ES2353325B1 - Rigidización de la raíz de pala de un aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Rigidización de la raíz (3) de pala de un aerogenerador que incorpora un elemento rígido (1) al que se cohesionan unos insertos (2) siendo el elemento rígido la interfaz de unión entre la pala y el aerogenerador.
Description
aerogenerador.
Rigidización de la raíz de pala de un aerogenerador. Campo de la invención
La presente invención está relacionada con la fabricación de la raíz de la pala de un aerogenerador y más concretamente con su rigidización proponiendo una solución que incorpora un elemento rígido cohesionado a los insertos formando un conjunto que se une al aerogenerador y que aporta una mayor rigidez estructural a la vez que mejora notablemente las tolerancias de fabricación de la interfaz de pala, asegura la repetitividad del proceso y facilita las tareas de montaje de la pala. Antecedentes de la invención
Los componentes estructurales de las palas de los aerogeneradores han de estar diseñados para soportar las tensiones derivadas de sus condiciones de trabajo continuo, siendo deseable que tengan el menor peso posible. Es por esto que se vienen utilizando materiales compuestos para su fabricación.
Generalmente la pala de un aerogenerador está constituida por una viga estructural, una concha superior o extradós y una concha inferior o intradós, estando la viga estructural formada por un primer cuerpo ó cuerpo-raíz y un segundo cuerpo o cuerpo-tronco.
El cuerpo-raíz está formado por una primera parte de forma cilíndrica, una segunda parte de transición y una tercera parte con forma de cajón, mientras que el cuerpo-tronco tiene forma de cajón con una sección decreciente hacia la punta de la pala, teniendo que soportar su cara superior, que está en contacto con el extradós, y su cara inferior, que está en contacto con el intradós, tensiones superiores a sus caras laterales durante la vida útil de la pala.
La fabricación de cada una de estas piezas de la pala del aerogenerador se realiza mediante moldeo y se basa en la utilización de mantas de fibra, que pueden estar impregnadas en resina, que se enrollan sobre un mandril o molde, obteniéndose las diferentes piezas de la pala que tras el curado serán ensambladas entre sí.
Para la fabricación de la raíz de la pala y en conexión con el proceso de moldeo, se disponen un número de casquillos o insertos en la raíz de la pala que posteriormente se utilizarán para unir la pala con el buje del aerogenerador mediante tornillos o pernos.
Para poder garantizar el montaje de la pala en el aerogenerador es necesario que los casquillos estén posicionados en concordancia con los puntos de conexión al aerogenerador, debiendo ser además perpendiculares al plano de interfaz entre pala y aerogenerador.
Adicionalmente, los extremos libres de los casquillos deben estar ubicados en un mismo plano para garantizar una correcta distribución de la carga entre los diferentes tornillos o pernos de unión pala-aerogenerador y, en consecuencia, una óptima transmisión de los esfuerzos.
En el caso de que los extremos de los casquillos no fueran coplanarios, algunos de estos casquillos no estarían en contacto con la interfaz del aerogenerador una vez ensamblada la pala. La consecuencia directa de ello es una tasa de rigidez inadecuada en la unión. Es decir: la relación entre la carga que se transmite por el tornillo y la carga que se transmite por la brida no es la esperada; lo cual afecta a la vida a fatiga
A pesar de que se conocen herramientas para controlar la posición de los casquillos durante el proceso de fabricación de la pala del aerogenerador, durante el curado de la fibra, la pala se deforma por falta de rigidez, ovalándose dentro del plano de interfaz e incluso retorciéndose fuera de dicho plano. Dichas deformaciones se producen tanto por efecto del peso propio de la pala, como por las contracciones de la pala intrínsecas al proceso de curado de la fibra. Debido a estas deformaciones, es prácticamente imposible predecir el grado de desviación que llegarán a presentar los casquillos en el ensamblaje de la pala.
El PCT WO 2007/010064 describe un método de fabricación de la raíz de una pala mediante la compilación de fibras y resinas por vacío, para su posterior curado y desmoldeo. La cara de la pala adosable al buje es taladrada y en los agujeros se pegan unos insertos con una máquina de precisión. El problema que se plantea con este método de fabricación es que en el curado la pala puede ovalarse y en consecuencia los agujeros determinarán una desviación con respecto a su posición teórica. Este hecho exige una mayor cantidad de fibra laminada en la base de la pala para dotar de un mayor grosor en la zona de taladrado de los agujeros en caso de deformación.
Por otro lado, se conocen diferentes soluciones tanto de uniones entre la pala y el buje del aerogenerador como de soluciones de fabricación de la parte de la raíz de la pala que intentan solucionar esta problemática, que se detallan a continuación;
La Patente US 4 915 590 describe un método de unión entre la raíz de la pala y el buje de un aerogenerador en el que la pared de la raíz de la pala está provista de múltiples insertos en forma de varilla fijados por deposición de mantas de fibra, estando los insertos constituidos en uno de sus finales, concretamente en el correspondiente a la cara final de la raíz de la pala, por un casquillo roscado para el acoplamiento de la pala mediante tornillos al buje del aerogenerador. La fijación de las varillas a la raíz de la pala resulta de una gran complicación, produciéndose habitualmente arrugas que debilitan la zona de unión y que pueden causar una delaminación debida a las fuertes cargas dinámicas que debe soportar la unión, dadas las grandes dimensiones que presentan las palas de los aerogeneradores actuales.
La Patente US 2005/0106029 describe un método para fabricar elementos de material de fibra de composite para ser insertados en yuxtaposición formando una corona circular en la raíz de la pala de un aerogenerador, determinando en uno de sus finales unos medios de sujeción para el acoplamiento entre la raíz de la pala y el reborde metálico del buje del aerogenerador.
La Patente US 2007/122283 describe una raíz de una pala de un aerogenerador que determina unos agujeros pasantes en sentido transversal al eje longitudinal de la pala en los que se insertan unos pasadores transversales provistos de unos agujeros pasantes para la sujeción de la pala al reborde metálico del buje mediante tornillos.
El PCT WO 2007/073735 describe un método de fabricación de una pala con casquillos moldeados íntegramente en su raíz para realizar una conexión directa o indirecta con el reborde del buje del aerogenerador, mediante la utilización de un elemento de nivelación de dichos casquillos que garantiza la plenitud de la raíz de la pala.
El PCT WO 2006/070171 describe un método de fabricación de los insertos de la raíz de la pala de un aerogenerador que utiliza unos medios de guiado para alinear los insertos entre sí y respecto del molde de la raíz de la pala, para posteriormente moldear el conjunto mediante transferencia de resina al vacío.
El PCT WO 01/42647 describe un aerogenerador cuyo buje y palas se encuentran unidos mediante unos tornillos insertados en unos agujeros practicados en la raíz de la pala del aerogenerador. Los agujeros practicados en la raíz de la pala debilitan su estructura y proporcionan una concentración de estrés, por lo que se hace necesario dotar de una mayor robustez a esta parte de la pala, lo que la hace más pesada y aumenta el estrés en la unión.
El PCT WO 2004/110862 describe un método de fabricación de la raíz de una pala de un aerogenerador de forma aerodinámica para el acoplamiento de la pala al buje del aerogenerador, determinando, dicha raíz de pala, unos casquillos roscados insertados que determinan una primera porción y una porción extensible de flexibilidad incremental en dirección al exterior de la primera porción, para atornillar en ellos unos tornillos de sujeción al buje, proporcionando una pala ligera de fuerza elevada.
La Patente Europea EP 1 398 499 describe una pala de aerogenerador que para su acoplamiento al buje determina en su raíz unos huecos a modo de celdas en los que se insertan unos pasadores transversales a los que se atornilla el reborde metálico del buje, formando dos coronas circulares de sujeción.
La Patente US 5 660 527 describe un método y una estructura para transferir las cargas en la unión entre la pala y el buje de un aerogenerador. Dicha estructura comprende dos o más anillos anulares en contacto con la superficie interna de la raíz de la pala y con la superficie externa del husillo del buje que se unen mediante adhesivos. Descripción de la invención
De acuerdo con la presente invención, se propone la utilización de un elemento rígido que haga de vínculo entre los insertos de pala y sirva a su vez de interfaz de unión con el aerogenerador; evitando por un lado la deformación de la raíz de pala, la cual puede dificultar las operaciones de ensamblaje de la pala en el aerogenerador y garantizando por otro lado las tolerancias geométricas de la interfaz de pala, las cuales afectan directamente a la calidad de la unión atornillada pala-buje o pala-rodamiento.
Los insertos se cohesionan al elemento rígido pudiendo realizarse dicha cohesión mediante roscado, adhesivado, zunchado o cualquier otra técnica, fijándose posteriormente dicho elemento rígido, que a partir de ahora denominaremos chapón, con los insertos al resto de la pala.
La fijación entre el conjunto insertos-chapón y el resto de la pala se realiza bien mediante el mecanizado de unos orificios en la raíz de pala, en concordancia con la posición de los insertos, uniéndose el conjunto insertos-chapón a la pala mediante adhesivo; o bien laminando la fibra sobre el propio conjunto insertoschapón.
De esta forma, se evitan los posibles problemas de montaje derivados de la falta de perpendicularidad de los insertos con respecto al plano de interfaz palaaerogenerador y del posicionamiento de los insertos en relación a los correspondientes puntos de unión al aerogenerador; garantizándose además la planicidad del plano de interfaz pala-aerogenerador, lo cual redunda en una distribución óptima de la carga entre los diferentes tornillos o pernos de la unión.
Por otro lado, la rigidez estructural que aporta el conjunto inserto-chapón a la unión garantiza que los insertos trabajen de forma cohesionada, distribuyendo las cargas adecuadamente entre los tornillos o pernos de unión pala-aerogenerador y asegurando que, en caso de que alguno de los elementos de unión (tornillo, perno o inserto) pierda su funcionalidad, las cargas que se transmitían a través de dicho elemento sean redistribuidas y compartidas entre un mayor número de elementos de unión que en las soluciones convencionales; reduciéndose de este modo la posibilidad de un fallo en cadena de los elementos de unión pala-aerogenerador. Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una perspectiva de la raíz de una pala de aerogenerador provista de un inserto-chapón según la invención.
La figura 2 muestra una sección transversal de la raíz de una pala de aerogenerador provista de un conjunto inserto-chapón, tomada según la línea de corte VI-VI de la figura 1. Descripción de una realización preferencial
El ejemplo de realización representado en el dibujo corresponde a una raíz (3) de pala de aerogenerador, de forma tubular, que incorpora un chapón (1) con insertos (2) integrados para su conexión con el rodamiento de la pala o el buje del aerogenerador.
Tal y como se muestra en las figuras 1 y 2, el chapón (1) provisto de insertos (2) objeto de la invención, queda colocado en el extremo de la raíz (3) de pala del aerogenerador formando una cara o superficie plana perpendicular al eje de giro de la pala.
Según puede apreciarse en la figura 2, los insertos
- (2)
- determinan un tramo en forma de sólido de revolución hueco (2.1) añadiendo por el otro extremo un apéndice roscado (2.3) para su conexión al chapón (1) provisto de agujeros roscados; quedando los insertos
- (2)
- embebidos en el mismo sin sobresalir por su cara libre (1.2).
Por otro lado, el inserto (2) incluye un tramo interno (2.2) roscado que se protege mediante tapones (no representados) hasta el momento del montaje.
El proceso de fabricación de la raíz (3) de pala según la invención comienza con la colocación de los insertos (2) mediante roscado, adhesivado, zunchado
o cualquier otra técnica, en el elemento rígido, chapón (1).
A continuación se procede a la fijación del conjunto inserto-chapón a la fibra, para lo que se pueden emplear dos procesos de fabricación diferentes en función de si la pala ha sido o no laminada previamente;
a) Cuando la pala no ha sido previamente laminada, se colocan entre los insertos una serie de elementos de fibra ya curada o de algún otro material (pultrusiones), para asegurar la transmisión de cargas entre la fibra y los casquillos, y se lamina la pala a continuación sobre el conjunto chapón-insertos-pultrusiones.
b) Cuando la pala ha sido previamente laminada, se mecaniza en el extremo de la raíz de la pala ya laminada una serie de agujeros en concordancia con los insertos del conjunto insertos-chapón y se fija el conjunto insertos-chapón al resto de la pala mediante adhesivo.
Una vez fijado el conjunto insertos-chapón al resto de la pala, el resultado es una raíz de pala suficientemente rígida como para evitar que la interfaz de pala se deforme durante el transporte, manipulación y montaje en campo, facilitando así las tareas de ensamblaje en el aerogenerador; y que contribuye además a la mejora de la calidad de la unión atornillada palaaerogenerador; mejorando el reparto de cargas entre tornillos o pernos y reduciendo el riesgo de un fallo en cadena de la unión atornillada pala-aerogenerador.
Claims (8)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, del tipo que incorpora unos insertos como punto de unión con los rodamientos o el buje del aerogenerador, caracterizado porque se incorpora en la raíz (3) de la pala un elemento rígido (1) que cohesiona los insertos (2) actuando el conjunto como interfaz de unión entre la pala y el aerogenerador.
-
- 2.
- Rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, según la primera, caracterizado porque la cohesión de los insertos (2) al elemento rígido (1) se realiza mediante roscado, pegado, zunchado o cualquier otra técnica conocida.
-
- 3.
- Rigidización de la raíz de pala de un aerogenerador, según la primera reivindicación, caracterizado porque los insertos (2) determinan un tramo en forma de sólido de revolución hueco (2.1), añadiendo un apéndice roscado (2.3) para su unión al elemento rígido (1).
-
- 4.
- Rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, según la primera reivindicación, caracte
rizado porque el elemento rígido (1) es un anillo de metal que determina por una de sus caras una superficie (1.1) provista de unos agujeros roscados para la cohesión de unos insertos (2), mientras que la otra superficie (1.2) es lisa. -
- 5.
- Proceso de rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador caracterizado porque la fijación del conjunto insertos (2) -elemento rígido (1) a la fibra se realiza por mecanizado o por laminación.
-
- 6.
- Proceso de rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, según la quinta reivindicación, caracterizado porque cuando la pala está sin laminar, se forma la raíz de la pala laminando fibra sobre el conjunto elemento rígido (1) -insertos (2) -pultrusiones.
-
- 7.
- Proceso de rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, según la quinta reivindicación, caracterizado porque cuando la pala ha sido previamente laminada, se mecanizan unos agujeros en la raíz (3) de dicha pala para el ensamblaje del conjunto elemento rígido (1) -insertos (2) mediante adhesivo.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS N.º solicitud: 200901478 ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 23.06.2009- INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
- Fecha de prioridad: 00-00-0000 00-00-0000 00-00-0000
- 51 Int. Cl. :
- F03D 1/06 (2006.01)
DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- FR 2863321 A1 (OCEA SA) 10.06.2005, todo el documento. 1,2,4,5,6
- A
- DE 29618525 U1 (AERODYN ENERGIESYSTEME GMBH) 15.05.1997, resumen; figuras. 1,5
- A
- ES 8302209 A1 (MESSERSCHMITT BOELKOW BLOHM) 01.04.1983, todo el documento. 1,5
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 13.10.2010
- Examinador Mª A. López Carretero Página 1/4
Nº de solicitud: 200901478INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICADocumentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsquedautilizados) INVENES, EPODOCInforme sobre el Estado de la Técnica (hoja adicional) Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200901478Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 13.10.2010- Declaración
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones 1-7 Reivindicaciones _____________________________________ SÍ NO
- Actividad inventiva
- Reivindicaciones _____________________________________ SÍ
- (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones 1-7 NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como ha sido publicada.Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009014781. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- FR 2863321 A1 10.06.2005
- D02
- DE 29618525 U1 15.05.1997
- D03
- ES 8302209 A1 01.04.1983
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl documento D01 se considera uno de los más próximos del estado de la técnica al objeto de la reivindicación independiente 1. Describe un elemento de rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, del tipo que incorpora unos insertos como punto de unión con los rodamientos o el buje del aerogenerador (Ver líneas 1-5 de la pág. 8 del documento D01 y figuras 1-3) caracterizado porque se incorpora en la raíz de la pala (Ver referencia 1 en fig. 4 de D01) un elemento rígido que cohesiona los insertos actuando el conjunto como interfaz de unión entre la pala y el aerogenerador (Ver líneas 6-7 de la pág. 8 del documento D01 y figuras 1-4). El documento D01 se considera uno de los más próximos del estado de la técnica al objeto de la reivindicación independiente 5. Describe un proceso de rigidización de la raíz de la pala de un aerogenerador, caracterizado porque la fijación del conjunto insertos-elemento rígido a la fibra se realiza por laminación u otros métodos (Ver líneas 1-23 de la pág. 9 del documento D01 y figura 5). Por lo tanto el objeto de la invención recogido en las reivindicaciones independientes 1 y 5 deriva directamente y sin ningún equívoco del documento D01 careciendo por tanto de actividad inventiva tal y como requiere Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86. El resto de las reivindicaciones dependientes no contienen ninguna característica que, en combinación con las características de la reivindicación de la que dependen cumplan con las exigencias de la Ley de Patentes 11/86 con respecto a la actividad inventiva.Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 4/4
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