ES2600602T3

ES2600602T3 - Malla de fibra componente para una turbina eólica, aparato para producir la malla de fibra y método para producir la malla de fibra

Info

Publication number: ES2600602T3
Application number: ES14163406.3T
Authority: ES
Inventors: Steen Madsen; Kristian Lehmann Madsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2017-02-10
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: CN104976050A; EP2927361A1; EP2927361B1; DK2927361T3; US20150285083A1

Abstract

Malla (6) de fibra para su uso en la producción de un componente (5) para una turbina (1) eólica, en particular una pala (5) de rotor, estando el componente (5) curvado al menos en partes, comprendiendo la malla (6) de fibra varias mechas (7) que están dispuestas unas al lado de otras y que están conectadas entre sí en al menos dos zonas (8) de conexión, en la que al menos una de las mechas (7) es continua entre las al menos dos zonas (8) de conexión y en la que al menos una de las mechas (7) es discontinua entre las al menos dos zonas (8) de conexión.

Description

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MALLA DE FIBRA COMPONENTE PARA UNA TURBINA EOLICA. APARATO PARA PRODUCIR LA MALLA DE FIBRA Y METODO PARA PRODUCIR LA MALLA DE FIBRA

descripciOn

Una malla de fibra, un componente para una turbina eolica, un aparato para producir la malla de fibra y un metodo para producir la malla de fibra.

La presente invencion se refiere a una malla de fibra, un componente para una turbina eolica, un aparato para producir la malla de fibra y un metodo para producir la malla de fibra.

Las palas de rotor de turbina eolica estan hechas normalmente de material compuesto reforzado con fibras. Una pala de rotor puede fabricarse depositando multiples capas de mallas de fibra en un molde e impregnando con posterioridad las mallas de fibra con una resina. Las mallas de fibra pueden impregnarse en un proceso denominado moldeo por transferencia de resina asistido por vado (VARTM). Para mejorar las propiedades mecanicas y aerodinamicas de las palas de rotor, las palas de rotor pueden estar dotadas de una forma curvada o en flecha tal como se describe por ejemplo en el documento US 7.344.360 B2. Cuando se fabrican palas de rotor con una forma en flecha, puede ser deseable depositar las mallas de fibra a lo largo de una trayectoria curvada en el molde.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar una malla de fibra mejorada para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica, un componente mejorado para una turbina eolica, un aparato mejorado para producir la malla de fibra y un metodo mejorado para producir la malla de fibra.

Por consiguiente, se proporciona una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica, en particular una pala de rotor, estando el componente curvado al menos en partes. La malla de fibra comprende varias mechas que estan dispuestas unas al lado de otras y que estan conectadas entre sf en al menos dos zonas de conexion, en la que al menos una de las mechas es continua entre las al menos dos zonas de conexion y en la que al menos una de las mechas es discontinua entre las al menos dos zonas de conexion.

La malla de fibra es ventajosa porque la malla de fibra puede colocarse a lo largo de una trayectoria curvada sin producir arrugas o pliegues en un borde interior de la malla de fibra. Ya que al menos algunas de las mechas son discontinuas, es decir por ejemplo cortadas o interrumpidas de otra manera, entre las zonas de conexion, los extremos respectivos de las mechas son libres para acercarse mas o alejarse mas cuando se dobla la malla de fibra. Preferiblemente, las mechas estan configuradas como mechas unidireccionales.

Cuando se coloca la malla de fibra en una trayectoria curvada, la malla de fibra se dobla dentro del mismo plano en el que se extiende sustancialmente.

La malla de fibra puede impregnarse con resina, por ejemplo, en un proceso VARTM, con posterioridad a colocarla en un molde. Ejemplos de una resina que puede usarse para impregnar la malla de fibra son resina epoxfdica, poliester, ester vimlico o cualquier otro material termoplastico o duroplastico adecuado.

“Curada” o “endurecida” se refiere a una resina que se ha endurecido y/o reticulado hasta tal punto en el que la forma del material de fibra impregnado con la resina no cambiara mas o no cambiara notablemente mas.

Segun una realizacion, cada mecha se divide en secciones, en la que estan previstos espacios entre las secciones de cada mecha.

Preferiblemente, cada mecha comprende varias secciones que estan dispuestas una despues de la otra.

Segun una realizacion adicional, cada seccion esta conectada a al menos una de las zonas de conexion.

Las zonas de conexion o de union pueden formarse mediante un hilo para coser, una costura o un adhesivo (por ejemplo, resina o cola). Segun una realizacion adicional, los espacios estan colocados de tal manera que los espacios de mechas colindantes estan dispuestos desalineados.

Esto significa que los espacios de mechas colindantes no estan colocados unos al lado de otros. Esto impide la disposicion de zonas debiles en la malla de fibra.

Segun una realizacion adicional, un tamano de los espacios esta configurado para ser variable cuando se coloca la malla de fibra en una trayectoria curvada.

Cuando se coloca la malla de fibra en una trayectoria curvada, el tamano de los espacios se aumenta por un lado en mechas que estan colocadas cerca de un borde exterior de la malla de fibra y se reduce por otro lado en mechas que estan colocadas cerca de un borde interior de la malla de fibra. En particular, el borde exterior tiene un radio de curvatura mas grande que el borde interior.

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Segun una realizacion adicional, las secciones de una mecha individual estan configuradas para moverse unas con respecto a otras cuando se coloca la malla de fibra en la trayectoria curvada.

Esto evita adicionalmente arrugas en la malla de fibra.

Segun una realizacion adicional, las zonas de conexion comprenden hilos para coser.

Los hilos para coser pueden hacerse de un material plastico, por ejemplo. “Hilos para coser” debe entenderse en un sentido amplio, preferiblemente que tambien incluya hebras, fibras u otro material textil que une las mechas entre si.

Segun una realizacion adicional, las mechas estan hechas de fibras de vidrio.

Alternativamente, las mechas pueden hacerse de fibras de carbono, fibras de aramida o similares.

Ademas, se proporciona un componente para una turbina eolica, en particular una pala de rotor, estando el componente curvado al menos en partes. El componente comprende al menos una malla de fibra tal como se ha explicado anteriormente. El componente puede comprender una pluralidad de mallas de fibra que estan dispuestas unas encima de otras. Las mallas de fibra estan dispuestas de modo que los espacios entre las secciones de las mechas estan colocados desalineados. La pluralidad de mallas de fibra puede situarse en un molde. Con posterioridad a disponer las mallas de fibra en el molde, pueden impregnarse con una resina en un proceso VARTM. Ademas, pueden usarse mallas impregnadas previamente.

Ademas, se proporciona un aparato para producir una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica, en particular una pala de rotor, estando el componente curvado al menos en partes. El aparato comprende una unidad de conexion para conectar varias mechas que estan dispuestas unas al lado de otras en al menos dos zonas de conexion y una unidad de corte para cortar las mechas de modo que al menos una de las mechas es continua entre las al menos dos zonas de conexion y que al menos una de las mechas es discontinua entre las al menos dos zonas de conexion. Preferiblemente, la unidad de corte o recorte puede recortar las mechas de modo que los espacios entre secciones de las mechas estan dispuestos desalineados.

Segun una realizacion, la unidad de conexion es una unidad de cosido para coser las mechas juntas en las al menos dos zonas de conexion.

Alternativamente, la unidad de conexion puede ser una unidad de pegado para aplicar adhesivo, por ejemplo, cola o resina, a la malla de fibra.

Ademas, se proporciona un metodo para producir una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica, en particular una pala de rotor, estando el componente curvado al menos en partes. El metodo comprende las etapas: a) disponer varias mechas unas al lado de otras; b) conectar las mechas en al menos dos zonas de conexion; c) cortar las mechas de modo que al menos una de las mechas es continua entre las al menos dos zonas de conexion y que al menos una de las mechas es discontinua entre las al menos dos zonas de conexion.

La malla de fibra o multiples mallas de fibra pueden disponerse en una superficie de molde. En una etapa adicional, se inyecta una resina en las mallas de fibra, por ejemplo, en un proceso VARTM. Despues de curar o endurecer la resina, el componente formado puede retirarse del molde.

Segun una realizacion, cuando se situa la malla de fibra en un molde, las mechas estan expuestas a tension. Esto impide la formacion de arrugas en las mechas.

Segun una realizacion adicional se cortan las mechas antes o despues de conectar las mismas entre si (en las zonas de conexion).

“a)”, “b)” y “c)” no implican un orden fijo de las etapas del metodo. En su lugar, las etapas a) a c) pueden llevarse a cabo en un orden diferente cuando lo considere apropiado el experto.

“Turbina eolica” se refiere actualmente a un aparato que convierte la energfa cinetica del viento en energfa de rotacion, que puede convertirse de nuevo en energfa electrica mediante el aparato.

Implementaciones o soluciones alternativas posibles adicionales de la invencion tambien abarcan combinaciones, que no se mencionan de manera explfcita en el presente documento, de caracterfsticas como las descritas anteriormente o a continuacion con respecto a las realizaciones. El experto en la tecnica tambien puede anadir aspectos y caracterfsticas individuales o aisladas a la forma mas basica de la invencion.

Realizaciones adicionales, caracterfsticas y ventajas de la presente invencion se volveran evidentes a partir de la

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descripcion posteriory reivindicaciones dependientes, consideradas junto con los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eolica segun una realizacion;

la figura 2 muestra una vista de una malla de fibra conocida para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica;

la figura 3 muestra otra vista de la malla de fibra segun la figura 2;

la figura 4 muestra una vista de una realizacion de una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica;

la figura 5 muestra otra vista de la malla de fibra segun la figura 4;

la figura 6 muestra un diagrama de bloques de una realizacion de un metodo para producir una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica; y

la figura 7 muestra una vista de una realizacion de un aparato para producir una malla de fibra para su uso en la produccion de un componente para una turbina eolica.

En las figuras, numeros de referencia iguales designan elementos iguales o funcionalmente equivalentes, a no ser que se indique de otra manera.

La figura 1 muestra una turbina 1 eolica segun una realizacion.

La turbina 1 eolica comprende un rotor 2 conectado a un generador (no mostrado) dispuesto en el interior de una gondola 3. La gondola 3 esta dispuesta en el extremo superior de una torre 4 de la turbina 1 eolica.

El rotor 2 comprende tres palas 5. Rotores 2 de este tipo pueden tener diametros que oscilan desde, por ejemplo, 30 a 160 metros. Las palas 5 estan sometidas a elevadas cargas de viento. Al mismo tiempo, las palas 5 necesitan ser ligeras. Por estas razones, las palas 5 en las turbinas 1 eolicas modernas se fabrican a partir de materiales compuestos reforzados con fibras. En los mismos, se prefieren generalmente fibras de vidrio sobre fibras de carbono por razones de coste. A menudo, se usan fibras de vidrio en forma de mallas de fibra unidireccionales.

Las figuras 2 y 3 muestran, cada una, una malla 6' de fibra unidireccional conocida para producir una pala 5 de este tipo.

La malla 6' de fibra comprende una pluralidad de fibras o mechas 7' unidireccionales que estan dispuestas unas al lado de otras y que estan unidas entre sf. Las mechas 7' pueden fijarse entre sf mediante al menos un hilo 8' para coser. Se designa una distancia entre dos hilos 8' para coser mediante el numero de referencia L' en las figuras 2 y 3.

Para mejorar las propiedades mecanicas de las palas 5, las palas 5 pueden tener una forma en flecha. Esto significa que las palas 5 pueden tener una curvatura. Para producir una pala 5 de este tipo con una forma en flecha, es necesario depositar la malla 6' de fibra a lo largo de una trayectoria curvada, por ejemplo, en un molde curvado (no mostrado). La figura 3 muestra la malla 6' de fibra colocandose en una trayectoria curvada. Ya que las mechas 7' estan unidas entre sf mediante los hilos 8' para coser, las mechas 7' previstas en un borde 9' exterior de la malla 6' estan bajo tension, en donde las mechas 7' previstas en un borde 10' interior de la malla 6' estan comprimidas y por tanto tienden a arrugarse o plegarse. En particular, las mechas 7' previstas en el borde 10' interior se doblan a lo largo de un radio Ri' mas pequeno que las mechas 7' previstas en el borde 9' exterior que se doblan a lo largo de un radio Ro'. Ya que las fibras de vidrio son muy resistentes a fuerzas de tension en su direccion longitudinal, pero son muy sensibles al doblado, y pueden agrietarse cuando estan expuestas a doblado, debe evitarse arrugar o plegar las fibras.

Las figuras 4 y 5 muestran, cada una, una malla 6 de fibra unidireccional segun una realizacion.

La malla 6 de fibra comprende una pluralidad de mechas 7 unidireccionales que estan dispuestas unas al lado de otras. Las mechas 7 pueden estar constituidas por fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de aramida o similares. Las mechas 7 estan unidas entre sf mediante encolado, cosido o costura. Por esta razon, la malla 6 de fibra comprende por ejemplo al menos una costura o hilo 8 para coser (formando una zona de conexion). Se designa una distancia entre dos hilos 8 para coser mediante el numero de referencia L. Cada mecha 7 se recorta o corta en al menos dos secciones 11, 12, 13. El numero de secciones 11, 12, 13 es arbitrario. Cada seccion 11, 12, 13 se conecta mediante al menos uno del hilo 8 para coser a una seccion 11, 12, 13 colindante. Entre las secciones 11, 12, 13 estan previstos espacios 14, 15, 140, 150. Los espacios 14, 15, 140, 150 de mechas 7 adyacentes estan dispuestos desalineados en la direccion longitudinal unos con respecto a otros. Esto significa que los espacios 14, 15, 140, 150 de mechas 7 adyacentes estan dispuestos de tal manera que los espacios 14, 15, 140, 150 no estan

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colocados unos al lado de otros.

En cada malla 6 de fibra, esta prevista al menos una mecha 7 entre dos hilos 8 para coser que no esta cortada. Dicho de otro modo, la mecha 7 no cortada es continua entre los dos hilos 8 para coser. Tal como se muestra por ejemplo en la figura 4, la mecha 7 colocada en un borde 9 exterior de la malla 6 no esta cortada entre los hilos 8 para coser.

Cuando se coloca la malla 6 de fibra en una trayectoria curvada tal como se muestra en la figura 5, el tamano S de los espacios 14, 15 aumenta ya que se tira de las secciones 11, 12, 13 de mechas 7 dispuestas en el borde 9 exterior de la malla 6 de fibra para alojar la longitud L aumentada entre hilos 8 para coser adyacentes. Al mismo tiempo, el tamano S de los espacios 140, 150 de mechas 7 dispuestas en un borde 10 interior de la malla 6 permanece inalterado o se disminuye para alojar la longitud L reducida entre hilos 8 para coser adyacentes. Esto significa que, debido al hecho de que las mechas 7 de la malla 6 de fibra se recortan incluso cuando el borde 10 interior tiene un radio Ri interior que es mas pequeno que un radio Ro exterior del borde exterior de la malla 6 de fibra, se evita el desarrollo de arrugas o pliegues en el borde 10 interior.

La figura 6 muestra esquematicamente un diagrama de bloques de un metodo para producir una malla 6 de fibra segun las figuras 4 y 5.

El metodo comprende una etapa S1 de disponer varias mechas 7 unas al lado de otras. En una etapa S2, las mechas 7 se cosen juntas usando un hilo 8 para coser o algun otro material para formar una costura. Antes o despues de coser las mechas 7 juntas, en una etapa S3 cada mecha 7 se corta en secciones 11, 12, 13. Las mechas 7 se cortan de tal manera que estan previstos espacios 14, 15, 140, 150 entre las secciones 11, 12, 13 de las mechas 7. Durante la aplicacion de la malla 6 de fibra a un molde, puede aplicarse tension a las mechas 7 para impedir adicionalmente el arrugado o plegado de las mismas.

La figura 7 muestra un aparato 16 para producir una malla 6 de fibra segun las figuras 4 y 5.

El aparato 16 comprende una unidad 17 de conexion para conectar las mechas 7 y una unidad 18 para cortar o recortar las mechas 7 en las secciones 11, 12, 13. La unidad 17 puede ser una maquina de coser para coser las mechas juntas. La unidad 18 de recorte puede estar configurada para recortar las mechas 7 antes o despues de conectarlas usando la unidad 17 de conexion.

Aunque se ha descrito la presente invencion segun realizaciones preferidas, es evidente para el experto en la tecnica que son posibles modificaciones en todas las realizaciones.

Claims

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REIVINDICACIONES

Malla (6) de fibra para su uso en la produccion de un componente (5) para una turbina (1) eolica, en particular una pala (5) de rotor, estando el componente (5) curvado al menos en partes, comprendiendo la malla (6) de fibra varias mechas (7) que estan dispuestas unas al lado de otras y que estan conectadas entre sf en al menos dos zonas (8) de conexion, en la que al menos una de las mechas (7) es continua entre las al menos dos zonas (8) de conexion y en la que al menos una de las mechas (7) es discontinua entre las al menos dos zonas (8) de conexion.

Malla de fibra segun la reivindicacion 1, en la que cada mecha (7) se divide en secciones (11, 12, 13) y en la que estan previstos espacios(14, 15, 140, 150) entre las secciones (11, 12, 13) de cada mecha (7).

Malla de fibra segun la reivindicacion 2, en la que cada seccion (11, 12, 13) esta conectada a al menos una de las zonas (8) de conexion.

Malla de fibra segun la reivindicacion 2 o 3, en la que los espacios (14, 15, 140, 150) estan colocados de tal manera que los espacios (14, 15, 140, 150) de mechas (7) colindantes estan dispuestos desalineados.

Malla de fibra segun una de las reivindicaciones 2 a 4, en la que un tamano (S) de los espacios (14, 140, 15, 150) esta configurado para ser variable cuando se coloca la malla (6) de fibra en una trayectoria curvada.

Malla de fibra segun la reivindicacion 5, en la que las secciones (11, 12, 13) de una mecha (7) individual estan configuradas para moverse unas con respecto a otras cuando se coloca la malla (6) de fibra en la trayectoria curvada.

Malla de fibra segun una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que las zonas (8) de conexion comprenden hilos (8) para coser.

Malla de fibra segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que las mechas (7) estan hechas de fibras de vidrio.

Componente (5) para una turbina eolica, en particular una pala (5) de rotor, estando el componente (5) curvado al menos en partes, que comprende al menos una malla (6) de fibra segun una de las reivindicaciones 1 a 8.

Aparato (16) para producir una malla (6) de fibra, en particular la malla (6) de fibra segun una de las reivindicaciones 1 a 8, para su uso en la produccion de un componente (5) para una turbina eolica, en particular una pala (5) de rotor, estando el componente (5) curvado al menos en partes, comprendiendo el aparato (16)

una unidad (17) de conexion para conectar varias mechas (7) que estan dispuestas unas al lado de otras en al menos dos zonas (8) de conexion y

una unidad (18) de corte para cortar las mechas (7) de modo que al menos una de las mechas (7) es continua entre las al menos dos zonas (8) de conexion y que al menos una de las mechas (7) es discontinua entre las al menos dos zonas (8) de conexion.

Aparato segun la reivindicacion 10, en el que la unidad (17) de conexion es una unidad de cosido para coser las mechas (7) juntas en las al menos dos zonas (8) de conexion.

Metodo para producir una malla (6) de fibra, en particular la malla (6) de fibra segun una de las reivindicaciones 1 a 8, para su uso en la produccion de un componente (5) para una turbina eolica, en particular una pala (5) de rotor, estando el componente (5) curvado al menos en partes, comprendiendo el metodo las etapas de

a) disponer (S1) varias mechas (7) unas al lado de otras,

b) conectar (S2) las mechas (7) en al menos dos zonas (8) de conexion, y

c) cortar (S3) las mechas de modo que al menos una de las mechas (7) es continua entre las al menos dos zonas (8) de conexion y que al menos una de las mechas es discontinua entre las al menos dos zonas (8) de conexion.

Metodo segun la reivindicacion 12, en el que, cuando se coloca la malla (6) de fibra en un molde, las mechas (7) estan expuestas a tension.

14. Metodo segun la reivindicacion 12 6 13, en el que las mechas (7) se cortan antes o despues de conectar las mismas entre sl

5 15. Metodo segun una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que las mechas (7) estan conectadas mediante un

hilo (8) para coser.