ES2369442B1 - Inserto de pala y método de colocación de insertos en el laminado de una pala. - Google Patents

Inserto de pala y método de colocación de insertos en el laminado de una pala. Download PDF

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Abstract

Inserto de pala acoplado en el laminado de una pala determinando una unión a doble cortadura entre el inserto y el laminado. El inserto está formado por dos partes definidas, cabeza (2), concebida para el atornillado del inserto a otra estructura (2?), y el cuerpo (3) que determina una forma cilíndrica o cónica con una cavidad interna cónica. En una realización el inserto está concebido para su unión al laminado (1) de la pala mediante medios adhesivos (4). En otra realización, el inserto queda embebido en el laminado de la pala con una pieza interior (5) adherida al cuerpo (3) del inserto.

Description

Inserto de pala y método de colocación de insertos en el laminado de una pala. Objeto de la invención
La invención describe un inserto para una pala de aerogenerador según el preámbulo de la reivindicación primera, así como un método para su colocación en el laminado de una pala. Antecedentes de la invención
Las palas eólicas se unen típicamente al buje del aerogenerador mediante una unión mecánica multipunto pretensada con tornillos tensionados. De igual forma, las palas divididas en varios módulos se pueden montar con uniones mecánicas entre piezas metálicas denominadas insertos. La función básica de los elementos de unión de la raíz de pala y de los elementos de unión intermedia es transferir las cargas de tracción y/o compresión que se transmiten desde los laminados de la pala.
El estado de la técnica más cercano corresponde a la patente EP 18789155 donde se presentan insertos metálicos alojados axialmente dentro de las paredes de los módulos de pala, siendo la pared un laminado de material compuesto en el que existen una serie de orificios. La unión estructural entre el material compuesto y los insertos se realiza mediante medios químicos (adhesivo) y se define como unión a simple cortadura ya que cada cara del inserto está en contacto con una de las caras del orificio en el material compuesto.
Ahora bien, la transferencia de las cargas de tracción y/o compresión que se originan en los laminados de la pala como consecuencia de las cargas provocadas en la pala por la acción del viento son muy grandes. Este problema podría solucionarse reforzando con más fibra y grandes insertos las paredes de los módulos, pero estos excesos de peso en las palas aumentan las cargas en el aerogenerador de forma inadmisible. Descripción de la invención
Para lograr una transferencia adecuada de las cargas se define un inserto específico que se dispone de tal forma en el laminado de la pala que forma una unión a doble cortadura.
El inserto está formado por dos partes definidas, la cabeza y el cuerpo, estando la cabeza concebida para el atornillado del inserto a otra estructura (por ejemplo, el rodamiento del buje del aerogenerador u otro inserto correspondiente a otro módulo de pala), mientras que el cuerpo comprende una zona cilíndrica o cónica con una cavidad interna cónica para la unión química del inserto al laminado.
La unión entre el inserto y el laminado presenta dos alternativas:
-
en una primera, el inserto se une al laminado mediante medios químicos (adhesivo), dentro de una cavidad mecanizada en el laminado ya curado
-
en una segunda, el inserto se embebe en el laminado, junto con una pieza interior, durante el proceso de laminación. Durante el proceso de curado del laminado, la resina del material compuesto une de forma química el laminado al inserto. Breve descripción de los dibujos
Con el fin de explicar la unión del inserto, se acompañan las siguientes figuras:
La figura 1 muestra una sección de la unión del inserto y el laminado de pared de pala según una primera realización.
La figura 2 constituye una sección transversal de la unión entre el inserto y el laminado en correspondencia con la figura anterior.
La figura 3 muestra una sección de la unión del inserto y el laminado de pared de pala según una segunda realización.
La figura 4 constituye una sección transversal de la unión entre el inserto y el laminado en correspondencia con la figura anterior.
Las figuras 5 y 6 muestran una sección de la unión en la que se señalan la transmisión de cargas en función de la rigidez del material utilizado de la pieza interior.
Las figuras 7 y 8 muestran dos realizaciones de la cabeza del inserto objeto de la invención en función de su área de implementación en la pala. Descripción de una realización preferencial
La presente invención está relacionada con las palas cuyos laminados principales (los situados en las zonas centrales de las partes superior e inferior del perfil aerodinámico) están fabricadas en laminado sólido y describe un inserto de pala cuyas características permiten su implementación en la pala mediante una unión a doble cortadura.
Tal y como se muestra en la figura 1, el inserto de pala objeto de la invención, consta de dos partes diferenciadas, cabeza (2) y cuerpo (3), estando la cabeza
(2) concebida para el atornillado, mediante elementos de fijación (9), del inserto a otra estructura (1’, 2’), y el cuerpo (3) concebido para su unión al laminado (1) de la pala mediante medios adhesivos (4).
El cuerpo (3) del inserto determina una forma cilíndrica o cónica con una cavidad interna cónica, mientras que la cabeza, tal y como se muestra en las figuras7y8, determina una zona roscada o una zona provista de una cabeza de herraje con agujero pasante en función de si se implementa como inserto de la raíz de la pala o como inserto de unión intermedia de la pala, respectivamente.
De esta forma, en una primera realización, la unión entre el cuerpo (3) del inserto y el laminado
(1) de la pala se realiza mediante el engrosamiento del laminado (1) en la zona próxima a la unión, para una vez el laminado se ha curado, mecanizarlo con geometría de revolución, determinando una cavidad cónica coincidente con la forma del cuerpo (2) del inserto, e introducir dicho cuerpo (2) fijándolo con medios adhesivos (4), ver figuras 1 y 2.
En otra realización de la unión, el inserto queda embebido en el laminado de la pala, para lo que se introduce una pieza interior (5) adherida al cuerpo (3) del inserto, como se muestra en la figura 3, que permite laminar de forma continua capas de material compuesto desde el laminado de la pala hasta la parte superior del inserto.
Esta pieza interior (5) determina dos secciones, una cónica (5.1) que se pega mediante adhesivo (4) a la superficie de la cavidad interna cónica del cuerpo (3) del inserto, y otra cilíndrica (5.2) y cortada en bisel.
Dichas piezas interiores (5) pueden estar constituidas en diferentes materiales en función del requisito de resistencia a la unión que se requiera para cada aplicación.
De esta forma, cuando los requerimientos de resistencia son altos se emplea un material rígido como por ejemplo fibra de vidrio, mientras que si los reque
rimientos de resistencia son bajos se emplea un material ligero y menos rígido como por ejemplo espuma
o madera.
Las espumas empleadas en este tipo de aplicaciones se consideran materiales ligeros puesto que su densidad oscila entre los 50 y 200 kg/m3, mientras que la fibra de vidrio o carbono empleada en los laminados de pala o en la pieza de interior rígida oscilan entre 1500 y 2500 kg/m3.
La transmisión de las cargas (8) en cada caso es diferente, tal y como se muestra en las figuras5y6, ya que en el caso de utilizar materiales rígidos en la pieza interior (5) una parte de la carga se transmite del inserto directamente al laminado (1) y otra parte de la carga se transmite del inserto a la pieza interior
(5) para posteriormente pasar al laminado (1) a través de la superficie de la pieza interior (5) que está fuera del inserto, conformando, de este modo una unión a doble cortadura, mientras que en el caso de utilizar materiales ligeros y menos rígidos la transmisión de las cargas (8) entre el inserto y el laminado (1) se realiza principalmente a través de la cara externa del inserto.
Debido a estos diferentes caminos de cargas, la primera configuración tendrá una resistencia (frente a carga máxima y frente a cargas de fatiga) que aproximadamente duplicará la segunda configuración (se emplean los términos resistencia alta y resistencia baja respectivamente). En este sentido, los valores finales de resistencia dependerán de la configuración seleccionada, así como de las dimensiones de la unión, las propiedades de los adhesivos empleados y el proceso de fabricación.
Por último, se prevé la introducción de unos separadores (6) entre insertos, pudiendo estos ser de fibra de vidrio o de espuma.
El método de colocación del inserto junto con la pieza interior (5) se caracteriza porque se emplea un molde (7) de superficie ondulada de forma que el laminado (1) se adapte a la forma cilíndrica del inserto. Sobre esta superficie se laminan una serie de capas de material compuesto (fibra de vidrio o de carbono) y sobre ello se colocan los insertos a los que previamente se les han pegado las piezas interiores (5). Entre los insertos se colocan los separadores (6) que se han descrito anteriormente y finalmente se laminan el resto de capas de material compuesto sobre los insertos.
El proceso de laminación puede ser de material preimpregnado, es decir, que el material se encuentra previamente impregnado de resina, o de tejido seco seguido de una infusión de resina.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Inserto de pala acoplado en el laminado sólido situado en la zona central de la parte superior e inferior del perfil aerodinámico de una pala, caracterizado porque:
    -
    el inserto comprende una cabeza (2) para el atornillado del inserto a otra estructura (1’, 2’) y un cuerpo (3) para la unión con el laminado
    (1) que determina una forma cilíndrica o cónica exterior y una cavidad cónica interior,
    -
    la unión entre inserto y el laminado (1) se realiza mediante una unión química adhesiva (4) a doble cortadura, es decir por la superficie interior y exterior del cuerpo (3) del inserto.
  2. 2. Inserto de pala, según la primera reivindicación, caracterizado porque para la unión entre el cuerpo
    (3) del inserto y el laminado (1) se mecaniza el laminado (1) curado, con geometría de revolución coincidente con la forma del cuerpo (3) del inserto.
  3. 3. Inserto de pala, según la primera reivindicación, caracterizado porque comprende al menos una pieza interior (5) adherida por la parte interior del cuerpo
    (3) del inserto, estando el conjunto embebido en el laminado (1) de la pala.
  4. 4.
    Inserto de pala, según la tercera reivindicación, caracterizado porque la pieza interior (5) determina dos secciones, una cónica (5.1) que se pega mediante adhesivo (4) a la parte interior del cuerpo (3) del inserto, y otra cilíndrica (5.2) y cortada en bisel.
  5. 5.
    Inserto de pala, según la tercera reivindicación, caracterizado porque en la fabricación de la pieza interior (5) cuando los requerimientos de resistencia son altos se emplea un material rígido de densidad entre 1500 y 2500 kg/m3 como fibra de vidrio.
  6. 6. Inserto de pala, según la tercera reivindicación, caracterizado porque en la fabricación de la pieza interior (5) cuando los requerimientos de resistencia son bajos se emplea un material ligero y poco rígido de densidad entre 50 y 200 kg/m3 como espuma o madera.
  7. 7. Método de colocación de insertos en el interior de un laminado de pala, caracterizado porque la unión entre los insertos y el laminado (1) para que los insertos queden embebidos consta de los pasos de;
    -
    Emplear un molde (7) de superficie ondulada de forma que el laminado (1) se adapte a la forma cilíndrica del cuerpo (3) del inserto.
    -
    Laminar sobre esta superficie una serie de capas de material compuesto (fibra de vidrio o de carbono).
    -
    Colocar sobre el laminado (1) los insertos a los que previamente se les han pegado las piezas interiores (5).
    -
    Colocar entre los insertos unos separadores (6).
    -
    Laminar el resto de capas de material compuesto sobre los insertos y los separadores (6).
  8. 8.
    Método de colocación de insertos en el interior de un laminado de pala, según la séptima reivindicación, caracterizado porque el proceso de laminación es de prepreg, es decir que el material se encuentra previamente impregnado de resina.
  9. 9.
    Método de colocación de insertos en el interior de un laminado de pala, según la séptima reivindicación, caracterizado porque el proceso de laminación es de tejido seco seguido de una infusión de resina.
  10. 10.
    Método de colocación de insertos en el interior de un laminado de pala, según la séptima reivindicación, caracterizado porque entre los insertos se introducen unos separadores (6) de fibra de vidrio o de espuma.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200801927
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 27.06.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D1/06 (2006.01) B29C70/68 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    ES 2274701 A1 (GAMESA EOLICA S A SOC UNIPERSO) 16.05.2007, columna 6, línea 61 – columna 7, línea 8; columna 8, líneas 10-27; figura 6. 1,2
    Y
    3-6
    Y
    WO 2006002621 A1 (VESTAS WIND SYS AS et al.) 12.01.2006, columna 16, línea 30 – columna 17, línea 3; columna 18, líneas 4-14; columna 21, líneas 26-30; columna 26, líneas 6-11; columna 28, líneas 1-4; columna 30, líneas 4-22; figuras 4a-4c,6a-6c,8c,11a-11c. 3-6
    X
    7-10
    X
    GB 2115075 A (STANFORD RES INST INT) 01.09.1983, todo el documento. 7
    A
    WO 2006070171 A1 (VESTAS WIND SYS AS et al.) 06.07.2006, todo el documento. 1-10
    A
    WO 2006056584 A1 (SIEMENS AG et al.) 01.06.2006, todo el documento. 1-10
    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 01.12.2010
    Examinador A. Ezcurra Martínez Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200801927
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B29C Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200801927
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 01.12.2010
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 3-10 1,2 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI 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 se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200801927
    1. 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
    ES 2274701 A1 (GAMESA EOLICA S A SOC UNIPERSO) 16.05.2007
    D02
    WO 2006002621 A1 (VESTAS WIND SYS AS et al.) 12.01.2006
  11. 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 declaración
    La solicitud comprende dos reivindicaciones independientes, una reivindicación 1 para un inserto de pala y una reivindicación 7 para el método de colocación de insertos en el interior del laminado de la pala.
    El documento más cercano del Estado de la Técnica para la reivindicación independiente 1 es el D01. En él se divulga un inserto (33) de pala de aerogenerador acoplado en el laminado sólido (8) situado en la zona central de la parte superior e inferior del perfil aerodinámico de dicha pala, tal que el inserto (33) comprende una cabeza para el atornillado del inserto a otra estructura, por ejemplo a la raíz de la pala, con un roscado (41) y un cuerpo para la unión con el laminado (8) que determina una forma cónica exterior y una cavidad cónica interior. La unión entre inserto (33) y laminado se realiza mediante unión química adhesiva (34, 35) a doble cortadura, tanto por la superficie interior como exterior del cuerpo del inserto (33). El documento D01 anticipa todas las características técnicas de la reivindicación independiente 1, y por tanto, ésta carece de novedad según el art. 6.1 de la LP. La reivindicación 2 carece igualmente de novedad según lo divulgado en el documento D01.
    Por otra parte, el documento D02 presenta una unión entre tramos de pala comprendiendo una serie de piezas interiores
    (19) embebidas en el laminado de pala, presentando cada una de las piezas (19) dos secciones cóncavas. Se considera obvio para un experto en la materia aplicar lo divulgado en este documento a la realización presentada en el D01, de manera que las reivindicaciones 3 a 6 se consideran carentes de actividad inventiva según el art. 8.1 de la LP.
    En relación con la reivindicación independiente 7 el documento D02 divulga también un método para la unión de dos secciones de una pala de aerogenerador a través de insertos (16c, 16d, 17c, 17d) (ver figura 4b) y pudiendo incluir piezas interiores (19), de manera que el laminado de la superficie de la pala (7) puede ser de fibra de vidrio o de carbono y unidas por cualquier método, por ejemplo por inyección de resina o por infusión en vacío de resina. La unión de las dos secciones se realiza uniendo primero por adhesivo las partes y cubriendo después la unión con, por ejemplo, unas capas de fibra de vidrio para restablecer el perfil aerodinámico de la unión. Si bien no está explícitamente descrita la utilización de un molde y en concreto, de superficie ondulada, parece evidente la utilización del mismo para conseguir la forma aerodinámica de la pala. Se considera, en consecuencia, que la reivindicación 7 y sus dependientes 8 a 10 resultarían evidentes para un experto en la materia a partir de lo divulgado en el documento D02 y, por tanto, carentes de actividad inventiva según el art. 8.1 de la LP.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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