ES2399259B1

ES2399259B1 - Un método de unión para una pala de aerogenerador multi-panel.

Info

Publication number: ES2399259B1
Application number: ES201100576A
Authority: ES
Inventors: Sergio Velez Oria; Amaia ZUGASTI PÁRAMO; Francisco Javier MARÍN MARTÍNEZ; Emilio RODRÍGUEZ SÁIZ; Ion Arocena De La Rúa; Eneko Sanz Pascual
Original assignee: Gamesa Innovation and Technology SL
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2014-02-28
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: BR102012012461A2; PL2527128T3; EP2527128A3; ES2554387T3; EP2527128B1; EP2527128A2; ES2399259A1; US20120301316A1; CN102794974B; BR102012012461B1; CN102794974A

Abstract

Un método de unión para una pala de aerogenerador multi-panel. La unión de una primera y una segunda piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador comprende las etapas de: disponer bandas (45, 55, 65) de un material adhesivo en un estado fresco manejable siguiendo trazas (43, 53, 63) señaladas en un área de unión de una de dichas piezas, siendo capaz dicho material adhesivo de fluir en la fase de curado de una manera controlada, determinando la anchura (W) y la altura (H) de dichas bandas (45, 55, 65) y la separación (S1) entre dichas trazas (43, 53, 63) de modo que una separación predeterminada (S2) entre dichas bandas, comprendida entre 0 y 300 mm, se mantenga después de la unión; unir ambas piezas bajo condiciones predeterminadas de presión y temperatura. La invención también se refiere a una pala de aerogenerador con piezas prefabricadas unidas usando dicho método.

Description

UN METODO DE UNION PARA UNA PALA DE AEROGENERADOR

MUL TI-PANEL

CAMPO DE LA INVENCION

5

La presente invención se refiere en general a palas de aerogenerador

multi-panel y particularmente a un método de unión de una pala de

aerogenerador multi-panel y a una pala de aerogenerador unida usando dicho

método.

10

ANTECEDENTES

Los aerogeneradores incluyen un rotor que soporta varias palas que se

extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un

15: movimiento rotatorio de un tren de potencia acoplado a un generador eléctrico

para producir energía eléctrica.

La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la

superficie de barrido del rotor de palas que recibe la acción del viento y,

consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica

2 o: normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.

Sin embargo, el tamaño de las palas para parques eólicos situados en

tierra está limitado actualmente en cierta medida por condicionamientos

infraestructurales y de transporte. En particular, el tamaño de puentes y túneles

limita el tamaño de la máxima cuerda de la pala.

25: Para resolver en particular los problemas planteados por palas de gran

longitud la técnica anterior describe la división de la pala en dos o más

secciones longitudinales provistas con medios de unión, de manera que cada

sección pueda ser fabricada individualmente y todas las secciones puedan ser

ensambladas en el lugar de instalación del aerogenerador. Algunos ejemplos de

3o: esa técnica anterior son los siguientes.

DE 3 109 566 describe una pala de aerogenerador subdivida en al menos

dos secciones longitudinales que se unen mediante un perno extensible.

US 4,389,182 describe una pala de aerogenerador subdivida en varias

secciones longitudinales que están interconectadas por miembros

tensionadores tales como cables de acero pasantes a través de las secciones

de la pala.

5: EP 1 244 873 A 1 describe una pala de aerogenerador subdividida en

secciones longitudinales que se unen por medio de una unión a ras que

comprende varios clips dispuestos a lo largo de la junta con sus respectivos

extremos fijados a las secciones objeto de unión y pernos para fijar dichos clips.

WO 2005/100781, WO 2006/103307, WO 2007/051879 a nombre del

1o: solicitante describen palas de aerogenerador subdivididas en secciones

longitudinales con medios mejorados de unión.

También se conoce técnica anterior que describe la división de la pala en

varias secciones transversales adicional ó independientemente a la división en

secciones longitudinales. Algunos ejemplos de esa técnica anterior son los

15: siguientes.

EP 1 184 566 A 1 describe una pala de aerogenerador que está formada

ensamblando una, dos o más secciones longitudinales, cada una de las cuales

comprende un elemento central formado por un tubo longitudinal de fibra de

carbono sobre el que están montadas una serie de costillas transversales de

2 o: fibra de carbono o fibra de vidrio unidas a dicha zona central y una cubierta de

fibra de carbono o fibra de vidrio unida a dichas costillas.

WO 01/46582 A2 describe una pala de aerogenerador que tiene una

pluralidad de elementos divididos unidos a un viga cajón transmisora de la carga

y separados por juntas elásticas que permiten a dichos elementos divididos

2 5: movimientos entre ellos de cara a minimizar los esfuerzos de tracción en la

región de la pala en la que están situados dichos elementos divididos.

EP 1 965 074 a nombre del solicitante describe una pala de

aerogenerador formada por dos paneles prefabricados de alas y dos paneles

prefabricados de almas dispuestos uno al lado del otro en forma de cajón y al

3 o: menos dos secciones longitudinales de conchas formando, respectivamente, el

borde de ataque y el borde de salida de la correspondiente sección de la pala

que están dispuestas adyacentemente a las secciones de la viga central,

estando definido el perfil aerodinámico de la pala por dichos paneles de alas y

por dichos paneles únicos de conchas.

Uno de los métodos conocidos para unir los componentes de una pala de

aerogenerador es una unión adhesiva. La técnica típica de la aplicación del

5: adhesivo en una superficie de dichos componentes es la distribución del

adhesivo desde un contenedor al que es bombeado desde una máquina de

mezclado en la cual se realiza y controla la dosificación de los componentes del

adhesivo.

Este proceso tiene varias desventajas: requiere tiempos de aplicación

1o: muy exigentes, los trabajadores que realizan la operación necesitan equipos de

protección y resulta difícil una aplicación correcta sobre la superficie de unión.

Por otra parte, dicho proceso implica el uso de un exceso de adhesivo y por lo

tanto un aumento de peso y coste.

La actual tendencia en la industria de aerogeneradores a palas de rotor

15: más grandes demanda nuevos diseños de palas aptos para cumplir con los

condicionantes de transporte y con los condicionantes de calidad en la

fabricación planteados por palas que pueden alcanzar longitudes de 100 m y

cuerdas de 8 m. por lo que hay una demanda particular para mejorar las

uniones adhesivas de las palas segmentadas.

2 o: La presente invención está orientada a la satisfacción de esa demanda.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para unir

25: piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador que permita el control del

volumen del material adhesivo y, por lo tanto, una reducción de peso.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para

unir piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador que facilite la aplicación

del material adhesivo en las zonas de unión.

30: En un aspecto estos y otros objetos se cumplan mediante un método de

unión de una primera y una segunda piezas prefabricadas de una pala de

aerogenerador que comprende las etapas de:

-disponer bandas de un material adhesivo en un estado fresco

manejable siguiendo trazas señaladas en un área de unión de una de dichas

piezas, siendo capaz dicho material adhesivo de fluir en la fase de curado de

una manera controlada, y determinando la anchura y la altura de dichas bandas

5: y la separación entre dichas trazas de modo que una separación

predeterminada entre dichas bandas, comprendida entre 0-300 mm, se

mantenga después de la unión;

-unir ambas piezas bajo condiciones predeterminadas de presión y

temperatura.

1 o: En realizaciones preferentes el material adhesivo utilizado para disponer

dichas bandas se proporciona en uno de los siguientes formatos: cinta, tira,

rollo. Se utiliza por lo tanto un material adhesivo en un formato que facilita su

aplicación en las superficies de unión, así como un control total de su peso.

En realizaciones preferentes el material adhesivo utilizado para disponer

15: dichas bandas se proporciona en bloques. Se utiliza por lo tanto un material

adhesivo en un formato totalmente adaptado para su aplicación en bandas.

En realizaciones preferentes el material adhesivo tiene una consistencia

en estado fresco que permite que dichas bandas mantengan su geometría

original cuando no están sometidas a presión y que la altura de dichas bandas

2 o: se reduzca en una proporción comprendida entre el 25%-95% (preferentemente

el 50%-95%) de la altura original cuando se les somete a una presión

comprendida entre 0,05 y 2 MPa. Se utiliza, por lo tanto, un material adhesivo

con la consistencia necesaria para, por un lado, permitir su aplicación en un

estado semi-sólido y, por otro lado, controlar su flujo durante la etapa de curado

2 5: en las condiciones típicas en las que se lleva a cabo la unión de piezas

prefabricadas de una pala de aerogenerador.

En realizaciones preferentes la adherencia a cortadura de dicho material

adhesivo en estado curado es mayor de 15 MPa. Se utiliza por lo tanto un

material adhesivo con la adherencia a cortadura requerida para unir piezas

3o: prefabricadas de una pala de aerogenerador.

En realizaciones preferentes dichas condiciones predeterminadas de

presión y temperatura son las siguientes: la presión está comprendida entre

0,05 y 2 MPa y la temperatura está comprendida entre 40°C y 1 00°C. Estas son las condiciones típicas para unir piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador por lo que el método según la invención no necesita ningún equipo especial.

5 En realizaciones preferentes dicho material adhesivo es un material adhesivo de un solo componente seleccionado entre uno de los siguientes: poliuretano, resinas epoxi, ésteres de vinilo o metacrilato. De esta manera se logra un método de unión usando componentes adhesivos conocidos.

En realizaciones preferentes las dimensiones de dichas bandas en

10 estado fresco son: una anchura comprendida entre 30-150 mm, una altura comprendida entre 2-40 mm y una separación entre trazas comprendida entre 20-300 mm. Por lo tanto el método es aplicable para la unión de piezas prefabricadas de aerogeneradores de dimensiones muy diferentes. En realizaciones preferentes para la unión de una primera pieza que

15 pertenece a una viga de la pala y una segunda pieza que pertenece a una concha de de la pala, las dimensiones de dichas bandas en estado fresco son las dimensiones mencionadas en el párrafo anterior.

En realizaciones preferidas para unir paneles de una viga de la pala o para unir conchas de una pala, dichas bandas tienen una anchura comprendida 20 entre 30-150 mm, una altura comprendida entre 2-25 mm y una separación

entre trazas comprendida entre 20-50 mm.

La invención también se refiere al uso del método mencionado anteriormente para unir piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador y a una pala de aerogenerador que comprende al menos dos piezas prefabricadas

2 5 unidas usando el método mencionado anteriormente, tanto si pertenecen a un módulo de la pala como si pertenecen a la pala entera. Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 a muestra en una vista esquemática en perspectiva los

principales componentes del módulo interior de una pala de aerogenerador

dividida en dos módulos.

5: La Figura 1 b muestra en una vista esquemática en perspectiva los

principales componentes de la viga de dicho módulo interior.

La Figura 2 es una vista en sección transversal de dicho módulo interior.

Las Figuras 3a, 3b, 5a, 5b, 7a, 7b son, respectivamente, vistas

esquemáticas en planta y en sección transversal por el plano A-A del estado

1o: inicial de una unión adhesiva entre dos componentes de dicho módulo interior

según tres realizaciones de esta invención.

Las Figuras 4a, 4b, 6a, 6b, 8a, 8b son, respectivamente, vistas

final de una unión adhesiva entre dos componentes de dicho módulo interior

15: según tres realizaciones de esta invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

PREFERENTES

2 o: En una pala de aerogenerador multi-panel, la pala entera se puede dividir

en, por ejemplo, unos módulos interior y exterior y cada uno de ellos en varias

piezas prefabricadas para su ensamblaje en el emplazamiento o en una fábrica.

Como se ilustra en las Figuras 1 a, 1 b y 2, el módulo interior 13 de la pala

puede ser formada unas conchas superior e inferior 17, 19 y una viga 15 que

2 5: también puede estar formada por una ala superior 21, un ala inferior 23, un

alma de borde de ataque 25 y un alma de borde de salida 27.

Todos esos componentes individuales de la viga son prefabricados y

luego se ensamblan uniendo las bridas 31, 33 de dichos componentes.

En un paso posterior el módulo interior se ensambla uniendo las

3o: conchas prefabricadas superior e inferior 17, 19 a la viga 15 y uniendo los

bordes de las conchas superior e inferior 17, 19.

En este módulo interior hay por lo tanto tres áreas diferentes de unión:

las áreas de unión 41 de las bridas 31, 33 de los componentes de la viga, las

áreas de unión 51 entre las alas de la viga 21, 23 y, respectivamente, las

conchas superior e inferior 17, 19 y las áreas de unión 61 entre los bordes de

5: las conchas superior e inferior 17, 19.

Otros configuraciones de una pala de aerogenerador multi-panel no

necesariamente tienen las mismas tres áreas de unión. Por tanto, en lo

siguiente nos referiremos por separado a dichas áreas de unión 41, 51, 61 y el

experto en la materia comprenderá fácilmente cuál de ella sería aplicable a

1o: cualquier configuración particular de una pala de aerogenerador.

La idea básica de la presente invención consiste en el uso de un material

adhesivo que:

-tiene una consistencia que permite que pueda ser proporcionado en

formatos tales como cintas, tiras, rollos o bloques;

15: -tiene una consistencia que permite un control total de la colocación del

adhesivo en el área de unión en forma de bandas siguiendo una traza deseada,

sin que se deforme en esta operación (realizada a temperatura ambiente), es

decir, el material adhesivo debe mantener su geometría original cuando no se

somete a un presión (y a una temperatura superior a la temperatura ambiente

2 o: de la fabrica de palas de aerogeneradores);

-tiene una consistencia que permite que pueda fluir de forma controlada

durante la fase de curado de manera que se alcance una separación final

predeterminada S2 entre bandas comprendida entre O y 300 mm; en particular

la altura de las bandas del material adhesivo se reducirá en una proporción

25: comprendida entre el 25%-95% (preferiblemente entre el 50%-95% ) de la altura

original H cuando son sometidas a una presión comprendida entre 0,05 y 2

MPa;

-tiene una adherencia a cortadura apropiada, en particular mayor de 15

MPa, después de realizar el proceso de unión a una presión comprendida entre

30: 0,05 y 2 MPa y a una temperatura comprendida entre 40°C y 100°C.

En términos generales se considera que para las diferentes áreas de

unión de una pala de aerogenerador, dichas bandas tendrán una anchura W

comprendida entre 30-150 mm, una altura H comprendida entre 2-40 mm y una

separación S1 entre trazas comprendida entre 20-300 mm.

En realizaciones de la presente invención una unión adhesiva en el área

de unión 41 entre, por ejemplo, el ala superior 21 y el alma del borde de salida

5: 27 se lleva a cabo disponiendo bandas 45 de un material adhesivo en un estado

manejable en fresco siguiendo trazas 43 señaladas en el área de unión 41 del

alma del borde de salida 27 con una separación S1 entre ellas como se muestra

en las Figuras 3a y 3b y uniendo el ala superior 21 y el alma del borde de salida

27 bajo condiciones predeterminadas de presión y temperatura a fin de que

10: dicho adhesivo se cure y dichas piezas se unan. El material adhesivo es capaz

de fluir en la etapa de curado de una manera controlada para que el ancho W y

la altura H de las bandas 45 y la separación S1 entre dichas trazas 43 se

determinen de manera que al final del proceso de unión las bandas tengan una

anchura W1 una altura H1 y una separación S2 entre ellas predeterminadas

15: como se muestra en las Figuras 4a y 4b.

En una realización particular de esta invención para dichas áreas de

unión 41 entre componentes de la viga las bandas 45, con una anchura W

comprendida entre 30-150 mm y una altura H comprendida entre 2-25 mm, han

sido dispuestas en el área de unión 41 con una separación S1 entre las trazas

2 o: 43 comprendida entre 20-50 mm. Después del proceso de unión, la anchura se

incrementa en aproximadamente un 50% y la altura se reduce en

aproximadamente un 50%. Estos resultados muestran que usando un adhesivo

de una fluidez adecuada la forma final de las bandas adhesivas puede ser

controlada evitando las pérdidas típicas de las uniones adhesivas conocidas.

2 5: En realizaciones de la presente invención una unión adhesiva en el área

de unión 51 entre, por ejemplo, la concha superior 17 y el ala superior 21 se

lleva a cabo disponiendo bandas 55 de un material adhesivo en un estado

manejable en fresco siguiendo trazas 53 señaladas en el área de unión 51 del

30: en las Figuras 5a y 5b y uniendo la concha superior 17 y el ala superior 21 bajo

condiciones predeterminadas de presión y temperatura a fin de que dicho

adhesivo se cure y dichas piezas se unan. El material adhesivo es capaz de fluir

en: la etapa de curado de una manera controlada para que el ancho W y la

altura: H de las bandas 55 y la separación S 1 entre dichas trazas 53 se

anchura W1: una altura H1 y una separación 82 entre ellas predeterminadas

5: como se muestra en las Figuras 6a y 6b.

En el caso mostrado en las Figuras 6a y 6b no hay separación 82 entre

las: bandas finales 55. Esto puede ser deseable si una capa continua de

adhesivo: es necesaria para evitar el pandeo que ocurriría en otro caso en

aquellas secciones de la concha sin: adhesivo. Pero también es posible el

1o: diseño de la unión entre conchas y alas de vigas con bandas 55 con una

anchura W y una separación 81 entre trazas 53 seleccionadas para minimizar el

volumen del adhesivo si no hay riesgos de pandeo en las secciones de conchas

ubicadas sobre los huecos entre bandas adhesivas debido a, por ejemplo,: un

diseño especial de las conchas.

15: Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión

con: realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas

modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por

las anteriores realizaciones, sino por las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un método de unión de una primera y una segunda piezas

prefabricadas de una pala de aerogenerador, caracterizado porque comprende

5

las etapas de:

-disponer bandas (45, 55, 65) de un material adhesivo en un estado

fresco manejable siguiendo trazas (43, 53, 63) señaladas en un área de unión

de una de dichas piezas, siendo capaz dicho material adhesivo de fluir en la

fase de curado de una manera controlada, determinando la anchura (W) y la

10

altura (H) de dichas bandas (45, 55, 65) y la separación (S1) entre dichas trazas

(43, 53, 63) de modo que una separación predeterminada (S2) entre dichas

bandas (45, 55, 65), comprendida entre O y 300 mm, se mantenga después de

la unión;

-unir ambas piezas bajo condiciones predeterminadas de presión y

15

temperatura.
2.-Un método según la reivindicación 1, en el que el material adhesivo

utilizado para disponer dichas bandas (45, 55, 65) se proporciona en uno de los

siguientes formatos: cinta, tira, rollo.

20
3.-Un método según la reivindicación 1, en el que el material adhesivo

utilizado para disponer dichas bandas (45, 55, 65) se proporciona en bloques.
4.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el

2 5

material adhesivo tiene una consistencia en estado fresco que permite que:

-dichas bandas (45, 55, 65) mantengan su geometría original cuando no

están sometidas a presión;

-la altura de dichas bandas se reduzca en una proporción comprendida

entre el 25%-95% de la altura original (H) cuando se les somete a una presión

3o

comprendida entre 0,05 y 2 MPa.
5.-Un método según la reivindicación 4, en el que la altura de dichas

bandas se reduce en una proporción comprendida entre el 50%-95% de la altura original (H) cuando se les somete a una presión comprendida entre 0,05 y 2 MPa.
6.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que la adherencia a cortadura de dicho material adhesivo en estado curado es mayor de 15 MPa.
7.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dichas condiciones predeterminadas de presión y temperatura son las siguientes:

-

la presión está comprendida entre 0,05 y 2 MPa;

-

la temperatura está comprendida entre 40°C y 1 00°C.
8.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que dicho material adhesivo es un material adhesivo de un solo componente seleccionado entre uno de los siguientes: poliuretano, resinas epoxi, ésteres de vinilo o metacrilato.
9.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que en estado fresco:

-

dichas bandas (45, 55, 65) tienen una anchura (W) comprendida entre 30-150 mm y una altura (H) comprendida entre 2-40 mm;

-

la separación (S1) entre dichas trazas (43, 53, 63) está comprendida entre 20-300 mm.
10.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que:

-

dichas primera y segunda piezas prefabricadas son paneles 27, 21; 27, 23; 25, 21; 25, 23) de una viga (15) de la pala;

-dichas bandas (45) tienen una altura (H) comprendida entre 2-25 mm;

-la separación (S1) entre dichas trazas (41) está comprendida entre 20-50mm.

5

11.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que dicha primera pieza pertenece a una viga (15) de la pala y dicha segunda pieza es una concha (17, 19) de la pala.

1o 15

12.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que: -dichas primera y segunda piezas prefabricadas son conchas (17, 19) de la pala; -dichas bandas (65) tienen una altura (H) comprendida entre 2-25 mm. -la separación (S1) entre dichas trazas (63) está comprendida entre 20-50mm. 13.-Uso de un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para unir piezas prefabricadas de una pala de aerogenerador.

2 o

14.-Una pala de aerogenerador comprendiendo al menos dos piezas prefabricadas unidas usando un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-12.
15.-Una pala de aerogenerador según la reivindicación 14, en la que dichas al menos dos piezas prefabricadas pertenecen a un modulo de la pala.