ES2343712B1 - Pala de aerogenerador dividida en tramos y proceso de fabricacion de la misma. - Google Patents

Abstract

Pala de aerogenerador dividida en tramos y proceso de fabricación de la misma, formada por un cajón central (1) compuesto por cuatro piezas longitudinales complementarias, sobre el cual se incorporan sendas estructuras accesorias (2) y (3) que determinan el borde de ataque y el borde de salida de la configuración aerodinámica de la pala, dividiéndose el conjunto estructural en tramos longitudinales que se unen mediante placas dispuestas por el interior con fijaciones remachadas (6).

Description

Pala de aerogenerador dividida en tramos y proceso de fabricación de la misma.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los aerogeneradores que disponen de un rotor de palas para el accionamiento por el viento, proponiendo para dicha aplicación una pala formada por tramos, con unas características estructurales y de formación que permiten la automatización constructiva de una manera ventajosa.

Estado de la técnica

La demanda mundial de energías renovables para hacer frente al cambio climático, implica de una manera muy importante a la energía eólica, la cual mayoritariamente se desarrolla mediante aerogeneradores con rotor de palas.

El desarrollo de dichos aerogeneradores y su aplicación para la producción energética mediante aprovechamiento del viento, requiere cada vez aerogeneradores de mayor potencia nominal, más eficientes y de inferior costo por Kilovatio de la energía que se genera.

En la generación de energía mediante tales aerogeneradores es fundamental, entre otros aspectos, la superficie de barrido de las palas del rotor que recibe la acción del viento, de manera que uno de los medios para aumentar la potencia de generación energética es el aumento del tamaño de las palas.

Superar, sin embargo, una medida del tamaño de las palas de dichos aerogeneradores, entraña una serie de problemas coligados a ello, en razón de las dificultades que surgen, tanto en el aspecto del transporte, por los vehículos existentes y la normativa de la circulación por carreteras, como en el aspecto del montaje constructivo del aerogenerador, por los tipos de grúas que deben ser empleados.

En efecto, a partir de los 35 metros de longitud las palas de aerogenerador presentan grandes dificultades de transporte, ya que precisan transportes especiales que son muy costosos, requiriéndose, para solucionar ese problema, el desarrollo de formación de las palas en trozos, lo cual no solo es ventajoso para las grandes palas (entre 40 y 60 metros de longitud) que empieza a demandar el sector eólico, sino también para las palas convencionales (entre 30 y 40 metros de longitud), porque al hacerse en trozos de entre 15 y 20 metros de longitud, se pueden transportar en transportes normales, consiguiéndose una reducción del coste del transporte que es superior al coste de trocear las palas.

En ese sentido, es necesario diseñar las palas de los aerogeneradores con miras a optimizar los costes de transporte, montaje en el lugar de instalación y mantenimiento durante el periodo de vida útil del aerogenerador correspondiente, teniendo en cuenta la dificultad de los accesos a los lugares donde generalmente se instalan los parques eólicos.

Por otro lado, los procesos actuales de fabricación de las palas de los aerogeneradores, son intensivos en mano de obra, con los problemas añadidos en consecuencia, de costos y baja calidad por falta de precisión en las operaciones repetitivas, de los procesos manuales.

Para las palas de gran tamaño es conocida ya la formación en dos o más tramos susceptibles de transportarse por separado, para montarse en la construcción de instalación del aerogenerador, facilitándose así el transporte y el montaje.

En tal sentido se han desarrollado diferentes sistemas para unir los tramos componentes de las palas divididas, como por ejemplo según la Patente ES 9901177, pero todas las soluciones conocidas con ese fin tienen una dependencia muy importante de procesos operativos manuales, con lo cual el costo resulta elevado y se mantiene un problema de susceptibles deficiencias de precisión.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone una pala dividida en tramos y su proceso de fabricación, con cuyas características se superan de manera positiva los problemas de las técnicas convencionales existentes de construcción de palas divididas, facilitando la automatización de la fabricación.

Estructuralmente esta pala objeto de la invención consta de un cajón central que se constituye como armadura longitudinal, sobre el cual se incorporan las partes correspondientes al borde de ataque y al borde de salida de la formación aerodinámica de la pala, mediante una composición de cada uno de dichos bordes con dos piezas complementarias.

El cajón central se estructura mediante cuatro piezas longitudinales que se unen entre sí determinando un conjunto de sección esencialmente rectangular que evoluciona hasta una forma circular en uno de los extremos, donde se determina el acoplamiento para la sujeción de la pala en el montaje de aplicación, mientras que hacia el extremo correspondiente a la punta de la pala dicha sección del cajón central evoluciona hasta una forma casi plana, de acuerdo con la configuración de la pala en dicho extremo.

El conjunto del cajón central, con las piezas complementarias determinantes de los bordes de ataque y de salida de la pala, se divide en tramos longitudinales, los cuales se unen entre sí mediante unas placas de unión de cada una de las piezas componentes, es decir de cada una de las piezas que forman el cajón central y cada una de las piezas que forman los bordes de ataque y de salida, fijándose dichas placas a las partes de las piezas correspondientes mediante remachado.

Para la formación de una pala de esas características, primero se construyen de un modo independiente las distintas piezas componentes, y sobre cada una de dichas piezas se taladran los orificios de fijación de las placas de unión de los tramos de la pala, cortándose después cada pieza en las partes que correspondan a los tramos de la pala a formar, para a continuación unir las partes de cada pieza con las placas correspondientes, y con las piezas así formadas se monta el conjunto de la pala, separándose después los tramos de la pala mediante el desremachado de una de las partes de las uniones.

Con ello se obtiene el conjunto de la pala en tramos independientes, los cuales se pueden transportar sin recurrir a transportes especiales, para la unión de dichos tramos en el montaje constructivo del aerogenerador en el lugar de la instalación, mediante el ensamble de dichos tramos y el remachado de las placas de las uniones, pudiendo también moverse los tramos para dicha operación del montaje, con grúas autodesplazables normales.

La construcción de las piezas componentes del conjunto de la pala, así como la división de dichas piezas en las partes correspondientes a los tramos parciales de la pala, y el acoplamiento de unión posterior entre dichas partes, permiten la aplicación de procesos de automatización conocidos en el sector aeroespacial, lo cual posibilita el abaratamiento de los costes de fabricación, consiguiendo además una precisión no condicionada por errores de manualidad.

Por todo lo cual, el objeto de la invención resulta de unas características realmente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la formación de aerogeneradores con palas de grandes dimensiones.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra en perspectiva una pala de aerogenerador de dos tramos según el objeto de la invención.

La figura 2 es una perspectiva explosionada de la formación estructural de un tramo de pala, en un ejemplo de realización según la invención.

La figura 3 es una perspectiva del conjunto de la figura anterior montado.

La figura 4 es una perspectiva del cajón central destinado para la formación de una pala según la invención.

Las figuras 5, 6, 7 y 8 son las vistas correspondientes a las distintas secciones del cajón central indicadas en la figura 4.

La figura 9 es una perspectiva explosionada del conjunto componente del cajón central de la figura 4.

La figura 10 es una perspectiva de la zona de unión de dos tramos de una pala conforme la invención.

La figura 11 es una perspectiva como la anterior, con un recorte parcial para apreciar las placas de unión dispuestas por el interior.

La figura 12 es una perspectiva explosionada de la unión de la figura 10.

La figura 13 es una perspectiva de la unión de la figura 10, con los tramos separados.

La figura 14 es una perspectiva explosionada semejante a la figura 2, según otro ejemplo de formación estructural de una pala de acuerdo con la invención.

La figura 15 es una perspectiva del conjunto de la figura anterior montado.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a la formación constructiva de una pala para aerogenerador, de acuerdo con una realización de división en trozos longitudinales, para facilitar el transporte hasta el lugar de ubicación del aerogenerador y el montaje de construcción del mismo en su instalación.

La pala de acuerdo con la invención se forma con un cajón central (1), en funciones de armadura longitudinal de la pala, sobre el cual se incorporan de manera accesoria la estructura del borde de ataque (2) y la estructura del borde de salida (3), que determinan la formación aerodinámica de la pala.

El cajón central (1) se estructura con cuatro piezas longitudinales complementarias (1.1, 1.2, 1.3 y 1.4), las cuales se acoplan entre sí con uniones (4) que pueden ser de distintas formas, como se observa en las figuras 5 a 8, determinando un conjunto (figura 4) de sección esencialmente rectangular, progresando hacia uno de los extremos hasta una forma circular (5) con la que se determina el acoplamiento para la sujeción de la pala en su montaje de aplicación, mientras que hacia el extremos de la pala dicho conjunto del cajón central (1) progresa hasta una forma casi plana, en correspondencia con la configuración propia de la parte extrema de las palas de aerogenerador.

La estructura del borde de atasque (2) de la pala se forma con dos piezas complementarias (2.1 y 2.2), así como la estructura del borde de salida (3) , que se forma a su vez con otras dos piezas complementarias (3.1 y 3.2), pudiendo ser dichas estructuras (2) y (3) independientes entre sí, como en la realización de las figuras 1 a 3 y 10 a 12, o bien ir unidas las piezas superiores (2.1) y (3.1), así como las piezas inferiores (2.2) y (3.2), de ambas estructuras (2) y (3) , en sendas piezas comunes, como en la realización de las figuras 14 y 15, sin que ello altere el concepto.

El conjunto de la pala así formado, se divide en dos o más tramos longitudinales, los cuales se unen entre sí mediante uniones remachadas (6), como se observa en la figura 1, pudiendo ser construidos los tramos en fábrica y ser transportados independientemente, para su unión en el montaje constructivo del aerogenerador correspondiente en el lugar de instalación.

Para la unión de los tramos componentes de la pala se utilizan unas placas (7), que se disponen entre las partes correspondientes de cada una de las piezas (1.1, 1.2, 1.3 y 1.4) del cajón central (1), así como entre las partes correspondientes de las piezas (2.1 y 2.2) de la estructura del borde de ataque, y entre las partes correspondientes de las piezas (3.1 y 3.2) de la estructura del borde de salida, formando una unión remachada (6) respecto de cada una de dichas piezas en el acoplamiento de unión de los tramos de la pala.

El proceso de realización constructiva de la pala en esa forma estructural, de acuerdo con la invención, se desarrolla de la manera siguiente:

En primer lugar se realiza independientemente la fabricación de cada una de las piezas componentes del conjunto estructural, en correspondientes moldes diseñados para cada pieza, y en cada una de las piezas individuales se realiza, conjuntamente con las placas correspondientes (7), el taladrado para las uniones remachadas (6), en las zonas que corresponden a la división de los tramos de la pala a formar.

Una vez realizado el taladrado, se retiran las placas (7) y se procede a cortar las piezas por las zonas establecidas de división para los tramos de la pala, uniéndose después las pastes resultantes de las piezas, mediante remachado de las correspondientes placas (7) sobre las mencionadas partes de las piezas, según uniones (6) , con lo cual cada una de las piezas componentes de la pala queda como en su forma de construcción pero con divisiones unidas mediante las placas (7) correspondientes.

En esta disposición se procede al montaje del cajón central (1), mediante el acoplamiento de sus piezas componentes (1.1, 1.2, 1.3 y 1.4), y a la incorporación de las estructuras (2) y (3) del borde de ataque y del borde de salida, mediante el ensamble de sus respectivas piezas componentes (2.1, 2.2) y (3.1, 3.2), en acoplamiento sobre el cajón central (1) montado, con lo que la pala queda formada según el modo de la realización para el montaje de aplicación.

Una vez así, el conjunto estructural de la pala formada según lo anterior, se divide separando los tramos componentes, para lo cual se desremacha una de las partes de las uniones (6), con lo que se pueden desacoplar los tramos respectivos, los cuales quedan así independientes para ser transportados al lugar de instalación del aerogenerador correspondiente, en donde dichos tramos se pueden unir de nuevo mediante simple acoplamiento y remachado de la parte de las uniones (6) que se halla sin remaches, lo cual puede hacerse sobre el propio montaje de la pala en el aerogenerador, pudiendo elevarse para ello los tramos con grúas normales.

Los tramos componentes de la pala, se prevé que sean intercambiables, en razón de que la punta de las palas es en la que se suelen producir roturas, por los rayos o choque de dicho extremo con la torre portante del aerogenerador, de modo que, siendo intercambiables los tramos componentes de las palas, en caso de rotura de la punta se puede cambiar el tramo extremo, manteniendo el resto de la pala, con lo cual la reparación resulta rápida y con un bajo coste de transporte, en comparación con el tiempo y coste que supone la sustitución completa de una pala.

Claims (7)

1. Pala de aerogenerador dividida en tramos, del tipo que se forma por dos o más tramos longitudinales susceptibles de transportarse independientemente para su acoplamiento de montaje en el lugar de instalación del aerogenerador, caracterizada porque se determina con un conjunto estructural que comprende un cajón central (1) en funciones de estructura longitudinal, sobre el cual se incorporan sendas estructuras accesorias (2) y (3) que forman el borde de ataque y el borde de salida de la configuración aerodinámica de la pala, dividiéndose ese conjunto estructural en tamos longitudinales que se unen mediante placas (7) dispuestas por el interior, con fijación de dichas placas (7) en uniones remachadas (6).

2. Pala de aerogenerador dividida en tramos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque el cajón central (1) se estructura mediante cuatro piezas longitudinales complementarias (1.1, 1.2, 1.3 y 1.4), las cuales se unen entre sí determinando un conjunto de sección esencialmente rectangular que progresa hacia un extremo hasta una forma (5) circular y hacia el otro extremo hasta una forma casi plana.

3. Pala de aerogenerador dividida en tramos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque la estructura accesoria (2) que determina el borde de ataque de la pala, se compone de dos piezas longitudinales complementarias (2.1 y 2.2), cuyo conjunto se dispone lateralmente a lo largo del cajón central (1).

4. Pala de aerogenerador dividida en tramos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque la estructura accesoria (3) que determina el borde de salida de la pala, se compone de dos piezas longitudinales complementarias (3.1 y 3.2), cuyo conjunto se dispone lateralmente a lo largo del cajón central (1).

5. Pala de aerogenerador dividida en tramos, de acuerdo con las reivindicaciones primera, tercera y cuarta, caracterizada porque las estructuras accesorias (2) y (3) que determinan los bordes de ataque y de salida de la pala, se constituyen por respectivos conjuntos de piezas (2.1, 2.2) y (3.1, 3.2) que se disponen de manera independiente sobre el cajón central (1).

6. Pala de aerogenerador dividida en tramos, de acuerdo con las reivindicaciones primera, tercera y cuarta, caracterizada porque las estructuras accesorias (2) y (3) que determinan los bordes de ataque y de salida de la pala, se constituyen por respectivos conjuntos cuyas piezas superiores (2.1) y (3.1), así como sus piezas inferiores (2.2) y (3.2), se hallan unidas en respectivas piezas comunes que se disponen por arriba y por abajo sobre el cajón central (1).

7. Proceso de fabricación de una pala de aerogenerador dividida en tramos, con una estructura formada por un cajón central (1) compuesto por cuatro piezas longitudinales (1.1, 1.2, 1.3, y 1.4) y sendas estructuras accesorias (2) y (3), compuestas por respectivos pares de piezas longitudinales (2.1, 2.2) y (3.1, 3.2), que se disponen lateralmente a lo largo de dicho cajón central (1), caracterizado porque cada una de las piezas componentes del cajón central (1) y de las estructuras accesorias (2) y (3), se fabrican independientemente en moldes respectivos, practicándose sobre las piezas independientes así realizadas un taladrado en relación con zonas previstas de división de dichas piezas, conjuntamente con unas respectivas placas (7) destinada a incorporarse en dichas zonas, efectuándose a continuación el corte de las piezas por las zonas taladradas, previa retirada de las placas (7), para unir después las partes de las piezas divididas, mediante remachado de las correspondientes placas (7) sobre las zonas de las piezas coincidentes en cada unión, de manera que con las piezas así divididas y con sus partes unidas se efectúa el montaje del conjunto estructural de la pala, separándose después los tramos componentes de la misma mediante desremachado de una de las partes de las uniones remachadas de las piezas componentes, para el transporte independiente de dichos tramos y su unión de nuevo en el lugar de instalación del aerogenerador.