ES2335548T3 - Pala de rotor para una instalacion de espergia eolica. - Google Patents

Pala de rotor para una instalacion de espergia eolica. Download PDF

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Abstract

Pala de rotor para una instalación de energía eólica con al menos un primer y un segundo componente, presentando el primer componente la punta de la pala de rotor y el segundo componente la raíz de la pala de rotor y siendo el primer y el segundo componente partes separadas que forman juntas la pala de rotor, presentando el primer componente (10) un primer material y el segundo componente (20) un segundo material, presentando el segundo componente (20) al menos una primera y una segunda parte (22, 24) que están realizadas como partes separadas y que forman juntas el segundo componente (20), representando la primera parte una parte portante (22) y la segunda parte una caja posterior de pala (24), caracterizada porque la primera parte (22) presenta un segundo material y la segunda parte un tercer material, y porque están previstos resina sintética reforzada con fibra como primer material, acero como segundo material para la parte portante (22) del segundo componente (20) y aluminio como tercer material para la caja posterior de pala (24) o las partes de ésta.

Description

Pala de rotor para una instalación de energía eólica.
La presente invención se refiere a una pala de rotor para una instalación de energía eólica, presentando la pala de rotor al menos un primer y un segundo componente, presentando el primer componente la punta de la pala de rotor y el segundo componente la raíz de la pala de rotor.
Una pala de rotor dividida se conoce, por ejemplo, por el documento DE 199 62 989 A1. Las partes de esta pala de rotor conocida se fabrican y transportan por separado debido a sus dimensiones considerables, para delimitar así los requisitos de la infraestructura tanto en la fabricación como en el transporte.
Como otro estado general de la técnica se remite a los documentos DE 101 52 449 A1, DE 203 20 714 U1 y WO 03/078833 A1.
El objetivo de la presente invención es seguir optimizando una pala de rotor para una instalación de energía eóli-
ca.
Este objetivo se consigue en una pala de rotor según la reivindicación 1 mediante el uso de un primer material para el primer componente y de un segundo material para el segundo componente.
Por lo tanto, se prevé una pala de rotor para una instalación de energía eólica que presenta al menos un primer y un segundo componente. El primer componente presenta la punta de la pala de rotor y el segundo componente presenta la raíz de la pala de rotor. El primer y el segundo componente están realizados como partes separadas para formar juntos la pala de rotor. El primer componente presenta un primer material y el segundo componente presenta un segundo material.
La invención está basada en el conocimiento de que si bien, gracias a una división de la pala de rotor, se reducen las dimensiones de las partes que se han de manipular, una elección de materiales adecuados y de procedimientos de producción unidos a ellos también tiene una influencia favorable en la rentabilidad, lo cual se debe a varios factores. Gracias a una reducción de las dimensiones de las piezas individuales, también se reducen los requisitos de la infraestructura y logística en la fabricación, manipulación y en el transporte de las palas de rotor, hasta el montaje en la instalación de energía eólica. No obstante, la infraestructura depende también del material que se ha de procesar, puesto que según el material son necesarias medidas de mecanizado previo y posterior tras la conformación propiamente dicha. Esto son, p.ej., recorte y desbarbado en el procesamiento de metales. En el procesamiento de plásticos reforzados con fibras, aquí se incluye el cumplimiento de requisitos térmicos predeterminados, p.ej. en procesos de recocido, etc.
Mientras que el estado de la técnica ya describe palas de rotor de varias partes, cuyas partes que influyen en la conformación están hechas siempre del mismo material a lo largo de toda la longitud de la pala de rotor, la invención propone el uso de distintos materiales, que pueden adaptarse de forma ventajosa a la función principal del componente. Esta elección selectiva de materiales conduce, p.ej., a un material con un módulo de elasticidad comparativamente elevado para una zona solicitada con cargas elevadas y a un material con un preso propio reducido para las partes de la pala de rotor donde no se producen estas cargas.
Según el estado de la técnica, se usaría también material ligero con un módulo de elasticidad comparativamente bajo, p.ej. también en las zonas donde debe estar garantizada una elevada transmisión de la carga. Por consiguiente, allí debe aplicarse una cantidad correspondientemente elevada de material; una cantidad considerablemente mayor que la que sería necesaria sólo para obtener la estabilidad de forma, para garantizar una transmisión segura de la carga. Esta cantidad considerable de material puede ahorrarse al elegirse según la invención otro material con un mayor módulo de elasticidad.
En una forma de realización preferible de la pala de rotor, el segundo componente está dividido a su vez en al menos dos partes, que forman juntas el segundo componente. La división se realiza de forma especialmente preferible en una parte portante y una caja posterior de pala. Gracias a esta división puede facilitarse aún más la manipulación de grandes componentes de palas de rotor simplificándose de este modo en particular el transporte por carretera, puesto que las palas de rotor tienen su máxima profundidad en la zona del segundo componente y pueden alcanzar allí fácilmente dimensiones superiores a 6 m. Debido a ello, cada curva estrecha de la carretera y cada puente representa un obstáculo potencial con los problemas correspondientes, que pueden reducirse o incluidos evitarse mediante una bipartición de este segundo componente.
Para las dos partes que forman juntas el segundo componente se usan de forma especialmente preferible nuevamente distintos materiales.
Para facilitar aún más las tareas de transporte, la caja posterior de pala está dividida en caso necesario a su vez en varias partes, de modo que de este modo pueden fabricarse y transportarse palas de rotor con dimensiones a elegir libremente.
Para obtener una división especialmente ventajosa de la pala de rotor en los dos componentes, el primer componente presenta preferiblemente una longitud que corresponde aproximadamente a 5/6 a 1/2 de la longitud de toda la pala de rotor, mientras que la longitud del segundo componente corresponde preferiblemente a 1/6 a 1/2 de la longitud de la pala de rotor.
La caja posterior de pala o las partes de ésta pueden estar hechas, p.ej., de aluminio. Este material es ligero, fácilmente conformable y tiene un comportamiento de temperatura similar al de acero. Al combinar, por lo tanto, una caja posterior de aluminio y una parte portante de acero, puede contarse con una pala que puede fabricarse por un precio relativamente económico con una estabilidad de forma suficiente. Además, también el módulo de elasticidad de aluminio es aproximadamente el factor 5 inferior al de acero. Esto hace, entre otras cosas, que las cargas con las que se solicita el segundo componente no son absorbidas por el material más blando de la caja posterior. El dimensionado de las partes de la caja posterior puede realizarse a su vez de forma correspondientemente más favorable.
Para facilitar el montaje de la pala al ensamblar las piezas individuales y también una inspección de la pala en el posterior servicio y, en particular, un control de la transición entre el primer y el segundo componente, la parte portante del segundo componente está realizada con especial preferencia de forma transitable. Esto significa, por un lado, que el espacio interior ofrece suficiente espacio y, por otro lado, que el material es tan estable que al menos no se generan deformaciones (permanentes).
La unión entre el primer y el segundo componente de la pala de rotor se realiza de forma especialmente preferible poniéndose a tope los dos componentes, estando dispuestos los elementos de unión para cubrir la junta de tope exclusivamente en el interior de la pala de rotor. De este modo se consigue un contorno exterior aerodinámicamente limpio de la pala.
La unión está realizada preferiblemente de tal modo que los elementos de unión comprenden bulones transversales, elementos de tracción y en el segundo componente una brida en L orientada hacia el interior de la pala de rotor, estando alojados los bulones transversales en escotaduras en el primer componente. En una forma de realización preferible, estas escotaduras están realizadas como agujeros pasantes. Para obtener una superficie de pala de rotor aerodinámicamente impecable, los agujeros se cubren de una forma adecuada. Esto puede hacerse mediante cubiertas prefabricadas con las que el agujero se cubre desde el exterior. Por supuesto, este problema también puede resolverse durante el mecanizado de la superficie de la pala mediante la aplicación de una masa de relleno o sim.
En una forma de realización alternativa de la presente invención, las escotaduras están realizadas como agujeros ciegos desde el lado interior del primer componente, estando unidos los elementos de tracción independientemente del tipo de realización de las escotaduras a los bulones transversales, extendiéndose los mismos a través de la brida en L y estando fijados allí.
Lo decisivo para la forma de realización de las escotaduras es el espesor de material del primer componente en la zona de la escotadura. Para conseguir una transmisión fiable de la carga, para los bulones transversales es necesaria una superficie de apoyo mínima predeterminada, de la que resulta la profundidad necesaria de la escotadura. Si el material no tiene un espesor mayor, resulta un agujero pasante, que debe cubrirse posteriormente en la superficie de la pala de rotor. Si el material presenta un espesor superior, basta con un agujero ciego, de modo que no es necesario un mecanizado posterior de la superficie de la pala de rotor.
Para el uso de esta pala económicamente ventajosa está prevista una instalación de energía eólica con al menos una pala de rotor de este tipo.
A continuación, se explicara más detalladamente un ejemplo de realización preferible de la presente invención con ayuda de las figuras adjuntas. Muestran:
la fig. 1, una representación despiezada de una pala de rotor según la invención;
la fig. 2, una representación de una pala de rotor según la invención en el estado ensamblado;
la fig. 3, una representación simplificada de la unión entre el primer y el segundo componente en un alzado lateral;
la fig. 4, la unión entre el primer y el segundo componente en una vista en planta desde arriba; y
la fig. 5, una forma de realización alternativa de la unión representada en la figura 3.
La representación despiezada en la figura 1 muestra el primer componente 10, que comprende la punta de la pala de rotor 11. El segundo componente 20 está formado por dos partes, es decir, una parte portante 22, que comprende también la raíz de la pala de rotor 23 para la fijación de la pala de rotor en el cubo del rotor no representado, así como una caja posterior de pala 24. La parte portante 22 presenta una primera superficie de unión 22a y una segunda superficie de unión 22b. La primera superficie de unión 22a sirve para unir la parte portante 22 al primer componente o a la superficie de unión 10a del primer componente. La segunda superficie de unión o de contacto 22b sirve para unir la parte portante 22 a la caja posterior de pala 24. Aquí, las superficies de contacto correspondientes, es decir, por un lado la superficie de contacto o de unión 22a y, por otro lado, la superficie de contacto o de unión 10a, están adaptadas de tal modo una a otra que la parte portante y el primer componente pueden fijarse sustancialmente sin costura una en el otro. Lo mismo es válido para las superficies de unión o de contacto 22b y 24a.
La figura 2 muestra la pala de rotor 1 según la invención en el estado ensamblado. El primer componente 10 y el segundo componente 20 formado por las partes 22 y 24 forman la pala de rotor, que está designada en su conjunto con el signo de referencia 1.
Gracias a la elección de distintos materiales se tienen en cuenta los distintos requisitos que se exigen de los componentes o las partes de éstos. Para el primer componente (punta de pala) se usa preferiblemente resina sintética reforzada con fibras, mientras que para la parte portante del segundo componente (raíz de pala) se usa acero y para la caja posterior de pala o las partes de ésta se usa aluminio. La parte portante puede obtener la resistencia necesaria gracias a procedimientos de trabajo que se conocen desde hace tiempo y que se dominan perfectamente en el procesamiento de acero. Puesto que el segundo componente es el que comprende la raíz de la pala de rotor, es decir, que en el estado ensamblado de la pala de rotor forma la zona interior, cercana al cubo, no se exigen requisitos especialmente elevados en cuanto a su estabilidad de forma. Gracias al módulo de elasticidad relativamente elevado de acero, tampoco es necesario un material adicional para transmitir las cargas que se producen de la pala de rotor. Esto sería destino al usarse, p.ej., plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV) como material para el segundo componente. Aquí debería usarse más material del que realmente sería necesario para una realización con estabilidad de forma para conseguir la resistencia a la flexión necesaria para la absorción de la carga. Puesto que el acero tiene un módulo de elasticidad aproximadamente 5 veces mayor que el PRFV, no es necesario este refuerzo ni los costes que inevitablemente van unidos al mismo.
El primer componente (punta de pala), que forma la parte exterior de la pala de rotor debe fabricarse, en cambio, con una gran estabilidad de forma, puesto que este componente determina en gran medida las propiedades aerodinámicas de la pala de rotor. Para ello se conocen desde hace muchos años procedimientos de fabricación en los que se usan resinas sintéticas reforzadas con fibra, de modo que también en una fabricación en serie pueden fabricarse componentes con una elevada estabilidad de forma que presentan al mismo tiempo un peso reducido, aunque en cambio sean más elevados los costes de material que en el caso de usarse acero. Por supuesto, para el primer componente también puede usarse otro material con un peso comparativamente reducido, como aluminio. El peso reducido del primer componente conduce a cargas correspondientemente bajas, que actúan sobre el segundo componente y el conjunto de la instalación de energía eólica. A título de ejemplo se pueden indicar aquí las cargas cíclicas por rotación debido al efecto gravitacional.
En la figura 3 puede verse como puede realizarse una unión entre el primer componente 10 y el segundo componente 20 o la superficie de contacto 10a y la superficie de contacto 22b.
En el primer componente 10 están realizados llamados agujeros ciegos, es decir, escotaduras que no atraviesan el material por completo. En una escotadura de este tipo se inserta un bulón transversal 12. A este bulón transversal 12 se une un elemento de tracción 14, p.ej. un vástago roscado, cuya longitud está dimensionada de tal modo que sobresale del primer componente 10 una medida suficiente para que el segundo componente 20 puede colocarse encima del mismo siendo posible una unión roscada.
Puesto que el segundo componente 20 presenta una brida en L 26 que está orientada hacia el interior de la pala de rotor, en este figura 3 puede verse que también el bulón transversal 12 se inserta desde el interior de la pala de rotor en la escotadura. De este modo, el lado exterior de la pala de rotor queda intacto y, por lo tanto, aerodinámicamente limpio.
Como también puede verse en esta figura, los dos componentes 10, 20 de la pala de rotor se unen entre sí colocándose una tuerca 16 en la rosca del elemento de tracción 14 que sobresale de la brida en L 26 del segundo componente 10.
Para conseguir una transmisión de carga más favorable de la brida en L 26 al segundo componente 20, pueden estar previstas chapas acodadas 28 a unas distancias predeterminadas entre sí.
La figura 4 muestra la unión entre el primer componente 10 y el segundo componente en una vista en planta desde arriba. Aquí están representados nuevamente los bulones transversales 12, a los que están unidos elementos de tracción 14, que pasan por la brida en L 26 del segundo componente 20 y que quedan apretados con tuercas 16, de modo que resulta una unión firme entre los dos componentes 10, 20.
En esta figura puede verse, además, que entre dos elementos de tracción adyacentes está prevista respectivamente una chapa acodada 28, de modo que estas chapas acodadas 28 están distribuidas a lo largo de toda la circunferencia interior de la pala de rotor apoyando así una transmisión homogénea de la carga.
La figura 5 muestra una forma de realización alternativa de la unión representada en la figura 3. La diferencia entre las dos figuras está esencialmente en que en la figura 5 están representados agujeros pasantes en lugar de los agujeros ciegos mostrados en la figura 3. Las demás partes son iguales y tienen los mismos signos de referencia que en la figura 3. Por lo tanto, se renuncia aquí a una repetición de la descripción remitiéndose al respecto a la descripción de la figura 3.
Las palas de rotor arriba descritas se usan preferiblemente como palas de rotor de una instalación de energía eólica presentando la instalación de energía eólica preferiblemente tres de estas palas de rotor.
Según otro ejemplo de realización de la invención, la caja posterior de pala 24, así como la punta de la pala de rotor pueden presentar distintas dimensiones. Debería procurarse que las superficies de unión 10a de la punta de la pala de rotor 24a y de la caja posterior de la pala 24 se mantengan iguales, aunque difieran las dimensiones de la punta de la pala de rotor y de la caja posterior, para que puedan fijarse las puntas de pala de rotor y las cajas posteriores de pala correspondientes o diferentes en la parte portante 22. Por lo tanto, puede garantizarse que pueda conseguirse una estructura modular de una pala de rotor para una instalación de energía eólica basándose la misma en la parte portante 22 y con puntas de pala de rotor y cajas posteriores de pala de rotor 24 configuradas de distintas formas. La pala de rotor correspondiente puede adaptarse, por lo tanto, de forma sencilla a las condiciones de servicio que se han de esperar. Por consiguiente, pueden fabricarse palas de rotor con longitudes, anchuras distintas y medidas geométricas distintas, manteniéndose invariable la parte portante 22 y debiendo adaptarse sólo correspondientemente la punta de la pala de rotor y la caja posterior de la pala.
De esta forma puede conseguirse una producción económica de la parte portante, puesto que esta parte está configurada de forma idéntica para una pluralidad de distintas palas de rotor.

Claims (11)

1. Pala de rotor para una instalación de energía eólica con
al menos un primer y un segundo componente, presentando el primer componente la punta de la pala de rotor y el segundo componente la raíz de la pala de rotor y siendo el primer y el segundo componente partes separadas que forman juntas la pala de rotor, presentando el primer componente (10) un primer material y el segundo componente (20) un segundo material, presentando el segundo componente (20) al menos una primera y una segunda parte (22, 24) que están realizadas como partes separadas y que forman juntas el segundo componente (20), representando la primera parte una parte portante (22) y la segunda parte una caja posterior de pala (24), caracterizada porque
la primera parte (22) presenta un segundo material y la segunda parte un tercer material, y porque
están previstos resina sintética reforzada con fibra como primer material, acero como segundo material para la parte portante (22) del segundo componente (20) y aluminio como tercer material para la caja posterior de pala (24) o las partes de ésta.
2. Pala de rotor según la reivindicación 1, caracterizada por una división de la caja posterior de pala (24) en varias partes.
3. Pala de rotor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la longitud del primer componente (10) corresponde aproximadamente a 5/6 a 1/2 de la longitud de toda la pala de rotor y porque la longitud del segundo componente (20) corresponde aproximadamente a 1/6 a 1/2 de la longitud de toda la pala de rotor (1).
4. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos la parte portante (22) del segundo componente (20) está realizada de forma transitable.
5. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por una unión a tope entre el primer y el segundo componente (10, 20) de la pala de rotor (1), estando dispuestos los elementos de unión para cubrir la junta de tope exclusivamente en el interior de la pala de rotor (1).
6. Pala de rotor según la reivindicación 5, caracterizada porque los elementos de unión presentan bulones transversales (12), elementos de tracción (14) y una brida en L (26) orientada hacia el interior de la pala de rotor en el segundo componente (20), estando alojados los bulones transversales (12) en escotaduras en el primer componente (10) y estando unidos los elementos de tracción (14) a los bulones transversales (12), extendiéndose los mismos a través de la brida en L (26) y estando fijados allí.
7. Pala de rotor según la reivindicación 6, caracterizada porque las escotaduras en el primer componente (10) para el alojamiento de los bulones transversales (12) están realizados como agujeros ciegos desde el lado interior del primer componente (10).
8. Pala de rotor para una instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 7, provista además de
un primer componente que presenta la punta de la pala de rotor,
un segundo componente que presenta la raíz de la pala de rotor,
estando realizados el primer y el segundo componente como partes separadas y formando las mismas juntas la pala de rotor,
presentando el segundo componente al menos una primera parte portante (22) y al menos una segunda parte que representa la caja posterior de pala (24),
presentando la pala de rotor una estructura modular y pudiendo fijarse puntas de pala de rotor con distintas dimensiones en la parte portante (22) y/o cajas posteriores de pala (24) con distintas dimensiones en la parte portante (22).
9. Pala de rotor según la reivindicación 8, presentando las puntas de la pala de rotor (10) también en caso de configuraciones geométricas distintas una superficie de contacto (10a) previamente definida,
presentando las cajas posteriores de la pala de rotor (24) una superficie de contacto (24a) previamente definida, aunque presenten distintas dimensiones.
10. Pala de rotor según la reivindicación 7 u 8,
estando adaptada la superficie de unión (10a) de la punta de la pala de rotor (10) a una primera superficie de unión (22a) de la parte portante (22) y
estando adaptada la superficie de contacto (24a) de la caja posterior de pala (24) a una segunda superficie de unión (22b) de la parte portante (22).
11. Instalación de energía eólica con al menos una pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores.
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