ES2342638B1 - Una pala de aerogenerador multi-panel. - Google Patents
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Abstract
Una pala de aerogenerador
multi-panel.
Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) multipanel
que comprende al menos una sección longitudinal de una viga central
(7, 7', 7'') compuesta por dos paneles prefabricados de alas (15,
17) y dos paneles prefabricados de almas (19, 21) dispuestos uno al
lado del otro en forma de cajón y al menos dos secciones
longitudinales de conchas (5, 5', 5'', 5''', 5''''; 9, 9', 9'',
9''') formando, respectivamente, el borde de ataque y el borde de
salida de la correspondiente sección de la pala que están dispuestas
adyacentemente a las secciones de la viga central (7, 7', 7'') y
están compuestas por un solo panel prefabricado (31, 33) o por dos
paneles prefabricados (11, 23; 13, 25), estando definido el perfil
aerodinámico de la pala por dichos paneles de alas (15, 17) y por
dichos paneles únicos de conchas (31; 33) o por dichos dos paneles
de conchas (11, 23; 13, 25).
Description
Una pala de aerogenerador
multi-panel.
La presente invención se refiere en general a
palas de aerogeneradores y más en particular a palas
multi-panel para facilitar su fabricación y
transporte.
Los aerogeneradores incluyen un rotor que
soporta 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.
Sin embargo, el tamaño de las palas para parques
eólicos situados en tierra está limitado actualmente en cierta
medida por condicionamientos infraestructurales y de transporte. En
particular, el tamaño de puentes y túneles limita el tamaño de la
máxima cuerda de la pala.
Para resolver en particular los problemas
planteados por palas de gran longitud la técnica anterior describe
la división de la pala en dos o más secciones longitudinales
provistas con medios de unión, de manera que cada sección pueda ser
fabricada individualmente y todas las secciones puedan ser
ensambladas en el lugar de instalación del aerogenerador. Algunos
ejemplos de esa técnica anterior son los siguientes.
DE 3 109 566 describe una pala de aerogenerador
subdivida en al menos dos secciones longitudinales que se unen
mediante un perno extensible.
US 4,389,182 describe una pala de aerogenerador
subdivida en varias secciones longitudinales que están
interconectadas por miembros tensionadores tales como cables de
acero pasantes a través de las secciones de la pala.
EP 1 244 873 A1 describe una pala de
aerogenerador subdividida en secciones longitudinales que se unen
por medio de una unión a ras que comprende varios clips dispuestos a
lo largo de la junta con sus respectivos extremos fijados a las
secciones objeto de unión y pernos para fijar dichos clips.
EP 1 584 817 A1 y WO 2006/103307 del mismo
solicitante de la presente invención describe una pala de
aerogenerador subdividida en secciones longitudinales con medios
mejorados de unión.
También se conoce técnica anterior que describe
la división de la pala en varias secciones transversales adicional ó
independientemente a la división en secciones longitudinales.
Algunos ejemplos de esa técnica anterior 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 con los condicionantes de transporte y
con los condicionantes de calidad en la fabricación planteados por
palas que pueden alcanzar longitudes de 100 m y cuerdas máximas de 8
m.
La presente invención está orientada a la
satisfacción de esa demanda.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que
permite el montaje de palas de aerogenerador grandes en el lugar de
su instalación en un parque eólico o en una nave próxima al parque
eólico.
\newpage
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador en la
que se ensamblan todos los paneles de la pala mediante uniones
atornilladas, resultando una estructura más confiable y más ligera
que las típicas estructuras encoladas de palas de
aerogeneradores.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que
permite optimizar su diseño.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una pala de aerogenerador fácil de fabricar, manejar y
transportar.
Este y otros objetos de la presente invención se
consiguen proporcionando una pala de aerogenerador que comprende al
menos una sección longitudinal de una viga central y al menos dos
secciones longitudinales de conchas en la que:
- -
- Cada sección de la viga central está compuesta por dos paneles prefabricados de alas y dos paneles prefabricados de almas uno al lado de otro en forma de cajón.
- -
- Dichas secciones de conchas están dispuestas adyacentemente a la viga central formado el borde de ataque y el borde de salida de la correspondiente sección de la pala.
- -
- Dichas secciones de conchas están compuestas por un solo panel prefabricado o por dos paneles prefabricados en los lados de presión y succión.
- -
- El perfil aerodinámico de la pala está definido por dichos paneles de alas y por dichos paneles de las conchas.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada en
relación con las figuras que se acompañan.
La Figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de una pala de aerogenerador según la presente
invención.
La Figura 2 es una vista esquemática en sección
transversal de una pala de aerogenerador según la presente
invención, mostrando una primera realización de las conchas.
La Figura 3 es una vista esquemática en sección
transversal de una pala de aerogenerador según la presente invención
mostrando una segunda realización de las conchas.
La Figura 4 es una vista en planta de una pala
de aerogenerador según la presente invención mostrando una primera
realización de las divisiones longitudinales de la viga central y
las conchas.
La Figura 5 es una vista en planta de una pala
de aerogenerador según la presente invención mostrando una segunda
realización de las divisiones longitudinales de la viga central y
las conchas.
La Figura 6 es una vista en planta de una pala
de aerogenerador según la presente invención mostrando una tercera
realización de las divisiones longitudinales de la viga central y
las conchas.
La Figura 7 es una vista en sección transversal
de una junta atornillada entre tres paneles de una pala de
aerogenerador según la presente invención.
Esta invención proporciona una pala de
aerogenerador con una estructura multi-panel para
optimizar la calidad de su fabricación y su transporte. La invención
implica dividir el conjunto de la pala para su montaje
in-situ de cara a lograr los siguientes
objetivos.
Un primer objetivo es permitir el transporte de
palas grandes al lugar de montaje y su montaje in situ.
Un segundo objetivo es la obtención de una
estructura más confiable y más ligera que las típicas estructuras
encoladas de palas de aerogeneradores.
Un tercer objetivo es permitir la sección de
diferentes materiales y/o procesos de fabricación y/o
configuraciones estructurales para las diferentes partes de la pala.
Al igual que en cualquier estructura, los requerimientos de las
distintas partes son muy diferentes: la viga central es el elemento
principal de soporte de carga mientras que las conchas son las
partes responsables de la funcionalidad aerodinámica y tienen menos
importancia estructural. En la viga central las alas soportan
mayores cargas que las almas. Una pala multi-panel
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.
Un cuarto objetivo es mejorar el proceso de
fabricación de las palas especialmente en aspectos tales como el
control de calidad, la productividad, la logística y el tamaño de
las plantas.
En palas de una pieza, el aseguramiento de la
calidad está muy condicionado por su tamaño. En palas
multi-panel el aseguramiento de la calidad y las
potenciales reparaciones, si se necesitan, es más fácil y
consiguiente se pueden reducir los costes de la
no-conformidad. Adicionalmente, el control de
calidad estadístico también se mejora y es posible un mejor
evolución del proceso de fabricación.
El tiempo de entrega y el tiempo de servicio de
palas fabricadas en una pieza es alto. Esos tiempos aumentan con el
incremento de su tamaño. Las palas multi-panel
permiten la fabricación de las distintas partes en paralelo y que la
etapa final de la fabricación de la pala se convierta en una pura
etapa de montaje.
Las palas multi-panel permiten
al fabricante de palas organizar sus planes de acuerdo con
diferentes criterios y subcontratar la fabricación de alguna de las
partes si es necesario.
Como se ilustra en la Fig. 1, la sección
transversal del perfil de la pala de acuerdo con la presente
invención está configurado como una sección de tres celdas: la viga
central 7, la concha 5 del borde de ataque y la concha 9 del borde
de salida formadas por uno o varios paneles.
La concha 5 del borde de ataque está formada por
un panel 11 en el lado de presión del borde de ataque y un panel 13
en el lado de succión del borde de ataque.
La viga central 7 está formada por un panel
frontal de alma 19, un panel de ala 15 en el lado de presión, un
panel de ala 17 en el lado de succión y un panel trasero de alma
21.
La concha 9 del borde de salida está formada por
un panel 23 en el lado de presión del borde de salida y un panel 25
en el lado de succión del borde de salida.
En una primera realización de las conchas según
la presente invención ilustrada en la Fig. 2, la concha 5 del borde
de ataque está formada por un panel único 31 y la concha 9 del borde
de salida está formada por dos paneles 23, 25.
En una segunda realización de las conchas según
la presente invención ilustrada en la Fig. 3, la concha 5 del borde
de ataque está formada por un panel único 31 y la concha 9 del borde
de salida también está formada por un panel único 33.
La pala puede incluir también una parte final
adicional 35 en el borde de salida (mostrada solo en la Fig. 2)
para mejorar el funcionamiento aerodinámico de su extremo final y
evitar juntas en el borde de salida de la pala.
Como se ilustra en las Figuras 4, 5, 6, la pala
puede comprender una o varias secciones longitudinales de la viga
central 7, 7', 7'', una o varias secciones longitudinales de la
concha 5, 5', 5'', 5''', 5'''' del borde de ataque y una o varias
secciones longitudinales de la concha 9, 9', 9'', 9''' del borde de
salida. La pala también comprende una sección final 10 que se
fabrica como una parte extra y que se ensambla a la viga central y a
las conchas.
Preferiblemente el número de secciones
longitudinales de las conchas es igual o mayor que el número de
secciones longitudinales de la viga central.
En la realización mostrada en la Fig. 4 la pala
1 comprende una sección longitudinal de viga central 7, una sección
longitudinal de concha 5 de borde de de ataque, una sección
longitudinal de concha 9 de borde de salida y una sección final
10.
En la realización mostrada en la Fig. 5 la pala
3 comprende una sección longitudinal de viga central 7, cuatro
secciones longitudinales de concha 5', 5'', 5''', 5'''' de borde de
de ataque, tres secciones longitudinales de concha 9', 9'', 9''' de
borde de salida y una sección final 10.
En la realización mostrada en la Fig. 6 la pala
5 comprende dos secciones longitudinales de viga central 7', 7'',
cuatro secciones longitudinales de concha 5', 5'', 5''', 5'''' de
borde de de ataque, tres secciones longitudinales de concha 9', 9'',
9''' de borde de salida y una sección final 10.
Una diferencia relevante entre esta
configuración multi-panel y las palas
multi-parte de la técnica anterior es que los
paneles están dispuestos adyacentemente y consecuentemente los
paneles de alas no solo tienen una función estructural sino también
una función aerodinámica, mientras que las configuraciones de las
palas de la técnica anterior está basada en una cubierta exterior
aerodinámica y una alas y almas interiores de soporte de cargas.
La pala se monta uniendo todos los paneles
adyacentes.
Medios mecánicos, medios químicos o
combinaciones de medios mecánicos y medios químicos pueden ser
usados para las juntas longitudinales entre las secciones
longitudinales de la viga central. En particular, los medios
mecánicos de unión descritos en EP 1 584 817 A1 y WO 2006/103307,
que se incorporan aquí por referencia, son medios apropiados para
dichas juntas.
Juntas mecánicas, tales como juntas
atornilladas, pueden ser usadas en las juntas longitudinales de
conchas y en las juntas transversales entre paneles.
Juntas químico-mecánicas, es
decir juntas combinando medios mecánicos tales como tornillos y
medios químicos tales como medios de encolado también pueden ser
usadas en las juntas longitudinales de conchas y en las juntas
transversales entre paneles.
Mientras que en las palas segmentadas conocidas
en la técnica las juntas requeridas solo involucran dos componentes
de la pala, la configuración multi-panel de la
presente invención puede involucrar juntas entre tres paneles, por
ejemplo la junta mostrada en la Fig. 7 entre una ala de viga 17, un
alma de viga 21 y un panel 25 del borde de salida.
En este caso la junta es una junta atornillada
29 entre los tres paneles 17, 21, 25 cuyos bordes incluyen
prolongaciones planas 41, 43, 45 paralelas entre ellas para permitir
tal tipo de junta. Como se ilustra en la Fig. 7, las prolongaciones
planas 41. 43 de los paneles de ala de viga y de borde de salida 17,
25 siguen el perfil de dichos paneles y la prolongación plana 45 del
panel de alma de viga 21 está configurada como una prolongación
angular de ese panel.
En cualquier caso, las juntas entre paneles
deben mantener la superficie aerodinámica requerida de la pala
usando, si es necesario, materiales de sellado o carenas cubriendo
los bordes de paneles adyacentes.
Una característica importante de la presente
invención es que los materiales, la configuración estructural y el
proceso de fabricación de cada tipo de panel e incluso del mismo
tipo de panel en diferentes secciones longitudinales de la pala
puede ser diferente, permitiendo una optimización del diseño de la
pala y de su fabricación.
En este sentido las principales opciones son las
siguientes.
- -
- Configuración estructural: Laminados sólidos y configuraciones sándwich.
- -
- Materiales: Plásticos Reforzados con Fibras (en particular Plásticos-Reforzados con Fibras de Carbono y Plásticos Reforzados con Fibras de Vidrio) combinados con diferentes materiales de base para las configuraciones sándwich.
- -
- Procesos de fabricación: Moldeado de preimpregnados/Inyección de Resina/Moldeado de Laminados húmedos y Autoclave/Consolidación asistida con Vacío.
\vskip1.000000\baselineskip
En relación con las realizaciones mencionadas
anteriormente, las principales características de los diferentes
paneles son las siguientes:
- -
- Paneles 11, 13, 31 del borde de ataque. Configuración sándwich de plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP) con espuma en la parte central. El panel único curvo 31 de borde de ataque se fabrica sobre un molde hembra.
- -
- Paneles de ala de viga 15, 17 en palas con dos secciones longitudinales de viga central. Aparte de la sección de raíz (no mostrada), la pala 5 comprende una primera sección 7' en la que los paneles de ala de viga 15, 17 consisten en una primera zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de vidrio con un centro de madera de balsa y una segunda zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de vidrio con fibras de vidrio o perfiles pultruídos de fibras de carbono en la zona central y una segunda sección 7'' en la que en la que los paneles de ala de viga 15, 17 consisten en una primera zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de carbono con fibras de vidrio o perfiles pultruídos de fibras de carbono en la zona central, una segunda zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de carbono con un centro de madera de balsa y una tercera zona hecha como laminado sólido de preimpregnado de fibra de carbono. Como bien comprenderá el experto en la materia dicha estructura es el resultado de un proceso de diseño teniendo en cuenta todos los criterios relevantes y en particular los requerimientos de resistencia y rigidez.
- -
- Paneles de alma de viga 19, 21. Construcción sándwich con GFRP y un centro de espuma.
- -
- Paneles 23, 25, 33 del borde de salida. Construcción sándwich con GFRP y un centro de espuma.
\vskip1.000000\baselineskip
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 (16)
1. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) que
comprende al menos una sección longitudinal de una viga central (7)
y al menos dos secciones longitudinales de conchas (5, 9),
caracterizada porque:
- a)
- cada sección de la viga central (7, 7', 7'') está compuesta por dos paneles prefabricados de alas (15, 17) y dos prefabricados paneles de almas (19, 21) dispuestos uno al lado del otro en forma de cajón;
- b)
- dichas secciones de conchas (5, 5', 5'', 5''', 5''''; 9, 9', 9'', 9''') están dispuestas adyacentemente a las secciones de la viga central (7, 7', 7'') formando el borde de ataque y el borde de salida de la correspondiente sección de la pala;
- c)
- dichas secciones de conchas (5, 5', 5'', 5''', 5''''; 9, 9', 9'', 9''') están compuestas por un solo panel prefabricado (31, 33) o por dos paneles prefabricados: un primer panel prefabricado (11, 23) en el lado de presión y un segundo panel prefabricado (13, 25) en el lado de succión;
- d)
- el perfil aerodinámico de la pala está definido por dichos paneles de alas (15, 17) y por dichos paneles únicos de conchas (31; 33) o por dichos primer y segundo paneles de conchas (11, 23; 13, 25).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según la
reivindicación 1, caracterizada porque las secciones de
concha (5, 5', 5'', 5''', 5'''') que forman el borde de ataque están
compuestas de un único panel prefabricado (31) y las secciones de
concha (9, 9', 9'', 9''') que forman el borde de salida están
compuestas por un primer panel prefabricado (23) en el lado de
presión y un segundo panel prefabricado (25) en el lado de
succión.
3. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según la
reivindicación 1, caracterizada porque las secciones de
concha (5, 5', 5'', 5''', 5'''') que forman el borde de ataque y las
secciones de concha (9, 9', 9'', 9''') que forman el borde de
salida están compuestas están compuestas de un único panel (31, 33)
prefabricado.
4. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-3,
caracterizada porque las secciones de concha (9, 9', 9'',
9''') del borde de salida también incluyen una pieza adicional (35)
en su extremo final.
5. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-4,
caracterizada porque también comprende una sección
longitudinal final (10).
6. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-5,
caracterizada porque el número de dichas secciones
longitudinales de conchas (5, 5', 5'', 5''', 5''''; 9, 9', 9'',
9''') es igual o mayor que el número de dichas secciones
longitudinales de viga central (7, 7', 7'').
7. Una pala de aerogenerador (1) según la
reivindicación 6, caracterizada porque comprende una sección
longitudinal de viga central (7) y dos secciones longitudinales de
conchas (5, 9).
8. Una pala de aerogenerador (3) según la
reivindicación 6, caracterizada porque comprende una sección
longitudinal de viga central (7) y varias secciones longitudinales
de conchas (5', 5'', 5''', 5''''; 9', 9'', 9''').
9. Una pala de aerogenerador (5) según la
reivindicación 6, caracterizada porque comprende varias
secciones longitudinal de viga central (7', 7'') y varias secciones
longitudinales de conchas (5', 5'', 5''', 5''''; 9', 9'', 9''').
10. Una pala de aerogenerador (5) según la
reivindicación 9, caracterizada porque las siguientes
características de los paneles de alas (15, 17) de al menos dos
secciones longitudinal de viga central (7', 7'') son diferentes
entre ellas:
- -
- el material de los paneles de alas (15. 17);
- -
- la configuración estructural de los paneles de alas (15, 17).
\vskip1.000000\baselineskip
11. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10,
caracterizada porque los paneles de alas (15, 17), los
paneles de almas (17, 19) y los paneles de conchas (11, 13; 25, 27;
31, 33) incluyen prolongaciones planas (41, 43, 45) en los bordes de
sus zonas de unión, siendo dichas prolongaciones planas (41, 43, 45)
paralelas entre ellas.
12. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-11,
caracterizada porque todas las juntas entre paneles son
juntas mecánicas.
13. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-11,
caracterizada porque todas las juntas entre los paneles (15,
17, 19, 21) de la viga central son juntas químicas y porque las
juntas entre los paneles de conchas (11,13; 23, 25; 31; 33) y los
paneles (15, 17, 19, 21) de la viga central son juntas
mecánicas.
14. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-11,
caracterizada porque todas las juntas entre paneles son
juntas químico-mecánicas.
15. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-14,
caracterizada porque el material de los paneles de alas (15,
17) incluye uno de los siguientes:
- -
- un Plástico Reforzado con Fibra de Carbono;
- -
- un Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio.
\vskip1.000000\baselineskip
16. Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según
cualquiera de las reivindicaciones 1-14
caracterizada porque la configuración estructural de los
paneles del alas (15,17) incluye una de las siguientes:
- -
- un laminado sólido;
- -
- una configuración en sándwich.
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