ES2373421T3

ES2373421T3 - Una pala modular de rotor para una turbina generadora de energía y un método para ensamblar una turbina generadora de energía con palas modulares de rotor.

Info

Publication number: ES2373421T3
Application number: ES09702794T
Authority: ES
Inventors: Brian Glenn; James G. P. Dehlsen; Walter Keller; Andreas Rohm; Wolfgang Mehrle; Martin Stuckert
Original assignee: Clipper Windpower LLC
Current assignee: Clipper Windpower LLC
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2012-02-03
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: AU2009205374A8; NZ585296A; EP2252790A2; WO2009090537A3; CA2703641A1; BRPI0906961A2; WO2009090537A2; EP2252790B1; AU2009205374A1; KR101178726B1; US20110020126A1; ATE526502T1; KR20100096155A; MX2010007668A; CN101932828A; JP2011510208A; JP5081309B2

Abstract

Una pala modular de rotor para una turbina generadora de energía, que comprende al menos dos secciones (10, 11) de pala de rotor, en donde cada sección (10, 11) de pala de rotor comprende al menos una pieza conectora (14, 16) que tiene al menos una abertura cónica (41, 42), las piezas conectoras (14, 16) de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes se apoyan una en otra de manera que las aberturas cónicas (41, 42) de las piezas conectoras (14, 16) están mutuamente alineadas y forman una abertura conectora cónica continua, están dispuestos medios receptores (18) para recibir medios tensores (28) en el extremo de menor diámetro de la abertura conectora cónica, un perno cónico (30) correspondiente a la abertura conectora cónica continua está dispuesto dentro de la misma, y al menos un medio tensor (28) que pasa a través del perno cónico (30) y tensiona el perno cónico (30) contra los medios receptores (18).

Description

Una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia y un metodo para ensamblar una turbina generadora de energia con palas modulares de rotor

Antecedentes de la invencian

5 Campo de la invenci6n

Esta invenci6n se refiere a dispositivos generadores de energia electrica, tales como turbinas e6licas y turbinas de corrientes marinas, y mas particularmente a una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia, que tiene una o mas secciones de pala desmontables, que se pueden desmontar para su transporte y ensamblarse in situ. La invenci6n se refiere ademas a un metodo para ensamblar una turbina generadora de energia con palas

10 modulares de rotor.

Descripci6n de la tecnica anterior

Los rotores de turbinas e6licas convencionales utilizan palas fabricadas como palas de una pieza, de longitud fija, unidas a un cubo giratorio. Estas palas pueden ser de paso variable (que pueden girar de manera selectiva en torno a su eje longitudinal) a fin de modificar el angulo de ataque con respecto al flujo de fluido entrante, principalmente

15 para disipar energia en caso de altas velocidades de flujo.

Como alternativa, estas palas pueden ser de paso fijo o reguladas por perdida aerodinamica, en las cuales la sustentaci6n de la pala y por lo tanto la captura de energia desciende drasticamente cuando la velocidad del viento sobrepasa cierto valor nominal. Tanto las palas de rotor con paso variable como las reguladas por perdida aerodinamica con diametros fijos son bien conocidas en la tecnica. El documento de patente de EE.UU. 6,726,439 20 B2 describe un convertidor de energia e6lica o de corriente de agua que comprende un conjunto de rotor accionado por el viento o una corriente de agua. El rotor del documento de patente de EE.UU. 6,726,439 B2 comprende una pluralidad de palas, en donde las palas son de longitud variable con el fin de proporcionar un rotor de diametro variable. El diametro del rotor se controla con el fin de extender por completo el rotor cuando la velocidad de flujo es baja y retraer el rotor cuando la velocidad de flujo aumenta de manera tal que las cargas aportadas por el rotor o

25 ejercidas sobre el mismo no superen limites establecidos.

Un dispositivo generador de energia e6lica incluye un generador electrico alojado en una g6ndola de turbina, que esta montada en lo alto de una estructura de torre alta anclada al suelo. La turbina puede girar libremente en el plano horizontal de manera que tiende a permanecer en la direcci6n de la corriente de viento prevaleciente. La turbina tiene un rotor con palas de paso variable, que giran en respuesta a la corriente de viento. Cada una de las 30 palas tiene una secci6n de base de pala, denominada raiz de pala, unida a un cubo del rotor, y una extensi6n de pala, denominada prolongador de pala, que tiene longitud variable para proporcionar un rotor de diametro variable. El diametro del rotor se controla con el fin de extender por completo el rotor cuando la velocidad de flujo es baja y retraer el rotor cuando la velocidad del flujo aumenta de manera tal que las cargas aportadas por el rotor o ejercidas sobre el mismo no superen limites establecidos. El dispositivo generador de energia es sostenido mediante la

35 estructura de torre en la trayectoria de la corriente de viento de manera que el dispositivo generador de energia se mantiene horizontalmente alineado con la corriente de viento. Un generador electrico es accionado por la turbina con el fin de producir electricidad y esta conectado a cables de transporte de energia que interconectan el generador con otras unidades y/o a una red electrica.

Las palas de turbina e6lica de longitud superior a 50 metros no se pueden transportar por tierra mediante equipos y

40 tecnologias convencionales. La solicitud de patente de EE.UU. 2007/0253824 A1 describe una pala modular de rotor para una turbina e6lica, en la cual la pala de rotor comprende al menos una primera secci6n de pala de rotor y una segunda secci6n de pala de rotor. La primera y segunda secciones de pala de rotor se fijan rigidamente una con otra para proporcionar la pala de rotor completa una vez que se han transportado las secciones hasta el lugar de instalaci6n de la turbina e6lica. Las secciones de pala de rotor de esta pala modular de rotor de la tecnica anterior se

45 fijan una con otra rigidamente, es decir, una vez conectadas las secciones de pala de rotor ya no se pueden volver a separar. En caso de averia o deterioro, por ejemplo, en la secci6n exterior de pala de rotor de una pala de rotor, hay que reemplazar la pala de rotor completa.

Tambien el documento EP 1 584 817 A1 describe una pala modular de turbina e6lica. La pala esta subdividida transversalmente en dos o mas m6dulos independientes constituidos por cubiertas o paredes aerodinamicas

50 externas y una estructura de refuerzo longitudinal interna. Los m6dulos estan provistos de medios conectores situados en coincidencia con las secciones terminales de la estructura de refuerzo longitudinal y estan constituidos por orejetas, que se proyectan en partes coincidentes que cuentan con orificios enfrentables destinados a recibir los elementos de uni6n. Una vez conectados, el desmontaje de los m6dulos separados conlleva mucho tiempo y por lo tanto es bastante caro.

Por tanto, es un objeto de la presente invenci6n proporcionar una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia que permita el reemplazo simple de secciones de pala de rotor individuales en caso de deterioro o averia de una secci6n. Ademas es un objeto de la presente invenci6n proporcionar un metodo de ensamblaje de una turbina generadora de energia con dichas palas de rotor modulares.

Compendio de la invencian

El primer objeto de la invenci6n se resuelve mediante una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia, que comprende al menos dos secciones de pala de rotor, en donde cada secci6n de pala de rotor comprende al menos una pieza conectora que tiene al menos una abertura c6nica, las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes se apoyan una en otra de manera que las aberturas c6nicas de las piezas conectoras estan mutuamente alineadas y forman una abertura conectora c6nica continua.

Se debe senalar que la expresi6n "abertura" es un termino generico para expresar un orificio pasante haciendo referencia a que el orificio ha sido escariado, taladrado, fresado, etc., por completo a traves del sustrato, mientras que un "rebaje" hace referencia a un hueco que no es pasante a traves de todo el sustrato (es decir, esta escariado, taladrado, o fresado hasta una profundidad determinada).

Una de las piezas conectoras puede estar conformada, por ejemplo, como una viga o viga en caj6n que sobresale de la cara terminal de una de las secciones de pala de rotor adyacentes, y la pieza conectora de la otra secci6n de pala de rotor puede estar conformada como un receptaculo, en donde la viga (en caj6n) esta adaptada para encajar en el receptaculo conforme al tipo de uni6n de lengOeta y horquilla. Como alternativa, cada pieza conectora de dos secciones de pala de rotor adyacentes puede estar procurada tambien como una simple barra conectora, en donde una barra conectora sobresale de la cara terminal de una primera secci6n de pala de rotor y la otra barra conectora de una segunda secci6n de pala de rotor adyacente a la primera secci6n de pala de rotor esta dispuesta en el interior de la otra secci6n de pala de rotor. Tipicamente, la forma de las piezas conectoras se puede ajustar a la zona donde se usen en la pala de rotor y no esta predeterminada ninguna forma especifica. Sin embargo, es esencial que las piezas conectoras comprendan al menos una abertura c6nica y que las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes se apoyen una en otra de manera que las aberturas c6nicas de las piezas conectoras esten mutuamente alineadas y formen una abertura conectora c6nica continua.

La pala modular de rotor de acuerdo con la presente invenci6n comprende ademas medios receptores para recibir medios tensores, en donde los medios receptores estan dispuestos en el extremo de menor diametro de la abertura conectora c6nica continua, en donde la abertura conectora c6nica continua esta proporcionada por las aberturas c6nicas alineadas de las piezas conectoras. Un perno c6nico correspondiente a la abertura conectora c6nica esta dispuesto dentro de la abertura conectora c6nica continua, y al menos un medio tensor pasa a traves del perno c6nico y tensiona el perno c6nico contra los medios receptores.

Dado que el perno y la abertura conectora c6nica continua comprenden una forma c6nica o ahusada concordante, el tensionamiento del perno c6nico contra el medio receptor asegura las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes una a otra, y de este modo secciones de pala de rotor adyacentes de la pala modular de rotor estan aseguradas entre si de manera desmontable. La longitud del perno c6nico no necesita coincidir con la profundidad de la abertura conectora c6nica, pero el perno debe topar contra una parte suficiente de las aberturas c6nicas de cada una de las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes. Ademas, los medios tensores pueden ser procurados, por ejemplo, en forma de un tornillo que se hace pasar a traves del perno c6nico. Para tensionar el perno c6nico contra los medios receptores, los medios tensores deben estar unidos a los medios receptores. Dicha uni6n se puede conseguir proporcionando al menos una rosca hembra dentro de los medios receptores y una rosca macho en el tornillo de manera que la rosca macho pueda engranar en la rosca hembra tensionando de este modo el perno contra los medios receptores. Como alternativa, dicha uni6n se puede lograr haciendo pasar un tornillo a traves de los medios receptores, en donde el tornillo comprende una rosca macho en la parte saliente, en donde la rosca macho puede ser recibida por una tuerca apropiada. El numero de medios tensores que se hacen pasar a traves del perno c6nico depende de las dimensiones del perno c6nico, y por ende, de la pala modular de rotor. Por ejemplo, el numero de medios tensores puede ser cuatro o seis.

En otras palabras, la invenci6n se refiere a una pala de rotor con dos o mas secciones, que incluye una primera secci6n de pala de rotor y una segunda secci6n de pala de rotor. La primera y segunda secciones de pala de rotor tienen disposiciones para unir la segunda secci6n de pala de rotor a la primera secci6n de pala de rotor de una manera desmontable. La ventaja de dicha uni6n que incluye un perno c6nico que es recibido y apretado en una abertura conectora c6nica continua correspondiente reside en que las fuerzas y momentos no son soportados por una conexi6n de uni6n roscada de las comunmente empleadas, sino que son substancialmente absorbidos por la uni6n c6nica de acuerdo con la presente invenci6n. En consecuencia, las cargas que actuan sobre los medios tensores se reducen y minimizan, mejorando de este modo la durabilidad frente a la fatiga de la conexi6n entre las secciones de pala de rotor adyacentes. Ventajosamente, la inclinaci6n de la abertura conectora c6nica continua asi como la inclinaci6n del perno c6nico se situan en el intervalo de 1,5° a 3,5°, siendo preferido un angulo de inclinaci6n tanto para la abertura conectora c6nica continua como para el perno c6nico inferior a 3°.

Durante el funcionamiento de la turbina generadora de energia, las cargas que actuan sobre los pernos c6nicos y la

correspondiente abertura conectora c6nica continua son enormes y provocan holgura o aflojamiento de la conexi6n de secciones de pala de rotor adyacentes. Por ejemplo, la abertura conectora c6nica continua se ensancha ligeramente y/o el perno c6nico se deforma. Por tanto, se debe realizar un mantenimiento de la conexi6n entre secciones de pala de rotor adyacentes despues de un tiempo de funcionamiento predeterminado. Para ello se puede retirar el perno c6nico presente y reemplazarlo por uno nuevo. Sin embargo, puesto que el nivel de ensanchamiento de la abertura conectora continua es desconocido y los niveles de ensanchamiento no son identicos si existe mas de una abertura continua, la adaptaci6n de un nuevo perno c6nico en una abertura continua ensanchada es muy dificil, conlleva mucho tiempo y tiene un coste elevado.

En consecuencia, una realizaci6n preferida de la pala modular de rotor de la presente invenci6n comprende un intersticio definido entre los medios receptores y la cara terminal del perno c6nico que tiene el menor diametro. A este respecto, el menor diametro externo del perno c6nico es mayor que el menor diametro interno de la abertura conectora c6nica continua. En caso de holgura o aflojamiento de la conexi6n entre secciones de pala de rotor adyacentes, simplemente se reaprieta el medio tensor, con lo cual el perno c6nico es movido mas hacia adelante y mas "profundamente" dentro de la abertura conectora c6nica continua, eliminando de este modo la holgura y el aflojamiento de la conexi6n entre secciones de pala de rotor adyacentes. El reapretado de los medios tensores se puede llevar a cabo durante el mantenimiento de la turbina generadora de energia, de manera que, tras el mantenimiento, la conexi6n entre secciones de pala de rotor adyacentes queda igual a la conexi6n inicial con respecto a la fijeza, siendo la unica diferencia la profundidad de penetraci6n del perno c6nico en las aberturas conectoras c6nicas continuas. Al procurar el intersticio, el mantenimiento en relaci6n con la tolerancia antes mencionada se puede facilitar y acelerar. Ademas, se pueden disminuir los costes de mantenimiento ya que no es necesario usar pernos c6nicos nuevos.

Segun otro aspecto de la presente invenci6n, el medio receptor esta conformado de manera integral con la pieza conectora relevante. Dicho diseno o conformaci6n integral del medio receptor reduce el numero de piezas que tienen que ser izadas y ensambladas in situ y, asi, reduce los costes de instalaci6n. Ademas, la conformaci6n integral del medio de recepci6n facilita el uso de una viga (en caj6n) como pieza conectora de una de las secciones de pala de rotor adyacentes. Cuando se usa este tipo de conformaci6n, es innecesario y redundante un acceso al interior de la viga (en caj6n).

Las piezas conectoras tienen al menos una abertura c6nica. La conicidad o ahusamiento de las aberturas puede ser proporcionada por las mismas piezas conectoras. En este caso la durabilidad de la superficie de la abertura c6nica esta determinada por el material de las piezas conectoras, o al menos determinado por el material situado en la zona de la abertura. Por tanto, se prefiere que cada una de las aberturas c6nicas este provista de un casquillo (metalico) dispuesto en una abertura respectiva en una pieza conectora correspondiente. Al proporcionar un casquillo c6nico, la durabilidad de la superficie de las aberturas c6nicas viene determinada por el material de los casquillos, y no por el material de la pieza conectora. Es posible, por tanto, elegir un material muy duro y/o fuerte para los casquillos que no sea apropiado para las propias piezas conectoras.

Para ahorrar costes de material y para reducir el peso de la pala de rotor completa, se prefiere que el perno c6nico sea hueco. Sin embargo, para transmitir cargas desde una cara terminal del perno a la otra cara terminal del perno, lo que se requiere para tensionar el perno contra los medios receptores, el perno puede comprender nervios o tabiques de reparto, en particular en torno a los medios tensores que atraviesan el perno.

Para facilitar el mantenimiento y el ensamblaje de la pala modular de rotor, se procura una puerta de acceso en al menos una de las secciones de pala de rotor adyacentes. La puerta de acceso debe estar dimensionada para permitir el acceso a la abertura conectora continua y debe permitir la inserci6n del perno c6nico. Sin dicha puerta de acceso, el acceso a las piezas antes mencionadas de las secciones de pala de rotor adyacentes debe realizarse desde el interior de la pala del rotor. Esto conlleva mucho tiempo y es sencillamente imposible para las secciones exteriores de la pala, que por lo tanto son mas finas.

Para facilitar el alineamiento de las secciones de pala de rotor adyacentes cuando se ensambla la pala del rotor, se disponen medios guiadores en las caras terminales de secciones de pala de rotor adyacentes. Los medios guiadores pueden comprender al menos un perno en una cara terminal de secciones de pala de rotor adyacentes y al menos un rebaje correspondiente en la cara terminal de la otra secci6n de pala de rotor, en donde al menos la punta del perno esta ahusada para facilitar el alineamiento. La parte no ahusada del perno y una parte del rebaje pueden comprender una rosca hembra y una rosca macho, respectivamente. Para soportar la conexi6n de las secciones de pala de rotor adyacentes las roscas pueden engranar entre si.

El primer objeto de la presente invenci6n se resuelve de manera alternativa mediante una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia, que comprende al menos dos secciones de pala de rotor, en donde cada secci6n de pala de rotor comprende al menos una pieza conectora, una pieza conectora que encierra la pieza conectora de una secci6n de pala de rotor adyacente. La pieza conectora encerradora comprende al menos dos orificios pasantes c6nicos y la pieza conectora encerrada comprende al menos un orificio pasante, en donde los orificios pasantes estan dispuestos en el mismo eje longitudinal.

Si la pieza conectora encerrada esta conformada sin un espacio interno, es decir, la pieza conectora encerrada no

es hueca, el al menos un orificio pasante esta conformado como un orificio pasante c6nico doble, en donde las aberturas con el mayor diametro se abren hacia las superficies externas de la pieza conectora encerrada. En otras palabras, el al menos un orificio pasante tiene una forma comparable a un reloj de arena o tiene el perfil de una boquilla de venturi.

Como alternativa, la pieza conectora encerrada puede estar conformada tambien con un espacio interno. En este caso una de las piezas conectoras puede ser procurada, por ejemplo, como una viga (en caj6n) que queda encerrada por la otra pieza conectora (encerradora). Con independencia de la forma o secci6n transversal exactas de tal pieza conectora con espacio interno, esta debe comprender al menos dos orificios pasantes dispuestos en el mismo eje longitudinal.

Como ya se ha mencionado antes, el orificio u orificios pasantes deben ser procurados de manera tal que la abertura que tiene el mayor diametro se abra hacia las superficies externas de las piezas conectoras. A este respecto, las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes se apoyan una en otra de manera que los orificios pasantes c6nicos de la piezas conectora encerradora estan alineados con el al menos un orificio pasante de la pieza conectora encerrada, definiendo de este modo al menos un orificio pasante conector c6nico. Al menos dos pernos c6nicos estan dispuestos dentro de los orificios pasantes de la pieza encerradora y llegan hasta el al menos un orificio pasante de la pieza conectora encerrada, y al menos un medio tensor pasa a traves de los al menos dos pernos c6nicos y tensiona los pernos c6nicos.

Dado que los orificios pasantes de las piezas conectoras encerrada y encerradora estan dispuestos en el mismo eje longitudinal y los orificios pasantes estan conformados tal como se ha mencionado antes, no son necesarios medios receptores para tensionar los pernos con el fin de conectar las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes de una manera desmontable. En consecuencia tal diseno, que no utiliza medios receptores, reduce el numero de piezas que han de ser izadas y ensambladas in situ y, por tanto, reduce el coste de instalaci6n.

Una realizaci6n preferida de la pala modular de rotor de acuerdo con la segunda soluci6n comprende un intersticio entre caras terminales de los pernos c6nicos. Gracias al intersticio se simplifica el mantenimiento de la pala modular de rotor tal como se ha senalado con detalle antes. A este respecto, en las reivindicaciones adjuntas se exponen realizaciones adicionales de la pala modular de rotor de acuerdo con la segunda soluci6n, en donde las ventajas de estas realizaciones corresponden a las realizaciones relevantes de la primera soluci6n.

Con respecto a un metodo para ensamblar una turbina generadora de energia con palas modulares de rotor, el metodo comprende: los pasos de fabricar palas de rotor en el menos dos secciones de pala de rotor, en donde secciones de pala de rotor adyacentes tienen piezas conectoras para montar juntas dichas secciones de pala adyacentes; transportar dichas secciones de pala a un lugar; procurar, en dicho lugar, una turbina sobre una estructura que es mantenida estacionaria con respecto a dicho flujo de fluido, en donde dicha turbina incluye un cubo de rotor y un rotor que tiene disposiciones para montar primeras secciones de pala de rotor a dicho cubo de rotor; conectar dichas primeras secciones de pala a dicho cubo de rotor; y unir segundas secciones de pala de rotor a primeras secciones de pala montando juntas las piezas conectoras de secciones de pala de rotor adyacentes por medio de al menos un perno c6nico que esta siendo tensionado por al menos un medio tensor que pasa a traves del perno c6nico. Este metodo permite fabricar grandes palas de turbina y transportarlas en multiples piezas y, por tanto, presenta la ventaja de un coste de transporte reducido para grandes palas de turbina.

Como un aspecto adicional del metodo de acuerdo con la presente invenci6n, las segundas secciones de pala de rotor son izadas mediante una grua dentro de una g6ndola antes de unir las segundas secciones de pala de rotor a las primeras secciones de pala de rotor. Por ejemplo, en el caso de una turbina e6lica, este aspecto presenta la ventaja de que no se necesita una grua torre o un helic6ptero para ensamblar las palas modulares de rotor, con lo que se reducen los costes de instalaci6n de la turbina e6lica.

De acuerdo con un paso adicional del metodo de la presente invenci6n, el metodo comprende el paso de unir una punta de pala a dicha segunda secci6n de pala. Gracias a esta caracteristica, se pueden fabricar grandes turbinas e6licas y transportarlas en multiples piezas, con lo que se reduce el coste de transporte.

En consecuencia, la presente invenci6n proporciona un diseno de un empalme facilmente retensionante y post-tensionante de palas modulares de rotor. Este diseno evita cualquier movimiento dentro del empalme y evita la fatiga estructural que dichos movimientos causarian. La invenci6n presenta la ventaja de que disminuye el coste de transporte de las actuales palas de turbina e6lica que superan los 50 metros o mas de longitud, y permite transportar grandes palas de turbina por las rutas aereas, terrestres y marinas o fluviales existentes. La invenci6n presenta la ventaja adicional de que el empalme de secciones de pala de rotor adyacentes permite fabricar grandes palas de turbina e6lica y transportarlas en multiples piezas sin costes de mantenimiento asociados al retensionamiento de empalmes. Ademas, la invenci6n presenta la ventaja de costes de transporte reducidos para grandes palas de turbina. Ademas, la invenci6n presenta la ventaja de permitir el reemplazo de palas exteriores gravemente danadas por la caida de un rayo sin reemplazar la pala completa. Por ultimo, la invenci6n tiene la ventaja de no requerir mantenimiento anual.

Breve descripcian de los dibujos

Se describira con detalle la invenci6n haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

la Figura 1 es un diagrama de un sistema de turbina e6lica en el cual se ha realizado la presente invenci6n, que ilustra c6mo la segunda secci6n de pala es izada mediante una grua en la g6ndola;

la Figura 2 es una vista detallada de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista en perspectiva de una pala modular de rotor que comprende una primera secci6n y una segunda secci6n de pala que se conecta a la primera secci6n de acuerdo con una primera realizaci6n de la presente invenci6n;

la Figura 4 es una vista desde arriba de la pala modular de rotor de la Figura 3;

la Figura 5 es una vista en secci6n transversal de la pala modular de rotor tomada a lo largo de la linea A-A de la Figura 4;

la Figura 6 es un detalle "A" de la Figura 5 que ilustra c6mo esta dispuesto un perno c6nico en una abertura conectora c6nica continua;

la Figura 7 es una vista en secci6n transversal detallada de una segunda realizaci6n de la presente invenci6n; y

la Figura 8 es una vista en secci6n transversal detallada de una tercera realizaci6n de la presente invenci6n.

En estas figuras, los mismos numeros se refieren a elementos similares de los dibujos. Ha de entenderse que los tamanos de los diversos componentes de las figuras pueden no estar a escala, y se muestran para claridad visual y con fines ilustrativos.

Descripcian de las realizaciones preferidas

Se hace ahora referencia a la Figura 1, que es un diagrama de un lugar de turbina e6lica en el cual se realiza de manera ilustrativa la invenci6n. Cada pala modular de rotor 2 esta fabricada en dos o mas secciones, que incluyen una primera secci6n 10 de pala de rotor y una segunda secci6n 11, 11' de pala de rotor. Las primera y segunda secciones de pala de rotor tienen disposiciones para unir la segunda secci6n 11, 11' de pala de rotor a la primera secci6n 10 de pala de rotor. Las secciones de pala de rotor son transportadas mediante el transporte 15 hasta el lugar de la turbina e6lica. En dicho lugar, esta procurada una turbina dentro de una g6ndola sobre una estructura 4 que esta mantenida estacionaria con respecto al flujo de fluido. La turbina incluye un cubo de rotor 9 que tiene disposiciones para montar las primeras secciones 10 de pala de rotor al cubo de rotor 9. Las primeras secciones 10 de pala de rotor estan conectadas al cubo de rotor 9 y las segundas secciones 11 de pala de rotor son izadas mediante un cable 25 (Figura 2) hasta las primeras secciones 10 de pala de rotor y son unidas a las primeras secciones 10 de pala de rotor.

La Figura 2 ilustra c6mo una grua en la g6ndola 3 iza la secci6n 11 de pala de rotor a la posici6n de enclavamiento con la primera secci6n 10 de pala de rotor. La primera secci6n 10 de pala de rotor esta conectada al cubo de rotor 9 y la segunda secci6n 11 de pala de rotor, izada mediante un cable 25 con el fin de enganchar con la primera secci6n 10 de pala de rotor, se une a la primera secci6n 10 de pala de rotor por medio de un empalme que se describe con mas detalle haciendo referencia a las Figuras 3 a 8. Se pueden procurar mas secciones, tales como una secci6n de punta 1 separada (Figura 3) y se pueden ensamblar de una manera similar.

Con respecto a la Figura 3, que es una vista en perspectiva de la pala modular de rotor de la Figura 1 segun una primera realizaci6n de la presente invenci6n, la pala modular de rotor comprende la primera secci6n 10 de pala de rotor, que conecta con el cubo de rotor 9 (no mostrado), y la segunda secci6n 11 de pala de rotor que conecta con la primera secci6n 10 de pala de rotor mediante, entre otros, medios de una pieza conectora 14 y una pieza conectora 16.

En esta realizaci6n, la pieza conectora 14 de la segunda secci6n 11 de pala de rotor, la segunda pieza conectora 14, esta conformada como una viga con dos paredes laterales, y lados superior e inferior (la pieza conectora 14 puede denominarse tambien "lengOeta"), y la pieza conectora 16 de la primera secci6n 10 de pala de rotor, la primera pieza conectora 16, esta conformada como un receptaculo (y tambien puede denominarse "horquilla"). La primera pieza conectora 16 esta adaptada para recibir la segunda pieza conectora 14, y la secci6n transversal de la segunda pieza conectora 14 esta ajustada a la secci6n transversal de la primera pieza conectora 16 de manera tal que las superficies superior e inferior de la segunda pieza conectora 14 soportan porciones solapantes de la primera secci6n 10 de pala de rotor.

En realizaciones alternativas, la secci6n transversal de la segunda pieza conectora 14 puede comprender una secci6n transversal rectangular (que incluye una secci6n transversal cuadrada) o bien una secci6n transversal eliptica (que incluye una secci6n transversal circular).

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La pala modular de rotor mostrada en la Figura 3 comprende tambien una punta de pala 1 que conecta con la segunda secci6n 11 de pala de rotor. Las secciones 10, 11 de pala de rotor y la punta de pala 1 se ensamblan para formar una superficie aerodinamica contigua en una juntura 19 de empalme de pala con punta y una juntura 20 de empalme de secciones de pala por medio de las piezas conectoras antes mencionadas, que estan enteramente contenidas dentro de la estructura de la pala.

En las caras terminales de cada secci6n 10, 11 de pala de rotor estan procurados medios guiadores 29a, 29b, en donde los medios guiadores 29a de la segunda secci6n estan conformados como pernos al menos parcialmente c6nicos y los primeros medios guiadores de secci6n estan procurados como aberturas correspondientes en la cara terminal. Durante el ensamblaje de la pala modular de rotor, los medios guiadores soportan el alineamiento de la secci6n relevante de pala de rotor. Ademas, en caso de que los pernos y las aberturas esten provistos de roscas macho y hembra, se pueden utilizar los medios guiadores para soportar la conexi6n entre secciones adyacentes.

Cada pieza conectora 14, 16 comprende cuatro aberturas c6nicas 41, 42, en donde en la realizaci6n mostrada las aberturas c6nicas se extienden a traves de toda la profundidad de las paredes laterales, es decir, las aberturas definen orificios pasantes. La Figura 3 muestra ademas cuatro pernos c6nicos 30 para ser insertados en aberturas conectoras c6nicas continuas (no mostradas) formadas por una abertura c6nica 41 y una abertura c6nica 42 cada vez, cuando secciones de pala de rotor adyacentes se apoyan una con otra y cuando aberturas c6nicas 41, 42 correspondientes estan alineadas.

Los pernos c6nicos o ahusados 30, conformes al tipo de pernos de cizalladura, pueden ser tensionados por medio de medios tensores 28 en forma de cuatro o seis pernos de menor tamano. Este diseno permite retensionar facilmente sobre el terreno los pernos 28 a traves de una pequena puerta de acceso 32 amovible situada en la primera secci6n 10 de pala de rotor y/o en la segunda secci6n 11 de pala de rotor. Este diseno del empalme evita tambien cualquier movimiento dentro del empalme y evita la fatiga estructural que dichos movimientos causarian. Para la punta de pala 1 estan procurados una puerta de acceso y elementos de empalme de horquilla y lengOeta similares enteramente contenidos dentro de la estructura de pala, pero no se muestran en la Figura 3.

Con respecto a las Figuras 4 y 5, se muestran detalles de la primera realizaci6n de la presente invenci6n. La puerta de acceso 32 proporciona acceso a los principales elementos del empalme, a saber las piezas conectoras 14, 16, y a los pernos de cizalladura ahusados o c6nicos 30. Por ejemplo, se puede llegar a la puerta de acceso 32 a traves de una portilla 23 y una escotilla desplegable 24 (vease la Figura 1) que, cuando se abre, extiende una rampa para el mantenimiento y la sustituci6n de m6dulos. Los medios guiadores 29a, 29b de la segunda secci6n, mostrados en la Figura 3, son accesibles tambien a traves de la puerta de acceso 32. Este diseno evita cualquier movimiento dentro del empalme o conexi6n, y evita la fatiga estructural que dichos movimientos causarian. Para la punta de pala 1 se ha procuran una puerta de acceso y piezas conectoras similares con todas las piezas necesarias para la uni6n, enteramente contenidas dentro de la estructura de la pala, pero no se muestran en la Figura 4. Este diseno permite montar facilmente sobre el terreno los pernos de cizalladura c6nicos 30 a traves de la puerta de acceso amovible 32 situada en las secciones de pala.

La Figura 5 muestra una vista en secci6n a lo largo de la linea A-A de la Figura 4 de los pernos de cizalladura c6nicos o ahusados 30 y las piezas conectoras 14, 16. Como puede verse en la Figura 5, las piezas conectoras 14, 16 de la primera realizaci6n estan adaptadas para encajar una en otra, con lo cual la pieza conectora 14 de la segunda secci6n 11 de pala de rotor queda encerrada por la pieza conectora 16 de la primera secci6n 10 de pala de rotor.

La Figura 6 muestra una vista detallada de un perno c6nico o ahusado 30 de acuerdo con la primera realizaci6n de la presente invenci6n mostrada en las Figuras 4 o 5, en donde la mitad superior de la Figura 6 es una vista en secci6n a traves de un medio tensor 28, mientras que la mitad inferior de la Figura 6 es una vista desde arriba. Las piezas de conexi6n 14, 16 comprenden orificios pasantes cilindricos que, en combinaci6n con casquillos 14a, 16a, definen las aberturas c6nicas 41, 42. Para mejorar la durabilidad de los casquillos, se prefieren casquillos metalicos. El perno c6nico 30 dentro de la abertura c6nica conecta las piezas conectoras 14, 16 de la primera y segunda secciones 10, 11 de pala de rotor. Se hace pasar un numero de medios tensores 28 a traves del perno c6nico sustancialmente hueco 30 y se montan en un medio receptor 18, dispuesto en el casquillo 14a que puede cerrar el extremo izquierdo (en la Figura 6) de la abertura c6nica. El medio receptor 18 forma un contra-cojinete para el perno 30 y comprende un numero de roscas hembra que engranan con roscas macho relevantes de los medios tensores

28. Al proporcionar una abertura c6nica, el perno c6nico 30 puede ser tensionado contra el medio receptor 18 por medio de los medios tensores 28, asegurando de esto modo las piezas conectoras 14, 16 entre si.

Entre el medio receptor 18 y la cara terminal de menor diametro del perno c6nico 30 (la cara terminal izquierda en la Figura 6) se forma un intersticio 26 que permite un reapriete/retensionamiento facil y simple del perno c6nico 30 en caso de una tolerancia dentro de la conexi6n en su conjunto. El tamano del intersticio en direcci6n al eje longitudinal del medio tensor supone de 5 a 10� de la longitud de la abertura conectora c6nica continua.

Tal como se ha mencionado antes, el perno c6nico 30 esta sustancialmente hueco. Sin embargo, para admitir fuerzas que actuan sobre el perno 20, estan conformadas nervaduras dentro del perno c6nico 20, que encierra los medios tensores 28.

De acuerdo con la realizaci6n mostrada, los medios tensores 28 estan procurados como tornillos con una rosca macho en un extremo, en donde la cabeza macho engrana con la rosca hembra del medio receptor 18 para tensionar el perno c6nico 30. En una realizaci6n alternativa, el medio receptor 18 puede comprender orificios pasantes atravesados por los medios tensores 28 que estan afianzados contra el medio receptor 18 por medio de contratuercas.

Con respecto a la Figura 7, se muestra una vista detallada de una segunda realizaci6n de la presente invenci6n. La pieza conectora 16 de la primera secci6n 10 de pala de rotor encierra la pieza conectora 14 de la segunda secci6n 11 de pala de rotor. Ambas piezas conectoras 14, 16 comprenden dos orificios pasantes c6nicos. En el estado conectado de las secciones 10, 11 de pala de rotor las piezas conectoras 14, 16 se apoyan una en otra de manera que los orificios pasantes c6nicos de la pieza conectora encerradora 16 estan alineados con los dos orificios pasantes de la parte conectora encerrada 14, definiendo de este modo dos orificios pasantes conectores c6nicos continuos, es decir, los orificios pasantes de las piezas conectoras, y por consiguiente los orificios pasantes conectores c6nicos continuos estan dispuestos en el mismo eje longitudinal en el estado conectado de las secciones 10, 11 de pala de rotor. Los orificios pasantes de las piezas conectoras 14, 16 estan procurados de manera tal que las aberturas con el mayor diametro se abren hacia las superficies externas de las piezas conectoras 14, 16. Esta disposici6n de los orificios pasantes de las piezas conectoras 14, 16 determina que los orificios pasantes conectores continuos se extiendan hacia la superficie externa de la parte conectora encerradora 16.

La realizaci6n mostrada en la Figura 7 utiliza dos pernos c6nicos 30 que estan dispuestos en dos orificios pasantes conectores c6nicos. Los pernos c6nicos 30 estan atravesados por una pluralidad de medios tensores 28 (tornillos), en donde se hace pasar cada tornillo 28 a traves de ambos pernos 30. Debido a la conformaci6n de los orificios pasantes conectores continuos no son necesarios medios receptores especiales. Los pernos c6nicos 30 son tensionados uno contra otro por los tornillos 28, en donde los tornillos 28 comprenden una cabeza de tornillo 28a adyacente a un tornillo y una contratuerca 18b adyacente al otro tornillo. En caso de que aparezca holgura o o aflojamiento en la conexi6n, se pueden reapretar o retensionar los pernos apretando las contratuercas 18b y los tornillos 28. El intersticio 26 entre los dos pernos c6nicos 30 permite que los pernos 30 sean empujados mas adentro o mas "profundamente" dentro de los orificios pasantes conectores continuos, eliminando de este modo la holgura o aflojamiento de la conexi6n.

La Figura 8 muestra una vista detallada de una tercera realizaci6n de la presente invenci6n, en donde la mitad superior de la Figura 8 es una vista en secci6n a traves de dos pernos c6nicos 30, mientras que la mitad inferior de la Figura 8 es una vista desde arriba.

La tercera realizaci6n utiliza una pieza conectora encerradora 16 y una pieza conectora encerrada 14. Contrariamente a la segunda realizaci6n, la pieza conectora encerrada 14 es s6lida, es decir, no se procuran paredes laterales separadas ni, por tanto, espacio dentro de la pieza conectora. En consecuencia, la pieza conectora encerrada 14 no esta hueca. La pieza conectora encerradora 16 comprende dos orificios pasantes c6nicos, y la pieza conectora encerrada 14 comprende un orificio pasante, en donde los orificios pasantes estan, en el estado ensamblado de la pala modular de rotor, dispuestos en el mismo eje longitudinal. El orificio pasante de la pieza conectora encerrada 14 esta conformado como un orificio pasante c6nico doble, en donde las aberturas con el mayor diametro se abren hacia las superficies externas de la pieza conectora encerrada. Los orificios pasantes c6nicos de la pieza conectora encerradora estan alineados con el al menos un orificio pasante de la pieza conectora encerrada, definiendo de este modo un orificio pasante c6nico doble. Dentro de estos rebajes conectores c6nicos estan dispuestos dos pernos 30 que encierran un intersticio 26 entre sus caras terminales enfrentadas. Un numero de medios tensores 28 en forma de tornillos son hechos pasar a traves de los pernos 30 y tensionan los pernos 30 uno contra otro. El mecanismo tensor es el mismo que se muestra en la Figura 7. Asi, en cuanto a detalles adicionales, se hara referencia a la Figura 7.

Aunque se ha mostrado y descrito en particular la invenci6n con referencia a realizaciones preferidas de la misma, los expertos en la tecnica entenderan que pueden hacerse en la misma los cambios precedentes y otros en forma y detalle sin apartarse del ambito de la invenci6n, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia, que comprende al menos dos secciones (10, 11) de pala de rotor,

en donde cada secci6n (10, 11) de pala de rotor comprende al menos una pieza conectora (14, 16) que tiene al menos una abertura c6nica (41, 42), las piezas conectoras (14, 16) de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes se apoyan una en otra de manera que las aberturas c6nicas (41, 42) de las piezas conectoras (14, 16) estan mutuamente alineadas y forman una abertura conectora c6nica continua,

estan dispuestos medios receptores (18) para recibir medios tensores (28) en el extremo de menor diametro de la abertura conectora c6nica,

un perno c6nico (30) correspondiente a la abertura conectora c6nica continua esta dispuesto dentro de la misma, y

al menos un medio tensor (28) que pasa a traves del perno c6nico (30) y tensiona el perno c6nico (30) contra los medios receptores (18).
2.-La pala modular de rotor segun la reivindicaci6n 1, en donde esta definido un intersticio (26) entre el medio receptor (18) y la cara terminal del perno c6nico (30) que tiene el menor diametro.
3.-La pala modular de rotor segun la reivindicaci6n 1, en donde el menor diametro externo del perno c6nico (30) es mayor que el menor diametro interno de la abertura conectora c6nica continua.
4.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 1 -3, en donde el medio receptor (18) esta conformado de manera integral con la pieza conectora (14) relevante.
5.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 1 -4, en donde cada una de las aberturas c6nicas (41, 42) esta dotada de un casquillo (14a, 16a) dispuesto en una abertura respectiva en una pieza conectora (14, 16) correspondiente.
6.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 1 -5, en donde el perno c6nico (30) esta hueco.
7.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 1 -6, en donde esta procurada una puerta de acceso (32) en al menos una de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes.
8.-Una pala modular de rotor para una turbina generadora de energia, que comprende al menos dos secciones (10, 11) de pala de rotor,

en donde cada secci6n (10, 11) de pala de rotor comprende al menos una pieza conectora (14, 16), una pieza conectora (16) encierra la pieza conectora (14) de una secci6n (11) de pala de rotor adyacente, la pieza conectora encerradora (16) comprende al menos dos orificios pasantes c6nicos y la pieza conectora encerrada (14) comprende al menos un orificio pasante, los orificios pasantes estan dispuestos en el mismo eje longitudinal,

en donde las piezas conectoras (14, 16) de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes se apoyan una en otra de manera que los orificios pasantes c6nicos de la pieza conectora encerradora (16) estan alineados con el al menos un orificio pasante de la pieza conectora encerrada (14), definiendo de este modo al menos un orificio pasante conector c6nico,

estan dispuestos al menos dos pernos c6nicos (30) dentro de los orificios pasantes de la pieza encerradora

(16) que llegan hasta el al menos un orificio pasante de la pieza conectora encerrada (14),

al menos un medio tensor (28) pasa a traves de los al menos dos pernos c6nicos (30) y tensiona los pernos c6nicos (30).
9.-La pala modular de rotor segun la reivindicaci6n 8, en donde esta procurado un intersticio (26) entre caras terminales enfrentadas de los pernos c6nicos (30).
10.-La pala modular de rotor segun la reivindicaci6n 8 o 9, en donde cada una de los orificios pasantes c6nicos esta dotado de un casquillo (14a, 16a) dispuesto en una abertura respectiva en las piezas conectoras (14, 16).
11.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 8 -10, en donde los pernos c6nicos (30) estan huecos.
12.-La pala modular de rotor segun una de las reivindicaciones 8 -11, en donde esta procurada una puerta de acceso (32) en al menos una de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes.
13.-Un metodo para metodo para ensamblar una turbina generadora de energia con palas modulares de rotor (10, 11), que comprende pasos de:

A. fabricar palas de rotor en el menos dos secciones (10, 11) de pala de rotor, en donde secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes tienen piezas conectoras (14, 16) para montar juntas dichas secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes;

B. transportar dichas secciones (10, 11) de pala de rotor a un lugar;

5 C. procurar, en dicho lugar, una turbina (3) sobre una estructura (4) que es mantenida estacionaria con respecto a dicho flujo de fluido, en donde dicha turbina (3) incluye un cubo de rotor (9) y un rotor (2) que tiene disposiciones para montar primeras secciones (10) de pala de rotor a dicho cubo de rotor (9);

D. conectar dichas primeras secciones (10) de pala de rotor a dicho cubo de rotor (9); y

E. unir segundas secciones (11) de pala de rotor a primeras secciones de pala montando juntas las piezas

10 conectoras (14, 16) de secciones (10, 11) de pala de rotor adyacentes por medio de al menos un perno c6nico (30) que esta siendo tensionado por al menos un medio tensor (28) que pasa a traves del perno c6nico (30).
14.-El metodo segun la reivindicaci6n 13, en donde las segundas secciones (11) de pala de rotor son izadas mediante una grua dentro de una g6ndola antes de unir las segundas secciones (11) de pala de rotor a las primeras secciones (10) de pala de rotor.

15 15.-El metodo segun la reivindicaci6n 13 o 14, que comprende ademas el paso de:

F. unir una punta (1) de pala de rotor a dicha segunda secci6n (11) de pala de rotor.

Fig. 1

Fig. 2

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Fig. 4

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