ES2392523A1 - Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador. - Google Patents

Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador. Download PDF

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Iñaki NUIN MARTÍNEZ DE LAGOS
Javier GUELBENZU BLASCO
Mercedes SANZ MILLÁN
Marcos DEL RÍO CARBAJO
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Abstract

Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, que se determina disponiendo entre los tramos (1) de pala a unir una o más piezas intermedias (2) formadas por una estructura compleja que determina unos tabiques transversales extremos (2.1) y un tabique transversal medio (2.2), entre los cuales se extienden columnas (2.3) que quedan separadas por aberturas (2.4), incluyéndose en las aberturas (2.4) unos pernos o tornillos (3) cortos que pasan directamente a través de los tabiques transversales extremos (2.1) y unos pernos o tornillos (3) largos que pasan por el interior de las columnas (2.3), acoplándose dichos pernos o tornillos (3) a rosca respecto de piezas de anclaje (4) a modo de tuercas alojadas en el material de los tramos (1) de pala.

Description

SISTEMA DE UNIÓN DE TRAMOS COMPONENTES DE PALAS DE AEROGENERADOR
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con las palas de aerogenerador que se realizan en tramos para facilitar el transporte, proponiendo un sistema que permite determinar la unión de los tramos componentes
10 de las palas de una manera ventajosa.
Estado de la técnica
La evolución de los aerogeneradores a
15 realizaciones cada vez de mayores potencias, ha conllevado que las palas de los mismos adquieran longitudes muy considerables, resultando muy complicado el transporte de las mismas.
20 Para solucionar ese problema es convencional ya la realización de dichas palas en tramos parciales, los cuales se transportan separados hasta el lugar de montaje de los aerogeneradores, en donde los tramos se unen para formar las palas que se montan en los mismos.
25 En la actualidad existen dos tecnologías básicas para la unión de los tramos componentes de las palas de aerogenerador, basándose una de dichas tecnologías en uniones por pegado, en tanto que la otra tecnología se
30 basa en uniones mecánicas.
Las uniones por pegado requieren establecer en el lugar de montaje de los aerogeneradores instalaciones con condiciones controladas de humedad, temperatura
35 etc., como las de las plantas de fabricación, y
trasladar hasta dichas instalaciones la maquinaria y los utillajes necesarios para realizar el pegado de unión entre los tramos componentes de las palas, resultando muy complicada la obtención de uniones eficaces y fiables, mediante esta tecnología.
Las uniones mecánicas se basan en la utilización
de
pernos o tornillos que se acoplan por roscado a
elementos
a modo de tuercas fijados en el material de
formación
de los tramos de las palas o dispuestos en
huecos
de dicho material.
Un tipo de unión mecánica de tramos de pala, en ese sentido, consiste en una unión directa entre los tramos a unir, mediante pernos o tornillos que se acoplan a rosca por un extremo respecto de bulones metálicos incluidos en el material compuesto de uno de los tramos, pasando dichos pernos o tornillos por orificios longitudinales enfrentados de los tramos a unir, hasta un hueco definido en el otro tramo, en donde por el otro extremo de los pernos se incorpora una tuerca o elemento a modo de tuerca de aprieto. Soluciones de este tipo son, por ejemplo, las de los documentos W02010081921, W02007131937, US2010143148 y ES8503080.
Otro tipo de unión mecánica entre tramos de pala, consiste en disponer una o varias piezas intermedias entre los tramos a unir, fijándose dichas piezas con pernos roscados sobre cada uno de los tramos que se unen. Una solución de este tipo es, por ejemplo, la del documento W02006056584.

Otro tipo de unión mecánica entre tramos de pala, consiste en disponer respectivas piezas metálicas
fij actas mediante diversos métodos sobre los extremos correspondientes de los tramos a unir, estableciéndose luego una sujeción por atornillado entre las dos piezas
fijadas
a los tramos que se unen. Soluciones de este
tipo
son, por ejemplo, las de los documentos
W02006103307,
W02011006800, ES2178903, ES2337645,
EP2138715
y JP2004011616.
En cualquiera de estas soluciones la concentración de la distribución de pernos o tornillos de sujeción entre los tramos de pala a unir está limitada por motivos geométricos y estructurales de modo que ante altas solicitaciones de cargas se generan elevadas concentraciones de esfuerzos en cada una de las piezas de unión, con lo que el riesgo de rotura es elevado.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un sistema de unión mecánica entre tramos de palas de aerogenerador, con unas características estructurales particulares que hacen la unión ventajosa respecto de las soluciones conocidas del estado de la técnica.

Este sistema de unión objeto de la invención consta de una o varias piezas intermedias que se disponen entre los tramos de pala a unir, los cuales se unen a dichas piezas intermedias mediante pernos o tornillos que pasan por orificios longitudinales de las mencionadas piezas intermedias, estableciendo acoplamiento roscado respecto de piezas de anclaje a modo de tuercas aloj actas dentro del material de los tramos de pala, presentando las piezas intermedias una estructura compleja formada por aberturas y columnas que determina sendos tabiques transversales extremos,
que se apoyan sobre las piezas de anclaje y un tabique transversal medio, a través de los cuales pasan unos pernos o tornillos largos que pasan por el interior de las columnas desde el tabique transversal medio y unos pernos o tornillos cortos que pasan únicamente a través de los tabiques transversales extremos, hasta las piezas de anclaje de los tramos de pala a unir.
Se obtiene de este modo un sistema en el que los pernos o tornillos de unión establecen sobre la pieza o piezas intermedias una línea de presión en el borde y otra línea de presión en la zona media, en relación con cada uno de los tramos de pala a unir, generándose en la pieza o piezas intermedias un estado de compresión predominante que permite reducir las solicitaciones que deben resistir.
Los acoplamientos roscados de los pernos o tornillos de unión de la pieza o piezas intermedias con
los
tramos de pala, sobre las piezas de anclaje
alojadas
en el material de los tramos de pala, se
prevén
además alternativamente de dos longitudes
diferentes,
con lo cual se consigue también un reparto
de los esfuerzos de sujeción sobre los tramos de pala que permite uniones resistentes con esfuerzos localizados reducidos.
Con todo ello el sistema preconizado presenta las ventajas siguientes:

-Gracias a la arquitectura compleja de la pieza o piezas intermedias de la unión, es posible disponer gran cantidad de pernos o tornillos en una zona reducida de los tramos de pala, permitiendo conseguir una gran densidad de carga (fuerza soportada por unidad
de longitud) que proporciona uniones ligeras y muy resistentes.
-
Gracias a la arquitectura compleja de la pieza o piezas intermedias de la unión, es posible disponer gran cantidad de piezas de anclaje dentro del material de los tramos de pala. La interfase de dichas piezas de anclaje con el material de los tramos de pala supone un punto crítico de la unión. Gracias al alto número de interfases, las solicitaciones soportadas son muy altas o, en el caso de que las solicitaciones no sean
excesivas,
permite emplear piezas de anclaje de
dimensiones
reducidas, lo cual posibilita la elección
de
sistemas de producción sencillos e implica
reducciones de peso en dichas piezas de anclaje y en el material alrededor de ellas.
-
Las tensiones que afectan a la pieza o piezas intermedias, gracias a su arquitectura constructiva, son menores que en otros sistemas de unión, para una misma carga externa actuante.
-
El sistema de unión permite la integración en diversos modelos de palas con diferentes arquitecturas internas (como mono y bi larguero, viga cajón, etc.), sin producir mayor impacto en el diseño global de la pala.
-El montaje de la unión es posible desde el exterior de la pala que se compone con los tramos que se unen, pudiendo actuarse sobre los pernos o tornillos de la unión con los útiles necesarios por las aberturas de la pieza o piezas intermedias, sin necesidad de tolerancias de montaje muy restrictivas.
-
Mediante la utilización de varias piezas intermedias de unión, discretas y de tamaño reducido, se facilita su fabricación, su proceso de montaje y su adaptabilidad a curvaturas de diferentes palas.
-
se produce una concentración reducida de tensiones en el material de los tramos de pala alrededor de las piezas de anclaje de los pernos o tornillos de la unión.
-
La línea neutra de la pieza o piezas intermedias queda perfectamente alineada con el eje de los pernos o tornillos, quedando éstos a su vez alineados con la línea neutra de la pared de los tramos de pala que se unen, con lo cual no se generan momentos flectores secundarios en la unión, lo que determina una unión estructuralmente muy efectiva.
-
El sistema de unión, que estará cubierto con un carenado aerodinámico, no sobresale de la superficie aerodinámica de la pala que se forma, por lo que no se ve afectada la producción energética de la pala.
Por lo tanto, el sistema preconizado resulta de unas características muy ventajosas para la función a
la
que está destinado, adquiriendo vida propia y
carácter
preferente respecto de los sistemas que se
conocen
de la misma aplicación.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un detalle de unión entre dos tramos de pala según el sistema de la invención, con una pieza intermedia única.
La figura 2 es un detalle como el de la figura anterior, incluyendo la unión de dos piezas intermedias complementarias en el sentido longitudinal de la unión.
La figura 3 es un detalle semejante a los
anteriores,
incluyendo la unión de varias piezas
intermedias
complementarias en el sentido transversal
de
la unión, comprendiendo cada una de ellas dos
aberturas,
dos pernos o tornillos cortos y otros dos
largos.
La figura 4 es un detalle como el anterior, con las piezas intermedias complementarias en el sentido transversal de la unión, comprendiendo alternativamente cada una de ellas tres aberturas, tres pernos o tornillos cortos y otros tres largos.
La figura 5 es un detalle semejante al de la figura 1, con los pernos o tornillos de unión de las piezas intermedias respecto de los tramos de pala entrando con una distribución de dos longitudes diferentes en los tramos de pala.
La figura 6 es un detalle semejante al de la figura 1, con la pieza intermedia formada con aberturas ciegas en una de las caras de la pieza.
La figura 7 es un detalle del extremo de un tramo de pala, observándose la posición del sistema de unión en unas zonas parciales del contorno del perfil del tramo, que se corresponden con las zonas de mayor transmisión de carga.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un sistema de unión de tramos (1) componentes de palas de aerogenerador, con una realización que aporta características constructivas y funcionales ventajosas para esa función.
El sistema preconizado consta de una o varias piezas intermedias (2), que se disponen entre los
tramos
(1) de pala a unir, fijándose dichas piezas
intermedias
(2) respecto de los frentes extremos de los
tramos
( 1) de pala sobre piezas de anclaje (4),
mediante
pernos o tornillos (3) que pasan por orificios
longitudinales de las mencionadas piezas intermedias
(2) y se acoplan a rosca respecto de las piezas de anclaje (4) a modo de tuercas que se hallan alojadas en los tramos (1) de pala.
Las piezas intermedias (2) que se disponen entre los tramos ( 1) de pala a unir se hallan formadas por una estructura compleja que determina unos tabiques transversales extremos (2. 1) y un tabique transversal medio (2.2), entre los cuales se extienden una serie de columnas (2.3) separadas por aberturas (2.4).
En dichas piezas intermedias (2) los pernos o tornillos (3) de fijación sobre los tramos (1) de pala pasan a través de los tabiques transversales extremos
(
2. 1) y del tabique transversal medio (2. 2) , pasando unos pernos o tornillos (3) cortos desde las aberturas
(
2. 4) directamente a través de los tabiques transversales extremos (2.1), en tanto que otros pernos

o tornillos (3) largos pasan a través del tabique transversal medio (2.2) y desde éste por el interior de las columnas (2.3) hasta atravesar al tabique transversal extremo (2.1) que corresponda.
De este modo se logra una distribución de la sujeción que permite disponer un gran número de pernos
o tornillos (3) , con un reparto de los esfuerzos de apoyo sobre los tabiques transversales extremos (2.1) y sobre el tabique transversal medio (2. 2) , generándose
en
la pieza o piezas intermedias (2) un estado de
compresión
predominante que permite reducir las
solicitaciones
que deben resistir, obteniéndose una
unión muy
resistente.
Por otro lado, los acoplamientos roscados de los pernos o tornillos (3) sobre las piezas de anclaje (4) alojadas en el material de los tramos (1) de pala, se prevén de dos longitudes alternativamente diferentes, por ejemplo los que pasan directamente a través de los tabiques transversales extremos (2.1), en mayor profundidad, y el de los otros pernos o tornillos (3), en este caso los que pasan por el interior de las columnas (2.3), en menor profundidad, en los tramos (1) de pala, como se observa en la figura 5, con lo cual se logra también un reparto de los esfuerzos de sujeción sobre los tramos (1) de pala, que hace que los esfuerzos localizados en los mismos sean a su vez reducidos. La distribución indicada no es limitativa, ya que de igual modo pueden ser los pernos o tornillos
( 3) que pasan directamente a través de los tabiques transversales extremos (2. 1) los que penetren en menor profundidad en los tramos (1) de pala, y los pernos o tornillos (3) que pasan por el interior de las columnas
(2.3) los que penetren en mayor profundidad.

En esas condiciones, la unión de los tramos (1) de pala puede determinarse con una pieza intermedia (2) única, corno en la realización de la figura 1, determinando esa pieza única tanto los tabiques
transversales extremos (2. 1) como el tabique transversal medio (2.2).
No obstante, la unión puede determinarse igualmente con dos piezas intermedias (2) complementarias en sentido longitudinal, como en la realización de la figura 2, determinando cada una de dichas piezas complementarias un tabique transversal extremo (2.1) y en la parte opuesta otro tabique transversal que, junto con el tabique transversal correlativo de la otra pieza complementaria, determinan el tabique transversal medio (2.2) de la unión.
De igual modo, la unión puede determinarse con piezas intermedias (2) complementarias en sentido transversal, las cuales pueden incluir grupos de cuatro
o más pernos o tornillos (3), como en las realizaciones de las figuras 3 y 4, determinando un efecto semejante para la unión de dos tramos (1) de pala mediante una estructura intermedia compleja en la que se disponen una distribución de pernos o tornillos (3) largos y una distribución de pernos o tornillos ( 3) cortos en cada uno de los sentidos, para la fijación sobre los tramos
(1)
de pala a unir.
Se prevé también una realización de la pieza o piezas intermedias ( 2) con las aberturas (2. 4) ciegas por una cara de la pieza correspondiente, como en la realización de la figura 6, permitiendo así determinar una unión de superficie continua, por ejemplo en la parte exterior de la pala que se forma con los tramos

(1) unidos, y sólo con cavidades en la cara interior de las piezas intermedias (2) para la introducción y actuación de los pernos o tornillos (3) de la unión, o alternativamente con la superficie continua en la parte
interior de la pala.
Como se observa en la figura 7, el sistema de unión mediante piezas intermedias (2) se puede aplicar, entre otras, en la zona media de las paredes conformantes del perfil de los tramos (1) de pala, que convencionalmente es una zona estructural más resistente que el resto del perfil, de forma que la concentración de pernos o tornillos (3) de sujeción que determina este sistema de la invención, permite obtener una unión de los tramos (1) de pala capaz de resistir los principales esfuerzos a los que se ve sometida la pala que se compone con la unión.
Este sistema de unión puede utilizarse igualmente para la unión de tramos (1) de pala formados con un armazón estructural interior en forma de viga o cajón,
o cualquier otro tipo de estructura, pudiendo establecerse la unión, en este caso, disponiendo las piezas intermedias ( 2) del sistema de unión entre los armazones estructurales interiores de los tramos (1) de pala.
En cualquier caso, la zona de la unión entre los tramos (1) de pala, así como el resto del contorno del perfil de la pala que corresponde con dicha zona de la unión, se cubre con un carenado, para dar continuidad a la superficie aerodinámica de la pala entre los tramos
(1) unidos.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, comprendiendo una o más piezas intermedias (2) con geometrías varias, que se fijan mediante pernos o tornillos (3) sobre piezas de anclaje
    (4) a modo de tuercas aloj actas en el material de los tramos (1) de pala a unir, caracterizado porque entre los tramos (.1) de pala se incluye al menos una pieza intermedia (2) formada por una estructura compleja que determina unos tabiques transversales extremos (2. 1) y un tabique transversal medio (2.2), entre los cuales se extienden una serie de columnas (2.3) separadas por aberturas (2. 4) , incluyéndose en las aberturas (2. 4) unos pernos o tornillos (3) cortos que pasan directamente a través de los tabiques transversales extremos (2.1) y unos pernos o tornillos (3) largos que pasan a través del tabique transversal medio (2) y desde éste por el interior de las columnas (2.3) hasta atravesar el tabique transversal extremo (2.1) que corresponda.
  2. 2.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque entre los tramos
    (1) de pala se dispone una pieza intermedia (2) única, la cual determina los tabiques transversales extremos
    (2.1) y el tabique transversal medio (2.2).
  3. 3.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque entre los tramos
    (1) de pala se disponen dos piezas intermedias (2) complementarias en sentido longitudinal, cada una de las cuales determina un tabique transversal extremo
    (2. 1) y en la parte opuesta otro tabique transversal que, junto con el tabique transversal correlativo de la otra pieza complementaria, determinan el tabique transversal medio (2.2) de la unión.
  4. 4.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque entre los tramos
    (1) de pala se disponen unas piezas intermedias ( 2) complementarias en sentido transversal, incluyendo cada una de ellas grupos de cuatro o más pernos o tornillos
    ( 3) •
  5. 5.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los acoplamientos roscados de los pernos o tornillos (3) sobre las piezas de anclaje ( 4) alojadas en el material de los tramos
    (1) de pala son de dos longitudes diferentes.
  6. 6.-Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las aberturas
    (2. 4) son ciegas por una cara de la pieza intermedia
    (2) correspondiente, permitiendo determinar una unión de superficie continua por el exterior o por el interior entre los tramos (1) de pala que se unen.
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