ES2341073B1 - Una pala de aerogenerador multi-panel con uniones mejoradas en el borde de salida. - Google Patents
Una pala de aerogenerador multi-panel con uniones mejoradas en el borde de salida. Download PDFInfo
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Abstract
Una pala de aerogenerador
multi-panel con uniones mejoradas en el borde de
salida, de perfil aerodinámico con un borde de ataque (3), un borde
de salida (5) y lados de presión y de succión (7, 9) entre el borde
de ataque (3) y el borde de salida (5), en la que la sección
transversal de los bordes de los paneles prefabricados (31, 41)
dispuestos en el lado de presión y succión tiene una geometría
variable en la zona del borde de salida (5) a lo largo de la pala,
con al menos una primera sección (21) de la pala incluyendo su
punta, en la que la configuración de los bordes de dichos paneles
(31, 41) incluye unas superficies aplanadas cooperantes (33, 43; 34,
44; 35, 45) para facilitar su unión adhesivada a lo largo del borde
de salida (5). Esa geometría variable incluye la posibilidad de
utilizar un tercer panel (51) en una sección de la pala próxima a su
raíz.
Description
Una pala de aerogenerador
multi-panel con uniones mejoradas en el borde de
salida.
La presente invención se refiere en general a
palas de aerogeneradores y más en particular a palas
multi-panel con uniones adhesivas en el borde de
salida.
Los aerogeneradores incluyen un rotor que
soporta una o varias palas que se extienden radialmente para
capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento
rotatorio de un tren de potencia acoplado a un generador eléctrico
para producir energía eléctrica.
La cantidad de energía producida por los
aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de
palas que recibe la acción del viento y, consecuentemente, el
incremento de la longitud de las palas implica normalmente un
incremento de la producción de energía del aerogenerador.
Para facilitar la fabricación de las palas de
aerogeneradores se ha propuesto la división de la pala en varios
paneles que pueden fabricarse individualmente de manera optimizada y
ensamblarse posteriormente para formar la pala. Algunos ejemplos de
las propuestas conocidas son los siguientes.
EP 1 184 566 A1 describe una pala de
aerogenerador que está formada ensamblando una, dos o más secciones
longitudinales, cada una de las cuales comprende un elemento central
formado por un tubo longitudinal de fibra de carbono sobre el que
están montadas una serie de costillas transversales de fibra de
carbono o fibra de vidrio unidas a dicha zona central y una cubierta
de fibra de carbono o fibra de vidrio unida a dichas costillas.
WO 01/46582 A2 describe una pala de
aerogenerador que tiene una pluralidad de elementos divididos unidos
a un viga cajón transmisora de la carga y separados por juntas
elásticas que permiten a dichos elementos divididos movimientos
entre ellos de cara a minimizar los esfuerzos de tracción en la
región de la pala en la que están situados dichos elementos
divididos.
La actual tendencia en la industria de
aerogeneradores a palas de rotor más grandes demanda nuevos diseños
de palas aptos para cumplir por un lado por los condicionantes de
transporte y de calidad planteados por palas de gran tamaño y, por
otro, por los condicionantes planteados por los procesos de
fabricación de cara a alcanzar el máximo grado de
automatización.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que
permite mejorar el control de la geometría del borde de salida de la
pala.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que
permite mejorar la unión de los paneles en el borde de salida.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que
contribuya al aumento de la robustez de las uniones de los paneles
en el borde de salida.
Esos y otros objetos de la presente invención se
consiguen proporcionando una pala de aerogenerador de perfil
aerodinámico con un borde de ataque, un borde de salida y lados de
presión y de succión entre el borde de ataque y el borde de salida,
cuya parte posterior comprende al menos un primer panel prefabricado
en el lado de presión y un segundo panel prefabricado en el lado de
succión en los que la configuración de los bordes de dichos primer y
segundo paneles incluye unas superficies aplanadas cooperantes para
facilitar su unión adhesivada a lo largo del borde de salida.
En una realización preferente de la presente,
invención, el borde de uno de los dos paneles tiene la configuración
del borde de salida de la pala y su superficie aplanada está situada
en un rebaje retranqueado y en el otro panel dicha superficie
aplanada está situada en el borde. En otra realización, dichas
superficies aplanadas cooperantes están situadas en los bordes del
primer y segundo panel, teniendo uno de ellos un espesor
considerablemente mayor que el otro. Esas configuraciones son
apropiadas para la sección final de la pala (aunque pueden
extenderse a la totalidad de la pala, particularmente en palas de
pequeña longitud) y permiten mejorar el control de la geometría del
borde de salida de la pala.
En una realización preferente de la presente
invención, dichas superficies aplanadas cooperantes están situadas
en los bordes del primer y segundo panel de manera que el borde de
salida queda configurado por su unión, pudiendo ser ambos bordes de
similar espesor ó siendo el espesor de uno de ellos
considerablemente mayor que el del otro. Esas configuraciones son
apropiadas para una sección intermedia de la pala ó próxima a su
raíz y permiten mejorar el control de la geometría del borde de
salida de la pala.
En una realización preferente de la presente
invención, en una sección de la pala próxima a la raíz, la parte
posterior de la pala también comprende un tercer panel prefabricado
que se une a los bordes de dichos primer y segundo paneles en el
borde de salida lo que permite mejorar el control de la geometría
del borde de salida de la pala, especialmente en palas de gran
longitud. Un resultado similar se obtiene dotando al primer o
segundo panel (o a los dos) con extensiones en forma de solapa.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada en
relación con las figuras que se acompañan.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de una pala típica de un aerogenerador.
Las Figuras 2a y 2b son unas vistas esquemáticas
en sección transversal de los paneles prefabricados utilizados para
conformar dos palas multi-panel.
La Figura 3 es una vista esquemática en
perspectiva de una pala de aerogenerador según una realización
preferente de la presente invención.
La Figura 4 es una vista esquemática en planta
de una pala según la presente invención mostrando las distintas
zonas y secciones con diferente configuración en el borde de
salida.
Las Figuras 5a, 5b, 5c y 5d son vistas parciales
en sección transversal de la pala de la Figura 3 por el plano
C-C mostrando cuatro posibles variantes de
realización de la invención.
Las Figuras 6a, 6b y 6c son vistas parciales en
sección transversal de la pala de la Figura 3 por el plano
B-B mostrando tres posibles variantes de realización
de la invención.
La Figura 7 es una vista parcial en sección
transversal de la pala de la Figura 3 por el plano
A-A mostrando una posible variante de realización de
la invención!
Las Figuras 8a, 8b, 8c y 8d son vistas parciales
en sección transversal de la pala de la Figura 3 por el plano
A-A mostrando cuatro posibles variantes de
realización de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 muestra el perfil aerodinámico
típico de una pala de aerogenerador con un borde de ataque 3, un
borde de salida 5 y lados de presión y succión 7, 9 entre el borde
de ataque 3 y el borde de salida 5 y las Figuras 2a y 2b muestran
dos posibles configuraciones multi-panel.
En el caso de la Figura 2a los componentes de la
pala son dos largueros 11, una concha frontal 12 y dos conchas
posteriores 15 y 17 y en el caso de la Figura 2b los componentes de
la pala son dos largueros 11 y dos conchas 15,
17.
17.
Como es bien conocido en la técnica, una pala
multi-panel tiene varias ventajas:
- -
- Permite el uso de diferentes materiales y/o procesos de fabricación y/o configuraciones estructurales para cada parte de la pala de acuerdo con sus requerimientos, lo que implica una optimización del coste de la pala.
- -
- Facilita el control de calidad.
- -
- Permite al fabricante de palas organizar sus planes de acuerdo con diferentes criterios y subcontratar la fabricación de alguna de las partes si es necesario.
La presente invención es aplicable a las
configuraciones multi-panel mostradas en las Figuras
2a y 2b y a cualquier otra configuración que incluya unos paneles en
la zona posterior análogos a las conchas 15, 17.
La idea básica de la presente invención es
configurar la geometría de los paneles prefabricados en el borde de
salida de manera que, por un lado, incluyan superficies específicas
para facilitar su unión adhesivada, y, por otro lado, permitan
garantizar la forma deseada del borde de salida. Ello implica que la
sección transversal de los bordes de los paneles tenga una geometría
variable a lo largo de la pala y que, incluso, se utilice un tercer
panel en una sección de la pala próxima a su raíz.
En ese sentido y, como se ilustra en la Figura
4, cabe distinguir en la pala dos secciones 21, 23 y, dentro de la
sección 21, dos zonas 25, 27 que como detallaremos seguidamente
tienen los bordes de sus paneles con distinta sección transversal y
cada una de ellas puede tener distinta longitud (las flechas blancas
de la Figura 4 marcan los rangos en los que se mueven).
En la sección 21, cuya longitud puede estar
comprendida entre el 70% y el 100% de la longitud de la pala, medida
desde su punta, el borde de salida se forma uniendo adhesivamente
dos superficies aplanadas situadas en los bordes de dos paneles 31,
41.
En la zona 25, cuya longitud puede estar
comprendida entre el 33% y el 100% de la longitud de la sección 21,
y en las realizaciones ilustradas en las Figuras 5a y 5b, el borde
de salida de la pala está conformado por uno de los dos paneles 31,
41 al que se une el otro panel 41, 31 en un rebaje retranqueado,
teniendo lugar la unión en las superficies aplanadas cooperantes 33,
43 mediante la capa adhesiva 29. En las realizaciones ilustradas en
las Figura 5c y 5d las superficies aplanadas cooperantes 34, 44, que
se unen mediante la capa adhesiva 29, están situadas en los bordes
del primer y segundo panel 31, 41 de manera que el borde de salida
queda configurado por su unión, siendo el espesor de uno de dichos
bordes mayor que el del otro.
En la zona 27, cuya longitud puede estar
comprendida entre el 65% y el 100% de la longitud de la sección 21,
y en la realización mostrada en la Figura 6a, los bordes del primer
y segundo panel 31, 41, de configuración similar, comprenden unas
superficies aplanadas cooperantes 35, 45 en sus bordes para
facilitar su unión mediante la capa adhesiva 29, quedando el borde
de salida de la pala delimitado por los bordes del primer y segundo
panel 21, 31. En las realizaciones mostradas en las Figura 6b y 6c
el espesor de uno de los bordes de los paneles 31, 41 es mayor que
el del otro.
En la sección 23 cuya longitud puede estar
comprendida entre el 1% y el 30% de la longitud de la pala medida
desde la raíz, y en la realización ilustrada en la Figura 7 el borde
de la pala se configura mediante los dos paneles posteriores 31, 41
y un tercer panel 51, qué tiene forma de U con unas alas 55, 57 y un
alma de altura decreciente hacia la punta de la pala (como puede
apreciarse en la Figura 3). Los bordes del primer y segundo panel
31, 41 comprenden unas superficies aplanadas 37, 47 cooperantes con
las alas 45, 47 de dicho tercer panel 51 para facilitar una unión
entre ellas mediante las capas adhesivas 29. El borde de salida de
la pala queda pues delimitado por el tercer panel 51 y por los
extremos del primer y el segundo panel 31, 41.
Así mismo, en la sección 23, y como se ilustra
en las Figuras 8a, 8b, 8c y 8d, el borde de la pala puede estar
configurado mediante los dos paneles 31, 41 incluyendo unas solapas
61, 63 para formar las superficies aplanadas necesarias para la
unión mediante una capa adhesiva 29.
En la realización ilustrada en la Figura 8a el
panel inferior 31 se extiende en una solapa doblada 61 con forma de
L en la que se ubica una zona aplanada 39 que coopera con la zona
aplanada 49 del panel superior 41.
En la realización ilustrada en la Figura 8b el
panel superior 41 se extiende en una solapa doblada 61 con forma de
L en la que se ubica una zona aplanada 49 que coopera con la zona
aplanada 39 del panel inferior 31.
En la realización ilustrada en la Figura 8c los
dos paneles 31, 41 se extienden en solapas dobladas 61, 63 en las
que se ubican las superficies aplanadas 39, 49 que se unen mediante
la capa adhesiva 29 formando la dirección de dichas solapas con la
dirección perpendicular a la cuerda del perfil de la pala, un ángulo
\Omega que en una realización preferente está comprendido entre
0º-30º. La Figura 8d ilustra el caso particular en el que la
dirección de dichas solapas 61, 63 coincide con la dirección
perpendicular a la cuerda del perfil de la pala, es decir en cuando
\Omega=0º.
Como bien comprenderá el experto en la materia,
el término "superficies aplanadas cooperantes" utilizado en los
párrafos anteriores deberá entenderse en sentido amplio como unas
superficies de forma apta para uniones empleadas habitualmente en la
industria eólica y, en particular, uniones adhesivas.
Estas superficies aplanadas y la geometría
esquematizada en las Figuras se pueden realizar de muy diversas
formas, por ejemplo mediante el mecanizado y refrentado de la
geometría o usando contramoldes en esas zonas de las piezas.
Entre las ventajas de la presente invención
respecto a la técnica anterior cabe destacar las siguientes:
- \bullet
- Mejor montaje de los diferentes paneles para formar la pala completa, debido al mayor control en las superficies a unir y la geometría adyacente (menores tolerancias).
- \bullet
- Reducción drástica de la fase de acabados (recorte de material sobrante, pulido, retrabajos para obtener el perfil aerodinámico correcto, refuerzo de la unión de borde de salida).
- \bullet
- Mejor control de la superficie aerodinámica del borde de salida. Este mayor control puede permitir la reducción del ruido provocado por la pala (menor impacto ambiental) y también aumentar la eficiencia de la pala, lo que se traduce en un aumento de la producción del aerogenerador bajo las mismas condiciones de viento.
- \bullet
- La geometría mostrada en las Figuras 5a, 5b, 5c y 5d reduce la concentración de tensiones en el borde salida, evitando los fallos prematuros de la unión adhesiva que se producen con la solución actual en la parte final de pala.
Aunque la presente invención se ha descrito
enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente
que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su
alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores
realizaciones, sino por las reivindicaciones siguientes.
Claims (13)
1. Una pala de aerogenerador de perfil
aerodinámico con un borde de ataque (3), un borde de salida (5) y
lados de presión y de succión (7, 9) entre el borde de ataque (3) y
el borde de salida (5), caracterizada porque en al menos una
primera sección (21) de la pala incluyendo su punta, su parte
posterior comprende al menos un primer panel prefabricado (31) en el
lado de presión y un segundo panel prefabricado (41) en el lado de
succión en los que la configuración de los bordes de dichos primer y
segundo paneles (31, 41) incluye unas superficies aplanadas
cooperantes (33, 43; 34, 44; 35, 45) para facilitar su unión
adhesivada a lo largo del borde de salida (5).
2. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 1, caracterizada porque la longitud de dicha
primera sección (21) de la pala está comprendida entre el 70% y el
100% de la longitud de la pala medida desde su punta.
3. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 2, caracterizada porque, en una primera zona
(23) de dicha primera sección (21), de longitud comprendida entre el
33% y el 100% de la longitud de dicha primera sección (21), el borde
de uno dichos dos paneles (31, 41) tiene la configuración del borde
de salida (5) de la pala y su superficie aplanada (33, 43) situada
en un rebaje retranqueado y porque el otro panel (41, 31) tiene su
superficie aplanada (43, 33) situada en su borde.
4. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 2, caracterizada porque, en una primera zona
(25) de dicha primera sección (21), de longitud comprendida entre el
33% y el 100% de la longitud de dicha primera sección (21), dichas
superficies aplanadas cooperantes (34, 44) están situadas en los
bordes del primer y segundo panel (31, 41) de manera que el borde de
salida (5) queda configurado por su unión, siendo el espesor de uno
de dichos bordes mayor que el del otro.
5. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 2, caracterizada porque en una segunda zona
(27) de dicha primera sección (21), de longitud comprendida entre el
65% y el 100% de la longitud de dicha primera sección (21), dichas
superficies aplanadas cooperantes (35, 45) están situadas en los
bordes del primer y segundo panel (31, 41) de manera que el borde de
salida (5) queda configurado por su unión.
6. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 5, caracterizada porque el espesor de uno de
los bordes del primer y segundo panel (31, 41) es mayor que el del
otro.
7. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 2, caracterizada porque en una segunda sección
(23) de la pala próxima a su raíz también comprende un tercer panel
prefabricado (51) que se une a los bordes de dichos primer y segundo
paneles (31, 41) en el borde de salida (5).
8. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 7, caracterizada porque dicho tercer panel
prefabricado (51) tiene forma de U y porque en dicha segunda sección
(23) de la pala los bordes del primer y segundo panel (31, 41)
tienen unas superficies aplanadas cooperantes (37, 47) con las alas
(55, 57) de dicho tercer panel (51) para facilitar una unión
adhesivada entre ellas.
9. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 2, caracterizada porque en una segunda sección
(23) de la pala próxima a su raíz, la superficie aplanada (39, 49)
de al menos uno de dichos dos paneles (31, 41) está ubicada en una
extensión (61) doblada en su borde para unirse a la superficie
aplanada (49, 39) del otro panel (41, 31).
10. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 9, caracterizada porque dicha extensión (61)
tiene forma de L de manera que dicha superficie aplanada (39, 49)
quede enfrentada a la superficie aplanada (49, 39) del otro panel
situada en su borde para poder llevar a cabo su unión
adhesivada.
11. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 9, caracterizada porque la superficie aplanada
(49, 39) del otro panel también está ubicada en una extensión (63)
doblada en su borde, de manera que ambas extensiones (61, 63) queden
enfrentadas para llevar a cabo la unión adhesivada en una dirección
transversal a la cuerda del perfil de la pala.
12. Una pala de aerogenerador según la
reivindicación 11, caracterizada porque la dirección de
dichas extensiones (61, 63) forma un ángulo \Omega, comprendido
entre 0º-30º con la dirección perpendicular a la cuerda de la
pala.
13. Una pala de aerogenerador según cualquiera
de las reivindicaciones 7-12, caracterizada
porque dicha segunda sección (23) de la pala está comprendida entre
el 1% y el 30% de su longitud medida desde la raíz de la pala.
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