ES2258198T3 - Fijacion de palas de rotor a un cubo de una instalacion de energia eolica. - Google Patents
Fijacion de palas de rotor a un cubo de una instalacion de energia eolica.Info
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Abstract
Pala de rotor de una instalación de energía eólica con, al menos, una escotadura dispuesta en la zona de la raíz de pala de rotor (6), que se extiende básicamente de forma transversal al eje longitudinal de la pala de rotor (2) para el alojamiento de un bulón transversal (16, 18), que puede unirse para conectar la pala de rotor a un cubo de rotor (11) de una instalación de energía eólica con un elemento de tracción (20, 22), en el que la raíz de pala de rotor (6) presenta una pluralidad de escotaduras para el alojamiento de bulones transversales (16, 18), caracterizada porque los bulones transversales (16, 18) se encuentran en, básicamente, dos órbitas concéntricas a lo largo de la raíz de pala de rotor (6).
Description
Fijación de palas de rotor a un cubo de una
instalación de energía eólica.
La presente invención se refiere a una pala de
rotor para una instalación de energía eólica con, al menos, una
escotadura dispuesta en la zona de la raíz de pala de rotor que se
extiende básicamente de forma transversal al eje longitudinal de la
pala de rotor para el alojamiento de un bulón transversal, que puede
unirse para conectar la pala de rotor a un cubo de rotor de una
instalación de energía eólica con un elemento de tracción.
La invención se refiere además a un rotor para
una instalación de energía eólica con un cubo de rotor y, al menos,
una pala de rotor fijada al cubo de rotor, así como 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 utilizan, por ejemplo, en una instalación de energía eólica con
la denominación AEOLUS II, que fue desarrollada por
Messerschmidt-Bölkow-Blohm (MBB)
como instalación piloto ("Windkraftanlagen", Erich Hau, 2ª
edición, editorial Springer, Berlín, Heidelberg, Nueva York, ISBN
3-540-5743-1, página
203).
En instalaciones de energía eólica, la fijación
de las palas de rotor sometidas a fuerzas considerables al árbol de
la instalación de energía eólica, que está acoplada con el
generador, es un problema general, ya que debido a las fuerzas que
actúan sobre el rotor, las piezas de montaje usadas están sometidas
a esfuerzos extremos. La configuración constructiva de la llamada
conexión de pala de rotor, es decir, la fijación de la pala de rotor
al cubo de rotor adquiere una gran importancia.
En el caso de una instalación de energía eólica
conocida, la pala de rotor que se compone de un material compuesto
en la zona de la llamada raíz de pala de rotor, es decir, en la zona
final de la pala de rotor que se une con el cubo de rotor, se fija
con una pestaña metálica que se compone de una pestaña anular
interior y exterior, introduciéndose la raíz de pala de rotor entre
la pestaña anular interior y exterior y fijándose mediante pegado y
atornillado. Para la producción de la unión roscada, un bulón se
introduce y atornilla en la pala de rotor a través de un taladro de
paso que atraviesa completamente la pala de rotor. La pestaña está
atornillada al cubo de rotor con su extremo opuesto a la raíz de
pala de rotor. Esta construcción de la conexión de pala de rotor es
proporcionalmente complicada y difícil en el aspecto constructivo,
puesto que la pestaña metálica presenta un gran peso. Resulta
especialmente desventajoso que la pala de rotor se debilita
considerablemente por los taladros de paso para el alojamiento de
los bulones en la zona de la raíz de pala de rotor.
Otra instalación de energía eólica conocida
presenta como conexión de pala de rotor una unión de pestaña de
acero, en la que la raíz de pala de rotor está sujeta entre una
pestaña interior y exterior, y ambas pestañas están atornilladas
entre sí. La unión de ambas pestañas con el cubo de rotor tiene
lugar mediante un anillo de pestaña que se distancia con la ayuda
de tornillos de dilatación altamente resistentes. En el caso de esta
construcción, las pestañas contribuyen considerablemente, a menudo
hasta un tercio, al peso total de la pala de rotor. Además, el curso
de fuerza debido a un desplazamiento radial entre la raíz de pala de
rotor y la pestaña que se distancia es desfavorable, puesto supone
un efecto de palanca no deseado.
En la instalación de prueba mencionada
anteriormente AEOLUS II se usa una llamada conexión de bulones
transversales, en la que los llamados bulones transversales están
dispuestos en la zona de la raíz de pala de rotor (es decir, la zona
final del lado del cubo de la pala de rotor) en taladros de paso,
que están configurados en la pala de rotor y la atraviesan
completamente. Los bulones 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 bulones
transversales están unidos, respectivamente, con un elemento de
tracción, que está configurado como ancla de tracción en forma de
bulón, que está atornillado con el cubo de rotor. Mediante el
elemento de tracción que se encuentra bajo tracción, la pala de
rotor se presiona en el cubo y, de este modo, se sujeta. En esta
construcción, resulta igualmente desventajoso que la pala de rotor
se debilita fuertemente en la zona de la raíz de pala de rotor por
los taladros de paso para el alojamiento de los bulones
transversales. Además, el curso de fuerza en la zona del cubo de
rueda de tipo pestaña es desfavorable.
El objetivo de la presente invención se basa en
indicar un rotor, una pala de rotor y una instalación de energía
eólica, en las que las desventajas del estado de la técnica se
eviten ampliamente y presenten una unión entre la pala de rotor y el
cubo de rotor que pueda producirse de forma sencilla, segura y que
resista esfuerzos extremos.
Este objetivo se alcanza según la invención con
una pala de rotor y un rotor del tipo mencionado anteriormente, de
forma que la escotadura atraviesa la pala de rotor sólo
parcialmente.
Mediante la configuración según la invención de
una escotadura que no atraviesa completamente la pala de rotor sino
sólo parcialmente, la pala de rotor se debilita considerablemente
menos en la zona de la raíz de pala de rotor que en el caso del
estado de la técnica, donde se prevé un taladro de paso que
atraviesa completamente la pala de rotor para el alojamiento del
bulón transversal. Según la invención, se consigue que la pala de
rotor, debido al menor debilitamiento del material en una dimensión
de montaje comparable, soporte mayores esfuerzos. De este modo, una
pala de rotor se fija de forma más segura a un cubo de una
instalación de energía eólica, y la dimensión de construcción de la
conexión de pala de rotor puede mantenerse relativamente pequeña, de
forma que puede construirse de manera comparativamente fácil. La
conexión de pala de rotor según la invención soporta de forma
duradera los esfuerzos extremos a los que están sometidos la pala de
rotor y el cubo de rotor en la zona de la raíz de pala de rotor.
Especialmente en el caso de usar material
compuesto de resina epoxi reforzado con fibra como material más
ligero y, al mismo tiempo, más robusto para las palas de rotor puede
realizarse un anclaje duradero de los bulones transversales en la
raíz de pala de rotor. Así mismo, se obtiene una introducción de
fuerzas favorable por un bulón transversal en el material compuesto
de resina epoxi de la pala de rotor.
Una forma de realización especialmente preferente
de la pala de rotor según la invención y del rotor se caracteriza
porque la escotadura está configurada como agujero ciego. De este
modo, puede configurarse de forma especialmente sencilla en la pala
de rotor. Otra ventaja se desprende que en estado montado los
bulones transversales dispuestos dentro agujeros ciegos accesibles
desde fuera pueden reemplazarse en caso de necesidad sin tener que
dañar la pala de rotor.
De forma conveniente, se prevén diversos agujeros
ciegos distanciados para el alojamiento de diversos bulones
transversales, puesto que de este modo se incrementa esencialmente
la resistencia de la conexión de pala de rotor, lo que es necesario
especialmente en el caso de instalaciones de energía eólica muy
grandes. Los agujeros ciegos pueden estar distanciados de forma que
el material sólo se debilita ligeramente por los agujeros
ciegos.
Una forma de realización especialmente preferente
de la invención es que la pala de rotor en la zona de la raíz de
pala de rotor presenta una sección transversal ampliada y el agujero
ciego o los agujeros ciegos esté/estén dispuesto/s en la zona de la
sección transversal ampliada. También, a través de esta medida puede
incrementarse esencialmente la capacidad de carga de la unión entre
la pala de rotor y el cubo de rotor, puesto que la pala de rotor
mediante la ampliación de sección transversal está sometida sólo a
ligeras tensiones en la zona de la raíz de pala de rotor y, de este
modo, puede solicitarse con mayores fuerzas. Mediante la disposición
según la invención de los agujeros ciegos en la zona de la sección
ampliada es posible una introducción de fuerza favorable por el
bulón transversal en el material de la pala de rotor, mientras
aparece una presión de superficie esencialmente menor en la
superficie limítrofe entre el bulón transversal y la superficie
interior de la escota-
dura.
dura.
Según una forma de realización especialmente
preferente de la invención, la sección transversal de la pala de
rotor se amplía a ambos lados en dirección a una sección final del
lado del cubo de la pala de rotor. De este modo, se obtiene una
introducción de fuerza simétrica por los bulones transversales en la
robusta pala de rotor. Según una variante de este ejemplo de
realización, la pala de rotor presenta dos secciones de
engrosamiento opuestas configuradas de una sola pieza con la pala, y
los agujeros ciegos están dispuestos, al menos, parcialmente, en la
zona de una sección de engrosamiento. Las secciones de engrosamiento
que contribuyen a la ampliación de sección transversal pueden
formarse de forma sencilla mediante el laminado de diversas capas de
material compuesto de fibra y resina epoxi.
Especialmente preferente es, además, una forma de
realización, en la que la pala de rotor en la zona de la raíz de
pala de rotor presenta una sección final básicamente de forma
tubular, en la que dentro y fuera están dispuestos diversos agujeros
ciegos. Una sección final de forma tubular puede fijarse de forma
especialmente regular y sencilla en el cubo de rotor y es
especialmente ventajosa en el caso de instalaciones de energía
eólica muy grandes, en las que aparecen fuerzas extremas, cuyas
palas de rotor pasan de la sección final de forma tubular para la
fijación a una sección de perfil de aleta.
Una variante se caracteriza por diversos taladros
unidos cada uno con un agujero ciego que se extienden básicamente en
el sentido del eje longitudinal de la pala de rotor para el
alojamiento cada uno de un elemento de tracción que puede unirse con
un bulón transversal. De este modo, los elementos de tracción están
dispuestos de forma ventajosa parcialmente dentro de la pala de
rotor en los taladros y pueden sujetarse en un taladro dispuesto de
forma central en los bulones transversales provistos de una rosca,
de forma que los bulones transversales se solicitan con la fuerza de
tracción y están dispuestos básicamente sin par dentro de la pala de
rotor.
Una introducción de fuerza favorable y una
elevada resistencia se obtiene cuando el agujero ciego o los
agujeros ciegos son básicamente de forma cilíndrica y presentan una
profundidad, que corresponde aprox. a un tercio de la sección de la
pala de rotor en la zona de la raíz de pala de rotor.
Una gran ligereza de material unida a una gran
resistencia se obtiene en una forma de realización, en la que la
pala de rotor se compone, básicamente, de un material compuesto de
resina epoxi reforzado con fibra de vidrio.
Las ventajas mencionadas anteriormente de una
pala de rotor según la invención se obtienen de forma similar en un
rotor para una instalación de energía eólica del tipo mencionado al
principio, que está dotado de una pala de rotor según la invención.
Para evitar reiteraciones se hace referencia a las realizaciones
precedentes respecto a los efectos ventajosos.
Una variante preferente del rotor según la
invención se caracteriza porque el cubo de rotor presenta una
sección de pestaña circundante básicamente en forma de T para unir
la pala de rotor y la pala de rotor está atornillada con la sección
de pestaña mediante diversos elementos de tracción, que están unidos
con bulones transversales anclados en la pala de rotor. Mediante
esta sección de pestaña en forma de T convenientemente simétrica
puede realizarse una introducción de fuerza simétrica desde una pala
de rotor al cubo, estando configurados los taladros de paso en ambas
secciones libres de la sección de pestaña en forma de T que se
encuentran básicamente en un plano, a través de los que pasan los
elementos de tracción. Convenientemente, diversos elementos de
tracción están dispuestos por parejas de forma paralela entre sí y,
básicamente, en dos filas dispuestas de forma concéntrica. Así
mismo, los elementos de tracción opuestos por parejas están
dispuestos de forma opuesta directamente o desplazada respecto a
los elementos de tracción de la otra fila.
Las ventajas según la invención se realizan
también en una instalación de energía eólica, que esté dotada de un
rotor y/o una pala de rotor del tipo mencionado anteriormente;
respecto a las ventajas que pueden alcanzarse según la invención se
hace referencia a las realizaciones precedentes en el contexto de la
pala de rotor y el rotor según la invención.
La invención se describe en detalle a
continuación mediante un ejemplo de realización de un rotor de una
instalación de energía eólica en referencia a los dibujos adjuntos.
Se muestran:
Fig. 1 una representación esquemática de una
instalación de energía eólica según la invención;
Fig. 2 una representación en sección
transversal de una fijación según la invención de una pala de rotor
a un cubo de rotor de una instalación de energía eólica (conexión de
pala de rotor);
Fig.3 una vista esquemática de una sección
final de la pala de rotor según la invención de la fig. 1 y
Fig. 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 fig. 1 comprende básicamente una torre 3 y una cabina 5 fijada
a ésta para el alojamiento de un generador 7 y de un rotor 9 unido
directamente a éste. El rotor 9 presenta un cubo de rotor 11 y, por
ejemplo, tres palas de rotor 2 fijadas al cubo de rotor 11. A través
de las fuerzas eólicas que actúan sobre la pala de rotor 2 se
desplaza el rotor 11 en giro para accionar el generador 7.
El generador 7 configurado como generador anular
presenta un estator 13 y un rotor inducido 15. El rotor inducido 15
está alojado junto con el cubo de rotor 11 mediante cojinetes
principales 17 en un gorrón 19, que está unido firmemente con un
soporte de máquina 21. El soporte de máquina 21 está alojado en la
torre de forma giratoria mediante un motor acimutal 23. En el
soporte de máquina 21 está fijado además un anemómetro 27.
La fig. 2 muestra una representación en sección
transversal de una sección de una pala de rotor 2 de una instalación
de energía eólica 1, pudiendo tratarse, por ejemplo, de una llamada
instalación de energía eólica de eje horizontal.
La pala de rotor 2 representada parcialmente en
la fig. 2 está fabricada en construcción ligera a partir de material
compuesto de resina epoxi reforzado con fibra de vidrio y unido
firmemente mediante una conexión de pala de rotor 29 (fig. 1) según
la invención con una sección de pestaña 4 circundante en forma de T
en sección transversal, que está unida por su parte firmemente con
el cubo de rotor 11. La sección representada en la fig. 1 de la
pala de rotor 2 - al igual que la sección de pestaña 4 - está
configurada de forma circundante y básicamente de forma tubular y
pasa con distancia creciente desde el cubo de rotor 11 al perfil de
aleta - no representado. Entre la conexión de pala de rotor 29 y el
cubo de rotor 11 está dispuesto un adaptador de pala 31. Con la
ayuda de un motor de ajuste de pala puede girar una pala de rotor 2
junto con una conexión de pala 29 y un adaptador de pala 31
alrededor de un eje longitudinal de la pala de rotor 2.
La fig. 2 muestra la ampliación bilateral según
la invención de la sección o engrosamiento de la pala de rotor 2 en
la zona de la raíz de pala de rotor 6, es decir, en el ejemplo de
realización, la zona final de la sección básicamente de forma
tubular de la pala de rotor 2, que en estado montado está unida con
la sección de pestaña 4 del cubo de rotor 11. En las zonas
laterales opuestas de la raíz de pala de rotor 6 están formadas
secciones de engrosamiento 8, 10, que se encargan de una ampliación
de la sección transversal de la pala de rotor 2 en dirección a la
zona final de la pala de rotor 2 en la zona de la raíz de pala de
rotor 6. Mediante la sección transversal ampliada debido a las
secciones de engrosamiento 8, 10 formadas a ambos lados de la pala
de rotor 2, se consigue una gran resistencia. Las secciones de
engrosamiento 8, 10 pueden fabricarse, por ejemplo, mediante la
aplicación de resina epoxi y capas de fibra.
En la zona de la raíz de pala de rotor 6 se
prevén diversas escotaduras que atraviesan la pala de rotor 2 no
completamente sino parcialmente en forma de agujeros ciegos 12, 14,
que tienen una forma cilíndrica y se extienden desde la superficie
hacia el interior de la pala de rotor 2. Los agujeros ciegos 12
cilíndricos presentan una profundidad que corresponde aprox. a un
tercio del grosor (en sección transversal) total de la pala de rotor
2 en la zona de la raíz de pala de rotor 6.
Dentro de los agujeros ciegos 12, 14 están
dispuestos y laminados bulones transversales 16, 18 de metal como
elementos de anclaje dentro de la pala de rotor 2. Los bulones
transversales 16, 18 presentan un taladro de paso provisto de una
rosca interior. Actúan conjuntamente con elementos de tracción 20,
22 en forma de bulones cilíndricos de metal, estando atornillada
una rosca exterior de los elementos de tracción 20, 22 en la rosca
interior de los bulones transversales 16, 18.
Los elementos de tracción 20, 22 se extienden a
través de un taladro 24, 26 dispuesto dentro de la pala de rotor 2,
así como un taladro 28, 30 dentro de la sección de pestaña 4.
Mediante una tuerca 32, 34 atornillada en la rosca exterior de los
elementos de tracción 20, 22 y la intercalación de un manguito 36,
38, los elementos de tracción 20 22 pueden solicitarse con grandes
fuerzas de tracción y, de este modo, la pala de rotor 2 puede
fijarse firmemente a la sección de pestaña 4 y, con ello, al cubo de
rotor 11, de forma que se produce una unión firme entre la pala de
rotor 2 y el cubo de rotor 11.
La fig. 3 muestra una vista de la pala de rotor 2
según un primer ejemplo de realización de la invención representado
en la fig. 2, en el que diversos elementos de tracción 20, 22 (fig.
2) están dispuestos distanciados entre sí opuestos por parejas en
dos filas concéntricas. En la fig. 3 se identifican los taladros 24,
26 en la pala de rotor 2, que están dispuestos a lo largo de dos
filas concéntricas de forma circular.
La fig. 4 muestra un ejemplo de realización
alternativo de la invención, en el que los taladros 26, 24 y, con
ello también, los elementos de tracción 20, 22 y los bulones
transversales 16, 18 están dispuestos igualmente desplazados entre
sí en dos filas básicamente concéntricas a lo largo de la raíz de
pala de rotor 6 de forma tubular en ambas filas.
Claims (14)
1. Pala de rotor de una instalación de energía
eólica con, al menos, una escotadura dispuesta en la zona de la raíz
de pala de rotor (6), que se extiende básicamente de forma
transversal al eje longitudinal de la pala de rotor (2) para el
alojamiento de un bulón transversal (16, 18), que puede unirse para
conectar la pala de rotor a un cubo de rotor (11) de una instalación
de energía eólica con un elemento de tracción (20, 22), en el que
la raíz de pala de rotor (6) presenta una pluralidad de escotaduras
para el alojamiento de bulones transversales (16, 18),
caracterizada porque los bulones transversales (16, 18) se
encuentran en, básicamente, dos órbitas concéntricas a lo largo de
la raíz de pala de rotor (6).
2. Pala de rotor de una instalación de energía
eólica con, al menos, una escotadura dispuesta en la zona de la raíz
de pala de rotor (6), que se extiende básicamente de forma
transversal al eje longitudinal de la pala de rotor (2) para el
alojamiento de un bulón transversal (16, 18), que puede unirse para
conectar la pala de rotor (2) a un cubo de rotor (11) de una
instalación de energía eólica con un elemento de tracción, en el que
la raíz de pala de rotor (6) presenta una pluralidad de escotaduras
para el alojamiento de bulones transversales (16, 18),
caracterizada porque estas escotaduras para el alojamiento de
los bulones transversales están configuradas como agujeros ciegos
(12, 14) y se encuentran en, básicamente, dos órbitas concéntricas a
lo largo de la raíz de pala de rotor (6).
3. Pala de rotor según la reivindicación 1,
caracterizada porque la pala de rotor (2) presenta una
sección transversal ampliada en la zona de la raíz de pala de rotor
(6) y la pluralidad de escotaduras para el alojamiento de bulones
transversales está dispuesta en la zona de la sección transversal
ampliada.
4. Pala de rotor según la reivindicación 2,
caracterizada porque la pala de rotor (2) presenta una
sección transversal ampliada en la zona de la raíz de pala de rotor
(6) y porque el agujero (12, 14) o los agujeros (12, 14) está/n
dispuesto/s en la zona de la sección transversal ampliada.
5. Pala de rotor según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizada porque la sección transversal de la pala de
rotor (2) se amplía a ambos lados en dirección a una sección final
del lado del cubo de la pala de rotor (2).
6. Pala de rotor según la reivindicación 5,
caracterizada porque la pala de rotor (2) presenta secciones
de engrosamiento (8, 10) opuestas configuradas de una sola pieza con
ésta y los agujeros (12, 14) están dispuestos, al menos,
parcialmente en la zona de una sección de engrosamiento (8, 10).
7. Pala de rotor según una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque la pala de rotor
(2) en la zona de la raíz de pala de rotor (6) presenta una sección
final de forma básicamente tubular, en la que están configurados
dentro y fuera diversos agujeros ciegos (12, 14).
8. Pala de rotor según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por diversos
taladros (24, 26) unidos cada uno con un agujero (12, 14), que se
extienden básicamente en el sentido del eje longitudinal de la pala
de rotor (2) para el alojamiento de un elemento de tracción (20, 22)
que puede unirse con un bulón transversal (16, 18).
9. Pala de rotor según una o diversas de las
reivindicaciones 2 a 8, caracterizada porque el agujero ciego
(12, 14) o los agujeros ciegos (12, 14) son básicamente de forma
cilíndrica y presentan una profundidad que corresponde, aprox. a un
tercio de la sección de la pala de rotor (2) en la zona de la raíz
de pala de rotor (5).
10. Pala de rotor según, al menos, una de las
reivindicaciones precedentes caracterizada porque se compone,
básicamente, de un material compuesto de resina epoxi reforzado con
fibra de vidrio.
11. Rotor para una instalación de energía
eólica, con un cubo de rotor (11) y, al menos, una pala de rotor (2)
fijada al cubo de rotor (11) caracterizado porque, al menos,
una pala de rotor (2) está configurada según una de las
reivindicaciones precedentes.
12. Rotor según la reivindicación 11,
caracterizado porque el cubo de rotor (11) presenta una
sección de pestaña (4) circundante básicamente en forma de T en
sección transversal para conectar la pala del rotor (2) y porque la
pala de rotor (2) está atornillada a la sección de pestaña (4)
mediante diversos elementos de tracción (20, 22) que están unidos
cada uno a un bulón transversal (16, 18) anclado en la pala de rotor
(2).
13. Rotor según la reivindicación 12,
caracterizado porque diversos elementos de tracción (20, 22)
están dispuestos por parejas de forma paralela entre sí y en dos
filas dispuestas, básicamente, de forma concéntrica entre sí.
14. Rotor según la reivindicación 13,
caracterizado porque los elementos de tracción (20, 22), de
una fila están dispuestos desplazados respecto a los elementos de
tracción (20, 22) de la otra fila.
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