ES2607848T3 - Dispositivo de montaje de segmentos de aspas de aerogeneradores y procedimiento de unión de segmentos de aspas de aerogeneradores - Google Patents

Dispositivo de montaje de segmentos de aspas de aerogeneradores y procedimiento de unión de segmentos de aspas de aerogeneradores Download PDF

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Abstract

Aspa de aerogenerador que incluye como mínimo dos segmentos (1), cada uno provisto de un cajón (2), en la cual los segmentos están ensamblados mediante un par de dispositivos de ensamblaje que incluyen al menos una sujeción (3, 30) que conlleva una primera parte (3a, 30a) y una segunda parte (3b, 30b), siendo la primera parte una pieza de ensamblaje con un cajón (2) de un primer segmento y la segunda parte una pieza de montaje con una sujeción complementaria soportada por el cajón de un segundo segmento, caracterizado por el hecho de que la primera parte (3a) incluye al menos una unión de material compuesto/metal de cizallamiento provista de un elemento de herraje (4) continuo en al menos una cara (2a) del cajón (2) en el que se recibe un extremo de dicha cara del cajón, estando la primera parte provista de remaches de fijación (6) que atraviesan el herraje y el extremo de la cara, siendo la unión de material compuesto/metal al menos de doble cizallamiento y estando provista además de un elemento de contra-herraje (5), estando el extremo de dicha cara del cajón recibido entre el herraje y el contra-herraje, donde los remaches de fijación (6) atraviesan el herraje, el extremo de la cara y el contra-herraje, estando la unión además provista de medios (7, 8, 9, 10, 11) de sujeción del contra-herraje en el herraje.

Description

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Dispositivo de montaje de segmentos de aspas de aerogeneradores y procedimiento de union de segmentos de aspas de aerogeneradores
La presente invencion se refiere a la tecnologfa de uniones mecanicas de piezas estructurales de materiales compuestos y, en particular, preve un dispositivo de ensamblaje de segmentos de aspas de aerogeneradores y el procedimiento de union de segmentos de aspas de aerogeneradores asociado.
Esta invencion se refiere en particular al ambito de las aspas de aerogeneradores de grandes dimensiones.
Las uniones mecanicas, al contrario de por ejemplo las uniones pegadas o soldadas, son uniones que pueden ser desmontables.
Un metodo generalmente utilizado para realizar uniones mecanicas entre paneles o estructuras compuestas consiste en usar varias piezas metalicas de interfaz, cada una fijada en el material compuesto de manera discontinua, y utilizar medios de fijacion mecanica como tornillos, remaches, pernos u otros.
Aunque pueda parecer que estas soluciones estan optimizadas, en realidad no lo estan, ya que no permiten garantizar un paso homogeneo del esfuerzo por toda la pared de la estructura de material compuesto.
Ello genera unos sobreflujos locales que conllevan un riesgo de ruptura progresiva que se inicia en las zonas con mayor presion, un fenomeno conocido como “desabrochado”.
Ademas, a nivel del analisis mecanico, estos sobreflujos locales son diffciles de cuantificar, lo cual penaliza la fiabilidad y la optimizacion de la estructura, por lo cual la union realizada de este modo es diffcil de garantizar.
Actualmente, se disenan unos aerogeneradores cuyas aspas miden varias decenas de metros. Estas aspas plantean obviamente numerosos problemas tecnicos, pero tambien logfsticos, ya que transportar tales estructuras no resulta nada facil, en particular por tierra.
Las aspas de aerogeneradores se fabrican con materiales compuestos que permiten que estas piezas en movimiento conserven una masa reducida, lo cual reduce los esfuerzos de fijacion que se deben realizar.
Estas aspas generalmente se construyen en varios segmentos para simplificar su transporte y, en particular, su transporte en camiones.
Asf pues, se plantea el problema del ensamblaje mecanico de las piezas de material compuesto en una perspectiva de solucion mecanicamente optimizada en terminos de masa, en particular en el caso en el que los esfuerzos a los que se somete la union son muy importantes y complejos, ya que la union debe resistir esfuerzos mecanicos, de fatiga y de entorno importantes con una fiabilidad muy elevada.
Los documentos EP 1 584 817, EP 1 878 915 y WO 01/48378 describen unas uniones de segmentos de aspas de aerogeneradores aseguradas con varias piezas metalicas.
En el caso del documento EP 1 878 915, la union se realiza con unas varillas metalicas insertadas en las paredes del cajon central pegadas en posicion.
En el documento WO 01/48378, las uniones estan repartidas a lo largo de la piel del aspa y en el documento EP 1 584 817 se fijan conjuntamente unas sujeciones separadas, solidarias con los cajones centrales de los segmentos, unidas con unos elementos de cobertura del intersticio entre aspas.
Estos ejemplos de realizacion se basan en unos medios de fijacion mecanica discontinuos.
Por otra parte, para el calculo de las uniones remachadas metal/material compuesto, se conocen algunos metodos, aunque estos calculos son bastante complejos por todos los fenomenos que se deben considerar y, en especial: la transferencia de esfuerzos entre el material compuesto y los remaches, el cizallamiento en los remaches, el mateado del material compuesto, la resistencia a la traccion del material compuesto y/o del metal y el gramilado.
Es importante destacar que los metodos conocidos para el calculo de las transferencias de esfuerzo son muy aproximados, porque simplifican la geometrfa del ensamblaje representandolo en forma de simple cizallamiento, permitiendo asf utilizar el metodo de calculo de los cizallamientos conocido con el nombre de “metodo de Huth”.
Debido a esta aproximacion, los metodos clasicos no permiten realmente llevar a cabo una configuracion exhaustiva de las uniones.
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En particular, el modelo de Huth no permite estudiar las uniones de geometrfa no simetrica, lo cual limita su campo de uso.
Ademas, las formulas de calculo asociadas a este modelo, en particular para el calculo del cizallamiento en los remaches, plantean dificultades de generalizacion en el caso del multicizallamiento, para el cual este modelo resulta completamente inadecuado.
El documento FR 2 675 563 describe un procedimiento de union entre un tubo de material compuesto y una pieza metalica tubular.
En este procedimiento, la pieza metalica se fija al material compuesto mediante pegado y con fijaciones mecanicas a la vez, lo cual provoca que los flujos mecanicos que pueden pasar sean mayores. Este procedimiento, para el cual la optimizacion de la union remachada depende de la orientacion de los hilos de bobinado, es sin embargo especffico para los tubos bobinados y, por consiguiente, para un procedimiento particular de fabricacion del material compuesto.
Este concepto no se aplica directamente a piezas compuestas como los segmentos de las aspas de aerogeneradores, que en general no se fabrican mediante bobinado y cuyas fibras se orientan en funcion de las restricciones de uso de estas aspas.
La presente invencion tiene por objeto definir una union metalica de piezas estructurales y, en particular, una union metal/material compuesto que sea fiable, optimizada mecanicamente y en terminos de masa, en particular para ser usada en segmentos de aspas de aerogeneradores.
La union obtenida debe en particular ser desmontable, minimizar los sobreflujos locales que el material compuesto serfa susceptible de sufrir, estar optimizada mecanicamente y ser compatible con las exigencias aerodinamicas de las aspas de los aerogeneradores.
A este efecto, la presente invencion propone un dispositivo de ensamblaje de segmentos de aspas de aerogeneradores provistos de cajones que incluyan al menos una sujecion formada por una primera parte y una segunda parte, donde la primera parte es una parte de ensamblaje con un cajon de un primer segmento y la segunda parte una parte de montaje con una sujecion complementaria colocada en un cajon de un segundo segmento, caracterizado por incluir la primera parte al menos una union de material compuesto/metal de cizallamiento provista de un elemento de herraje continuo en al menos una cara del cajon en el cual se recibe un extremo de dicha cara del cajon, provista de remaches de fijacion que atraviesan el herraje y el extremo de la cara.
Segun la invencion, la union de material compuesto/metal es al menos de doble cizallamiento y esta provista ademas de un elemento de contra-herraje, y el extremo de dicha cara del cajon se recibe entre el herraje y el contra- herraje, los remaches de fijacion atraviesan el herraje, el extremo de la cara y el contra-herraje, y la union esta provista entre otras cosas de medios de sujecion del contra-herraje en el herraje.
Segun un modo de realizacion particular, la union de material compuesto/metal es una union de multicizallamiento encima de las fijaciones que integra en el material compuesto al menos un doblador metalico adaptado para hacer transitar los esfuerzos entre la parte de material compuesto y el herraje metalico.
La presente invencion propone un aspa de aerogenerador formada al menos por dos segmentos, cada uno provisto de un cajon caracterizado por ensamblarse los segmentos mediante un dispositivo de ensamblaje segun la invencion.
Favorablemente, el extremo de dicha cara termina con una estructura monolftica de refuerzo.
Preferiblemente, la estructura monolftica de refuerzo esta principalmente reforzada con unas capas de carbono.
Favorablemente, dicho cajon central incluye una estructura de material compuesto reemplazada progresivamente por la estructura monolftica a nivel de la terminacion del segmento.
Segun un modo de realizacion favorable, dicha union de material compuesto/metal incluye un refuerzo local del extremo de la cara del cajon en forma de pliegues de material compuesto.
Segun un modo de realizacion particular del invento, el elemento de herraje esta constituido por un marco continuo y cerrado que recibe las caras y las aristas del extremo del cajon.
Segun una variante, el aspa incluye dos de las sujeciones mencionadas cuyas piezas de ensamblaje estan constituidas por una placa que recibe una cara del extremo del cajon.
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Segun esta variante, dichas fijaciones estan favorablemente dispuestas en las caras superior e inferior de los cajones situados en el extrados y el intrados del segmento del aspa.
En este caso, los extremos de las caras de los cajones situadas entre las caras superior e inferior reciben preferiblemente unas escuadras de union.
Favorablemente, el aspa de la invencion es de tal forma que los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con retorno a la piel.
Los extremos de los rostros de los cajones pueden ademas incluir una terminacion con refuerzo del retorno a la piel.
Segun un modo de realizacion alternativo, los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con un relleno de nido de abeja y/o nido de abeja densificado.
Segun un modo de realizacion preferencial del aspa, las partes de montaje de las sujeciones con las sujeciones complementarias conllevan unas caras adaptadas a una fijacion por union axial mediante unos pernos que trabajan en traccion.
De manera favorable, las sujeciones estan dispuestas dentro del perfil aerodinamico del aspa.
Otras caracterfsticas y ventajas de la invencion se haran evidentes con la lectura de la siguiente descripcion de un ejemplo de realizacion no limitativo en referencia a los dibujos que representan:
en la figura 1: vista esquematica en perspectiva de un fragmento de segmento de aspa de aerogenerador;
en la figura 2: vista esquematica en seccion de un primer modo de realizacion de un dispositivo segun la invencion fijado en un elemento de segmento de un aspa de aerogenerador;
en la figura 3: vista esquematica en perspectiva del dispositivo de la figura 2;
en la figura 4: vista en perspectiva de un segundo modo de realizacion del dispositivo de la invencion; en la figura 5: vista en perspectiva de una variante de realizacion del dispositivo de la figura 2; en las figuras 6A a 6D: vistas laterales en seccion de variantes de realizacion del dispositivo de la figura 2; en la figura 7: variante de realizacion de la fijacion de la figura 2;
en las figuras 8A a 8D: vistas laterales en seccion de detalles de ejemplos de realizacion de refuerzos de extremos de elementos de segmentos de aspas;
en la figura 9: vista superior de refuerzos en forma de pliegues de material compuesto;
en las figuras 10A a 10C: vistas en seccion de fijaciones complementarias del dispositivo de la invencion;
en las figuras 11A y 11B: vistas en seccion de fijaciones alternativas a las fijaciones de las figuras 10A a 10C;
en la figura 12: vista de un detalle del dispositivo de fijacion de dos segmentos de aspas de aerogeneradores segun la invencion.
El dispositivo de ensamblaje de la presente invencion se refiere por ejemplo a aspas de aerogeneradores de las cuales se esquematiza un ejemplo de segmento 1 en la figura 1.
Este segmento incluye una piel que forma el extrados 21 y el intrados 22 del aspa e incluye un cajon central 2 que garantiza la resistencia mecanica del aspa.
Existen varios tipos de construcciones, conociendose las construcciones con cajon integral en que se incluye una viga que integra unos largueros de refuerzo y en el cual se enfunda el perfil del aspa y las construcciones con un cajon formado por unos largueros de refuerzo integrados en la piel realizando el perfil del aspa y los travesanos o almas correspondientes.
El dispositivo de la invencion se puede aplicar a ambos tipos de construcciones.
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Incluye al menos una sujecion de la cual un primer ejemplo de realizacion en forma de sujecion plana 3 se representa en la figura 3 y del cual un segundo ejemplo de realizacion se representa en la figura 4 en forma de sujecion en forma de marco 30.
La sujecion 3 se detalla en la figura 2 en seccion, la cual incluye una primera parte 3a de ensamblaje con el cajon 2 y una segunda parte 3b de montaje con una sujecion complementaria soportada por un cajon de un segundo fragmento.
La primera parte 3a incluye al menos una union de material compuesto/metal.
Segun la figura 2, esta union es una union de doble cizallamiento provista de un elemento de herraje 4 continuo sobre al menos una cara 2a del cajon 2, provista de un elemento de contra-herraje 5, entre los cuales se recibe un extremo de dicha cara del cajon, provista de remaches de fijacion 6 que atraviesan el herraje, el extremo de la cara y del contra-herraje, estando provisto de medios 7 de sujecion del contra-herraje sobre el herraje.
El termino “remache de fijacion” agrupa varios tipos de fijaciones como tornillos, remaches, roblones u otros medios de atravesamiento.
Segun la invencion, las uniones de metal y material compuesto estan constituidas por un herraje y un contra-herraje o doblador para garantizar un ensamblaje por doble cizallamiento mecanico encima de las fijaciones de union, una solucion mas eficaz que una union por cizallamiento simple con un herraje en un solo lado.
La optimizacion de la union de metal con material compuesto se realiza a partir de elementos de calculo, cuyo principio se describe mas adelante.
Esta optimizacion permite definir la reparticion y la forma del empalme metalico, del herraje y del doblador, la geometrfa, el diametro y la naturaleza, el material de las fijaciones en cada hilera, el paso optimo por hilera y entre hileras de union.
En el ejemplo de la figura 7, la union de material compuesto/metal es una union de multicizallamiento 12 encima de las fijaciones integrando en el material compuesto al menos un doblador metalico 13, ademas del contra-herraje 5, adaptado para hacer transitar los esfuerzos entre la parte de material compuesto y el herraje metalico.
Una solucion de ensamblaje con multicizallamiento encima de las fijaciones integrando en el material compuesto dobladores metalicos permite adaptar el numero de dobladores en funcion de la reparticion del cizallamiento contemplado en las fijaciones.
Asf, cuantos mas dobladores hay, mas importante es el esfuerzo a nivel de cada fijacion para hacer transitar los esfuerzos entre la parte de material compuesto y su herraje metalico.
Esto permite limitar el diametro de los pernos y aportar una mejor contribucion de la estructura de material compuesto.
Para la fijacion del contra-herraje en el herraje, se preven varias soluciones de medios de sujecion, como los representados en las figuras 6A a 6D.
La figura 6A corresponde a un sistema para el cual se realiza un encaje 8 entre el contra-herraje y el herraje para mantener el contra-herraje.
La figura 6B corresponde a un sistema en el cual los remaches o tornillos 9 fijan el contra-herraje en el herraje.
La figura 6C corresponde a un sistema en el cual un calzo 10 bloquea el contra-herraje en el herraje.
La figura 6D corresponde a un sistema en el cual un dispositivo con tornillo 11 bloquea el contra-herraje en el herraje.
La invencion se aplica a un aspa de aerogenerador o a otro spar que conlleve como mfnimo dos segmentos (1), cada uno provisto de un cajon (2), caracterizado por ensamblarse los segmentos mediante un par de dispositivos de ensamblaje segun la reivindicacion 1 o 2.
Las aspas de aerogenerador se disenan actualmente con una viga central estructural en forma de cajon llamada spar segun la terminologfa anglosajona que recibe todos los esfuerzos y una piel aerodinamica.
En este caso, la union se debe garantizar a nivel de esta viga dentro del cajon.
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En el marco de la invencion se ha trabajado, entre otras cosas, en el extremo del cajon que recibe la union de material compuesto/metal.
Segun un primer metodo representado en la figura 2, el extremo de la cara 2a del cajon que recibe el herraje termina en una estructura monolftica de refuerzo 14 y la estructura de material compuesto es reemplazada progresivamente por la estructura monolftica de refuerzo a nivel de la terminacion del segmento.
Esta estructura monolftica de refuerzo 14 esta principalmente reforzada con capas de carbono.
Segun las figuras 8A a 8D y las figuras 9, la union de material compuesto/metal incluye un refuerzo local del extremo de la cara del cajon en forma de pliegues de material compuesto 15 colocados sobre los pliegues de la piel 23.
Segun estos ejemplos, se realiza un refuerzo local de la pieza de material compuesto en la zona de union mediante pliegues de material compuesto que se polimerizan.
Como se representa en la figura 9, las capas de refuerzo de la pared se orientan y disponen de manera que la union mecanica sea optima en funcion de la recepcion del esfuerzo por las hileras de fijacion, de la resistencia maxima en mateado y en traccion neta del material compuesto y metalico.
Esta orientacion de los pliegues de refuerzo tiene en cuenta la disposicion de las fijaciones en hileras.
Los pliegues de refuerzo se pueden disponer de multiples maneras:
Segun la figura 8A, los pliegues se disponen unos encima de otros, quedando el refuerzo completamente por fuera. La transferencia de esfuerzo entre parte corriente/refuerzo no es optima, existe un cambio brusco de rigidez y una sobrecarga en el borde puede provocar un deslaminado.
Segun la figura 8B, los pliegues estan escalonados en pendiente. El refuerzo sigue estando completamente por fuera, y la transferencia de esfuerzo parte corriente/refuerzo no es optima.
El deslaminado del primer refuerzo sigue siendo un problema importante y no hay transmision en el refuerzo.
Segun la figura 8C, los pliegues se apilan y cada pliegue vuelve a la superficie del cajon.
La transferencia de los esfuerzos es correcta, el refuerzo esta completamente por fuera, la transferencia de esfuerzo parte corriente/refuerzo no es optima.
Segun este ejemplo, la transferencia capa a capa mejora y el paso de los esfuerzos se optimiza en cada capa.
Esta solucion permite transferir los esfuerzos incluso en caso de deslaminado en una capa.
La figura 8D, en la que los pliegues de refuerzo y los pliegues del larguero estan superpuestos, corresponde a una solucion optima en la cual la transferencia se realiza por multicizallamiento.
Esta solucion esta optimizada a nivel de la transferencia y es apta para garantizar la transferencia de esfuerzos a pesar de un deslaminado en una o varias capas.
Volviendo al ejemplo de la figura 3, los herrajes son herrajes continuos y adaptados a cada lado de la pared que trabaja en el cajon del segmento de aspa y, en particular, en las dos paredes mas solicitadas mecanicamente; es decir, las paredes 2a, 2b lado piel 21, 22.
En este caso, las caras internas 2c, 2d que solo participan debilmente en la recepcion de los esfuerzos solo pueden unirse mediante dispositivos en forma de escuadras como los representados en las figuras 10A a 11 B.
En el ejemplo de la figura 4, el dispositivo se realiza en forma de marco interno continuo que se ajusta en las 4 caras de la viga del aspa, en cuyo caso el elemento de herraje esta formado por un marco continuo y cerrado 30 que retoma las caras y las aristas del extremo del cajon 2.
En el caso de la figura 5 variante de la figura 3, las piezas de ensamblaje estan constituidas por una placa 31 que retoma una cara del extremo del cajon.
Este perfil es adecuado para un cajon convexo, donde el dispositivo incluye dos de las sujeciones 3 mencionadas.
Las sujeciones en este caso estan dispuestas en las caras superior 2a e inferior 2b de los cajones situados bajo el extrados 21 y el intrados 22 del segmento del aspa.
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En el caso en que los extremos de las caras 2c, 2d del cajon situadas entre las caras superior e inferior reciben las escuadras de union 16, los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con retorno a la piel 17, 18a, 18b como se representa en las figuras 10A a 10C.
En esta configuracion, las pieles 23 que cubren el alma 24 coinciden en el extremo del cajon.
Segun la figura 10A, el retorno a la piel 17 se realiza hacia el lado interno de la pared opuesta al lado que recibe la escuadra 16.
Ademas, los extremos de los cajones pueden incluir una terminacion con refuerzo del retorno a la piel.
Segun la figura 10B, el retorno a la piel 18a se realiza hacia el lado interno de la pared opuesta al lado que recibe la escuadra 16 y se realiza un refuerzo de la piel por el lado interno.
Segun la figura 10C, el retorno a la piel 18b se realiza hacia el lado interno de la pared opuesta al lado que recibe la escuadra 16 y se realizan refuerzos de la piel por el lado interno y externo.
De manera alternativa, los extremos de los cajones que reciben las escuadras incluyen una terminacion con relleno en nido de abeja 19a como se representa en la figura 11A. En el caso de la figura 11B, los extremos de los cajones estan constituidos por un nido de abeja densificado 19b.
Por el lado de la union entre las sujeciones, las piezas 3b de montaje de las sujeciones con las sujeciones complementarias incluyen como se representa en la figura 12 unas caras 33 adaptadas a una fijacion por union axial mediante pernos 34 que trabajan en traccion.
Se conocen numerosos dispositivos para obtener esto, pero en el marco de la invencion se prefiere una fijacion axial que permite una union continua, que limita las irregularidades de flujo y que permite una union en la continuidad de perfil y facilita la obtencion del perfil aerodinamico en la union.
El ensamblaje de los herrajes metalicos mediante medios de fijacion como pernos sirve para la transferencia del esfuerzo por cizallamiento en las fijaciones y por mateado en las piezas metalicas y de material compuesto.
Estas sujeciones 3, 30 estan dispuestas en el interior del perfil aerodinamico del aspa.
La solucion de la invencion se aplica a un aspa segmentada en dos partes, con una longitud de aspa del orden de 60 m, una masa del orden de 18 toneladas, siendo la construccion una construccion en fibras compuestas y una estructura con cajon central.
El aspa esta formada clasicamente por dos pieles aerodinamicas, realizadas por separado mediante infusion al vacfo en fibra de vidrio y/o de carbono asociada a una resina epoxi.
Segun una primera version, se coloca en el molde en forma de aspa un larguero fabricado por separado, ya sea en monobloque o mediante pegado de dos omegas.
La funcion de este larguero es aportar su rigidez longitudinal al aspa.
Tambien esta fabricado mediante infusion en fibra de vidrio y resina epoxi, pero puede contener una proporcion de fibra de carbono, por una cuestion de ligereza.
Las dos pieles y el larguero posteriormente se ensamblan mediante pegado estructural a nivel del borde de ataque, del borde de fuga y del larguero.
Segun una segunda version, la parte central de la pared del aspa sera en esta solucion una estructura sandwich (alma de nido de abeja o espuma para tener el maximo de inercia local) reforzada en esta zona basicamente con refuerzos de carbono.
Como antes, esta parte de la estructura del aspa desempena el papel de larguero y cumple la funcion de aportar rigidez longitudinal y recibir el conjunto de esfuerzos axiales a lo largo de la estructura.
Las paredes internas se integran entonces mediante pegado en el momento de acoplar las dos pieles.
En este caso en particular, es necesario un refuerzo local monolftico 14 a nivel de la union de material compuesto y metal como se representa en la figura 2.
5
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20
25
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65
La pared sandwich del larguero de la media aspa es reemplazada progresivamente en su extremo de union por la estructura monolttica principalmente reforzada por capas de carbono para garantizar la recepcion de los esfuerzos en mateado y traccion/compresion de las fijaciones (pernos o remaches) del herraje y del doblador metalico.
El herraje y el doblador son piezas monobloque que se ajustan al perfil de la pared de los lados que trabajan del larguero.
El herraje que permite la union entre segmentos de las dos medias aspas es un concepto llamado “de marco a capilla” que permite una union axial en la que los pernos trabajan en traccion. Como recordatorio, se puede considerar una union mediante pernos radiales con la implantacion previa de tornillos imperdibles en la parte interna del herraje.
El metodo de dimensionado de una union de material compuesto/metal de este tipo se aplica en el marco de una definicion detallada del siguiente modo:
la transferencia de esfuerzo entre el material compuesto y los elementos metalicos se realiza mediante unas fijaciones con pernos dispuestos en 2 a 4 hileras, donde todos los pernos tienen el mismo diametro; de hecho, por razones industriales, es mas simple gestionar un mmimo de familias de pernos;
el grosor del material compuesto se mantiene constante, por razones de simplicidad de fabricacion;
en cambio, las alas del herraje y del doblador tienen un grosor progresivo para repartir de forma equivalente los esfuerzos en cada hilera segun el metodo de calculo de multicizallamiento;
el doblador metalico esta unido al herraje mediante fijaciones que transfieren los esfuerzos por cizallamiento simple.
Para la optimizacion mecanica de la union por multicizallamiento, en lugar de hacer que el sistema a priori sea un sistema equivalente al que se pueda aplicar el metodo de Huth globalmente, se descompone el sistema en subconjuntos a los que se aplica rigurosamente el metodo de Huth.
En la practica, el metodo consiste en describir cada cizallamiento mediante su rigidez, y en aplicar despues las relaciones mecanicas clasicas y simples. Al final, se llega a un sistema de ecuaciones adaptado a una resolucion en un ordenador.
Asf, se pueden tener en cuenta todas las especificidades de cada cizallamiento (material, modulo, grosor) y calcular por tanto de forma precisa en cada punto el estado de tension.
Esto permite dimensionar cada zona de la mejor manera posible mediante un proceso iterativo (cuando en una iteracion se encuentra una tension demasiado elevada, se anade material; o a la inversa, si hay poca tension se puede quitar material).
Para ello, se descompone el sistema real en tantos sistemas de Huth como interfaces de cizallamiento simple haya.
A modo de ejemplo, en el caso de una union de cizallamiento de tipo 4 (2 alas de material compuesto y 2 alas de metal) formada por 3 hileras de remaches, se obtiene un conjunto de 8 subsistemas de Huth “malla”. Estos subconjuntos estan representados por conjuntos de 4 muelles, donde cada muelle es representativo de la rigidez del material solicitado.
Segun el metodo, dos mallas adyacentes estan unidas por un “muelle”, lo cual traduce el hecho de que un mismo material esta solicitado por dos zonas de cizallamiento diferentes: de hecho, es lo que el modelo de Huth anterior no era capaz de hacer.
Para dimensionar las uniones, se debe por tanto calcular las diferentes rigideces, en funcion de las propiedades de los materiales en cuestion, de la geometna de las piezas utilizadas y, por supuesto, de los esfuerzos a los que se sometera la union.
Un caso particular de aplicacion tiene que ver con un aspa de aerogenerador en el que se utiliza una union de doble cizallamiento segun se describe anteriormente en relacion con la figura 3, en el caso de un cajon de lados rectos, o la figura 5, en el caso de cajones curvados.
Para un aspa de este tipo, la fijacion de los dobladores se realiza segun el ejemplo descrito anteriormente con referencia a la figura 6B, la union utiliza capillas continuas y refuerzos de las partes en material compuesto segun el ejemplo descrito en referencia con las figuras 8C u 8D, respectivamente capas de refuerzo 15 colocadas con un recubrimiento y un retorno a la piel 23 de cada una de las capas o capas de refuerzo 15 insertadas entre las capas 23 de los largueros.
Finalmente, siguiendo en este caso particular, se utilizan unas simples escuadras, como en particular en el ejemplo relacionado con la figura 10C, para unir los travesanos que unen el larguero de intrados y el larguero de extrados.
5 La invencion no se limita a los ejemplos representados y a priori se puede tener en cuenta de forma independiente cada remache, cada material, lo cual aporta una gran libertad de eleccion de soluciones que se pueden optimizar.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Aspa de aerogenerador que incluye como mfnimo dos segmentos (1), cada uno provisto de un cajon (2), en la cual los segmentos estan ensamblados mediante un par de dispositivos de ensamblaje que incluyen al menos una sujecion (3, 30) que conlleva una primera parte (3a, 30a) y una segunda parte (3b, 30b), siendo la primera parte una pieza de ensamblaje con un cajon (2) de un primer segmento y la segunda parte una pieza de montaje con una sujecion complementaria soportada por el cajon de un segundo segmento, caracterizado por el hecho de que la primera parte (3a) incluye al menos una union de material compuesto/metal de cizallamiento provista de un elemento de herraje (4) continuo en al menos una cara (2a) del cajon (2) en el que se recibe un extremo de dicha cara del cajon, estando la primera parte provista de remaches de fijacion (6) que atraviesan el herraje y el extremo de la cara, siendo la union de material compuesto/metal al menos de doble cizallamiento y estando provista ademas de un elemento de contra-herraje (5), estando el extremo de dicha cara del cajon recibido entre el herraje y el contra- herraje, donde los remaches de fijacion (6) atraviesan el herraje, el extremo de la cara y el contra-herraje, estando la union ademas provista de medios (7, 8, 9, 10, 11) de sujecion del contra-herraje en el herraje.
  2. 2. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 1 en la que la union de material compuesto/metal es una union multicizallamiento (12) encima de las fijaciones integrando en el material compuesto al menos un doblador metalico (13) adaptado para hacer transitar los esfuerzos entre la parte de material compuesto y el herraje metalico.
  3. 3. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por el hecho de que el extremo de dicha cara (2a) termina con una estructura monolftica de refuerzo de material compuesto (14).
  4. 4. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 3, caracterizada por el hecho de que la estructura monolftica de refuerzo de material compuesto (14) se refuerza principalmente con capas de carbono.
  5. 5. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 3 o 4, en la cual dicho cajon central (2) incluye una estructura de material compuesto sustituida progresivamente por la estructura monolftica de refuerzo de material compuesto a nivel de la terminacion del segmento.
  6. 6. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 5 en la cual dicha union de material compuesto/metal incluye un refuerzo local del extremo de la cara del cajon en forma de pliegues de material compuesto (15).
  7. 7. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en la cual el elemento de herraje esta formado por un marco continuo y cerrado (30) que recibe las caras y las aristas del extremo del cajon (2).
  8. 8. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizada por incluir dos de las mencionadas sujeciones (3) cuyas partes de ensamblaje estan constituidas por una placa (31) que recibe una cara del extremo del cajon.
  9. 9. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 8 en la cual las mencionadas sujeciones estan dispuestas en las caras superior (2a) e inferior (2b) de los cajones situados bajo el extrados (21) y el intrados (22) del segmento del aspa.
  10. 10. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 9 en la cual los extremos de las caras (2c, 2d) del cajon situadas entre las caras superior e inferior reciben unas escuadras de union (16).
  11. 11. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en la cual los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con retorno a la piel (17, 18a, 18b).
  12. 12. Aspa de aerogenerador segun la reivindicacion 11 en la cual los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con refuerzo del retorno a la piel (18a, 18b).
  13. 13. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en la cual los extremos de las caras de los cajones incluyen una terminacion con relleno en nido de abeja (19a) y/o nido de abeja densificado (19b).
  14. 14. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en la cual las partes (3b) de montaje de las sujeciones con las sujeciones complementarias incluyen unas caras (33) adaptadas a una fijacion por union axial mediante pernos (34) que trabajan en traccion.
  15. 15. Aspa de aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en la cual las sujeciones (3, 30) estan dispuestas en el interior del perfil aerodinamico del aspa.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2948155A1 (fr) * 2009-07-16 2011-01-21 Astrium Sas Procede de dimensionnement de liaisons mecaniques
ES2392523B2 (es) * 2011-05-13 2013-05-16 Investigaciones Y Desarrollos Eólicos, S.L. Sistema de unión de tramos componentes de palas de aerogenerador.
FR2980246B1 (fr) 2011-09-20 2018-08-17 Arianegroup Sas Dispositif de liaison de troncons d'ailes et procede d'assemblage de tels troncons
FR2989723B1 (fr) 2012-04-20 2024-02-09 Astrium Sas Assemblage de troncons de pieces structurables
US11261735B2 (en) * 2013-03-07 2022-03-01 Textron Innovations Inc. Removable rotor blade tip
EP3219979A1 (en) 2016-03-15 2017-09-20 Siemens Aktiengesellschaft Bolted joint for rotor blade segments
US10502195B2 (en) * 2017-04-27 2019-12-10 General Electric Company Clamping apparatus for securing a main bearing of a wind turbine during an installation and/or repair procedure
EP3511561B1 (de) * 2018-01-12 2020-07-29 Nordex Energy GmbH Rotorblatt für eine windenergieanlage, windenergieanlage sowie halterung
DE102018009336A1 (de) * 2018-11-28 2020-05-28 Senvion Gmbh Rotorblattform und Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes für eine Windenergieanlage sowie Windenergieanlage
US11795907B2 (en) * 2018-12-20 2023-10-24 General Electric Company Jointed wind turbine rotor blade having spar cap constructed of varying forms of materials along its span

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2675563B1 (fr) 1991-04-22 1993-08-27 Aerospatiale Procede d'assemblage mecanique d'un tube en materiau composite et d'une piece metallique et assemblage ainsi realise.
ES2178903B1 (es) * 1999-05-31 2004-03-16 Torres Martinez M Pala para aerogenerador.
DE19962989B4 (de) 1999-12-24 2006-04-13 Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. Rotorblatt für Windenergieanlagen
US6655633B1 (en) * 2000-01-21 2003-12-02 W. Cullen Chapman, Jr. Tubular members integrated to form a structure
EP1584817A1 (en) * 2004-04-07 2005-10-12 Gamesa Eolica, S.A. (Sociedad Unipersonal) Wind turbine blade
ES2265760B1 (es) 2005-03-31 2008-01-16 GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. Pala para generadores eolicos.
ES2337645B1 (es) * 2007-09-14 2011-03-11 GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. Union de pala sensorizada.

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