ES2333929A1 - Removable protection of the attack edge in a winder winger. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Protección desmontable del borde de ataque en una pala de aerogenerador.Detachable leading edge protection on A wind turbine blade.
La presente invención está relacionada con la realización constructiva de los aerogeneradores y más particularmente de las palas de los mismos, proponiendo una protección desmontable para el borde de ataque de dichas palas, con la cual se consiguen unas condiciones ventajosas de funcionalidad y montaje en relación con la pala de aplicación.The present invention is related to the constructive realization of wind turbines and more particularly of the blades thereof, proposing a detachable protection for the leading edge of said blades, with which achieve advantageous conditions of functionality and assembly in relation to the application blade.
Las palas de aerogenerador de gran tamaño constan generalmente de una estructura externa formada por dos semicáscaras que se unen con adhesivo en las partes que corresponden al borde de ataque y al borde de salida del perfil de la pala. Dichas semicáscaras son generalmente de fibra de vidrio o fibra de carbono, con un recubrimiento de pintura que tiene la función de proteger a la superficie externa frente a las condiciones ambientales (luz UV, humedad, partículas abrasivas, et.).The large wind turbine blades they generally consist of an external structure formed by two semi-shells that bond with adhesive on the parts that correspond to the leading edge and the trailing edge of the profile of the shovel. Said half shells are generally made of fiberglass or carbon fiber, with a paint coating that has the function to protect the external surface against environmental conditions (UV light, humidity, abrasive particles, et.).
Los recubrimientos que se suelen utilizar en la superficie exterior de las palas son de base poliéster, epoxi o poliuretano, mezclados con aditivos para aumentar la resistencia a la intemperie.The coatings that are usually used in the outer surface of the blades are polyester, epoxy or base polyurethane, mixed with additives to increase resistance to The weather.
En las palas de los aerogeneradores se suele producir, sin embargo, una erosión del recubrimiento, sobre todo en el último tercio de la longitud de la pala en la zona correspondiente al borde de ataque, dependiendo dicha erosión del tipo de emplazamiento, y suele estar asociada a diversos factores, como meteorización de partículas, humedad y temperatura atmosféricas, defectos de fabricación del borde de ataque, falta de espesor del recubrimiento o falta de adherencia del mismo.In the blades of wind turbines usually produce, however, an erosion of the coating, especially in the last third of the length of the shovel in the area corresponding to the leading edge, said erosion depending on the type of location, and is usually associated with various factors, as particle weathering, humidity and temperature atmospheric, manufacturing defects of the leading edge, lack of coating thickness or lack of adhesion thereof.
Dicha erosión del borde de ataque de las palas puede llegar a afectar a la línea de pegado de las semicáscaras o dañar el laminado de la estructura de las mismas, y como consecuencia puede provocar pérdidas de energía y ocasionar ruido, debido a la alteración de la forma aerodinámica del perfil de la pala.Said erosion of the leading edge of the blades it can affect the glue line of the half shells or damage the laminate of their structure, and how consequence can cause energy losses and cause noise, due to the alteration of the aerodynamic shape of the profile of the shovel.
Un vez que se produce una erosión de ese tipo, la reparación suele ser complicada y costosa, ya que es necesario sanear bien el recubrimiento dañado, lijar y desengrasar la superficie, reparar el laminado y/o la línea de pegado si procede, aplicar masilla de relleno, perfilar la superficie intentando conseguir la forma original y aplicar la pintura final.Once such erosion occurs, Repair is usually complicated and expensive, as it is necessary clean the damaged coating well, sand and degrease the surface, repair the laminate and / or glue line if applicable, apply filler, profile the surface trying Get the original shape and apply the final paint.
Al tener que realizar la reparación en campo, es además muy difícil conseguir preservar totalmente el perfil aerodinámico de la pala y por lo tanto pueden resultar pérdidas de energía en el funcionamiento. Mientras que, por otra parte, para asegurar una buena adhesión y curado del recubrimiento, se debe realizar la reparación en unas condiciones ambientales específicas (temperatura, humedad, limpieza) y por personal cualificado.Having to perform the repair in the field, it is also very difficult to fully preserve the profile aerodynamic of the blade and therefore may result in losses of energy in operation. While, on the other hand, for ensure good adhesion and cure of the coating, it should be perform repair under specific environmental conditions (temperature, humidity, cleaning) and by qualified personnel.
Una solución empleada para aumentar la resistencia a la erosión, con el fin de reducir las reparaciones necesarias y sus inconvenientes, es aumentar el espesor del recubrimiento, con lo cual se protege mejor la estructura del laminado interno, pero ello no ofrece seguridad contra el desprendimiento de partes del recubrimiento.A solution used to increase the erosion resistance, in order to reduce repairs necessary and its drawbacks, is to increase the thickness of the coating, which protects the structure of the internal laminate, but this does not offer security against detachment of parts of the coating.
También se suele disponer una película, cinta o cubierta protectora, de un material resistente, en la zona del borde de ataque del perfil de las palas, fijándose dicha cubierta, en algunos casos, directamente sobre la superficie del perfil de la pala, lo cual ocasiona una alteración de la forma del perfil, mientras que en otros casos se realiza un rebaje para alojar la cubierta, con lo cual se preserva la forma del perfil.A movie, tape or protective cover, of a resistant material, in the area of leading edge of the profile of the blades, said cover being fixed, in some cases, directly on the surface of the profile of the shovel, which causes an alteration of the shape of the profile, while in other cases a recess is made to house the cover, which preserves the shape of the profile.
En cualquiera de los casos, dado que aún no se ha encontrado un material suficientemente resistente, la cubierta protectora actúa como material de sacrificio, siendo necesario repararla o reemplazarla periódicamente, lo cual resulta complicado y costoso, debido a la fijación por pegado de la mencionada cubierta.In either case, since it is not yet has found a sufficiently resistant material, the cover protective acts as a sacrificial material, being necessary repair or replace it periodically, which is complicated and expensive, due to the bonding of the aforementioned cover.
Otro problema que presentan los recubrimientos
de protección actuales, es que debido a la rugosidad y adherencia
de su material, los insectos, el polvo y otros tipos de partículas,
se adhieren fácilmente a la superficie, lo cual provoca a su vez
una alteración de la forma del perfil, pudiendo provocar pérdidas
de energía y ruido, y para evitarlo son necesarias limpiezas
periódicas. En lugares de clima frío se puede producir igualmente
la acumulación de hielo en el borde de ataque, y para evitarlo
suele ser necesario disponer un sistema de calentamiento en la
estructura de la
pala.Another problem presented by current protective coatings is that due to the roughness and adhesion of its material, insects, dust and other types of particles easily adhere to the surface, which in turn causes an alteration of the shape of the profile, which can cause loss of energy and noise, and to avoid it, periodic cleaning is necessary. In cold weather, ice accumulation can also occur on the leading edge, and to avoid it, it is usually necessary to provide a heating system in the structure of the
shovel.
De acuerdo con la invención se propone una protección del borde de ataque de las palas de aerogenerador, prevista según una realización que resulta ventajosa para preservar las características aerodinámicas de la pala de aplicación, y con posibilidad de un fácil montaje y desmontaje para el mantenimiento de reparación o sustitución de la propia protección.According to the invention, a leading edge protection of wind turbine blades, provided according to an embodiment that is advantageous to preserve the aerodynamic characteristics of the application blade, and with possibility of easy assembly and disassembly for maintenance of repair or replacement of the protection itself.
Esta protección objeto de la invención consiste en una cubierta flexible de material polimérico, la cual se fija en el montaje de aplicación mediante un sistema de enclavamiento mecánico o magnético, disponiéndose de un modo continuo o por tramos a lo largo del borde de ataque de la pala de aplicación.This protection object of the invention consists of in a flexible cover of polymeric material, which is fixed in the application assembly by means of an interlocking system mechanical or magnetic, available continuously or by sections along the leading edge of the application blade.
Se obtiene así una cubierta, para la protección preconizada, que puede ser fabricada en tramos de menor longitud que la envergadura de las palas de aplicación, lo que añadido a la naturaleza flexible de dicha cubierta, permite un fácil transporte de la misma hasta el lugar de montaje, y la posibilidad de reparación de las palas sin necesidad de desmontar éstas.A cover is thus obtained, for protection recommended, which can be manufactured in sections of shorter length that the wingspan of the application blades, which added to the flexible nature of said cover, allows easy transport from it to the place of assembly, and the possibility of blade repair without removing them.
La forma de fijación de la mencionada cubierta, sobre las palas de aplicación, mediante anclaje mecánico o magnético, permite a su vez un fácil montaje y desmontaje de los tramos componentes de la protección, posibilitando la reparación de las zonas de interés de una manera rápida y sin necesidad de personal cualificado ni tratamientos posteriores, sirviendo además los propios elementos de la fijación como guías para el correcto posicionamiento de la cubierta en el montaje de aplicación.The way of fixing said cover, on the application blades, by mechanical anchoring or magnetic, in turn allows easy assembly and disassembly of protection component sections, enabling the repair of the areas of interest quickly and without the need to qualified personnel or subsequent treatments, also serving the fixing elements themselves as guides for the correct cover positioning in the application assembly.
Con la protección preconizada se obtienen por lo tanto ventajas en la realización constructiva y funcional de las palas de aplicación, como por ejemplo:With the recommended protection they are obtained by both advantages in the constructive and functional realization of application blades, such as:
- El material de la cubierta de protección, por ejemplo un polímero PUR-F (poliuretano fluorizado), posee propiedades anti-erosión, ya que es capaz de absorber la energía de pequeños impactos, resultando además deslizante para pequeñas partículas, lo que le confiere también cualidad anti-suciedad.- The material of the protective cover, by example a PUR-F polymer (fluorinated polyurethane), It has anti-erosion properties, since it is capable of absorb energy from small impacts, also resulting slider for small particles, which also gives anti-dirt quality.
- El material polímero de formación de la cubierta de protección es flexible, pudiendo adaptarse adecuadamente de una manera uniforme a la curvatura del perfil de la pala, sin dejar huecos y sin tener que realizar rellenos con masilla o adhesivo.- The polymer forming material of the protection cover is flexible, being able to adapt adequately in a manner uniform to the curvature of the profile of the shovel, without leaving gaps and without having to fill with Putty or adhesive.
- El material flexible de formación de la cubierta de protección es muy ligero y se puede enrollar para su empaquetado, facilitando el manejo y el transporte.- The flexible training material of the Protective cover is very light and can be rolled up for your packaging, facilitating handling and transport.
- El material de formación de la cubierta protectora hace que la superficie de la misma resulta lisa y deslizante, de manera que es poco propensa a la acumulación de partículas de suciedad.- Cover formation material protective makes the surface of it smooth and sliding, so that it is unlikely to accumulate dirt particles.
- La cubierta de protección se puede realizar en tramos parciales de la longitud necesaria, permitiendo así una mayor facilidad de manejo para el montaje, así como la sustitución solo de los tramos parciales que sean necesarios, en caso de deterioro.- The protective cover can be made in partial sections of the necessary length, thus allowing a greater ease of handling for assembly, as well as replacement only of the partial sections that are necessary, in case of deterioration.
- En el caso de aplicación sobre palas formadas por tramos longitudinales, la cubierta protectora permite cubrir las líneas de unión de los tramos de la pala, mejorando el comportamiento aerodinámico.- In the case of application on formed blades by longitudinal sections, the protective cover allows to cover the lines of union of the sections of the shovel, improving the aerodynamic behavior
- La fijación desmontable de la cubierta protectora sobre la pala de aplicación, permite sustituir con facilidad la cubierta, o los tramos que interese, cuando sea necesario, sin tener que desmontar la pala y sin necesidad de personal cualificado.- Detachable cover fixing protective over the application blade, allows replacing with ease the cover, or the sections that interest, whenever necessary, without having to disassemble the shovel and without needing qualified staff.
- Los elementos de fijación de la cubierta protectora sirven de guías para el posicionamiento de la misma en el montaje de aplicación, facilitando el trabajo y la precisión de dicho montaje.- Cover fixing elements protective serve as guides for positioning it in application assembly, facilitating the work and accuracy of said assembly.
Por todo ello, la protección preconizada resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente en la aplicación para la que se halla destinada.For all this, the recommended protection is of certainly advantageous characteristics, acquiring life own and preferred character in the application for which it is destined.
La figura 1 muestra en representación esquemática un aerogenerador convencional.Figure 1 shows in representation Schematic a conventional wind turbine.
La figura 2 es un esquema de la sección convencional del perfil de una pala de aerogenerador.Figure 2 is an outline of the section Conventional profile of a wind turbine blade.
La figura 3 es un detalle en perspectiva de la incorporación de una protección de refuerzo sobre el borde de ataque del perfil de una pala como la anterior.Figure 3 is a perspective detail of the incorporation of a reinforcement protection on the edge of attack of the profile of a shovel like the previous one.
La figura 4 es una vista lateral de una pala provista con la protección de refuerzo en el borde de ataque.Figure 4 is a side view of a shovel provided with reinforcement protection at the leading edge.
La figura 5 es un detalle de la forma de incorporación sobrepuesta de la protección de refuerzo sobre el borde de ataque de una pala.Figure 5 is a detail of the form of superimposed incorporation of the reinforcement protection on the leading edge of a shovel.
La figura 6 es un esquema de la forma de incorporación encajada de la protección de refuerzo en el borde de ataque de una pala.Figure 6 is a schematic of the form of embedded fitting of reinforcement protection at the edge of Shovel attack.
Las figuras 7, 8 y 9 son unos detalles de ejemplos no limitativos de la fijación desmontable de la protección de refuerzo según la invención.Figures 7, 8 and 9 are details of non-limiting examples of detachable fixing of the reinforcement protection according to the invention.
La figura 10 es un detalle de la disposición de montaje de los elementos de fijación que atraviesan a la protección de refuerzo.Figure 10 is a detail of the arrangement of mounting of the fasteners that pass through the protection reinforcement
La figura 11 es un detalle en perspectiva de un tramo de cubierta de protección con conformación de resaltes en la cara de apoyo sobre la pala de aplicación.Figure 11 is a perspective detail of a protection cover section with protrusion in the Support face on the application paddle.
La figura 12 es una perspectiva esquemática de una pala con protección en el borde de ataque formada por tramos.Figure 12 is a schematic perspective of a blade with protection on the leading edge formed by sections.
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El objeto de la invención se refiere a una protección de refuerzo de las que se incorporan en el borde de ataque de las palas de aerogenerador para reducir los efectos de la erosión, con unas características ventajosas para el montaje y la función práctica de dicha protección.The object of the invention relates to a reinforcement protection of those incorporated into the edge of wind turbine blades attack to reduce the effects of the erosion, with advantageous characteristics for assembly and practical function of such protection.
En el funcionamiento de un aerogenerador (1) como el representado en la figura 1, las palas (2) del mismo tienen que soportar grandes fuerzas centrífugas, sobre todo en la zona extrema donde la velocidad es máxima, lo cual tiene como consecuencia un fuerte efecto de erosión en el borde de ataque del perfil de las mencionadas palas (2).In the operation of a wind turbine (1) as shown in figure 1, the blades (2) thereof they have to withstand great centrifugal forces, especially in the extreme area where the speed is maximum, which has as consequently a strong erosion effect on the leading edge of the profile of the mentioned blades (2).
Las palas (2) de los aerogeneradores de gran tamaño se forman además generalmente, como representa la figura 2, por dos semicáscaras (2.1, 2.2) de fibra de vidrio o fibra de carbono, las cuales se unen entre sí con adhesivo en el borde de ataque (A) y en el borde de salida (B) del perfil de la pala.The blades (2) of the large wind turbines size are also generally formed, as shown in figure 2, by two half shells (2.1, 2.2) of fiberglass or fiber carbon, which bond together with adhesive on the edge of attack (A) and at the trailing edge (B) of the blade profile.
Para reducir los efectos de los agentes ambientales, en la superficie externa de las palas (2) de los aerogeneradores se aplica un recubrimientos de protección, el cual a pesar de tener unas propiedades de mayor resistencia a los efectos de la exposición a la intemperie que el material de la formación estructural de la cáscara de la pala, sufre sin embargo también erosión, de manera que dicha erosión puede llegar a dañar el material estructural y la línea de pegado de las semicáscaras (2.1, 2.2) en el borde de ataque, dando lugar a pérdidas de energía y ruido en el funcionamiento de la pala (2).To reduce the effects of agents environmental, on the outer surface of the blades (2) of the wind turbines apply a protective coatings, which despite having properties of greater resistance to effects of weathering exposure than the material of the structural formation of the shell of the shovel, suffers however also erosion, so that erosion can damage the structural material and the glue line of the half shells (2.1, 2.2) at the leading edge, leading to energy losses and noise in the operation of the blade (2).
Por ello es necesario reforzar el cubrimiento de protección en la zona del borde de ataque de las palas (2), lo cual de acuerdo con la invención se determina, como muestra la figura 3, mediante una cubierta protectora (3) de material polimérico termoplástico o elastómero, en forma de una lámina flexible (por ejemplo entre 2-6 milímetros de espesor), con una longitud y anchura suficientes para cubrir la zona del borde de ataque de la pala (2) de aplicación.Therefore it is necessary to strengthen the coverage of protection in the area of the leading edge of the blades (2), what which according to the invention is determined, as shown by the Figure 3, using a protective cover (3) of material thermoplastic polymer or elastomer, in the form of a sheet flexible (for example between 2-6 millimeters of thickness), with sufficient length and width to cover the area of the leading edge of the blade (2) of application.
Dicha cubierta protectora (3) puede ser de materiales como:Said protective cover (3) may be materials like:
- Caucho, que tiene unas buenas propiedades frente al desgaste.- Rubber, which has good properties against wear.
- Poliuretano, que tiene una excelente dureza y resistencia a la abrasión, así como resistencia al impacto y al desgarro, y gran capacidad para soportar cargas.- Polyurethane, which has excellent hardness and abrasion resistance, as well as resistance to impact and tear, and great capacity to withstand loads.
- Cualquier termoplástico sometido a un tratamiento de fluoración.- Any thermoplastic subjected to a fluoridation treatment
- Cualquier otro material con el que se pueda fabricar un laminado delgado flexible o película, a partir de polímeros termoestables o termoplásticos, incluso reforzados con fibras.- Any other material with which you can manufacture a flexible thin laminate or film, from thermosetting or thermoplastic polymers, even reinforced with fibers
La cubierta protectora (3) puede aplicarse como un elemento continuo a lo largo del borde de ataque de la pala (2) de aplicación, o al menos en el último tercio de la longitud de dicho borde hacia el extremo de la pala (2), como representa la figura 4; pudiendo también aplicarse por tramos longitudinales, como representa la figura 12, de manera que, en este caso, cuando se deteriora una zona de la cubierta protectora (3) puede sustituirse solo el tramo deteriorado, reduciendo así el trabajo y los costes de las operaciones de mantenimiento y/o reparación.The protective cover (3) can be applied as a continuous element along the leading edge of the blade (2) of application, or at least in the last third of the length of said edge towards the end of the blade (2), as represented by the figure 4; can also be applied by longitudinal sections, as shown in figure 12, so that, in this case, when deteriorates an area of the protective cover (3) can replace only the damaged section, thus reducing work and the costs of maintenance and / or repair operations.
En el montaje de aplicación dicha cubierta protectora (3) puede además colocarse sobrepuesta sobre la superficie del cuerpo estructural de la pala (2) de aplicación, como representa la figura 5, lo cual puede ocasionar una alteración del perfil de la pala con consecuencia de perdidas de energía y ruidos en el funcionamiento, por lo que se recomienda una disposición de alojamiento de la cubierta protectora (3) en un rebaje (4) que absorba el grosor de la misma, como representa la figura 6, lo cual si bien requiere la configuración del mencionado rebaje (4), evita sin embargo la alteración del perfil de la pala (2) y sus consecuencias.In the application assembly said cover protective (3) can also be placed superimposed on the surface of the structural body of the blade (2) of application, as shown in figure 5, which can cause an alteration of the blade profile as a result of energy losses and operating noises, so a housing arrangement of the protective cover (3) in a recess (4) that absorbs the thickness thereof, as represented by the Figure 6, which although requires the configuration of the mentioned recess (4), however, prevents the alteration of the blade profile (2) and its consequences.
La sujeción de la cubierta protectora (3) sobre las palas (2) de aplicación se realiza en cualquier caso de una manera desmontable, permitiendo así una sustitución rápida, sencilla y sin necesidad de personal cualificado, de las partes deterioradas de dicha cubierta (3) que haya que cambiar.The clamp of the protective cover (3) on the blades (2) of application is made in any case of a detachable way, thus allowing quick replacement, simple and without the need of qualified personnel, of the parties damaged of said cover (3) to be changed.
Los medios de fijación para dicha sujeción desmontable pueden ser mecánicos o magnéticos, en forma de tornillos roscados (5), como representa la figura 7, en forma de tachuelas (6) con patillas de retención, como representa la figura 8, o en forma de insertos metálicos (7) incluidos en el cuerpo de la pala (2) y elementos magnéticos (8) alojados en la propia cubierta protectora (3), como representa la figura 9, o bien a la inversa, soluciones éstas que no son limitativas, pudiendo utilizarse cualquier otra solución de naturaleza semejante que permita sujetar la cubierta protectora (3) de manera desmontable.The fixing means for said fastening Detachable can be mechanical or magnetic, in the form of threaded screws (5), as shown in figure 7, in the form of tacks (6) with retention pins, as shown in the figure 8, or in the form of metal inserts (7) included in the body of the blade (2) and magnetic elements (8) housed in the own protective cover (3), as shown in Figure 9, or to the conversely, these solutions that are not limiting, being able to use any other solution of a similar nature that allow to hold the protective cover (3) so removable.
El número de puntos de fijación puede variar en función del tipo de los mismos, debiendo ir repartidos, en cualquier caso, en número suficiente y de forma que aseguren adecuadamente la sujeción de la cubierta protectora (3), sirviendo dichos puntos, en este caso, como referencias para el correcto posicionamiento de la cubierta protectora (3) en el montaje de aplicación.The number of fixing points may vary in function of the type of the same, must be distributed, in any case, in sufficient numbers and in a manner that adequately ensures the securing the protective cover (3), said points serving, in this case, as references for the correct positioning of the protective cover (3) in the application assembly.
Cuando los elementos de fijación, como los tornillos (5) o las tachuelas (6), atraviesan a la cubierta de protección (3), en relación con los orificios (9) de ésta para el paso de dichos elementos de fijación se realizan unos pequeños cortes radiales, como representa la figura 10, evitando así que el material de la cubierta de protección (3) se arrugue en esos puntos haciendo que los elementos de fijación puedan quedar sobresalientes respecto de la superficie externa del perfil de la pala (2) de aplicación.When fasteners, such as screws (5) or tacks (6), go through the cover of protection (3), in relation to the holes (9) of the latter for the passage of said fixing elements are made small radial cuts, as shown in figure 10, thus preventing the Protective cover material (3) wrinkle at those points causing the fasteners to protrude with respect to the external surface of the blade profile (2) of application.
La cara interior de la cubierta de protección (3) puede además estar conformada con resaltes (10), como representa la figura 11, permitiendo con ello una mejor adaptación sobre el cuerpo estructural de la pala (2) y un mejor agarre en el montaje, para configurar con precisión el perfil del borde de ataque.The inner side of the protective cover (3) can also be shaped with projections (10), such as represents figure 11, thereby allowing a better adaptation on the structural body of the blade (2) and a better grip on the assembly, to precisely configure the edge profile of attack.
El material de formación de la cubierta protectora (3), determina además una superficie externa deslizante que resulta poco propensa a la retención de partículas de suciedad e insectos sobre ella, con lo que se evitan acumulaciones que puedan dar lugar a una alteración del perfil con causa de pérdidas de energía y ruidos en el funcionamiento, pudiendo ser incluido en la propia cubierta protectora (3) un sistema calefactor para evitar la acumulación de hielo sobre ella.The deck formation material protective (3), also determines a sliding external surface which is not very prone to dirt particles retention and insects on it, which prevents accumulations that may result in a profile alteration due to losses of energy and noise in operation, and can be included in the protective cover itself (3) a heating system for avoid the accumulation of ice on it.
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