ES2382245A1 - Método de fabricación de pala de aerogenerador - Google Patents

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Abstract

Método de fabricación de pala de aerogenerador.Se describe un método de fabricación de palas de aerogeneradores mediante el que se obtienen palas con un rendimiento mecánico elevado y una alta fiabilidad en la unión pala-buje, siendo ésta una de las uniones más críticas de un aerogenerador por el alto grado de solicitaciones a cargas extremas y de fatiga. Esta solución aporta también un método de fabricación más sencillo y económico en comparación con métodos anteriores, lo cual lo hace muy apto para pequeños fabricantes con recursos humanos, materiales y económicos limitados.

Description

Método de fabricación de pala de aerogenerador.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el campo de la manufactura de palas para generadores de electricidad a partir de energía eólica.
El objeto de la invención consiste en un método que permite fabricar palas para molinos de viento que hace uso de una técnica que facilita la fabricación de las citadas palas de manera más efectiva y a su vez permite obtener una pala de gran calidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A día de hoy se encuentran distintas soluciones al problema de la construcción de palas de aerogenerador, dichas soluciones se pueden agrupar según tipología de estructura de pala, por ejemplo en la patente Española ES2293261T3, se detalla una estructura resistente de pala que se encuentra embebida en los recubrimientos aerodinámicos a diferencia de recubrimientos aerodinámicos de estructura que solamente tienen resistencia limitada (que requiere una viga central resistente y en la cual se alojan los casquillos). Esta construcción es muy dependiente de la fijación utilizada entre viga central y recubrimientos para garantizar el funcionamiento estructural correcto de la pala, por lo tanto se requiere de maquinaria especial y muy costosa para garantizar totalmente la delicada operación de fijación mediante adhesivo, sin embargo esta es la solución estructural habitual en los grandes fabricantes de aerogeneradores multi-Mw.
El tipo de pala, así como su modo de fabricación también puede venir condicionado por el tipo de insertos usados, así pues en la patente Española ES2293261T3, los casquillos diseñados son huecos y están formados por dos piezas, siendo indispensable mecanizar rebajes para que ambas partes se ensamblen y fijen correctamente, lo cual complica y encarece el montaje del casquillo de manera muy notable. Las superficies exteriores de estos casquillos son lisas o ligeramente rugosas lo que implica una adhesión muy pobre del casquillo al material compuesto adyacente. Asimismo en el arte previo los insertos se apoyan sobre telas y bloques de espuma, que es una estructura poco resistente a tracción, compresión, torsión y cizalladura; lo que viene a ser una estructura tipo sándwich; dando como resultado una estructura resistente a sólo flexión con lo que en el eventual caso en el que los bloques de espuma se compactan de forma permanente por acción de fuerzas compresivas, pueden producirse deslaminaciones entre la espuma y el tejido derivando en una zona de rotura. Asimismo las curvas, dobleces y arrugas en los tejidos disminuyen drásticamente sus resistencias mecánicas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención aquí presentada describe un método de fabricación de palas de aerogeneradores que aporta una solución a los problemas presentes en la actualidad descritos en el apartado anterior. El método objeto de la invención presenta una solución apta para una tipología de pala con "recubrimientos aerodinámicos autoportantes” (tipología estructural para pala de fabricación sencilla y fiable; la mejor para aplicaciones de pequeña y media eólica).
El método aquí descrito hace uso de insertos macizos monolíticos de sección cuadrada con una superficie exterior ranurada y acuerdos en las esquinas lo cual minimiza los huecos entre los insertos y los bloques de relleno, frente a los elementos utilizados habitualmente formados por casquillos sustancialmente cilíndricos de más de una pieza hueca que necesitan de cierre o un tapón para evitar la entrada de resinas, normalmente epoxy. Dichos insertos se colocan siguiendo el método objeto de la invención de tal manera que se apoyan directamente sobre el apilado de telas -estructura muy resistente a tracción, compresión, torsión, flexión y cizalladura, ya que es una estructura monolítica.
Mediante el método de fabricación objeto de la invención se obtiene un rendimiento mecánico elevado y una alta fiabilidad en la unión pala-buje, siendo ésta una de las uniones más críticas de un aerogenerador por el alto grado de solicitaciones a cargas extremas y de fatiga.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del montaje de los insertos en la plantilla unida a uno de los moldes.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva en la cual se aprecia la viga central.
Figura 3.- Muestra un detalle del interior de la parte correspondiente a la raíz de la pala en el molde.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras se describe a continuación un modo de realización preferente del método objeto de esta invención.
El proceso de fabricación de la pala aquí descrito comienza con la manufactura de un molde (3) que comprende dos conchas (superior e inferior) y una viga (5) que se utiliza como alma de la pala, siendo ésta de aplicación opcional o secundaria y restringida a este modo de realización presentado.
El proceso de fabricación comienza aplicando un material de desmoldeo sobre cada concha del molde (3) para desmoldar fácilmente la pala una vez ésta sea conformada y se proyecta una capa de recubrimiento para dar color y protección UV a la pala.
Sobre cada una de las conchas, que pueden ser partes simétricas, del molde (3) se colocan varias capas de tejido (4) de fibra de vidrio sobre el interior de cada concha del molde (3) generando una multicapa de tejido (4) que conforma un apilamiento de tejido (4).
Se amarra cada inserto (1) sobre una de las dos plantillas (2) de posicionamiento respectivamente sujetas a cada concha del molde (3) por medio de una unión articulada (6) que en una realización preferente puede ser una bisagra o similar y que a su vez ejerce de tapa de raíz del molde (3) tal y como se observa en la figura 3; quedando, al accionar la unión articulada (6), la plantilla (2) dispuesta ortogonalmente al eje longitudinal del molde (3), de esta manera los insertos (1) quedan dispuestos en paralelo y espaciados unos respecto de otros tal y como se observa en la figura 1.
A continuación se rellenan, con un material fibrilar como puede ser un filamento tipo hilo o mecha de fibra, que puede ser continua o discontinua las ranuras de los insertos (1) y se actúa sobre la unión articulada (6) para girarla y colocar así los insertos (1) sobre el apilamiento de capas de tejido (4).
Con los insertos (1) ya posicionados sobre las telas se procede a llenar los vacios entre insertos (1) con unos bloques de relleno; retacando dichos huecos con mechas de hilo de fibra que puede ser continua o discontinua –o hilo de aspersión- y tejido (4) de fibra de vidrio para evitar que queden puntos de concentración de resina en los pequeños huecos que quedan entre los insertos (1) y los bloques de relleno. Finalmente se colocan varias telas de tejido (4) de fibra de vidrio sobre el conjunto formado por los insertos (1) y bloques de relleno para formar la capa interior de una estructura multicapa de capas tipo sandwich tejido (4)-insertos (1)-tejido (4).
Una vez colocadas todas las capas de diferentes materiales se procede a compactar el apilamiento de capas tejido (4), preferiblemente mediante un método de vacío, para después añadirle una matriz aglomerante al material compuesto resultante mediante presión de succión. Esta matriz puede ser resina de poliéster, vinilester o epoxi, siendo esta última la opción la opción a utilizar en una realización preferente del objeto de la invención. La matriz aglomerante es aditivada con un compuesto catalizador para que se acelere la polimerización y la pieza se termo-endurezca. Durante el proceso de endurecimiento se sigue aplicando presión de vacío y se controla la temperatura a unos niveles estimados para lograr unas propiedades mecánicas del material compuesto elevadas.
Una vez obtenidas ambas conchas del molde (3) se realiza una unión, preferiblemente mediante pegado con adhesivo de la concha superior, la concha inferior y la viga (5) o alma.
Para fijar la viga, se fija la viga (5) sobre la concha inferior, ésta se fija preferiblemente mediante adhesivo, y la concha superior junto con la concha inferior y la viga (5), para ello se procede a unir las dos plantillas (2) de posicionamiento de insertos (1) mediante una placa intermedia para garantizar la posición de una con respecto a la otra.
Para facilitar la extracción de las piezas se puede aplicar un producto de desmoldeo sobre el interior de las conchas del molde (3).

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método de fabricación de pala de aerogenerador caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
    •
    colocar una pluralidad de capas de tejido (4) de fibra de vidrio sobre el interior de unas conchas de un molde (3) respectivamente, generando así un apilado de telas sobre el interior de dichas conchas,
    •
    fijar al menos una plantilla (2) de posicionamiento a cada concha respectivamente mediante una unión articulada (6),
    •
    fijar unos insertos (1) espaciados en paralelo unos con otros en cada plantilla (2) de posicionamiento,
    •
    colocar los insertos (1) sobre el apilado de telas mediante accionamiento de la unión articulada (6) colocando la plantilla (2) en una posición ortogonal al eje longitudinal del molde (3),
    •
    rellenar unas ranuras de cada inserto (1) con un material fibrilar,
    •
    llenar unos espacios definidos entre cada inserto (1) con unos bloques de relleno,
    •
    colocar varias capas de tejido (4) de fibra de vidrio sobre un conjunto formado por los insertos (1) y bloques de relleno, para formar una capa interior definida por una estructura multicapa tejido (4)-inserto (1)-tejido (4),
    •
    compactar el resultado generado en el paso anterior,
    •
    añadir una matriz aglomerante al resultado del compactado del paso anterior generando así un material compuesto controlando la temperatura y aplicando vacío, y
    •
    fijar las conchas del molde (3) mediante una unión que se realiza a lo largo de los bordes de cada concha usando: cada plantilla (2), cada unión articulada (6) como cierres y una placa intermedia.
  2. 2. Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 1 caracterizado porque las conchas son dos conchas, una concha superior y una concha inferior, y la fijación de las conchas del molde (3) se realiza mediante los siguientes pasos:
    •
    fijar la viga (5) sobre una de las conchas del molde (3),
    •
    adhesivar la concha restante junto con:
    •
    la concha que comprende la viga (5) fijada, y
    •
    la propia viga (5), y
    •
    unir cada plantilla (2) de posicionamiento mediante la placa intermedia para garantizar la posición relativa de las conchas del molde (3).
  3. 3.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque adicionalmente comprende aplicar un producto de desmoldeo sobre el interior de las conchas del molde (3).
  4. 4.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque adicionalmente comprende proyectar al menos una capa de recubrimiento en el interior de las conchas del molde (3) destinada a dar color y protección UV.
  5. 5.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque adicionalmente comprende retacar unos huecos definidos entre cada inserto (1) con mechas de un material fibrilar y tejido (4) de fibra de vidrio para evitar que queden puntos de concentración de resina en los pequeños huecos que quedan entre cada inserto (1) y los bloques de relleno.
  6. 6.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde el paso
    de compactar el apilamiento de capas de tejido (4) se realiza mediante un método de vacío.
  7. 7.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde el paso de añadir una matriz aglomerante se lleva a cabo mediante presión de succión.
  8. 8.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 7 donde la matriz aglomerante comprende un compuesto catalizador destinado a acelerar una polimerización y producir un termo-endurecimiento.
  9. 9.
    Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 8 caracterizado porque adicionalmente
    10 comprende, durante el proceso de endurecimiento, continuar aplicando y controlando presión de vacío y temperatura para lograr unas propiedades mecánicas del material compuesto elevadas.
  10. 10. Método de fabricación de pala de aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la matriz aglomerante se selecciona de entre el grupo consistente en: resina de poliéster, vinilester y epoxi.
  11. 11. Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 5 donde el material fibrilar es hilo de fibra discontinua.
    12 Método de fabricación de pala de aerogenerador según reivindicación 5 donde el material fibrilar es hilo de fibra 20 continua.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201230136
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 31.01.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D1/06 (2006.01) B29C70/00 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A A A A
    WO 2011004504 A1 (MITSUBISHI HEAVY IND LTD ET AL.) 13/01/2011, Todo el documento. US 2011262280 A1 (SCHUBERT MATTHIAS) 27/10/2011, Todo el documento. US 2011116935 A1 (WANSINK GERRIT JAN) 19/05/2011, Todo el documento. ES 2274701 A1 (GAMESA EOLICA S A SOC UNIPERSO) 16/05/2007, Todo el documento. 1-12 1-12 1-12 1-12
    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 23.05.2012
    Examinador M. A. López Carretero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201230136
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D, 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: 201230136
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.05.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 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: 201230136
    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
    WO 2011004504 A1 (MITSUBISHI HEAVY IND LTD et al.) 13.01.2011
    D02
    US 2011262280 A1 (SCHUBERT MATTHIAS ) 27.10.2011
    D03
    US 2011116935 A1 (WANSINK GERRIT JAN ) 19.05.2011
    D04
    ES 2274701 A1 (GAMESA EOLICA S A SOC UNIPERSO ) 16.05.2007
  12. 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 presente solicitud de patente en su reivindicación independiente 1 reivindica un método de fabricación de pala de
    aerogenerador caracterizado porque comprende los siguientes pasos: -Colocar una pluralidad de capas de tejido de fibra de vidrio sobre el interior de unas conchas de un molde respectivamente, generando así un apilado de telas sobre el interior de dichas conchas
    -
    Fijar al menos una plantilla de posicionamiento a cada concha respectivamente mediante una unión articulada -Fijar unos insertos espaciados en paralelo unos con otros en cada plantilla de posicionamiento -Colocar los insertos sobre el apilado de telas mediante accionamiento de la unión articulada colocando la plantilla en una
    posición ortogonal al eje longitudinal del molde -Rellenar las ranuras de cada inserto con material fibrilar -Llenar unos espacios definidos entre cada inserto con unos bloques de relleno -Colocar varias capas de tejido de fibra de vidrio sobre un conjunto formado por los insertos y bloques de relleno para
    formar una capa interior definida por una estructura multicapa tejido-inserto-tejido -Compactar el resultado -Añadir una matriz aglomerante al resultado del compactado, generando un material compuesto controlando la temperatura
    y aplicando vacío y
    -
    Fijar las conchas del molde mediante una unión que se realiza a lo largo de los bordes de cada concha usando cada plantilla y cada unión articulada como cierres y una placa intermedia. Los documentos D01, D02, D03,y D04 muestran distintos procedimientos para la fabricación de palas eólicas y las
    estructuras de pala obtenidas mediante dichos procedimientos. En ninguno de los casos se divulga un proceso de fabricación de la pala usando insertos macizos que apoyan directamente sobre el apilado de telas utilizando una plantilla de posicionamiento.
    Los documentos citados, por tanto, muestran el estado general de la técnica y no se consideran de particular relevancia por lo que se puede considerar que la invención es nueva e implica actividad inventiva tal y como requieren los Arts. 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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