ES2808552T3 - Carenado aerodinámico resistente a la erosión - Google Patents

Carenado aerodinámico resistente a la erosión Download PDF

Info

Publication number
ES2808552T3
ES2808552T3 ES14749968T ES14749968T ES2808552T3 ES 2808552 T3 ES2808552 T3 ES 2808552T3 ES 14749968 T ES14749968 T ES 14749968T ES 14749968 T ES14749968 T ES 14749968T ES 2808552 T3 ES2808552 T3 ES 2808552T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fairing
erosion resistant
preform
thermoplastic film
erosion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14749968T
Other languages
English (en)
Inventor
Harald Behmer
Peter Anthony Broome
Paul Trevor Hayden
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LM Wind Power UK Ltd
Original Assignee
Blade Dynamics Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blade Dynamics Ltd filed Critical Blade Dynamics Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2808552T3 publication Critical patent/ES2808552T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/003—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised by the matrix material, e.g. material composition or physical properties
    • B29C70/0035—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised by the matrix material, e.g. material composition or physical properties comprising two or more matrix materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/086—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers and with one or more layers of pure plastics material, e.g. foam layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00—Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • B29K2105/089—Prepregs fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2675/00—Use of PU, i.e. polyureas or polyurethanes or derivatives thereof, for preformed parts, e.g. for inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
    • B29L2031/085—Wind turbine blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/95—Preventing corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/70—Treatments or modification of materials
    • F05B2280/702—Reinforcements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) para una pala de rotor, comprendiendo el carenado: un cuerpo de carenado (12) formado por al menos una capa de fibra de refuerzo puesta en una resina curada; y una preforma resistente a la erosión (14) fijada a una superficie externa del cuerpo de carenado, en el que la preforma resistente a la erosión (14) comprende una capa externa de película termoplástica (20) fusionada a un sustrato de fibra (22), teniendo la película termoplástica (20) una superficie externa texturizada configurada para entrar en contacto con un molde, en el que el sustrato de fibra (22) de la preforma resistente a la erosión (14) está impregnado con la resina curada del cuerpo de carenado (12) que se fija en la preforma al cuerpo de carenado (12), y en el que la preforma resistente a la erosión se fija a la superficie externa del cuerpo de carenado (12) de modo que los bordes de la preforma resistente a la erosión están a ras con el cuerpo de carenado (12) y el carenado (10) tiene un perfil externo liso.

Description

DESCRIPCIÓN
Carenado aerodinámico resistente a la erosión
[0001] La presente invención se refiere a un carenado aerodinámico resistente a la erosión y más en particular a un carenado aerodinámico resistente a la erosión para una pala de rotor. La presente invención se describe en el presente documento por medio de un ejemplo práctico como un carenado aerodinámico resistente a la erosión para una pala de turbina eólica. Sin embargo, es fácilmente aplicable a otros tipos de superficies expuestas a la erosión, tales como las palas de rotor de un helicóptero o las aspas de un ventilador.
[0002] Las grandes palas de turbina eólica de tres palas rotan típicamente con velocidades de punta en el rango de 75 a 100 metros por segundo. Para algunas turbinas de dos palas, las palas pueden rotar con una velocidad de punta de hasta 130 metros por segundo. Esto causa condiciones de erosión muy severas en la punta de la pala, así como a lo largo del 1/3 externo del borde delantero, lo que daña la pala en estas áreas. Aunque típicamente se espera que las palas eólicas duren 20 años, este no suele ser el caso debido al daño causado por la erosión del borde delantero que requiere la reparación de la pala. Sin embargo, la reparación del borde delantero no es fácil, ya que se realiza típicamente con la pala aún erigida en la turbina. Esto también tiene implicaciones significativas de coste y seguridad, en particular si la turbina eólica se localiza en alta mar.
[0003] Para reducir el daño causado por la erosión, se sabe que protege el borde delantero de una pala de turbina eólica usando un recubrimiento de pintura especializado. Dichas pinturas, por ejemplo "BladeRep LEP 9" disponible de Mankiewicz Gebr. & Co. de Hamburgo, Alemania, tienen formulaciones muy llenas y especiales para brindar una mayor protección al borde delantero de una pala de turbina eólica. Sin embargo, aunque la resistencia a la erosión aumenta en el área a la cual se aplica la pintura, la protección proporcionada por un recubrimiento de pintura especializado disminuirá con el tiempo y no durará la vida útil de diseño de pala esperado de 20 años sin mantenimiento.
[0004] Otro ejemplo conocido de una medida de protección contra la erosión para las palas de turbina eólica es el uso de bordes delanteros metálicos. Sin embargo, estos dan lugar a un aumento en la masa de la punta de la pala y, por tanto, aumentan las cargas sobre el resto de la pala y de la turbina. Los bordes de ataque metálicos también aumentan la rigidez local de la pala, lo que puede empeorar el rendimiento aerodinámico y puede complicar los sistemas de protección contra rayos necesarios para la pala debido a su naturaleza conductiva.
[0005] También es conocida la aplicación de una capa protectora de película termoplástica sobre el borde delantero de una pala de turbina eólica. Se puede ver un ejemplo de esto en la Figura 1, que muestra el borde delantero 118 de un carenado 110 para una pala de turbina eólica a la cual se fija una capa protectora de la película termoplástica 120. Típicamente, el carenado 110 se forma a partir de un cuerpo laminado compuesto 112 y la película termoplástica 120 se aplica posteriormente al borde delantero 118 como una cinta delgada (150 mm de ancho) con una capa de adhesivo sensible a la presión 119. Dichas películas ofrecen buena resistencia a la erosión pero son difíciles de aplicar. Además, la calidad de la unión entre la película termoplástica 120 y el cuerpo laminado 112 depende de que la superficie del carenado 110 esté libre de grasa y polvo, etc.
[0006] De forma alternativa, es conocida la aplicación de la película termoplástica a la pala durante el moldeo del carenado como se describe en la Publicación Internacional N. ° WO2006/066593. En este procedimiento, se colocan capas de fibra de refuerzo encima de una película colocada contra la superficie del molde, después de lo cual se aplica resina para unir las capas. Aunque este procedimiento proporciona una unión mejorada en relación con las películas postaplicadas, es difícil controlar la calidad de la interfaz entre la película y el carenado y la calidad del sustrato inmediatamente debajo de la película usando este procedimiento.
[0007] Un ejemplo más conocido de un carenado resistente a la erosión se puede encontrar en la publicación internacional N. °WO2010/117262. Este carenado comprende un cuerpo compuesto formado por carcasas de pala reforzadas con fibra y una cubierta protectora formada por una capa termoplástica, una estera de fibra de vidrio y una capa de resina epoxi curada. El cuerpo compuesto y la cubierta protectora se forman por separado y la cubierta protectora se pone en un rebajo en el cuerpo compuesto antes de que los dos componentes se fijen juntos usando una capa de resina epoxi curable por calor. Sin embargo, este enfoque requiere un control preciso de la tolerancia de las piezas para garantizar que encajen entre sí correctamente y, al igual que con la aplicación de una película termoplástica, la calidad de la unión entre la cubierta y el cuerpo compuesto no se controla fácilmente, ya que depende de la limpieza de las superficies unidas.
[0008] De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un carenado aerodinámico resistente a la erosión para una pala de rotor, de acuerdo con la materia objeto de la reivindicación 1.
[0009] El uso de una forma previa formada por una película termoplástica fusionada directamente a un sustrato de fibra y la fijación de la capa resistente a la erosión con la resina del cuerpo de carenado permite un control mucho mejor de la calidad de la interfaz entre el carenado y la película y de la calidad del sustrato inmediatamente debajo de la película, que se ha encontrado que tiene un efecto significativo en el rendimiento de erosión a largo plazo del carenado
[0010] La película termoplástica puede comprender cualquier material termoplástico adecuado, por ejemplo poliuretano. Preferentemente, la película termoplástica comprende un poliuretano alifático. Se ha descubierto que estos tipos de poliuretano poseen propiedades resistentes a la erosión, estabilidad hidrolítica y flexibilidad a baja temperatura, lo que los hace muy adecuados para su uso en carenados aerodinámicos. La energía superficial de estos materiales también les permite adherirse bien a las resinas epoxídicas, mejorando aún más la fijación de la capa resistente a la erosión al cuerpo compuesto. Más preferentemente, el poliuretano alifático comprende glicoles de poliéter, poliéster o caprolactona de cadena larga y corta, o una combinación de los mismos del cuerpo compuesto de la misma manera que la película termoplástica 120 mostrada en la Figura 1.
[0011] De acuerdo con la invención, la película tiene una superficie externa texturizada. Al tener una superficie externa texturizada, es decir, la superficie que entra en contacto con el molde durante la fabricación, el aire puede escapar fácilmente cuando la preforma se coloca en el molde y se aplica un vacío. Esto da como resultado una mejora adicional de la calidad del carenado final resistente a la erosión.
[0012] La textura superficial puede ser cualquier disposición adecuada. Preferentemente, la textura superficial comprende una pluralidad de protuberancias que pueden comprender una pluralidad de protuberancias cuadradas y/o piramidales dispuestas preferentemente en una disposición regular. Se ha descubierto que esto da como resultado un carenado de calidad particularmente alta.
[0013] De acuerdo con la invención, la capa resistente a la erosión se pone y se fija a la superficie externa del cuerpo de carenado de manera que los bordes de la capa resistente a la erosión están a ras del cuerpo de carenado. Con esta disposición, la capa resistente a la erosión no tiene bordes libres, lo que reduce el riesgo de que la película termoplástica se despegue de sus bordes y evita los pasos aerodinámicos a través de la superficie externa del carenado que de lo contrario pueden empeorar el rendimiento aerodinámico.
[0014] La capa resistente a la erosión puede aplicarse a toda la longitud de una pala de rotor. Preferentemente, la capa resistente a la erosión está sustancialmente confinada al tercio más externo de la longitud de la pala. En dicha disposición, la pala todavía puede incluir uno o más parches de la capa resistente a la erosión hacia adentro del tercio más externo de la longitud de la pala, por ejemplo para proteger la pala en áreas de erosión localmente alta.
[0015] La capa resistente a la erosión se puede fijar al cuerpo compuesto sobre todo el perfil de una pala de rotor, o sobre una parte particular de la pala de rotor, tal como el borde posterior. Preferentemente, la capa resistente a la erosión está fijada al cuerpo de carenado en el borde delantero de la pala de rotor.
[0016] De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para fabricar un carenado aerodinámico resistente a la erosión para una pala de rotor de acuerdo con la materia objeto de la reivindicación 9.
[0017] Este procedimiento disfruta de las mismas ventajas mencionadas anteriormente con respecto al primer aspecto de la presente invención.
[0018] La película termoplástica puede extrudirse o fundirse directamente sobre el sustrato de fibra. De forma alternativa, la etapa de fusionar la película termoplástica al sustrato de fibra comprende calentar la película termoplástica y el sustrato de fibra a una temperatura de al menos 60 °C y presionarlos juntos. Esto asegura que la película termoplástica esté fuertemente fusionada al sustrato de fibra. Preferentemente, la película y el sustrato se fusionan juntos a una temperatura de entre 60 °C y 150 °C. Esto asegura que la película termoplástica esté fuertemente fusionada con el sustrato de fibra y también evita la pérdida de forma de la película termoplástica que puede producirse a temperaturas más altas, proporcionando por tanto un acabado superficial de alta calidad.
[0019] La preforma y el cuerpo de carenado se pueden unir sin ningún calentamiento significativo de la película termoplástica. En un modo de realización preferente, la película termoplástica se calienta por encima de su temperatura de reblandecimiento Vicat antes de que la resina alcance su viscosidad mínima.
[0020] El paso de impregnar la capa de fibra de refuerzo puede incluir la impregnación de la capa de fibra de refuerzo con la resina curable después de colocar la capa de fibra de refuerzo en el molde. Por ejemplo, la capa de fibra de refuerzo se puede infundir con la resina al vacío. Preferentemente, la etapa de impregnar la capa de fibra de refuerzo incluye preimpregnar la capa de fibra de refuerzo con la resina curable antes de colocar la capa de fibra de refuerzo en el molde. Esto permite un contenido de resina altamente controlado y una mayor fiabilidad y repetibilidad del proceso, tiempos de proceso reducidos y permite el uso de resinas de mayor rendimiento para mejorar el rendimiento mecánico del carenado.
[0021] El sustrato de fibra puede insertarse en el molde sin haber aplicado previamente ninguna resina. Usando este enfoque, a medida que el apilado de la preforma y del cuerpo compuesto no curado se cura, la resina migra del compuesto no curado para impregnar el sustrato de fibra antes de curar para fijar la capa resistente a la erosión al cuerpo de carenado. De forma alternativa, el sustrato de fibra se puede impregnar previamente con la resina curable antes de colocar la preforma en el molde.
[0022] Durante la etapa de curado, la resina puede impregnar el sustrato de fibra solo parcialmente. Esto aun así dará como resultado una unión firme entre la capa resistente a la erosión y el cuerpo de carenado. En un modo de realización preferente, la resina impregna completamente el sustrato de fibra durante la etapa de curado. Esto permite que la resina proporcione una conexión química adicional a la película termoplástica para mejorar la fijación de la película termoplástica al carenado.
[0023] La capa resistente a la erosión y el material compuesto no curado pueden curarse juntos, o "curarse conjuntamente", a cualquier temperatura adecuada. Preferentemente, la etapa de curado comprende calentar la resina curable a una temperatura de 60 °C a 130 °C. Esto permite una fijación firme entre las dos capas pero evita la distorsión de la película termoplástica y un acabado superficial deficiente que puede resultar de temperaturas más altas.
[0024] En un modo de realización preferente, el procedimiento comprende además el paso de aplicar una textura superficial a la superficie externa de la película termoplástica antes del paso de colocar la preforma en el molde, más preferentemente durante el paso de fusionar la película termoplástica al sustrato de fibra para formar la preforma. Como se indica anteriormente con respecto al primer aspecto de la invención, la textura superficial permite que el aire escape más fácilmente cuando la preforma se coloca en el molde y se aplica un vacío. Esto da como resultado una mejora adicional de la calidad del carenado final resistente a la erosión. La textura superficial puede ser cualquier disposición adecuada. Preferentemente, la textura superficial comprende una pluralidad de protuberancias que pueden comprender una pluralidad de protuberancias cuadradas y/o piramidales dispuestas preferentemente en una disposición regular. Se ha descubierto que esto da como resultado un carenado de calidad particularmente alta.
[0025] Ejemplos de la invención se describirán ahora con referencia a los dibujos, en los cuales:
la Figura 1 es una vista en sección transversal del borde delantero de un carenado aerodinámico convencional resistente a la erosión para una pala de turbina eólica;
la Figura 2 es una vista en sección transversal del borde delantero de un carenado aerodinámico resistente a la erosión para una pala de turbina eólica de acuerdo con la presente invención; y
las Figuras 3 a 6 son vistas esquemáticas en sección transversal del carenado de la Figura 2 en diversas etapas de fabricación.
[0026] En referencia a la Figura 2, se muestra un carenado aerodinámico resistente a la erosión 10. El carenado aerodinámico resistente a la erosión 10 está formado por un cuerpo de carenado 12 y una preforma resistente a la erosión 14 fijada a una superficie externa 16 del cuerpo de carenado 12 en el borde delantero 18 del carenado 10.
[0027] En referencia a las Figuras 3 y 4, la preforma resistente a la erosión 14 comprende una capa externa de película termoplástica 20 fusionada a un sustrato de fibra 22. La película termoplástica 20 se forma a partir de un poliuretano alifático, que tiene aproximadamente 600 micras de grosor y se puede producir usando glicoles de poliéter, poliéster o caprolactona de cadena larga y corta. Los tipos de poliéter tienen una mejor estabilidad hidrolítica y flexibilidad a baja temperatura, los tipos de poliéster tienen mejores propiedades mecánicas y las caprolactonas ofrecen un buen compromiso entre las propiedades de los tipos de poliéter y poliéster. En este ejemplo, se usan glicoles de caprolactona. Esto da como resultado que la película 20 tenga una dureza Shore A de aproximadamente 75 a 95, un alargamiento de al menos un 300 % y una energía superficial en la región de 40 a 44 mN/m. El sustrato de fibra 22 es una preforma de tela de fibra de vidrio que es multiaxial y tiene un peso de aproximadamente 150 g/m2.
[0028] La película termoplástica 20 y el sustrato de fibra 22 se calientan a una temperatura de 60 a 150 °C y se presionan juntos bajo una presión adicional de aproximadamente 1 bar durante aproximadamente 60 segundos. Esto causa que la película 20 y el sustrato 22 se fusionen, formando la preforma resistente a la erosión 14, como se muestra en la Figura 3. El proceso de fusión crea una conexión muy fuerte entre la película 20 y el sustrato 22. Además, en esta etapa, la preforma resistente a la erosión 14 es muy flexible y se puede colocar fácilmente en un molde para obtener una forma compleja, tal como para el borde delantero de una pala de turbina eólica.
[0029] En referencia finalmente a las Figuras 5 y 6, se muestra la fabricación del carenado 10. La preforma 14 resistente a la erosión se coloca en un molde 24 con la película termoplástica 20 contra la superficie del molde 24. Después de esto, las capas de preimpreg. 26, que se forman a partir de fibras de vidrio o carbono impregnadas previamente con una resina epoxi, se colocan sobre la preforma resistente a la erosión 14 para formar el laminado compuesto típico requerido para un carenado, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 5.
[0030] La preforma resistente a la erosión 14 y las capas de preimpreg. 26 se curan a continuación al vacío y a una temperatura de entre 60 y 130 °C durante aproximadamente 12 horas de la misma manera que para el procesamiento de preimpreg. normal. A medida que el apilamiento de la capa resistente a la erosión 14 y de las capas de preimpreg. 26 se cura, la resina del preimpreg. 26 migra e impregna el sustrato de fibra 22. La resina se cura completamente para formar el cuerpo de carenado 12 a partir del preimpreg. 26 y para fijar la preforma resistente a la erosión 14 al cuerpo compuesto 12. Al hacerlo, la resina forma una matriz continua a través del cuerpo compuesto 12 y la preforma 14 resistente a la erosión para unir firmemente las dos capas. La resina también forma una conexión química con la película termoplástica 20, fortaleciendo aún más la fijación de la preforma resistente a la erosión 14 al cuerpo compuesto 12. Por tanto, la interfaz resultante entre el cuerpo de carenado 12 y la preforma resistente a la erosión 14 está bien controlada y el cuerpo de carenado 12 y el sustrato de fibra 22 proporcionan un sustrato de muy alta calidad directamente debajo de la película termoplástica 20 para mejorar el rendimiento de la erosión a largo plazo.
[0031] Dado que el cuerpo de carenado 12 y el preformado resistente a la erosión 14 están cocurados, el cuerpo de carenado 12 está conformado alrededor de la preforma resistente a la erosión 14, de modo que los bordes de la preforma resistente a la erosión 14 quedan a ras del cuerpo de carenado 12. Esto le da al carenado 10 resultante un perfil exterior liso, como se muestra en la Figura 6. Este perfil liso reduce el impacto de la preforma resistente a la erosión 14 en el rendimiento aerodinámico y evita la presentación de bordes libres que de otro modo podrían dar lugar a que la preforma resistente a la erosión 14 se elimine más fácilmente del cuerpo de carenado 12.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) para una pala de rotor, comprendiendo el carenado:
un cuerpo de carenado (12) formado por al menos una capa de fibra de refuerzo puesta en una resina curada; y
una preforma resistente a la erosión (14) fijada a una superficie externa del cuerpo de carenado, en el que la preforma resistente a la erosión (14) comprende una capa externa de película termoplástica (20) fusionada a un sustrato de fibra (22), teniendo la película termoplástica (20) una superficie externa texturizada configurada para entrar en contacto con un molde,
en el que el sustrato de fibra (22) de la preforma resistente a la erosión (14) está impregnado con la resina curada del cuerpo de carenado (12) que se fija en la preforma al cuerpo de carenado (12), y en el que la preforma resistente a la erosión se fija a la superficie externa del cuerpo de carenado (12) de modo que los bordes de la preforma resistente a la erosión están a ras con el cuerpo de carenado (12) y el carenado (10) tiene un perfil externo liso.
2. Un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la película termoplástica (20) comprende un poliuretano alifático.
3. Un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la superficie externa texturizada comprende una pluralidad de protuberancias.
4. Un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la pluralidad de protuberancias comprende una pluralidad de protuberancias cuadradas y/o piramidales dispuestas preferentemente en una disposición regular.
5. Una pala de rotor que comprende un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente.
6. Una pala de rotor (10) de acuerdo con la reivindicación 5, en la que la capa resistente a la erosión está sustancialmente confinada al tercio más externo de la longitud de la pala.
7. Una pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 5 o con la reivindicación 6, en la que la capa resistente a la erosión está fijada al cuerpo de carenado (12) en el borde delantero de la pala de rotor.
8. Una turbina eólica que comprende un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
9. Un procedimiento para fabricar un carenado aerodinámico resistente a la erosión (10) para una pala de rotor de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende:
fusionar una película termoplástica (20) a un sustrato de fibra (22) para formar una preforma resistente a la erosión (14);
colocar la preforma resistente a la erosión (14) en un molde de manera que la película se coloca directamente contra la superficie del molde;
colocar al menos una capa de fibra de refuerzo en el molde y en la parte superior de la preforma; impregnar la capa de fibra de refuerzo con una resina curable para formar un cuerpo compuesto no curado; y
curar la resina para formar un cuerpo de carenado (12) a partir del cuerpo compuesto sin curar, de modo que la resina impregna el sustrato de fibra y forma una matriz de resina continua entre la preforma (14) y la capa de fibra de refuerzo para fijar la preforma al cuerpo de carenado (12).
10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la etapa de fusionar la película termoplástica (20) al sustrato de fibra (22) comprende calentar la película termoplástica (20) y el sustrato de fibra a una temperatura de al menos 60 °C, más preferentemente entre 60 °C y 150 °C, y presionándolos juntos.
11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la etapa de fusionar la película termoplástica (20) al sustrato de fibra (22) comprende extrudir o fundir la película termoplástica (20) directamente sobre el sustrato de fibra (22).
12. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la película termoplástica (20) se calienta por encima de su temperatura de reblandecimiento Vicat antes de que la resina alcance su viscosidad mínima.
13. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la película termoplástica (20) comprende un poliuretano alifático.
14. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende además: aplicar una textura superficial a una superficie externa de la película termoplástica (20) antes del paso de colocar la preforma en el molde.
ES14749968T 2013-08-01 2014-07-30 Carenado aerodinámico resistente a la erosión Active ES2808552T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1313779.9A GB201313779D0 (en) 2013-08-01 2013-08-01 Erosion resistant aerodynamic fairing
PCT/GB2014/052337 WO2015015202A1 (en) 2013-08-01 2014-07-30 Erosion resistant aerodynamic fairing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2808552T3 true ES2808552T3 (es) 2021-03-01

Family

ID=49223995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14749968T Active ES2808552T3 (es) 2013-08-01 2014-07-30 Carenado aerodinámico resistente a la erosión

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10240578B2 (es)
EP (1) EP3027385B1 (es)
CN (1) CN105934327B (es)
BR (1) BR112016002116B1 (es)
CA (1) CA2919751C (es)
DK (1) DK3027385T3 (es)
ES (1) ES2808552T3 (es)
GB (1) GB201313779D0 (es)
WO (1) WO2015015202A1 (es)

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015075014A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-28 Lm Wp Patent Holding A/S A system and method for manufacturing a wind turbine blade component
DK201570881A1 (da) * 2015-05-26 2017-01-30 Blade Repair Solutions Ivs Fremgangsmåde til etablering af erosionsbestandig overfladedel på en vindmøllevinge, fremgangsmåde til dannelse af en erosionsbestandig belægning, vindmøllevinge med eftermonteret belægning i og omkring områder hvor vingen er særligt udsat for erosionsskader, belægning til montering på en vindmøllevinges forkant.
JP6421078B2 (ja) * 2015-05-28 2018-11-07 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー／エス 風車翼及び風力発電装置、並びに風車翼の製造又は改造方法
US9897065B2 (en) 2015-06-29 2018-02-20 General Electric Company Modular wind turbine rotor blades and methods of assembling same
US10337490B2 (en) 2015-06-29 2019-07-02 General Electric Company Structural component for a modular rotor blade
US10072632B2 (en) 2015-06-30 2018-09-11 General Electric Company Spar cap for a wind turbine rotor blade formed from pre-cured laminate plates of varying thicknesses
US10077758B2 (en) 2015-06-30 2018-09-18 General Electric Company Corrugated pre-cured laminate plates for use within wind turbine rotor blades
PL3325255T3 (pl) * 2015-07-17 2020-06-01 Lm Wind Power International Technology Ii Aps Łopata turbiny wiatrowej z miejscami kotwiczenia
WO2017012632A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-26 Lm Wp Patent Holding A/S A wind turbine blade having an erosion shield
US9970304B2 (en) 2015-07-22 2018-05-15 General Electric Company Rotor blade root assembly for a wind turbine
US10060411B2 (en) 2015-07-22 2018-08-28 General Electric Company Rotor blade root assembly for a wind turbine
US10071532B2 (en) 2015-08-26 2018-09-11 General Electric Company Rotor blades having thermoplastic components and methods of assembling same
US10113531B2 (en) 2015-08-26 2018-10-30 General Electric Company Methods for repairing wind turbine rotor blades
US10253752B2 (en) 2015-08-26 2019-04-09 General Electric Company Rotor blade components formed from dissimilar thermoplastics and methods of assembling same
US10830205B2 (en) 2015-08-26 2020-11-10 General Electric Company Rotor blades having thermoplastic components and methods of assembling same
US10473086B2 (en) 2015-08-26 2019-11-12 General Electric Company Erosion resistant leading edge cap for a wind turbine rotor blade
US10533533B2 (en) 2015-08-26 2020-01-14 General Electric Company Modular wind turbine rotor blade constructed of multiple resin systems
US10584678B2 (en) 2015-09-01 2020-03-10 General Electric Company Shear web for a wind turbine rotor blade
US10422315B2 (en) 2015-09-01 2019-09-24 General Electric Company Pultruded components for a shear web of a wind turbine rotor blade
US10533534B2 (en) 2015-09-09 2020-01-14 General Electric Company Composite layers for bonding components of a wind turbine rotor blade
US10197041B2 (en) 2015-09-14 2019-02-05 General Electric Company Methods for joining surface features to wind turbine rotor blades
US11125205B2 (en) 2015-09-14 2021-09-21 General Electric Company Systems and methods for joining blade components of rotor blades
US10138867B2 (en) 2015-09-14 2018-11-27 General Electric Company Methods for assembling rotor blades
US10151297B2 (en) 2015-09-14 2018-12-11 General Electric Company Methods for joining shear clips in wind turbine rotor blades
US10161381B2 (en) 2015-09-14 2018-12-25 General Electric Company Rotor blades having thermoplastic components and methods for joining rotor blade components
US10240577B2 (en) * 2015-09-22 2019-03-26 General Electric Company Thermoplastic airflow modifying elements for wind turbine rotor blades
US9981433B2 (en) 2015-09-23 2018-05-29 General Electric Company Methods for modifying wind turbine blade molds
US10107257B2 (en) 2015-09-23 2018-10-23 General Electric Company Wind turbine rotor blade components formed from pultruded hybrid-resin fiber-reinforced composites
US10213994B2 (en) 2015-09-23 2019-02-26 General Electric Company Methods for manufacturing spar caps for wind turbine rotor blades using thermoplastic-based composite plates
US10113532B2 (en) 2015-10-23 2018-10-30 General Electric Company Pre-cured composites for rotor blade components
US10316818B2 (en) 2016-03-21 2019-06-11 General Electric Company Thermoset component having a weldable thermoplastic interface
DE102016206661A1 (de) * 2016-04-20 2017-10-26 Innogy Se Verfahren zur Ertüchtigung von Rotorblättern bestehender Windkraftanlagen
US10422316B2 (en) 2016-08-30 2019-09-24 General Electric Company Pre-cured rotor blade components having areas of variable stiffness
ES2947298T3 (es) 2016-12-20 2023-08-04 Bladerobots As Métodos y sistemas para reparar palas de turbinas eólicas
US11572861B2 (en) 2017-01-31 2023-02-07 General Electric Company Method for forming a rotor blade for a wind turbine
US11098691B2 (en) 2017-02-03 2021-08-24 General Electric Company Methods for manufacturing wind turbine rotor blades and components thereof
US10830206B2 (en) 2017-02-03 2020-11-10 General Electric Company Methods for manufacturing wind turbine rotor blades and components thereof
EP3357953A1 (en) 2017-02-06 2018-08-08 Nitto Denko Corporation Composition and method for prevention of leading edge erosion in wind turbines
US10641240B2 (en) 2017-02-21 2020-05-05 General Electric Company Methods of joining rotor blade components using thermoplastic welding
DK179701B1 (en) * 2017-09-06 2019-04-02 Blade Repair Solutions Ivs A method for reinforcing a wind turbine blade
US10961982B2 (en) 2017-11-07 2021-03-30 General Electric Company Method of joining blade sections using thermoplastics
US11040503B2 (en) 2017-11-21 2021-06-22 General Electric Company Apparatus for manufacturing composite airfoils
US11390013B2 (en) 2017-11-21 2022-07-19 General Electric Company Vacuum forming mold assembly and associated methods
US10913216B2 (en) 2017-11-21 2021-02-09 General Electric Company Methods for manufacturing wind turbine rotor blade panels having printed grid structures
EP3486432A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-22 Ansaldo Energia Switzerland AG Blade and method for manufacturing the same
US10920745B2 (en) 2017-11-21 2021-02-16 General Electric Company Wind turbine rotor blade components and methods of manufacturing the same
US10773464B2 (en) 2017-11-21 2020-09-15 General Electric Company Method for manufacturing composite airfoils
US10865769B2 (en) 2017-11-21 2020-12-15 General Electric Company Methods for manufacturing wind turbine rotor blade panels having printed grid structures
US11668275B2 (en) 2017-11-21 2023-06-06 General Electric Company Methods for manufacturing an outer skin of a rotor blade
US10821652B2 (en) 2017-11-21 2020-11-03 General Electric Company Vacuum forming mold assembly and method for creating a vacuum forming mold assembly
US11248582B2 (en) 2017-11-21 2022-02-15 General Electric Company Multiple material combinations for printed reinforcement structures of rotor blades
US10821696B2 (en) 2018-03-26 2020-11-03 General Electric Company Methods for manufacturing flatback airfoils for wind turbine rotor blades
US11035339B2 (en) 2018-03-26 2021-06-15 General Electric Company Shear web assembly interconnected with additive manufactured components
WO2020231828A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-19 Blade Dynamics Limited Longitudinal edge extension
US20210094246A1 (en) * 2019-09-30 2021-04-01 The Boeing Company Method and apparatus for fabrication of composite tooling
US11981839B2 (en) 2019-09-30 2024-05-14 The Boeing Company Method and apparatus for fabrication of composite tooling
US11713137B2 (en) 2019-10-25 2023-08-01 Goodrich Corporation Extruded elastomeric surface or erosion plys
EP3822478A1 (en) * 2019-11-15 2021-05-19 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Shell of a wind turbine blade
EP3848574A1 (de) * 2020-01-09 2021-07-14 Wobben Properties GmbH Verfahren zum herstellen eines windenergieanlagen-rotorblattes
CN111231369B (zh) * 2020-02-18 2022-11-01 中材科技风电叶片股份有限公司 防护壳体及其制备方法、风电叶片的制造方法
WO2022214428A1 (en) * 2021-04-09 2022-10-13 Lm Wind Power A/S A wind turbine blade with a fairing
EP4071350A1 (en) * 2021-04-09 2022-10-12 LM Wind Power A/S A wind turbine blade with a fairing

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1034738A (en) * 1963-05-09 1966-07-06 Reinforced Plastics Ltd Improved method of bonding together thermo-plastic and thermo-setting materials
NL9400274A (nl) * 1994-02-23 1995-10-02 Adriaan Hubertus Joh Wijngaart Plaatvormig materiaal.
FR2817192B1 (fr) * 2000-11-28 2003-08-08 Snecma Moteurs Ensemble forme par au moins une pale et une plate-forme de fixation de la pale, pour une turbomachine, et procede pour sa fabrication
US20090143511A1 (en) 2004-07-13 2009-06-04 Hitachi Chemical Co., Ltd. Encapsulated epoxy-resin molding compound, and electronic component device
GB0417634D0 (en) * 2004-08-09 2004-09-08 Structural Polymer Systems Ltd Mould
DE102005008252B4 (de) * 2005-02-21 2014-03-20 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauelements
DE102006002198B4 (de) 2006-01-16 2011-04-28 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Bauelements
GB0805713D0 (en) * 2008-03-28 2008-04-30 Blade Dynamics Ltd A wind turbine blade
US8961142B2 (en) 2009-04-10 2015-02-24 Xemc Darwind B.V. Protected wind turbine blade, a method of manufacturing it and a wind turbine
CN201786551U (zh) 2009-12-30 2011-04-06 力仓风力设备(上海)有限公司 风力发电机叶片前缘保护套
US20110194941A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 United Technologies Corporation Co-cured sheath for composite blade
DK2615304T3 (en) 2011-01-26 2015-09-14 Fujikura Rubber Ltd Wing and protective laminated foil foil

Also Published As

Publication number Publication date
EP3027385A1 (en) 2016-06-08
GB201313779D0 (en) 2013-09-18
US10240578B2 (en) 2019-03-26
WO2015015202A1 (en) 2015-02-05
CA2919751A1 (en) 2015-02-05
US20160215757A1 (en) 2016-07-28
BR112016002116A2 (pt) 2017-08-01
EP3027385B1 (en) 2020-04-29
DK3027385T3 (da) 2020-08-03
CN105934327B (zh) 2019-03-19
CN105934327A (zh) 2016-09-07
BR112016002116B1 (pt) 2021-09-28
CA2919751C (en) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2808552T3 (es) Carenado aerodinámico resistente a la erosión
EP2497943B1 (en) Wind turbine blade with an improved surface
ES2747767T3 (es) Un método para fabricar una red de cizallamiento utilizando una brida de pie de red preformada
ES2728273T3 (es) Pala de turbina eólica que comprende una carcasa de pala aerodinámica con rebaje y cordón de larguero prefabricado
CN105283303B (zh) 风力涡轮机叶片修复方法
CA2854384C (en) Wind turbine blade with extended shell section
ES2832613T3 (es) Perfil alar compuesto
KR101315841B1 (ko) 날개체 및 그 날개체의 적층보호시트
TWI551778B (zh) 風力渦輪機之轉子葉片元件、轉子葉片及其製造方法與具有轉子葉片之風力渦輪機
CA2884412C (en) Composite fiber component and rotor blade
ES2734572T3 (es) Un método de unión para carcasas de pala de turbina eólica
US11396154B2 (en) Modular wind turbine blade and associated method of manufacture
JP5675673B2 (ja) 繊維強化プラスチック発熱体および該発熱体を備えた風力発電装置
ES2900974T3 (es) Palas de turbina eólica y procedimientos de fabricación relacionados
US11371483B2 (en) Method of manufacturing a shell of a wind turbine blade having improved leading edge erosion protection, method for manufacturing the wind turbine blade, shell, wind turbine blade and wind turbine
JP2024523701A (ja) 電熱システムを有する風力タービンブレード
BR102015019361A2 (pt) Method and longarina layer for a wind turbine pan