ES2352945B2 - Sistema de amarre para la union de tramos de palas de aerogenerador partidas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, que consiste en disponer dos
bulones paralelos (1 y 2) pasando a través de los laminados de los
tramos de pala (3 y 4) a unir, y entre dichos bulones unas varillas
(5 y 6) paralelas a los laminados de los tramos (3 y 4), por la
parte exterior y por la parte interior de los mismos, con
acoplamiento de las varillas (5 y 6) respecto de los bulones (1 y 2)
mediante sistemas mecánicos que determinan un tensado de apriete
entre los bulones (1 y 2).
Description
Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas.
La presente invención está relacionada con las
palas de aerogenerador que se construyen partidas en tramos para
facilitar la fabricación y el transporte, proponiendo un sistema de
amarre para establecer la unión del montaje entre los tramos
componentes de dichas palas, con ventajas para la realización
operativa de dicha unión y mínimo requerimiento de alteración
estructural de la formación constructiva de los tramos a unir.
Los primeros aerogeneradores que fueron
instalados con fines de producción eléctrica a nivel industrial,
proporcionaban una potencia nominal de 20 a 60 KW, habiendo
aumentado paulatinamente el tamaño y potencia de las máquinas
desarrolladas, hasta los aerogeneradores actuales que alcanzan 5 MW,
implicando la utilización de palas del orden de 60 metros de
longitud.
En algunos casos, dadas las dimensiones de
dichas palas y dependiendo del emplazamiento, orografía y leyes
locales, su transporte es imposible mientras que en otros casos, a
pesar de que es técnicamente viable, éste genera costes
prohibitivos.
Teniendo en cuenta tales factores, se viene
trabajando en el desarrollo de proyectos relacionados con el diseño
y fabricación de palas partidas formadas por tramos transportables
por separado, para unirse posteriormente en el montaje constructivo
del aerogenerador en el lugar de instalación, consiguiéndose con
ello ventajas importantes, entre las que cabe destacar:
- Reducción del coste de transporte, ya que no
se requieren vehículos especiales, ni es necesario realizar cortes
de circulación.
- Accesibilidad a emplazamientos complicados, ya
que al poder utilizar vehículos de menor tamaño aumenta la
posibilidad de poder alcanzar emplazamientos con orografía compleja,
reduciéndose el costo asociado a la realización de pistas forestales
que permitan el acceso a dichos emplazamientos.
- Mejora de la calidad, por la fabricación de
elementos con dimensiones más reducidas que optimizan procesos como
la infusión de la resina, reduciendo la dispersión de propiedades y,
consecuentemente, aumentando la resistencia del producto final.
- Aumento de la productividad, ya que al
trabajar con componentes de menor tamaño, se reduce
considerablemente el tiempo de infusión y curado de construcción,
pudiendo asimismo trabajar en paralelo con varios moldes.
- Se introduce el concepto de la modularidad,
pudiendo realizarse familias de piezas con diseños comunes, que se
pueden combinar de manera selectiva en función de los requerimientos
de las palas en cada caso, con posibilidad de sustituciones
parciales para la reparación en los casos de deterioro.
Sin embargo, tecnológicamente, el concepto de
las palas partidas presenta un problema en lo que se refiere a la
unión de los tramos componentes, debiendo cumplir dicha unión las
siguientes condiciones:
- Fiabilidad, siendo en este aspecto necesario
definir un sistema con "incertidumbre" baja, para reducir el
coeficiente de seguridad a aplicar en los diseños.
- Accesibilidad, de tal forma que la unión pueda
realizarse desde el exterior de la pala, permitiendo realizar todas
las operaciones e inspecciones necesarias con comodidad.
- Mantenimiento nulo o mínimo que asegure la
eficiencia mecánica de la unión a lo largo de la vida útil de la
pala.
- Condicionante mínimo sobre el diseño de la
pala, intentando, entre otros factores, no engrosar excesivamente el
laminado constructivo en la zona de la unión, ya que este efecto
repercute directamente en el aumento de peso de pala y su mayor
coste de fabricación.
Con la intención de dar el cumplimiento óptimo a
tales condiciones, se han desarrollado diferentes técnicas de unión
de los tramos componentes de palas. De entre todas ellas, la Patente
US 2006083611 propone una unión mediante dos bridas metálicas, una
por el interior y la otra por el exterior del laminado, las cuales
abrazan unos tornillos pasantes, realizándose el tensado de la unión
mediante unas piezas a modo de arandelas con forma de cazoleta que
apoyan sobre un plano en funciones de cuña. Con esta solución el
tensado adolece de efectividad, precisión y fiabilidad.
De acuerdo con la invención se propone un
sistema de amarre basado en unas particulares características de
realización, permitiendo establecer la unión de los tramos
componentes de las palas partidas de aerogenerador en condiciones
muy ventajosas.
Este sistema de amarre objeto de la invención se
determina con dos bulones semicilíndricos paralelos que atraviesan
el laminado de los tramos a unir, estableciéndose una unión de
tensado entre dichos bulones mediante unas varillas que se disponen
en sentido longitudinal por el interior y por el exterior de dicho
laminado.
La unión entre las varillas y los bulones puede
hacerse mediante cualquier tipo de sujeción mecánica que permita
establecer un apriete de tensado entre los bulones. Según una
variante de aplicación, pueden utilizarse tuercas roscadas a las
varillas, haciendo tope dichas tuercas con la parte plana de los
bulones. Esta solución, además de ser económicamente ventajosa por
utilizar componentes normalizados, permite realizar el tensado de la
unión con mucha precisión, aunque las operaciones de montaje y
desmontaje sean lentas, debido al necesario accionamiento de las
tuercas, requiriendo además una inspección periódica.
En otro método de realización de similar
concepto se disponen tuercas provistas con un perfil dentado
exterior, las cuales pueden ser accionadas desde el exterior
mediante un tornillo sinfín que favorece un apriete sencillo y
automático, aunque esta realización resulta muy compleja y
costosa.
Según otra variante de ejecución las varillas se
insertan a través de bulones que alojan un sistema de carraca,
siendo más rápido el montaje, con una periodicidad de mantenimiento
menor, pero con desmontaje difícil si no se define un sistema
específico para este fin, resultando además el ajuste de la tensión
según valores no continuos, ya que el apriete se realiza por saltos
de dientes.
La aplicación del sistema se puede realizar en
montaje recto, es decir manteniendo la continuidad del plano
exterior de las paredes confrontadas de los tramos que se unen, con
lo cual los elementos de la unión que quedan en la parte exterior
alteran el perfil aerodinámico, siendo causa de ruidos y de una
reducción de la eficiencia energética de la pala, por lo que se
prevé el cubrimiento con una carena para eliminar esos
inconvenientes.
Para preservar el perfil aerodinámico de la
pala, la aplicación del sistema se puede realizar en un montaje
curvo, es decir conformando los tramos de pala con unas zonas
remetidas en las partes destinadas para la incorporación del sistema
de amarre, disponiendo en esas zonas, después de realizarse la
unión, una tapa de cubrimiento para determinar la continuidad del
plano superficial del perfil aerodinámico.
Con todo ello, el sistema de amarre propuesto
determina una unión que ofrece ventajas en diferentes aspectos,
entre los que se puede destacar:
- No se debilita el laminado de los tramos que
se unen, dado que las varillas con las que se realiza el tensado de
la unión van por el exterior y por el interior del perfil
aerodinámico, por lo que la sección útil del laminado no se reduce,
y por lo tanto no es necesario engrosarlo en la misma magnitud que
lo que requiere una solución en la que una única varilla atraviesa
el laminado por su interior.
- Se consiguen líneas de fuerza simétricas ya
que, dada la topología del amarre, con varillas de tensión a ambos
lados del laminado, las líneas de fuerza se reparten de manera
simétrica a través de dichas varillas, eliminando momentos flectores
residuales de segundo orden.
- Se obtiene una unión pretensada, consiguiendo
que la fuerza de separación entre los tramos que se unen se absorba
por tracción en las varillas y por descompresión del laminado,
reduciéndose el rango de tensiones en la parte metálica de forma que
aumenta la resistencia a la fatiga.
- No se utilizan adhesivos, con lo que se
eliminan los posibles defectos e incertidumbres asociados a este
tipo de unión, definiéndose como consecuencia coeficientes de
seguridad menores en el diseño, y optimizando así el sobrepeso de la
unión.
- El sistema permite al operario el montaje,
inspección y mantenimiento desde el exterior de la pala, pudiendo
establecerse los planos de unión de los tramos de pala en cotas no
accesibles por el interior.
- El mantenimiento es reducido, y la frecuencia
de inspección y manipulación de las uniones se halla condicionada
solo por el tipo de enganche entre las varillas y los bulones del
amarre.
El sistema de la invención resulta por lo tanto
de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida
propia y carácter preferente para la función a la que se halla
destinado.
La figura 1 muestra de manera esquemática un
amarre de concepto recto para la unión de tramos de palas de
aerogenerador según la invención.
La figura 2 es un esquema de amarre en concepto
curvo para la unión de tramos de pala de aerogenerador según la
invención.
La figura 3 es un detalle parcial de un amarre
según la invención con tensado de la unión mediante tuercas roscadas
sobre las varillas componentes.
La figura 4 es un detalle de acoplamiento de
carraca para el tensado de la unión en un amarre según la
invención.
La figura 5 es un detalle del amarre según la
invención con tensado mediante tuercas provistas con un perfil
dentado exterior y accionamiento mediante un tornillo sinfín
La figura 6 es un esquema de la unión de dos
tramos de pala con las varillas de los distintos amarres de igual
longitud.
La figura 7 es un esquema de la unión de dos
tramos de pala con los vástagos de los distintos amarres alternando
con diferentes longitudes.
El objeto de la invención se refiere a un
sistema de amarre para la unión de los tramos componentes de las
palas de aerogenerador que se realizan partidas para facilitar su
fabricación y transporte.
El sistema propuesto se determina con dos
bulones semicilíndricos (1 y 2) que se disponen paralelos y que
atraviesan los laminados (3 y 4) de los tramos de pala a unir,
incorporándose entre dichos bulones (1 y 2) unas varillas (5 y 6)
tensionadas, las cuales se disponen paralelas a los laminados
enfrentados (3 y 4), una por la parte exterior y la otra por la
parte interior de los mismos.
Mediante las varillas (5 y 6) se establece una
tensión entre los bulones (1 y 2) que determina el apriete de la
unión comprimiendo los laminados (3 y 4) de los tramos de pala que
se unen, de modo que dicha tensión de apriete se reparte por ambas
varillas (5 y 6), consiguiéndose así un reparto de fuerzas
simétrico, sin momentos flectores residuales.
La disposición del montaje puede establecerse en
tales condiciones según un modo de unión recta, tal como representa
la figura 1, es decir manteniendo la alineación externa de los
laminados (3 y 4) de los tramos de pala.
Con esta solución no se altera la forma
constructiva normal de los laminados (3 y 4) de los tramos en las
zonas de unión, pero los elementos componentes del amarre sobresalen
en la parte exterior alterando el perfil aerodinámico, lo cual da
lugar a ruidos y pérdida de eficiencia energética de la pala
correspondiente en la función de aplicación, de modo que para
eliminar estos efectos se prevé la incorporación de una carena (7)
de cubrimiento.
Otra disposición de montaje del amarre
preconizado, es según un modo de unión curva, tal como representa la
figura 2, es decir realizando los laminados (3 y 4) de los tramos
con un remetido (8) en las zonas de unión, de forma que los
elementos componentes del amarre que sobresalen en la parte exterior
quedan alojados en el hueco de dicho remetido (8), sin sobresalir
respecto del plano de la superficie del perfil aerodinámico. En este
caso se prevé un cubrimiento de la unión con una tapa (9) de cierre
del remetido (8), mediante la cual se determina la continuidad de la
superficie del perfil aerodinámico de la pala.
La unión de las varillas (5 y 6) respecto de los
bulones (1 y 2) puede establecerse de cualquier forma que permita
determinar un tensado de apriete entre los bulones (1 y 2), por
ejemplo, según una realización como en las figuras 1, 2 y 3,
mediante una disposición de tuercas (10) roscadas en los extremos de
las varillas (5 y 6), haciendo tope dichas tuercas (10) sobre la
parte exterior plana de los bulones (1 y 2).
Esta realización permite tensar con gran
precisión el apriete entre los laminados (3 y 4) de los tramos de
pala que se unen, pero requiere un mantenimiento periódico, ya que
por ejemplo, las tuercas (10) pudieran aflojarse por los esfuerzos
que afectan a la pala correspondiente en la función de
aplicación.
Con el mismo concepto se pueden disponer, como
representa la figura 5, unas tuercas especiales (10.1) provistas con
un perfil dentado exterior (14), las cuales pueden ser accionadas
desde el exterior mediante un tornillo sinfín (15)que
favorece un apriete sencillo y automático, aunque esta aplicación
resulta muy compleja y costosa.
Otra forma de unión de las varillas (5 y 6)
sobre los bulones (1 y 2), se basa en un sistema tipo carraca, como
el representado en la figura 4, con acoplamiento de encaje entre un
dentado (11) de las varillas (5 y 6) y unas piezas de retención (12)
incorporadas en los bulones (1 y 2), de forma que el acoplamiento de
la unión se hace mediante simple inserción de las varillas (5 y 6) a
través de los bulones (1 y 2), hasta el punto de apriete
deseado.
Con esta realización la unión resulta estable y
no requiere reaprietes de mantenimiento ni inspecciones frecuentes,
aunque dicho sistema no es desmontable si no se define un mecanismo
específico para ello, siendo el ajuste de dicho apriete de menor
precisión, ya que se realiza por saltos discretos de dientes.
En la unión entre dos tramos (3 y 4) de una pala
se dispone un número de amarres que varía según las condiciones de
resistencia necesarias, pudiendo ser las varillas (5 y 6) de todos
los amarres de igual longitud, como en la figura 6. En otra
configuración, para evitar que las aberturas (13) de paso de los
bulones (1 y 2) de los distintos amarres coincidan en una misma
línea anular y generen un debilitamiento excesivo de los laminados
(3 y 4), se prevé una solución de forma que las varillas (5 y 6) de
los amarres consecutivos sean alternadamente de diferentes
longitudes, como en la figura 7.
En cualquiera de los casos, el paso de los
bulones (1 y 2) a través de los laminados (3 y 4) se halla previsto
por unas aberturas (13) dimensionadas para que a través de ellas
pueda accederse desde el exterior a las uniones del acoplamiento
entre la varilla (6) de la parte interior y los bulones (1 y 2).
Claims (7)
1. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, destinado para establecer la unión
entre los tramos componentes que se construyen independientes para
facilitar el transporte individual de los mismos hasta el lugar de
instalación de la máquina, caracterizado porque se determina
con dos bulones (1 y 2) que se disponen paralelos atravesando
perpendicularmente a los laminados de los tramos de pala (3 y 4) a
unir, incorporándose entre dichos bulones dos varillas (5 y 6) que
se disponen paralelas a estos laminados (3 y 4), por la parte
interior y por la parte exterior de los mismos, con acoplamiento de
dichas varillas (5 y 6) respecto de los bulones (1 y 2) mediante
sistemas mecánicos que determinan un tensado de apriete entre estos
últimos.
2. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque la unión de las varillas
(5 y 6) respecto de los bulones (1 y 2) se establece con un apriete
mediante tuercas (10) que se roscan en los extremos de las varillas
(5 y 6), haciendo tope por la parte exterior de los bulones (1 y
2).
3. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque la unión de las varillas
(5 y 6) respecto de los bulones (1 y 2) se establece mediante un
acoplamiento de carraca entre el perfil dentado (11) de las varillas
(5 y 6) y unas piezas especiales de enganche (12) incorporadas en
los bulones (1 y 2).
4. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque la unión de las varillas
(5 y 6) respecto de los bulones (1 y 2) se establece mediante
tuercas especiales (10.1) con un perfil dentado exterior (14)
accionadas desde el exterior mediante un tornillo sinfín (15).
5. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque la disposición del
montaje entre los bulones (1 y 2) y las varillas (5 y 6) se
establece en zonas rectas del laminado de los tramos de pala (3 y
4), incorporándose sobre los elementos que sobresalen en el exterior
una carena (7) de cubrimiento.
6. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque la disposición del
montaje entre los bulones (1 y 2) y las varillas (5 y 6) se
establece en zonas remetidas (8) de los laminados de los tramos de
pala (3 y 4), cerrándose el hueco de dichas zonas remetidas (8)
mediante una tapa (9) que queda enrasada con la geometría original
del perfil aerodinámico.
7. Sistema de amarre para la unión de tramos de
palas de aerogenerador partidas, de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado porque los bulones (1 y 2)
pasan a través de los laminados de los tramos de pala (3 y 4) por
aberturas especiales (13) que permiten actuar desde el exterior
sobre las uniones de la varilla interior (6) con los mencionados
bulones (1 y 2).
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2352945 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20111019 |
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