ES2423185T3 - Método para fabricar al menos un componente de una pala de una turbina eólica - Google Patents

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Abstract

Método para fabricar al menos un componente de una pala de una turbina eólica, - en el que el componente comprende al menos una capa de una estructura de material compuesto, - en el que la capa está constituida por varios haces (RB) de mechas individuales secos y sin conexión, queestán alineados de manera unidireccional mostrando una dirección común, - en el que los haces (RB) de mechas se depositan automáticamente en un accesorio preformado, que seusa como herramienta de conformación y que está dispuesto y conformado para constituir una parte de unapala de turbina eólica, - en el que los haces (RB) de mechas se depositan en una dirección predeterminada sobre un portador (C),que está situado en el interior de la herramienta de conformación, mientras el portador (C) se usa paratransportar los haces (RB) de mechas individuales secos y sin conexión a un molde, que se usa paraconstituir una estructura de la pala, - en el que los haces (RB) de mechas, que se depositan en el accesorio, están cortados individualmente demanera aleatoria para permitir una intersección irregular con componentes de pala, que son adyacentes aesos haces de mechas, que se transportan al molde mediante el portador.

Description

Método para fabricar al menos un componente de una pala de una turbina eólica.
La invención se refiere a un método para fabricar una pala de turbina eólica o al menos un componente para una pala de turbina eólica.
Se usan ampliamente estructuras de material compuesto para constituir palas enteras o incluso componentes para una pala de una turbina eólica. Para ello se usa una matriz de esteras de fibra de vidrio. La constitución de la matriz está caracterizada por una cantidad considerable de trabajo de estratificación manual, en el que se ponen esteras de fibras con fibras de orientación diferente unas encima de otras para aumentar la resistencia y rigidez de la pala. El trabajo de estratificación manual es difícil y lleva mucho tiempo.
Las esteras de fibras son componentes convencionales y pueden manipularse fácilmente en un trabajo de estratificación manual. Esteras de fibras o láminas de fibras están realizadas de material textil tejido y no tejido. Los materiales textiles no tejidos están realizados de fibras unidireccionales sujetas entre sí mediante un aglutinante químico o similar. Los materiales textiles tejidos se realizan en telares en los que se pasan fibras unas por encima y por debajo de otras de manera bidireccional para unir las fibras entre sí.
Una viga de una pala de una turbina eólica comprende varias capas de materiales textiles que tienen fibras unidireccionales. Las fibras están alineadas en una dirección longitudinal de la pala para dar la resistencia y rigidez correctas en una dirección en el sentido de batimiento de la pala.
Una denominada “estera multiaxial” (tal como una estera biaxial) se sitúa encima para garantizar una flexibilidad y resistencia a la torsión para la estructura de pala. El número de capas y direcciones de las fibras puede cambiarse para conseguir propiedades mecánicas diferentes en posiciones diferentes de la pala.
Las características estructurales de un material laminado reforzado con fibras vienen determinadas normalmente por la cantidad, tipo y orientación de las fibras de refuerzo. Normalmente, la rigidez y resistencia de las fibras sólo pueden tenerse en cuenta hasta el punto de que la carga se produzca en la dirección longitudinal de las fibras.
Por tanto, un material laminado diseñado de la manera tradicional supone que las fibras del material laminado acabado estarán orientadas en la misma dirección que la dirección de las fibras cuando se colocan en una herramienta de conformación tal como un molde para una pala de turbina eólica.
Sin embargo, en muchos casos se producen arrugas en las capas de fibras como resultado del proceso de fabricación y las características de las esteras de fibras y materiales textiles usados. Es probable que se desarrollen arrugas en el trabajo de estratificación manual debido a las características de tejido o a la interconexión de las fibras en los materiales textiles no tejidos. Se requieren trabajadores de estratificación sumamente hábiles y experimentados para garantizar que no se introducen arrugas en la estructura de pala durante el difícil trabajo de estratificación.
Sin embargo, a pesar de la experiencia de los trabajadores de estratificación pueden producirse arrugas. Cuando se producen arrugas las fibras ya no tienen la orientación deseada y el resultado pueden ser graves sobrecargas del material laminado.
Se requerirá normalmente reparar o rechazar el material laminado si se producen arrugas, ya que la pérdida de rigidez y/o resistencia en las arrugas superará a menudo cualquier margen de seguridad realista de la estructura. El trabajo de reparación se hace a mano y por tanto es tedioso y costoso. El rechazo de toda la estructura es incluso más costoso y tiene que evitarse.
El grosor del material laminado tiene que variar para obtener las características estructurales correctas y la forma aerodinámica deseada de la estructura de pala. La rigidez de la pala de turbina eólica depende por supuesto del grosor de la carcasa, la geometría de la sección transversal y el material.
Las dimensiones de la sección transversal de la pala de turbina eólica y el grosor varían en la dirección longitudinal de la pala. La variación en el grosor se controla reduciendo o aumentando el número de capas de materiales laminados en la estructura.
Se forman denominadas “terminaciones de capas” en áreas en las que cambia el grosor. En estas posiciones terminan una o más capas, de modo que se introducen discontinuidades en el material y en la geometría de la estructura. Las discontinuidades inducen concentraciones de tensiones en las áreas de terminación de capas. En muchos casos estas áreas son decisivas para la vida útil y la resistencia de toda la estructura.
La discontinuidad geométrica de la zona de terminación de capas conduce a una acumulación de resina en denominadas bolsas durante un proceso de curado. Las bolsas ricas en resina podrían conducir a un desarrollo de grietas en la estructura.
Es necesario dedicar mucho trabajo de investigación para conseguir un diseño óptimo con respecto a las zonas de terminación de capas. Sin embargo, es muy difícil implementar zonas de terminación de capas optimizadas si se usa un trabajo de estratificación manual.
Las esteras de fibras usadas son normalmente grandes y pesadas y difíciles de manipular cuando están colocadas en una herramienta de conformación; una estratificación y alineación precisa de las esteras de fibras es muy difícil.
El documento WO 2009/077582 A1 da a conocer un método para preparar una preforma que comprende al menos dos capas de estopas de fibra, estando estas capas fijadas al menos parcialmente mediante una resina. El método comprende las etapas de proporcionar una superficie de trabajo, y una distribución alternante de capas de resina y capas de estopas de fibra.
Por tanto el objetivo de la invención es proporcionar un método mejorado para producir una pala de turbina eólica o un componente de una pala de turbina eólica, para reducir o incluso evitar la formación de arrugas durante la fabricación y reducir el tiempo necesario para la producción.
Este objetivo se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. Realizaciones mejoradas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Según la invención se fabrica al menos un componente de una pala de una turbina eólica, mientras el componente comprende al menos una capa de una estructura de material compuesto. La capa está constituida por varios haces de mechas individuales sin conexión, que están alineados de manera unidireccional mostrando una dirección común. Los haces de mechas se depositan automáticamente en una herramienta de conformación.
Debido al uso de haces de mechas individuales sin conexión no hay característica de tejido ni interconexión entre las fibras – de modo que se evita la formación de arrugas durante la fabricación mediante el método nuevo.
También es posible usar haces de mechas económicos en lugar de elementos prefabricados caros.
Mediante el uso de una herramienta de conformación es posible constituir una estructura necesaria del componente más rápido y con una calidad mejorada.
La mecha es la forma de clase más simple y se usa para crear formas de fibra secundarias para la fabricación de material compuesto tales como esteras de fibras, etc. – pero ahora es posible manipular y usar los haces de mechas directamente para constituir una pala de turbina eólica.
El método de la invención puede combinarse con un trabajo de estratificación tradicional de tal manera las capas más difíciles y críticas se dispongan automáticamente y las capas con menos problemas se dispongan manualmente por trabajadores de estratificación.
El método de la invención reduce también la cantidad de duro trabajo de estratificación en el que esteras grandes y pesadas se estratifican y se colocan en una herramienta de conformación. De esta manera, la invención mejora las condiciones de trabajo de los trabajadores de estratificación.
La herramienta de conformación puede ser un molde o en su forma más simple una mesa o banco de estratificación.
Cada haz de mechas individual se corta individual y automáticamente en una longitud predeterminada. Controlando las longitudes de los haces de mechas resulta posible diseñar y constituir las capas de fibras de manera más precisa y avanzada.
Usando un proceso de estratificación automatizado puede diseñarse y conseguirse una estructura de pala más sofisticada con características estructurales más precisas.
Además, se consigue una estructura de pala más resistente y más consistente en comparación con las estructuras conseguidas mediante el trabajo de estratificación manual, que muestra una mala precisión y que varía en la calidad de estratificación.
Pueden conseguirse zonas de terminación de capas óptimas, en las que la terminación de cada haz de mechas está equilibrada de manera precisa con respecto a la terminación de las otras capas de la estructura.
De esta manera, es posible implementar diferentes configuraciones de terminación de capas de manera más controlada. Ahora pueden conseguirse y reproducirse configuraciones tales como configuraciones en escalera y superpuestas, conocidas por los expertos en la técnica, en cada nueva pala. También es posible reducir el tamaño de las zonas de terminación de capas.
Los haces de mechas se disponen en una herramienta de conformación, estando dispuesta la herramienta de conformación como un molde para una parte de una pala de turbina eólica. Al menos una capa de fibras se dispone en una dirección longitudinal de la parte de molde. El molde puede ser una parte de molde o bien para el lado de succión o bien para el lado de presión de una pala de turbina eólica.
De esta manera, la mayoría de las fibras en la estructura de pala pueden estratificarse usando un proceso de producción automatizado. De este modo se evitan arrugas en una parte portadora de carga importante de la estructura de pala y se elimina el trabajo de reparación complicado y que lleva mucho tiempo.
Una herramienta de conformación está dispuesta para constituir parte de una pala de turbina eólica, estando situado un portador en la parte inferior de la herramienta de conformación.
Al menos una capa de haces de mechas unidireccionales sin conexión de un material de fibra se disponen encima del portador, y los haces de mechas se disponen en la dirección longitudinal, axial u otra predeterminada.
Cada haz de mechas se corta individualmente para conseguir una forma predeterminada de la capa. De esta manera, ahora es posible producir y estratificar varias capas en una herramienta de conformación.
De este modo es posible que la terminación de cada haz de mechas se corte de manera que las terminaciones resultantes de los haces de mechas apilados den como resultado una forma cónica. Esto permite conseguir una intersección suave de los haces de mechas apilados con respecto a otros componentes de pala, que son adyacentes a los haces de mechas apilados.
Los haces de mechas se cortarán individualmente pero de manera aleatoria. Esto da como resultado una terminación de los haces de mechas, que muestran una forma irregular. Esto permite una intersección irregular y por tanto muy fiable con respecto a otro componente de pala adyacente. La transición entre las dos partes de componentes de pala es por tanto difusa de manera que se obtiene una transición suave de las partes.
Un portador, realizado preferiblemente de papel, se usa para portar los haces de mechas. El portador puede ubicarse en o puede ser parte de la herramienta de conformación.
Por ejemplo, el portador permite transportar y mover haces de mechas apilados y el portador fuera de la herramienta de conformación y a un molde. El molde se usa para constituir la estructura de la pala en un conjunto intercalado.
Como la resina (que se usa durante un “proceso de transferencia de resina asistida por vacío, VART” para acabar la pala) se fundirá internamente con el papel por completo, no hay necesidad de retirar el portador. De este modo el portador de papel permanece en el interior de la pala sin ser una desventaja.
Un accesorio preformado se usa como herramienta de conformación. Este accesorio preformado podría ubicarse cerca del molde.
El accesorio se conforma como una réplica de la superficie, que está destinada a recibir una capa de haces de mechas tal como se indicó anteriormente.
También es posible usar un componente preformado de la pala como herramienta de conformación. En este caso la parte preformada y los haces de mechas apilados se llevan juntos al molde de la pala.
También es posible usar una membrana en lugar de papel para transportar los haces de mechas. Si el portador está destinado a permanecer en el interior de la pala, la membrana se diseña para permitir la infusión de la resina durante el proceso de VART.
En una realización preferida se usa vacío para transportar los haces de mechas apilados y su portador al molde.
Se aplica vacío mediante una máquina a través de los haces de mechas apilados, actuando sobre el papel o la membrana que se usa como portador.
De este modo el portador se aspirará hacia la máquina junto con los haces de mechas para permitir un transporte muy fácil de todo el componente. De esta manera es posible elevar y manipular un componente constituido por capas de haces de mechas sin conexión individuales.
Los haces de mechas se suministran en denominadas “bobinas” en una realización preferida. Estas bobinas se ubican en un accesorio estacionario o pueden unirse a una máquina, que se mueve de un lado a otro a lo largo de un eje longitudinal para constituir los haces de mechas apilados en capas.
La máquina comprende por ejemplo varios dispositivos de corte, usados para cortar cada haz de mechas individualmente tal como se describió anteriormente. El corte se hará de una manera predeterminada para conseguir las terminaciones específicas de los haces de mechas apilados tal como se describió anteriormente.
En una primera realización un dispositivo de corte dedicado está asignado a cada haz de mechas individual o el dispositivo de corte está asignado a varios haces de mechas.
Por ejemplo cada haz de mechas discurre a través de un ojal de la máquina, mientras el dispositivo de corte está ubicado cerca del ojal.
En una segunda realización, el dispositivo de corte usado está ubicado de manera móvil dentro de la máquina. Esto permite usar sólo un dispositivo de corte para diferentes haces de mechas, cortándolos en posiciones diferentes de la máquina.
La invención también permite evitar arrugas a medida que los haces de mechas sin conexión se estratifican en una dirección longitudinal, formando capas de la pala o el componente.
La invención permite mejorar la calidad de la producción del componente y de la pala, ya que la estratificación simple de los haces de mechas en el portador y el transporte del portador con sus haces de mechas hasta el molde de pala pueden realizarse de manera muy fácil y rápida en el tiempo.
La máquina de estratificación es en una realización preferida controlada por ordenador. De esta manera es posible controlar la estratificación y la terminación de un haz de mechas para obtener una estructura sofisticada.
La máquina de estratificación es en una realización preferida una máquina de múltiples ejes, que comprende un carro que puede trasladarse de un lado a otro a través de la herramienta de conformación. Al menos una capa de haces de mechas se alimenta a la herramienta de conformación en una dirección predeterminada entre 0 y 180 grados. De esta manera, la máquina puede usarse para constituir varias capas diferentes de haces de mechas unidireccionales pero con diferentes direcciones con respecto a la pala. Es posible de este modo automatizar todo el proceso de estratificación de las fibras en dirección tanto longitudinal como axial como diagonal cruzada.
La invención no se limita al uso de mechas de fibra de vidrio. También podría sustituirse por fibra de carbono.
La invención se describe en más detalle con ayuda de un dibujo. La figura 1 muestra el método de la invención,
la figura 2 muestra diferentes posibilidades de diseñar las terminaciones de las capas apiladas de haces de mechas.
La figura 1 muestra el método de la invención. Una máquina M se usa para estratificar varios haces RB de mechas individuales de un material de fibra sobre un portador C.
El portador C se usa y está diseñado como una herramienta de conformación para dar a los haces de mechas apilados una forma predefinida.
Los haces RB de mechas secos se suministran mediante denominadas bobinas B. Cada haz RB de mechas se alimenta mediante la bobina B a un ojal E asignado.
La máquina M se mueve de un lado a otro a lo largo de un eje LA longitudinal del portador C. De este modo pueden llevarse diferentes capas de haces RB de mechas al interior del portador C, una capa por cada movimiento de la máquina M.
La figura 2 muestra diferentes posibilidades de diseñar las terminaciones de capas apiladas de haces de mechas.
Los haces de mechas se cortarán individualmente para formar estas terminaciones.
También es posible cortar los haces de mechas de manera aleatoria en referencia a una terminación dedicada, no mostrada aquí.
También es posible cortar los haces de mechas de manera que una terminación muestre una forma cónica, no mostrada aquí.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para fabricar al menos un componente de una pala de una turbina eólica,
    -
    en el que el componente comprende al menos una capa de una estructura de material compuesto,
    -
    en el que la capa está constituida por varios haces (RB) de mechas individuales secos y sin conexión, que están alineados de manera unidireccional mostrando una dirección común,
    -
    en el que los haces (RB) de mechas se depositan automáticamente en un accesorio preformado, que se usa como herramienta de conformación y que está dispuesto y conformado para constituir una parte de una pala de turbina eólica,
    -
    en el que los haces (RB) de mechas se depositan en una dirección predeterminada sobre un portador (C), que está situado en el interior de la herramienta de conformación, mientras el portador (C) se usa para transportar los haces (RB) de mechas individuales secos y sin conexión a un molde, que se usa para constituir una estructura de la pala,
    -
    en el que los haces (RB) de mechas, que se depositan en el accesorio, están cortados individualmente de manera aleatoria para permitir una intersección irregular con componentes de pala, que son adyacentes a esos haces de mechas, que se transportan al molde mediante el portador.
  2. 2.
    Método según la reivindicación 1, en el que al menos una capa de haces (RB) de mechas se deposita en una dirección longitudinal de la herramienta de conformación.
  3. 3.
    Método según la reivindicación 1, en el que se usa papel o una membrana como portador (C), mientras el papel o membrana permite una infusión de resina.
  4. 4.
    Método según una de las reivindicaciones 1 ó 3,
    -
    en el que la herramienta de conformación se sitúa cerca del molde,
    -
    en el que el portador (C) y los haces (RB) de mechas se levantan y colocan en el molde con ayuda de vacío.
  5. 5.
    Método según la reivindicación 4, en el que se aplica vacío mediante una máquina a través de capas apiladas de haces (RB) de mechas y sobre el portador (C), de modo que el portador (C) se aspira hacia la máquina junto con los haces (RB) de mechas.
  6. 6.
    Método según la reivindicación 1, en el que una máquina (M) de estratificación se usa para estratificar y cortar los haces (RB) de mechas secos en la herramienta de conformación, mientras la máquina se mueve hacia delante y hacia atrás a lo largo de un eje (LA) longitudinal de la herramienta de conformación para constituir varios haces (RB) de mechas apilados en capas.
  7. 7.
    Método según la reivindicación 6, en el que los haces (RB) de mechas se suministran mediante bobinas (B), que se ubican en un accesorio estacionario o que se unen a la máquina (M).
  8. 8.
    Método según la reivindicación 6 ó 7, en el que la máquina (M) usa dispositivos de corte para cortar cada haz de mechas individualmente de una manera predeterminada para conseguir una longitud específica del haz (RB) de mechas individual.
  9. 9.
    Método según la reivindicación 8, en el que está asignado un dispositivo de corte a cada haz (RB) de mechas individual o en el que el dispositivo de corte está asignado a varios haces (RB) de mechas.
  10. 10.
    Método según la reivindicación 8 ó 9, en el que un dispositivo de corte está ubicado de manera móvil dentro de la máquina (M) para su uso como dispositivo de corte individual para diferentes haces (RB) de mechas.
  11. 11.
    Método según la reivindicación 6,
    -
    en el que la máquina (M) de estratificación es una máquina de múltiples ejes que comprende un carro que está diseñado para trasladarse de un lado a otro través de la herramienta de conformación,
    -
    en el que al menos una capa de haces (RB) de mechas se alimenta a la herramienta de conformación en una dirección predeterminada entre 0 y 180 grados.
ES09010464T 2009-08-13 2009-08-13 Método para fabricar al menos un componente de una pala de una turbina eólica Active ES2423185T3 (es)

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EP09010464.7A EP2283995B1 (en) 2009-08-13 2009-08-13 Method to manufacture at least a component of a blade of a wind-turbine

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ES2423185T3 true ES2423185T3 (es) 2013-09-18

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