ES2337645A1 - Union de pala sensorizada. - Google Patents
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Abstract
Pala de aerogenerador subdividida transversalmente en dos o más tramos que consta de una pluralidad de sensores, preferiblemente células de carga y sensores de ultrasonidos, montados en los elementos de unión mecánicos entre tramos de pala y caracterizados porque sus mediciones permiten reducir las cargas y controlar los esfuerzos durante toda la vida de la pala, detectar los daños sufridos (parando la máquina si fuese preciso) y obtener un diseño optimizado a las cargas reales.
Description
Unión de pala sensorizada.
La invención consta de unos sensores dispuestos
en los puntos de unión de una pala con la finalidad de monitorizar
permanentemente dichos puntos de unión. Las mediciones se usan para
complementar los sistemas de control \ding{172} reduciendo las
cargas y controlando los esfuerzos durante toda la vida de la pala,
\ding{173} detectando los daños sufridos e incluso parando la
máquina si fuese preciso y \ding{174} obteniendo un diseño
optimizado a las cargas reales.
Este sistema es aplicable a cualquier sistema
mecánico de unión con elementos de fijación y es de especial
aplicación a una pala de aerogenerador constituida en varios
tramos.
La pala que se propone sensorizar es una pala
subdividida transversalmente objeto de la patente P200500740 y de la
que el solicitante es titular.
Por otra parte, el uso de sensores localizados
en componentes eólicos se conoce en el documento WO 2005/010358
donde se presenta un aerogenerador con el eje principal sensorizado
y cuyo control mitiga los efectos de las cargas. La sensorización se
aplica para conocer los esfuerzos originados por el rotor en el eje
principal y regular consecuentemente el pitch o ángulo variable de
las palas del aerogenerador.
El documento WO 01/33075 presenta unas palas
sensorizadas que controlan el pitch o giro de las palas, manteniendo
las cargas mecánicas bajo unos ciertos límites de operación.
El mismo solicitante de la presente invención
tiene la patente P 200700444 donde se presenta una multiplicadora
sensorizada que dispone una pluralidad de sensores montados en un
set de piezas fijas, midiendo las cargas en el eje rotativo y los
esfuerzos axiales y radiales derivados del funcionamiento del
aerogenerador
Ninguna de las patentes mencionadas sensoriza la
unión de una estructura longitudinal interna, resistente y dotada en
sus secciones extremas de medios de conexión.
La invención tiene como objeto disponer sensores
en una pala subdividida transversalmente para medir los esfuerzos
transmitidos a través de la unión transversal de la pala.
Es otro objeto de la invención la detección del
daño en los elementos de unión y la consiguiente parada de la
máquina si fuera preciso.
Otro objeto de la invención es la obtención de
una medida precisa de las cargas soportadas por la pala para el
sistema de control y la gestión de la misma para diferentes estados
de operación para el pitch y para el control de giro, con la
finalidad de reducir las cargas en el aerogenerador.
Otro objeto de la invención es la determinación
experimental del espectro de carga soportado por los elementos de
unión, para validar experimentalmente las hipótesis de diseño y
permitir optimizar el número o diseño de los elementos de unión.
Otro objeto de la invención, es la determinación
del número de sensores y los lugares en los que estos se posicionan
para obtener los esfuerzos axiales del perno de unión de forma
instantánea y simultánea y gestionando dichos datos en todo
momento.
Otro objeto de la invención es la selección del
tipo de sensor más apropiado siendo los elegidos sensores de
ultrasonidos y células de carga.
De todo lo descrito con anterioridad se
desprenden las ventajas aportadas por los sensores objeto de la
invención:
- -
- Reducción de cargas y reducción de peso.
- -
- Optimización y reducción del coste de la energía.
- -
- Evitar el mantenimiento preventivo.
- -
- Reducción del fallo catastrófico.
- -
- Conocimiento de las cargas reales en la unión de pala.
- -
- Hipótesis de diseño ajustadas basadas en cargas reales.
- -
- Diseño optimizado a las cargas reales.
- -
- Disminución en la probabilidad de fallo de la pala y su unión.
La figura 1 es una vista del extremo de un tramo
de pala mostrando los medios de conexión.
La figura 2 es una vista de la pala unida
mediante los bulones de conexión.
La figura 3 corresponde a unos detalles de un
inserto metálico de unión, su ensamblaje con el material compuesto
existente en el laminado de la pala y el ensamblaje entre insertos
metálicos mediante pernos de unión.
La figura 4 es una vista general de una pala
dividida en dos partes, con las partes transversales unidas y con el
sistema de transmisión a control.
La figura 5 muestra el detalle de un sensor de
ultrasonidos dispuesto en el perno.
La figura 6 muestra el detalle de una célula de
carga dispuesto en el perno.
La figura 7 muestra el detalle de una célula de
carga dispuesto entre las caras frontales de dos insertos
opuestos.
En la figura 1 se puede apreciar una parte de
una pala (1) subdividida transversalmente que muestra su estructura
longitudinal interna (2) y que está dotada en sus secciones extremas
de medios de conexión (3). Dichos medios de conexión (3) se
encuentran integrados en la parte estructuralmente resistente
correspondiente a la viga (4). Cuando dos secciones extremas se unen
dan continuidad a la pala (1), quedando únicamente sin cubrir por
las conchas (5) los medios de conexión (3). Estos huecos se cubren
posteriormente con un carenado (5b) igualando la superficie exterior
de la pala (1).
La figura 3 muestra los sucesivos pasos para
componer los medios de conexión. Primeramente se dispone el inserto
metálico (6) que dispone en uno de sus extremos un taladro axial (7)
enfrentable a otro inserto. Después se muestra el inserto metálico
(6) unido mediante adhesivo a un alojamiento mecanizado en la viga o
estructura longitudinal interna resistente (8). Y por último, se
representan dos insertos metálicos (6) con sus taladros axiales (7)
enfrentados para recibir pernos y tuercas (9) que componen los
puntos de unión. Los citados pernos de unión (9) trabajan a
tracción.
Todas las cargas inducidas en los módulos de
punta de pala (10) se transmiten a través de la subdivisión
transversal (12) de la pala (1). Esta subdivisión está compuesta por
un número discreto de elementos de unión (3), de forma que la carga
acaba pasando exclusivamente por los pernos de unión (9). De esta
forma se puede obtener exactamente la carga total que atraviesa la
subdivisión, y obtener un excelente estimador de la carga
transmitida por la pala al aerogenerador. Tal y como se muestra en
la figura 4, monitorizando con distintos sensores los puntos de
unión correspondientes a la subdivisión transversal (12), pueden
enviarse las medidas de los sensores hasta la raíz de la pala (11)
utilizando el interior de la viga (8). Finalmente las mediciones
llegarán al punto de control (12) dispuesto en el buje (no mostrado
en la figura).
En la figura 5 se utiliza un sensor de
ultrasonidos (14), el cual lanza un impulso que rebota en el final
del perno (9). El sensor mide el tiempo que transcurre entre emisión
y recepción del impulso y lo transforma en una medición de precarga
del tornillo que se envía al sistema de control (12). El sensor de
ultrasonidos (14) se dispone en un extremo del perno (9) para que su
señal pueda trasladarse longitudinalmente sin ningún problema.
En la figura 6 se utiliza una célula de carga
(15), la cual consiste en una arandela metálica de la que se mide su
deformación. Posteriormente se transforma la medición a la carga a
la que está sometido el tornillo y el resultado se envía al sistema
de control (12). La ubicación del sensor (15) es tal que en caso de
daño, es fácilmente reemplazable.
En una segunda realización mostrada en la figura
7, la célula de carga (15) se dispone entre los dos insertos a ser
ensamblados.
Claims (5)
1. Unión de pala sensorizada cuya unión entre
los tramos se realiza a través de una pluralidad de medios de
conexión formados por insertos metálicos unidos mediante adhesivo a
un alojamiento mecanizado en la viga de la pala, estando los
insertos metálicos enfrentados unidos mediante tronidos o pernos de
unión, completando la unión las almas internas de la pala y sus
correspondiente herrajes junto con el carenado que cubre toda la
unión; y cuya unión también utiliza una serie de sensores para
controlar la carga de los tornillos durante la vida de la pala,
caracterizada porque
- a.-
- los sensores están dispuestos en al menos uno de los múltiples medios de conexión dispuestos en la sección de unión transversal
- b.-
- las señales medidas por los sensores se transmite a un sistema de control que puede estar situado o no en la propia pala que controla los esfuerzos soportados por la unión
- c.-
- las señales transmitidas al sistema de control se emplean para detectar posibles daños en los medios de conexión
- d.-
- las señales transmitidas al sistema de control se emplean para controlar las cargas transmitidas al aerogenerador
- e.-
- las señales transmitidas al sistema de control se emplean para almacenar el espectro de carga, optimizando el diseño con las cargas reales obtenidas.
2. Unión de pala sensorizada, según
reivindicación primera, caracterizada porque los sensores
comprenden al menos un sensor de ultrasonidos dispuesto en el
extremo del perno de unión alineado con el material resistente que
forma el inserto.
3. Unión de pala sensorizada, según
reivindicación primera, caracterizada porque los sensores
comprenden al menos una célula de carga ubicada en una pieza cercana
al perno o entre las paredes de los dos insertos enfrentados.
4. Unión de pala sensorizada, según
reivindicación primera, caracterizada porque el sistema de
control se ubica en el buje fuera de las distorsiones producidas por
la aceleración del giro de la pala.
5. Unión de pala sensorizada, según
reivindicación anterior, caracterizada porque el sistema de
control se alimenta de las mediciones de los sensores conduciendo su
señal por el interior de la viga que forma la pala.
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