólica,
con un cubo (11) de rotor y con al menos una pala (2) de rotor,
fijada al cubo (11) de rotor, caracterizado porque al menos
una pala (2) de rotor está realizada según una de las
reivindicaciones anteriores.
10. Rotor según la reivindicación 9,
caracterizado porque el cubo (11) de rotor presenta una
sección de brida (4), cuya sección transversal tiene
sustancialmente forma de T, para conectar la pala (2) de rotor, y la
pala (2) de rotor está enroscada con la sección de brida (4),
mediante varios elementos de tracción (20, 22) que están unidos
respectivamente con un perno transversal (16, 18) anclado en la
pala (2) de rotor.
11. Rotor según la reivindicación 10,
caracterizado porque los diversos elementos de tracción (20,
22) están dispuestos por pares, paralelamente entre sí, y en dos
filas dispuestas sustancialmente de forma concéntrica entre sí.
12. Rotor según la reivindicación 11,
caracterizado porque los elementos de tracción (20, 22) de
una fila están dispuestos de forma desplazada con respecto a los
elementos de tracción (20, 22) de la otra fila.
13. Instalación de energía eólica,
caracterizada por una pala (6) de rotor según una de las
reivindicaciones anteriores y/o caracterizada por un rotor
(9) según una de las reivindicaciones anteriores.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19733372A DE19733372C1 (de) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | Rotorblatt und Rotor einer Windenergieanlage |
| DE19733372 | 1997-08-01 |
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