ES2401511A2 - Metodo de fabricacion de palas de aerogenerador de longitud variable - Google Patents

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Abstract

Método de fabricación de palas de aerogenerador de longitud variable. El método comprende etapas de proporcionar y usar moldes alargados de fabricación (41, 43, 45, 47) con una zona común (13) de una longitud predeterminada y, al menos, una zona adaptable (15) dispuesta con la longitud necesaria para la fabricación de palas con la longitud deseada y, particularmente, con la longitud requerida para la optimización de la producción anual de energía (AEP) de un modelo de aerogenerador predeterminado en un emplazamiento determinado.

Description

MÉTODO DE FABRICACIÓN DE PALAS DE AEROGENERADOR DE
LONGITUD VARIABLE
La presente invención se refiere en general a un método de fabricación
5
de palas de aerogenerador de longitud variable.
ANTECEDENTES
Los aerogeneradores incluyen un rotor que soporta varias palas que se
1 o
extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un
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,
15
consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica
normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.
La energía producida por un aerogenerador depende, entre otros
factores, del diámetro del rotor y de las características del viento en el lugar
donde está instalado el aerogenerador.
2 o
Para optimizar la energía producida en el emplazamiento del
aerogenerador, el procedimiento habitual de selección del aerogenerador más
apropiado es el siguiente:
-Identificar las características del viento en el emplazamiento (velocidad
máxima, velocidad media, turbulencia ...).
25
-Determinar la clase de emplazamiento (1, JI o 111), de acuerdo a Jos
estándares internacionales (IEC-61400-1).
-Seleccionar el modelo de aerogenerador apropiado para el
emplazamiento. Los fabricantes de aerogeneradores suelen ofrecer
aerogeneradores con palas específicas para cada clase. En emplazamientos de
3 o
vientos bajos tienen palas más largas que en emplazamientos de vientos altos
para que las cargas inducidas en el aerogenerador sean similares.
Este procedimiento conduce a una clasificación muy amplia de
emplazamientos (sólo tres niveles), de modo que si un emplazamiento está a
medio camino entre los límites de dos clases se puede seleccionar un
aerogenerador sobredimensionado. En este caso, la elección del diámetro
5
óptimo del rotor para la subclase intermedia supondría una optimización de la
producción anual de energía (AEP).
La adaptación de un aerogenerador a restricciones del emplazamiento
incluyendo la selección de una longitud de pala adaptada a las características
del emplazamiento se discute en US 2009/0169390. Se propone la provisión de
1 o
un kit de piezas comprendiendo varios módulos para el montaje de una pala de
rotor modular, en el que los distintos módulos comprenden al menos un módulo
de tipo raíz y al menos un módulo de tipo punta y al menos un módulo adicional
de tipo raíz o tipo punta, en el que el al menos módulo adicional tiene una forma
diferente en comparación con el otro módulo del mismo tipo. Por último, se
15
proporciona un método para la adaptación de un rotor de un aerogenerador a
una restricción del emplazamiento.
Por lo tanto, la enseñanza de US 2009/0169390 está limitada a
proporcionar una serie de módulos de palas de aerogeneradores, fabricados
según los procedimientos habituales, para la selección de un conjunto
2 o.
apropiado para el montaje de una pala adaptada a una restricción del
emplazamiento.
El problema de este enfoque es que no proporciona palas con la longitud
óptima para cada emplazamiento particular.
Esta invención está dirigida a la solución de este problema.
25
SUMARIO DE LA INVENCION
Un objeto de esta invención es proporcionar palas para aerogeneradores
de unas determinadas características (es decir, para modelos específicos de
3 o
aerogeneradores) con la longitud óptima para un emplazamiento particular.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un método de fabricación
de palas de aerogeneradores de longitud variable.
Estos y otros objetos se cumplen mediante un método de fabricación de
palas de aerogeneradores de longitud variable con medios de conexión con el
buje del rotor que comprende etapas de proporcionar y usar moldes alargados
de fabricación con una zona común de una longitud predeterminada y, al
5
menos, una zona adaptable dispuesta con la longitud necesaria para la
fabricación de palas con la longitud deseada.
En realizaciones de la invención, dicha longitud deseada es la longitud
requerida para la optimización de la producción anual de energía (AEP) de un
modelo de aerogenerador predeterminado en un emplazamiento determinado.
1 o
De esta manera se logra un método de fabricación que permite la fabricación de
palas de aerogeneradores con la longitud óptima para un determinado
emplazamiento mejorando por lo tanto la situación actual en la que sólo hay una
oferta de un conjunto limitado de palas de diferente longitud para un modelo de
aerogenerador dado.
15
En realizaciones de la invención dichos moldes alargados de fabricación
se proporcionan y se usan para palas enteras o, en palas divididas en, al menos
un módulo interior y un módulo exterior, para el módulo interior; estando
localizada dicha zona adaptable en el lado correspondiente a la raíz de la pala.
De esta manera se logra un método de fabricación de palas de
2 o
aerogeneradores de longitud variable en el que dicha longitud variable se
concentra en la zona de la raíz, donde hay pequeñas variaciones en la
geometría de las palas.
En realizaciones de la invención para palas divididas en un módulo
interior y un módulo exterior los moldes alargados de fabricación se
2 5
proporcionan y se usan para el módulo interior y/o el módulo exterior; estando
localizadas dicha(s) zona(s) adaptable(s) en el lado en contacto con el otro
módulo. De esta manera se logran métodos de fabricación de palas de
aerogeneradores de longitud variable en los que dicha longitud variable se
concentra en el extremo distal del módulo interior y/o en el extremo frontal del
3 o
módulo exterior en donde un aumento de la longitud puede tener un efecto
significativo en la AEP.
En realizaciones de la invención para palas divididas en un módulo
interior, un módulo exterior y un módulo intermedio entre ellos, dichos moldes
alargados de fabricación se proporcionan y se usan para el módulo intermedio;
estando localizada(s) dicha(s) zona(s) adaptable(s) en cualquiera de los lados
5
en contacto con los módulos interior y exterior o en ambos lados. De esta
manera se logran métodos de fabricación de palas de aerogeneradores de
longitud variable en los que dicha longitud variable se concentra en un módulo
intermedio.
En realizaciones de la invención, cada zona adaptable en una sección
1o
central de la pala está configurada con la misma sección transversal que la
sección transversal de la zona común contigua en toda su longitud. De esta
manera se logra un método de fabricación de palas de aerogeneradores de
longitud variable que permite una adaptación de la longitud de la pala a las
características del emplazamiento previsto para ella a un bajo coste.
15
En realizaciones de la invención, cada zona adaptable en una sección
central de la pala está configurada con una sección transversal variable
correspondiente a la sección de pala de forma óptima en dicha zona (utilizando,
por ejemplo, moldes flexibles). De esta manera se logra un método de
fabricación de palas de aerogeneradores de longitud variable que permite una
2 o
adaptación completa de la longitud de la pala a las características del
emplazamiento previsto para ella para la optimización de la AEP.
En realizaciones de la invención, la longitud de cada zona adaptable en
cada uno de dichos moldes alargados de fabricación está comprendida entre el
1% -15% de la longitud de la zona común. Por su parte la longitud del módulo
2 5
intermedio está comprendida entre el 10%-30% de la longitud de la pala. Estas
proporciones evitan posibles efectos perjudiciales debidos al uso de los moldes
alargados de fabricación mencionados.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
de la siguiente descripción detallada en relación con las figuras que se
30
acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 a muestra vistas esquemáticas en perspectiva de los
principales componentes del módulo interior de una pala de aerogenerador.
5
La Figura 1 b muestra vistas esquemáticas en perspectiva de los
principales componentes del módulo exterior de una pala de aerogenerador.
La Figura 2 muestra esquemáticamente los moldes alargados de
fabricación con una zona de adaptable en la raíz que se usan para la fabricación
de un módulo interior de longitud variable de acuerdo con la presente invención
1o
y la Figura 3 muestra esquemáticamente los moldes alargados de fabricación de
esta zona.
La Figura 4 muestra esquemáticamente los moldes alargados de
fabricación con una zona adaptable al final que se usan para la fabricación de
un módulo interior de longitud variable de acuerdo con la presente invención.
15
La Figura 5 muestra esquemáticamente los moldes alargados de
fabricación con una zona adaptable al principio que se usan para la fabricación
de un módulo exterior de longitud variable de acuerdo con la presente
invención.
La Figura 6 muestra una pala de aerogenerador dividida en un módulo
2 o
interior y un módulo exterior con una longitud óptima para un determinado
emplazamiento fabricada con moldes alargados de fabricación con tres zonas
adaptables.
La Figura 7 muestra una pala de aerogenerador dividida en un módulo
interior, un módulo intermedio y un módulo exterior.
2 5
La Figura 8 muestra esquemáticamente los moldes alargados de
fabricación con dos zonas adaptables que se usan para la fabricación de un
módulo intermedio de longitud variable según la presente invención.
La Figura 9 muestra esquemáticamente un ejemplo de un molde
alargado de fabricación que se puede utilizar en los métodos de fabricación
3 o
ilustrados en las Figuras 4, 5 y 8.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
Esta invención se refiere a palas de aerogenerador adaptables en
5
longitud comprendiendo palas de aerogeneradores fabricadas como piezas
enteras únicas y palas de aerogeneradores fabricadas por módulos,
particularmente un módulo interior y un módulo exterior. Para resolver los
problemas planteados particularmente por el transporte de palas largas, la
división de la pala en dos o más secciones longitudinales provistas con medios
1o
de unión es una solución bien conocida en la técnica.
Como se ilustra en las Figuras 1 a y 1 b el módulo interior 23 de una pala
de longitud L 1 está formado por una viga 25 (que puede estar dividida en varios
paneles) y unas conchas superior e inferior 27, 29 y el módulo exterior 33 de
una pala de una longitud L2 está formada por una viga 35 y unas conchas
15
superior e inferior 37, 39. Muchas otras configuraciones de la pala son posibles.
En cualquier caso, todos los componentes básicos de dichos módulos
interior y exterior 23, 33 están fabricados con moldes de fabricación apropiados
(preferiblemente moldes hembra) para cada componente individual del módulo
teniendo, respectivamente, la misma longitud que la longitud L 1 o L2 del módulo
2 o
correspondiente. A continuación, todos los componentes se unen. Durante el
proceso de fabricación se proporcionan a los módulos interior y exterior los
medios de unión entre ellos y con el buje del rotor, tales como los descritos por
ejemplo en WO 2005/1 00781, WO 2006/103307, WO 2007/051879 a nombre
del solicitante.
2 5
En una primera realización, el método de fabricación según la presente
invención para la fabricación de un módulo interior 23 de una longitud L 1 (o una
pala entera fabricada como una pieza única), con medios de unión 18, 20 con,
respectivamente, el buje del rotor y el módulo exterior 33, se lleva a cabo, como
se ilustra en la Figura 2, utilizando moldes alargados de fabricación 41 (que
3 o
comprenden todos los moldes necesarios para la fabricación de todos sus
componentes) teniendo una zona común 13 de una longitud L01 y una zona
adaptable 15 en la raíz de una longitud AL01 comprendida preferentemente
entre el1-15% de L01.
Si el módulo interior 23 (o la pala entera) a ser fabricado debe tener por
ejemplo una longitud de L 1 = L01+0,05*L01, los moldes alargados 41 deben
5
estar dispuestos para esa longitud durante el proceso de fabricación colocando
en la posición 17' determinada por dicha longitud L01+0,05*L01 la plantilla de los
medios de unión 18 (preferentemente insertos metálicos) con el buje del rotor.
Como se ilustra en la Figura 3, dicha zona adaptable 15 es una zona sin
variaciones significativas en su sección transversal entre las posiciones
1o
extremas 17, 17quot; de dichos medios de unión 18.
En una segunda realización, el método de fabricación según la presente
invención para la fabricación de un módulo interior 23 de una longitud L 1 con
medios de unión 18, 20 con, respectivamente, el buje del rotor y el módulo
exterior 33, se lleva a cabo, como se ilustra en la Figura 4, utilizando moldes
15
alargados de fabricación 43 teniendo una zona común 13 de una longitud L01y
una zona adaptable 15 al final de una longitud AL01 comprendida
preferentemente entre el 1-15% de L01.
Si el módulo interior 23 a ser fabricado debe tener por ejemplo una
longitud de L 1 =L01+0,05*L01, los moldes alargados de fabricación 43 deben
2o
estar dispuestos para esa longitud durante el proceso de fabricación. Por lo
tanto deben ser proporcionados moldes de fabricación adicionales para dicha
zona adaptable 15 con la misma sección transversal que la sección transversal
final de la zona común 13 o con una sección transversal de forma variable.
En una tercera realización, el método de fabricación según la presente
2 5
invención para la fabricación de un módulo exterior 33 de una longitud L2 con
medios de unión 30 con el módulo interior 23, se lleva a cabo, como se ilustra
en la Figura 5, utilizando moldes alargados de fabricación 45 teniendo una zona
común 13 de una longitud L02 y una zona adaptable 15 al final de una longitud
AL02 comprendida preferentemente entre el1-15% de L02.
3o
Si el módulo exterior 33 a ser fabricado debe tener por ejemplo una
longitud de L2 =L02+0,05*L02, los moldes alargados de fabricación 45 deben
estar dispuestos para esa longitud durante el proceso de fabricación. Por lo
tanto deben ser proporcionados moldes de fabricación adicionales para dicha
zona adaptable 15 con la misma sección transversal que la sección transversal
final de la zona común 13 o con una sección transversal de forma variable.
Las realizaciones mencionadas se pueden combinar, de manera que la
5
longitud de las zonas adaptables 15 pueden alcanzar una longitud, como se
ilustra en la Figura 6, comprendida entre el 1-30% de L01 en el módulo interior
23 más una longitud comprendida entre el 1-15% de L02 en el módulo exterior
33.
En una cuarta realización, el proceso de fabricación de acuerdo con la
1o
presente invención se dispone, como se ilustra en las Figuras 7 y 8, para la
fabricación de un módulo intermedio extra 29, con medios de unión 32, 34,
respectivamente, con el módulo interior 23 y el módulo exterior 33, utilizando
moldes alargados de fabricación 47 teniendo una zona común 13 de una
longitud L03 y una zona adaptable 15 al inicio y/o al final de una longitud AL03
15
comprendida preferentemente entre el 1-15% de L03, estando comprendida la
longitud máxima del módulo intermedio 29 entre el 10-30% de la longitud total
de la pala.
Si el módulo interior 29 a ser fabricado debe tener por ejemplo una
longitud L3, los moldes alargados de fabricación 47 deben estar dispuestos para
2o
esa longitud durante el proceso de fabricación. Por lo tanto deben ser
proporcionados moldes de fabricación adicionales para dichas zonas adaptables
15 con la misma sección transversal que la sección transversal final de la zona
común 13 o con una sección transversal de forma variable.
La configuración de la sección transversal de dichas zonas adaptables 15
2 5
al final del módulo interior 23, al inicio del módulo exterior 33 o al principio o al
final del módulo intermedio 29 con una forma constante facilita la fabricación de
palas de longitud variable, pero la forma final de la pala no es una forma óptima
aerodinámicamente. La Figura 9 muestra esquemáticamente un ejemplo de un
molde 50 para una concha en dichas zonas adaptables 15 con una plantilla
30
móvil 51.
La configuración de la sección transversal de dichas zonas adaptables 15
al final del módulo interior 23, al inicio del módulo exterior 33 o al principio o al
final del módulo intermedio 29 con una forma variable de manera que la forma
final
de la pala sea lo más cercana posible a una forma óptima
aerodinámicamente requiere moldes adecuados que
se pueden proporcionar
como moldes rígidos ad-hoc o moldes flexibles adaptados.
5
La instalación de palas de diferente longitud en un mismo tipo de
aerogenerador en sitios de características diferentes para la optimización de la
AEP puede producir efectos en varias características de los aerogeneradores
tales como el ruido de la punta de pala, la deflexión de la pala y las frecuencias
propias de la pala que deben tenerse en cuenta durante la puesta a punto del
1 o
sistema de control del aerogenerador.
En cualquier caso, los márgenes mencionados anteriormente para las
zonas adaptables 15 se han fijado para minimizar cualquier efecto perjudicial.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en
conexión
con
realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas
15
modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por
las anteriores realizaciones, sino por las reivindicaciones siguientes.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    5
    1.-Un método de fabricación de palas de aerogeneradores de longitud variable con medios de conexión con el buje del rotor que comprende etapas de proporcionar y usar moldes alargados de fabricación (41, 43, 45, 47) con una zona común (13) de una longitud predeterminada y, al menos, una zona adaptable (15) dispuesta con la longitud necesaria para la fabricación de palas con la longitud deseada.
    1o
    2.Un método según la reivindicación 1, en el que dicha longitud deseada es la longitud requerida para la optimización de la producción anual de energía (AEP) de un modelo de aerogenerador predeterminado en un emplazamiento determinado.
    15 2 o
    3.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que: -dichos moldes alargados de fabricación (41) se proporcionan y se usan para palas enteras o, en palas divididas en por lo menos un módulo interior (23) y un módulo exterior (33), para el módulo interior (23); -dicha zona adaptable(15) está localizada en el lado correspondiente a la raíz de la pala.
    25 30
    4.Un método según la reivindicación 3, en el que los medios de conexión (18) con el buje del rotor están colocados dentro de dicha zona adaptable ( 15) en la posición ( 17') prevista para el extremo frontal de la pala. 5.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que: -las palas están divididas en un módulo interior (23) y un módulo exterior (33); -dichos moldes alargados de fabricación (43, 45) se proporcionan y se usan para el módulo interior (23) y/o para el módulo exterior (33); -dicha(s) zona(s) adaptable(s) (15) están localizadas en el lado en contacto con el otro módulo.
  2. 6.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que:
    -las palas están divididas en un módulo interior (23), un módulo exterior
    (33) y un módulo intermedio (29) entre ellos;
    5
    -dichos moldes alargados de fabricación (47) se proporcionan y se usan
    para el módulo intermedio (29);
    -dicha(s) zona(s) adaptable(s) (15) está localizada(s) en cualquiera de
    los lados en contacto con los módulos interior y exterior (23, 33) o en ambos
    lados.
    10
  3. 7.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que
    cada zona adaptable (15) en una sección central de la pala está configurada
    con la misma sección transversal que la sección transversal de la zona común
    (13) contigua en toda su longitud.
    15
  4. 8.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que
    cada zona adaptable (15) en una sección central de la pala está configurada
    con una sección transversal variable correspondiente a la sección de pala de
    forma óptima en dicha zona.
    20
  5. 9.Un método según la reivindicación 3, en el que en dicha zona
    adaptable (15) los moldes alargados de fabricación (43, 45, 47) son moldes
    flexibles.
    2 5
    10.-Un método según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que la
    longitud de cada zona adaptable (15) en cada uno de dichos moldes alargados
    de fabricación (41, 43, 45, 47) está comprendida entre el1% -15% de la longitud
    de la zona común (13).
    3 o
    11.-Un método según la reivindicación 6, en el que la longitud del
    módulo intermedio (29) está comprendida entre el 10%-30% de la longitud de la
    pala.
  6. 12.-Una pala de aerogenerador fabricada con un método de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
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