ES2893408T3 - Método y dispositivo para fabricar una pieza hueca hecha de un material compuesto y pala de turbina producida por este método - Google Patents

Abstract

La pala de la turbina hueca (100), en particular una pala de generador de corriente de marea, que se hace de un material compuesto reforzado con fibra continua y que comprende un ala (110) y una raíz de la pala (130) que tiene una brida metálica (140) para conectar dicha pala a un rotor, dicha brida (140) que se conecta a la raíz de la pala durante el moldeo de dicha pala, y la brida que tiene una brida frontal (241) que tiene la forma de un tubo escalonado (2412) y comprende la interfaz con un rotor y una brida trasera (242) que tiene forma de anillo (2411), caracterizado porque la pala comprende un conector de raíz de la pala (232) el cual consiste de un material compuesto reforzado con fibra continua envuelto alrededor del tubo de la brida frontal y que comprende una extensión radial (231) intercalada axialmente entre la brida frontal y la brida trasera.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para fabricar una pieza hueca hecha de un material compuesto y pala de turbina producida por este método

La invención se refiere a un método y un dispositivo para fabricar una pieza hueca hecha de material compuesto y a una pala de turbina obtenida por un método de este tipo. La invención se destina más particularmente, pero no exclusivamente, a fabricar una pala de turbina para una turbina accionada por las olas o un generador de corriente de marea.

La producción de una pala de turbina hecha de material compuesto, en particular para un generador de corriente de marea, permite reducir considerablemente el peso y la inercia de la turbina que comprende una pala de este tipo, y así, en particular, producir energía en la presencia de corrientes marinas bajas. En la técnica anterior, una pala de generador de corriente de marea hecha de material compuesto comprende un ala que se extiende radialmente entre el radio interior y el radio exterior de la pala, y, en sección, entre el borde delantero y el borde trasero. Una zona de acoplamiento, situada más abajo del radio interior del ala, permite acoplar la pala a una brida, generalmente metálica, que produce así la raíz de la pala para la sujeción de dicha pala al rotor de la turbina. En la técnica anterior, la brida metálica se ensambla a la zona de acoplamiento mediante tornillos, y esto implica realizar perforaciones en el material compuesto que forma la pala para conectar las dos piezas mediante el uso de sujetadores metálicos. Durante la operación de la turbina, las paredes de dichas perforaciones se someten a una carga de embotamiento por parte de los sujetadores, siendo este tipo de carga particularmente severa para un material compuesto reforzado con fibras. Así, el dimensionamiento de esta zona de acoplamiento y la conexión de la misma al ala se convierte en un parámetro predominante en el dimensionamiento de la pala, y en general conduce a un aumento de la masa de la misma, lo que resta rendimiento del generador de corriente de marea que comprende una pala de este tipo.

El documento US 2015/0354541 describe un método para producir la raíz de la pala hecha de material compuesto, en el que la parte metálica cilíndrica de la raíz de la pala comprende ranuras o canales longitudinales que se extienden sustancialmente paralelos al eje de revolución del cilindro. Durante la producción de la raíz de la pala, las fibras se enrollan en esta parte metálica acanalada, mientras que las mallas de fibra se colocan en el suelo del canal. La totalidad del laminado se impregna subsecuentemente con resina para formar el material compuesto. Esta modalidad permite transmitir fuerzas de cizallamiento/torsión entre la raíz de la pala y la pala, pero no proporciona ninguna resistencia a las fuerzas de tracción resultantes, por ejemplo, de las fuerzas centrífugas asociadas con la rotación de la pala.

El documento DE 3738216 describe una modalidad de una raíz de la pala para una pala hecha de material compuesto. La raíz de la pala comprende un inserto metálico de forma cónica que comprende un hombro o una forma de cono invertido en el extremo distal del mismo. El extremo interior de la pala, en el lado del rotor de la turbina, coincide con el perfil exterior de este inserto. Una capa de laminado se enrolla alrededor de este extremo para darle una forma cónica simple, sin hombro ni forma de doble cono, y se acopla de manera giratoria con el mismo mediante una clavija o un pasador radial. Este ensamble se inserta en un receptáculo del rotor.

El documento US 4 269 332 describe una modalidad de una raíz de la pala de una pala formada de material compuesto hecho de embobinado de filamentos. La pala comprende un mástil en forma de D de sección hueca que se extiende a lo largo del borde delantero de la pala y un núcleo hecho de espuma de poliuretano, alrededor de los cuales se produce el perfil aerodinámico mediante el embobinado de filamentos. El mástil proporciona la rigidez de la pala en general y la conexión de la misma a la raíz de la pala. Dicha raíz de la pala comprende un inserto metálico cónico que comprende ranuras circunferenciales. El mástil de refuerzo coincide con la forma de dichas ranuras en el inserto, y se enrolla un anillo compuesto laminado a su alrededor para mantenerlo en dichas ranuras circunferenciales. En otra modalidad, una pieza metálica, atornillada al inserto, cubre la porción del mástil que se extiende sobre dicho inserto. Esta modalidad, por medio del embobinado de filamentos, es compleja de implementar en una pala grande.

Aún de acuerdo con la técnica anterior, excepto cuando el ala se produce enteramente mediante el embobinado de filamentos, el ala de la pala se produce ensamblando dos medias palas, una correspondiente a la superficie inferior y la otra a la superficie superior. La unión entre las dos partes, en particular en el borde delantero, debe ser suave, y esto implica una alta precisión de producción o ajustes subsecuentes, que repercuten en el costo de producción. La invención tiene como objetivo superar los inconvenientes de la técnica anterior, y para este propósito se refiere a una pala de turbina hueca de acuerdo con la reivindicación 1, en particular una pala de generador de corriente de marea, que se hace de un material compuesto reforzado con fibra continua y que comprende un ala y una raíz de pala que tiene una brida metálica para conectar dicha pala a un rotor, en la que dicha brida se conecta a la raíz de la pala durante el moldeo de dicha pala, y la brida tiene una brida frontal que tiene forma de un tubo escalonado y una brida trasera que tiene forma de un anillo, y en la que la pala comprende un conector de raíz de la pala el cual consiste de un material compuesto reforzado con fibra continua envuelto alrededor del tubo de la brida frontal y que comprende una extensión radial intercalada axialmente entre la brida frontal y la brida trasera.

Así, la raíz de la pala solo forma una parte con el ala de la pala y no requiere ninguna operación de ensamble o paso de perforación o sujeción para conectar firmemente la brida a la pala. Se reduce el peso de la pala, al igual que el coste de fabricación de la misma. La extensión radial, intercalada entre las dos partes de la brida, proporciona una alta resistencia a las fuerzas axiales, en particular a las fuerzas centrífugas, y a las tensiones de flexión a las que se somete la pala, más particularmente la raíz de la pala, y permite que estas fuerzas se absorban por todo el grosor del material compuesto.

La invención se implementa ventajosamente de acuerdo con las modalidades y variantes expuestas a continuación, que deben considerarse individualmente o en cualquier combinación técnicamente funcional.

Ventajosamente, el refuerzo de fibra de la raíz de la pala es una tela no tejida de fibras de alto rendimiento. El uso de una tela no tejida o “sin rízado"(NCF) permite obtener un alto nivel de fibras en la zona de acoplamiento, manteniéndose las fibras alineadas con las tensiones, mientras que permite un fácil tendido alrededor de la brida. Ventajosamente, los refuerzos de fibra de las superficies superior e inferior del ala se acoplan en una unión biselada fuera del borde delantero. Esta modalidad implica la producción simultánea de la totalidad de la pala sin ningún ensamble, y permite obtener superficies hidrodinámicas adecuadas directamente tras el moldeo.

Ventajosamente, la pala de acuerdo con la invención comprende una zona de acoplamiento gradual que se ensancha hacia el radio exterior de la pala entre la raíz y el ala de dicha pala en el lado del borde trasero. Así, por un lado, el flujo de fuerza entre el ala y la raíz de la pala se concentra gradualmente en la sección de la pala, lo que asegura una carga distribuida por todo el grosor de la laminación y en todas las capas, y además, este acoplamiento gradual asegura una impregnación y penetración uniformes de la resina en esta zona de alto grosor durante la operación de moldeo.

En una modalidad particular, la pala de acuerdo con la invención comprende un perfil de refuerzo que se extiende por el interior de dicha pala entre las caras interiores de las superficies superior e inferior del ala. Esta modalidad permite que la pala resista fuerzas superiores sin deformarse.

También se describe un equipo para producir una pala hueca, dicho equipo que comprende:

u. una primera media cubierta que comprende un molde de una cara de la pala hueca;

v. una segunda media cubierta que comprende un molde de la otra cara de la pala hueca;

w. medios para unir herméticamente las dos medias cubiertas para formar una cavidad de moldeo en forma de pala hueca;

x. un núcleo que reproduce la forma interna de la pala hueca en forma de globo inflable adecuado para insertarse en la cavidad de moldeo;

y. medios para evacuar la cavidad de moldeo;

t. medios para posicionar la brida de la raíz de la pala que se extiende entre las dos medias cubiertas y los medios para unir herméticamente dicha brida a las dos medias cubiertas;

Un equipo de este tipo permite producir las dos caras de la pala hueca en una sola operación de moldeo e integrar el ala, la brida y la raíz de la pala en una pieza única.

En una modalidad particular, el núcleo comprende dos globos inflables individualmente. El núcleo se segmenta así en varios globos, que son más fáciles de producir e introducir en la cavidad del molde, particularmente cuando la pieza producida es muy grande.

Ventajosamente, el núcleo inflable comprende varios compartimentos inflables individualmente.

En una modalidad particular, el núcleo inflable comprende un recipiente interior y un recipiente exterior y medios para controlar la presión en el recipiente interior y en el espacio entre el recipiente interior y el recipiente exterior. Así, mediante el control de las presiones de inflado, se adapta la rigidez y la flexibilidad de dicho núcleo en función de las etapas del proceso implementado por medio de un equipo de este tipo. Esta característica se aplica ventajosamente a uno o todos los globos cuando el núcleo se segmenta de acuerdo con la modalidad particular anterior.

En una variante mejorada de esta última modalidad, el núcleo comprende una zona para sujetar un perfil de refuerzo.

En algunas modalidades, el núcleo comprende uno o más compartimentos llenos al menos en parte con una espuma de célula abierta o una espuma de célula cerrada. Estas modalidades permiten ajustar la presión aplicada a la preforma durante las operaciones de inyección, curado o compactación/consolidación, en dependencia de la modalidad del método, manteniendo al mismo tiempo una cierta flexibilidad y adaptabilidad de la forma del núcleo a la forma de la cavidad de moldeo. Una espuma de célula abierta se infla mediante la inyección de un fluido gaseoso o líquido presurizado en dicha espuma; una espuma de célula cerrada es impermeable.

En una modalidad particular, el equipo es adecuado para implementar un proceso para transferir resina a una preforma seca y comprende medios para añadir resina a la cavidad de moldeo. La producción de la pala de acuerdo con la invención a partir de preformas secas permite obtener un material compuesto que tiene un alto nivel de refuerzo.

Ventajosamente, el equipo comprende:

z. una cuña inclinada que descansa sobre la superficie que forma la línea divisoria del ensamble de una de las medias cubiertas con la otra media cubierta y en una carcasa de la otra media cubierta, dicha carcasa que comprende una superficie biselada que coopera con dicha cuña inclinada para presionar las fibras de una preforma seca sobre el núcleo cuando las dos medias cubiertas se juntan para cerrar la cavidad de moldeo.

La cuña inclinada que actúa en la línea divisoria permite obtener, tras moldear, una forma perfecta del acoplamiento entre las dos partes de la pala, en particular en el borde delantero.

La invención también se refiere a un método de acuerdo con la reivindicación 6 para fabricar una pala hueca.

El tendido de las dos caras de la forma hueca se produce sobre la misma media cubierta, lo que permite en particular acoplar las dos preformas fuera de la línea divisoria y sin ensamble. La brida se integra en la raíz de la pala durante el moldeo, y forma un ensamble con dicha raíz de la pala y el ala de la pala.

Ventajosamente, el método de acuerdo con la invención comprende, antes de la etapa i), una etapa de producción de una preforma de la raíz de la pala que integra las bridas frontal y trasera, etapa i) que implica colocar la preforma de la raíz de la pala así obtenida al extremo de la media cubierta sobre la que se tiende la preforma en la etapa ii). En otra variante, ya que se monta la brida en el equipo durante la etapa i), la primera etapa de tendido ii) comprende una etapa de tendido de las capas del ala de la pala seguida de una etapa de tendido de las capas situadas en la pata débil.

Ventajosamente, la superficie inferior del ala de la pala se tiende durante la etapa ii) del método de acuerdo con la invención, sobre una superficie mayor que la huella de la correspondiente media cubierta, y el acoplamiento entre la superficie inferior y la superficie superior del ala de la pala se produce mediante una unión biselada colocada en la huella de la segunda media cubierta y en el núcleo, a una distancia de la línea divisoria del ensamble de las dos medias cubiertas. Esta modalidad permite obtener un borde delantero del ala de la pala conforme al perfil hidrodinámico deseado, directamente tras moldear.

Ventajosamente, las capas de las preformas del ala de la pala, tendidas durante las etapas ii) y iv), consisten en fibras de vidrio continuas, y las capas correspondientes a la preforma de la raíz de la pala consisten en una tela no tejida de fibra de carbono. La producción de la raíz de la pala a partir de fibras de alto rendimiento es por resistencia mecánica. Además, en el caso de una modalidad de la pala a partir de fibras secas, la diferencia de permeabilidad entre los dos tipos de laminados permite promover el flujo de resina hacia la tela no tejida durante el proceso de impregnación por transferencia de resina y obtener una completa penetración de la resina en la zona de alto grosor intercalada entre la brida frontal y la brida trasera en ausencia de un arreglo de drenaje entre dichas bridas.

Ventajosamente, el método de acuerdo con la invención usa un equipo que comprende un núcleo inflable que comprende un recipiente interior y un recipiente exterior y comprende, después de la etapa iv), las etapas de:

v. cerrar el molde mediante la unión de las dos medias cubiertas;

vi. evacuar la cavidad de moldeo que se encuentra entre las dos medias cubiertas y comprende las preformas, en donde la presión se controla en un recipiente interior y en el espacio entre el recipiente interior y un recipiente exterior del núcleo durante las etapas v) y vi) para controlar el grosor de la preforma durante operaciones subsecuentes.

Así, la rigidez del núcleo se adapta según sea necesario en función de la etapa de impregnación o polimerización de la resina.

En una modalidad particular, el inflado del recipiente exterior o del recipiente interior del núcleo se logra mediante la inyección de espuma expandible en dicho recipiente.

En una modalidad del método de acuerdo con la invención, las capas tendidas son fibras preimpregnadas con un polímero; esta modalidad es la más económica.

En otra modalidad del método de acuerdo con la invención, las operaciones de tendido de las preformas se llevan a cabo mediante el uso de capas de fibras secas, y comprende, después de la etapa vi), una etapa de:

vii. transferir la resina a las preformas.

Esta modalidad permite obtener mayores niveles de refuerzo en el material compuesto que forma la pala.

En la última modalidad, el método de acuerdo con la invención comprende una etapa de cosido de las preformas secas juntas.

La invención se expone a continuación de acuerdo con las modalidades preferidas de la misma, que no son en modo alguno limitativas, con referencia a las Figuras de la 1 a la 11, en las que:

- La Figura 1 es una vista en perspectiva de una modalidad de una pala de generador de corriente de marea de acuerdo con la invención;

- La Figura 2 ilustra, en vistas en perspectiva, las diferentes etapas de una modalidad de la preforma que forma la raíz de la pala: La Figura 2A muestra una modalidad de la brida frontal de la raíz de la pala, la Figura 2B muestra la instalación de esta brida frontal en el equipo con vistas a llevar a cabo el tendido, la Figura 2C ilustra el tendido de la preforma mediante capas embobinadas, y la Figura 2D representa la preforma de la raíz de la pala terminada con la brida trasera;

- La Figura 3 representa, en una vista en perspectiva despiezada, una modalidad del equipo descrito en una configuración adecuada para producir una pala de turbina;

- La Figura 4 es una vista a lo largo de F, como se define en la Figura 3, que muestra una modalidad de los medios para posicionar la raíz de la pala en el equipo de la Figura 3;

- La Figura 5 ilustra, por medio de un diagrama de flujo y una serie de vistas en perspectiva, el método para producir una pala de acuerdo con la invención mediante el uso del equipo de la Figura 3;

- La Figura 6 es una vista a lo largo de una sección AA, como se define en la Figura 5, de la preforma de la pala de acuerdo con la invención en el equipo;

- La Figura 7 es una vista en perspectiva parcial de la zona de acoplamiento entre la raíz y el ala de la pala de acuerdo con la invención;

- La Figura 8 ilustra, por medio de un diagrama de flujo y una serie de vistas en perspectiva, una variante del método para producir una pala de acuerdo con la invención;

- La Figura 9 es una vista en sección parcial a lo largo de BB como se define en la Figura 1, de una modalidad de una pala que comprende un perfil de refuerzo interno;

- La Figura 10 representa, en una vista en perspectiva, una modalidad del equipo de acuerdo con la invención adecuado para producir la pala mostrada en la Figura 9; y

- La Figura 11 muestra, en una vista en perspectiva, una variante del núcleo mostrado en la Figura 10, en la que el núcleo se forma mediante varios globos.

En la Figura 1, de acuerdo con una modalidad, la pala de generador de corriente de marea (100) de acuerdo con la invención comprende una superficie superior (110) y una superficie inferior (120) que forman el ala de la pala y se extienden radialmente entre el radio inferior (101) y el radio exterior (102) de la pala. En la sección, el perfil aerodinámico se extiende entre el borde trasero (112) y el borde delantero (111). La pala de acuerdo con la invención comprende una raíz de pala (130), que incorpora una brida metálica (140) para el acoplamiento de dicha pala al rotor de un generador de corriente de marea. Por medio de un ejemplo no limitativo, el radio exterior es de entre 3 metros y 20 metros en dependencia de las aplicaciones objetivo, excepcionalmente entre 30 metros y 40 metros, y comúnmente entre 5 metros y 10 metros.

En la Figura 7, la pala de acuerdo con la invención comprende ventajosamente una zona de acoplamiento gradual (712), que se ensancha hacia el radio exterior de la pala, entre la raíz y el ala de dicha pala en el lado del borde trasero (112).

En la Figura 2, de acuerdo con una modalidad del método de acuerdo con la invención, la preforma de la raíz de la pala se obtiene mediante el tendido de una tela no tejida sobre la brida. En la Figura 2A, de acuerdo con una modalidad, la brida comprende una brida (241), denominada brida frontal, que comprende una porción cilíndrica (2412) y un hombro con un acoplamiento gradual (2413) hacia un anillo (2412) adaptado para montarse en el rotor del generador de corriente de marea. Por medio de un ejemplo no limitativo, la brida se hace de un material metálico resistente a la corrosión en el medio en el que se pretende que opere la pala, tal como acero inoxidable o una aleación de titanio. El diámetro de la brida es de aproximadamente 2 metros o incluso más.

En la Figura 2B, para producir la preforma de la raíz de la pala, la brida frontal se instala en un mandril (250) que permite que se accione en rotación. En una modalidad, en la Figura 2C, una tela no tejida (260) de fibras de carbono se enrolla en el mandril (250) y en la brida frontal (241), que comienza desde el mandril (250) y que continua hacia el anillo (2411) y viceversa hasta obtener el grosor deseado de la preforma. En una modalidad, las fibras depositadas son fibras secas, en otras palabras, fibras impregnadas con menos del 5 % de polímero. El bajo contenido en polímero permite estabilizar la preforma y que ésta retenga la forma que se le dio durante el tendido cuando se manipula con cuidado. Por medio de un ejemplo no limitativo, la tela no tejida enrollada en el mandril y la brida frontal es un cuadriaxial de fibras de carbono sobre un grosor de 20 capas. En otra modalidad, las fibras se depositan en forma de una tela no tejida preimpregnada con un polímero termoendurecible.

En la Figura 2D, en el extremo del tendido, la preforma (230) de la raíz de la pala se extiende en la parte (232) sobre la parte cilíndrica (2412) de la brida frontal, que se extiende hasta el anillo de dicha brida. La brida trasera (242) se enrosca sobre la preforma y, con el anillo (2411) de la brida frontal, intercalada la parte (231) de dicha preforma que se extiende radialmente. En una modalidad particular (no mostrada), la brida trasera comprende dos medias bridas para enroscarse sobre la preforma sin dañarla. Se retira el mandril (250). Así, la preforma de la raíz de la pala comprende la brida de sujeción. En una modalidad particular, se perfora una serie de orificios (270) a través de las dos bridas y la preforma de fibra, para facilitar el posicionamiento, y mantener en posición, el ensamble en el equipo de moldeo.

En la Figura 3, la pala de acuerdo con la invención se produce en un equipo específico para transferir la resina y/o curar las preformas correspondientes a las dos caras del ala de la misma, así como también la preforma correspondiente a la raíz de la pala durante la misma operación, en dependencia de si las preformas se hacen de capas secas o de capas preimpregnadas. Dicho equipo comprende dos medias cubiertas (311, 312) y medios (no mostrados) para ensamblar herméticamente las dos medias cubiertas a lo largo de una superficie (315) denominada línea divisoria. Cada media cubierta tiene una huella (320) que reproduce parte de la forma de la pala, de tal manera que las huellas de las dos medias cubiertas, una vez ensambladas, definen una cavidad denominada cavidad de moldeo, las paredes de las cuales reproducen la forma de la pala. A manera de ejemplo, la huella (320) en la primera media cubierta (311) reproduce la forma de la superficie inferior de la pala, mientras que la huella en la segunda media cubierta (312) reproduce la forma de la superficie superior de dicha pala.

En la Figura 4, cada una de las medias cubiertas comprende arreglos (430) y en particular medios de sellado (no mostrados) para posicionar y mantener en posición la preforma de la raíz de la pala, en particular por medio de las bridas de dicha raíz de la pala, que así forman parte del equipo.

Volviendo a la Figura 3, para una modalidad del método de acuerdo con la invención a partir de preformas secas, al menos una de las medias cubiertas comprende medios de adición de resina (360) para impregnar dicha preforma seca. Los medios (365) permiten la evacuación de la cavidad de moldeo una vez ensambladas las dos medias cubiertas (311, 312) y sellada la cavidad, para llevar a cabo la impregnación de la preforma seca o el curado a presión de una preforma hecha de capas preimpregnadas.

En variantes de modalidades (no mostradas), el equipo comprende medios de calentamiento independientes, por ejemplo en forma de canales de circulación de aceite, resistencias eléctricas o inductores.

En una modalidad ventajosa (no mostrada), al menos una de las huellas comprende eyectores para facilitar el desmoldeo de la pala.

En la Figura 5, en una primera etapa de tendido (510) del método de acuerdo con la invención aplicado a la producción de una pala de generador de corriente de marea, la preforma (230) de la raíz de la pala se instala en una de las medias cubiertas del equipo, por ejemplo, la media cubierta (311) correspondiente a la superficie inferior de la pala, la preforma (515) correspondiente a esta parte de la pala se tiende directamente sobre la media cubierta (311). En una modalidad, dicho tendido comprende depositar manualmente refuerzos de vidrio multiaxiales continuos en forma de telas secas o preimpregnadas o no tejidas. Por ejemplo, la laminación comprende 35 capas de una tela no tejida de fibra de vidrio triaxial. En esta modalidad, el tendido de la superficie inferior se lleva a cabo sobre una superficie mayor que la superficie de la huella para permitir el acoplamiento a la preforma de la superficie superior fuera del borde delantero del ala. Durante una segunda etapa de tendido (520), la preforma (525) correspondiente al borde trasero del ala se coloca en el equipo. En variantes de modalidades, dicha preforma (525) se tiende directamente en la media cubierta (311) o se tiende fuera del equipo y se instala en el mismo. Durante una etapa (530) de preparación del tercer tendido, se coloca un núcleo (535) en la huella, sobre la preforma (515) tendida durante el primer tendido. En una modalidad, dicho núcleo (535) es un globo o vejiga, insertado a través del orificio en la preforma (230) de la raíz de la pala y entonces inflado. Ventajosamente, el núcleo comprende una línea para facilitar el posicionamiento de las capas sobre dicho núcleo durante la subsecuente operación de tendido. Durante una tercera etapa de tendido (540), la preforma (545) correspondiente a la superficie superior se tiende sobre el núcleo (535).

En una variante de modalidad mediante el uso de preformas secas, las preformas (515, 525, 545) se cosen juntas. Durante una etapa de curado o impregnación (550), la segunda media cubierta (312) se reemplaza sobre la primera media cubierta (311), estando el núcleo todavía dentro de la cavidad de moldeo. El orificio correspondiente a la raíz de la pala se cierra herméticamente para formar una cavidad de moldeo cerrada y sellada entre las dos partes del equipo. Se aspira dicha cavidad de moldeo que comprende las preformas (230, 515, 525, 545) y el núcleo. En variantes de modalidades, el equipo se coloca en un horno, o si dicho equipo comprende medios de calentamiento independientes, estos se accionan para llevar dicho equipo y las preformas a la temperatura adecuada para la impregnación por transferencia, o para la polimerización de la resina que impregna las capas, en dependencia del método de implementación. En variantes de modalidades del método de acuerdo con la invención, la transferencia de resina a las preformas secas se lleva a cabo por infusión o por inyección a presión, siendo la progresión del frente de resina en la preforma paralela o perpendicular a las capas. El uso de un proceso de inyección mediante el uso de medios de inyección de alta capacidad permite la producción de palas en serie a altas velocidades de producción.

Las preformas de fibra se impregnan por transferencia de resina o cuando la modalidad comienza a partir de capas preimpregnadas, el equipo se lleva a la temperatura de curado de la resina y se mantiene a esta temperatura hasta que la resina se polimeriza. Entonces, el equipo se enfría a una temperatura de desmoldeo antes de proceder a separar las dos medias cubiertas y desmoldar la pala. En una modalidad, la resina usada para impregnar y polimerizar las preformas (515, 525, 545, 230) es una resina termoendurecible. En una modalidad, la resina es del tipo éster vinílico, la transferencia se lleva a cabo mediante inyección a 40 °C y la temperatura de curado es de 130 °C.

En la Figura 6, ya que se cierra la cavidad de moldeo y define un volumen constante, el control de la presión en el núcleo inflable permite controlar el grosor y la presión aplicada a la laminación durante estas operaciones. Estas características también son ventajosas en una modalidad a partir de capas preimpregnadas con un polímero termoplástico, para controlar la expansión del polímero durante la fusión del mismo y compactar y consolidar la preforma.

En una modalidad particular mediante el uso de preformas secas, la impregnación por transferencia comprende varias etapas para inyectar diferentes tipos de resina y obtener diferentes propiedades en diferentes secciones o grosores de la pala, en particular para mejorar la resistencia al impacto en la superficie de la pala.

En la Figura 6, siendo el tendido de la superficie inferior más ancho que la huella, el acoplamiento (620) entre la preforma (515) de la superficie inferior y la preforma (545) de la superficie superior se hace en la huella de la segunda media cubierta (312), fuera del borde delantero y por encima de la línea divisoria (315) del molde. Este acoplamiento se produce en una unión biselada (625) sobre una longitud aproximadamente 10 veces el grosor de la laminación. El mismo método de acoplamiento se usa entre la laminación de la preforma (545) de la superficie superior con la preforma (525) del borde trasero, así como también entre esta última y la preforma (515) de la superficie inferior, al igual que en el acoplamiento entre las laminaciones de las preformas (515, 525) que producen el ala con la de la raíz de la pala.

Para presionar correctamente las fibras sobre el núcleo (535) en el borde delantero, se coloca una cuña inclinada (610) en una carcasa (615) de una de las medias cubiertas del equipo, dicha cuña (610) descansando sobre la superficie de la línea divisoria (315) de la otra media cubierta (311) cuando se ensamblan las dos medias cubiertas. La carcasa (615) de la cuña comprende una superficie biselada que coopera con dicha cuña (610) para empujar las fibras de la preforma (515) contra el núcleo (535) en la región del borde delantero de la pala cuando se cierra el equipo. La forma del borde delantero reproduce así el perfil objetivo tras moldear. Este arreglo es ventajoso para producir cualquier pieza moldeada hueca en una única operación de inyección/curado.

En la Figura 8, en una variante del método de acuerdo con la invención, la brida frontal (841) es un anillo simple. Dicha brida frontal se coloca en los medios de sujeción y posicionamiento adecuados de la primera media cubierta (811) del equipo. En una primera etapa de tendido (810), se tiende una primera preforma (815), que corresponde por ejemplo a la superficie inferior de la pala de acuerdo con la invención, sobre la media cubierta (811). En una modalidad, esta etapa de tendido (810) comprende una primera etapa de tendido de las capas de fibra de vidrio del ala de la pala, seguida de una etapa de tendido de la raíz de la pala de fibra de carbono. Durante una segunda etapa de tendido (820), se instala en el equipo la preforma (825) correspondiente al borde trasero del ala. Durante una etapa (830) de preparación del tercer tendido, se coloca un núcleo (835) en la huella de la preforma (815) tendida durante el primer tendido. En una tercera etapa de tendido (840), la preforma (845) correspondiente aquí a la superficie superior de la pala se tiende sobre el núcleo, y la brida trasera (842) se instala en forma de dos medios anillos. A manera de ejemplo no limitativo, la tercera etapa de tendido (840) comprende una primera etapa de tendido de las capas de vidrio correspondientes a la superficie superior, y entonces el tendido de la raíz de la pala con fibras de carbono. A continuación, se cierra entonces el equipo colocando la otra media cubierta sobre la primera y se cierra el orificio del anillo, se aspira la cavidad de moldeo y, en dependencia del método de implementación, se cura la laminación o se transfiere la resina a la preforma para la impregnación, mediante un proceso de infusión o un proceso de inyección, o para curar la preforma en el caso de una modalidad a partir de capas preimpregnadas.

En una variante de modalidad a partir de fibras secas, las preformas (815, 825, 845) se cosen juntas.

Volviendo a la Figura 1, la pala de generador de corriente de marea de acuerdo con la invención es una gran parte, la distancia entre el radio interior (101) y el radio exterior (102) alcanza varios metros, típicamente de 5 a 10 metros. En modalidades, en dependencia de las velocidades de producción objetivo, las operaciones de tendido y posicionamiento de las preformas y la raíz de la pala se llevan a cabo por medios automatizados tales como robots o manipuladores o manualmente por operadores.

Volviendo a las Figuras 5 y 8, el orden de operaciones descrito con referencia a estos dibujos no es limitativo y debe adaptarse en función de la pieza que se produzca, las dimensiones de la misma y las velocidades de producción objetivo. Así, en variantes de modalidades, la preforma (525, 825) correspondiente al borde trasero se tiende o se coloca en el equipo antes de tender la preforma correspondiente a la superficie inferior. Ventajosamente, los sensores, por ejemplo en forma de fibras ópticas o termopares, se integran en la preforma durante el tendido. Los sensores de este tipo permiten, por ejemplo, medir las tensiones mecánicas o térmicas sufridas por la pala de acuerdo con la invención durante su uso o incluso detectar daños.

Independientemente de la modalidad, la rigidez del núcleo se puede controlar ventajosamente en función de las operaciones y sus modalidades. Por ejemplo, cuando las operaciones de tendido de preformas se llevan a cabo mediante el tendido manual, es probable que los operadores que realizan este tendido se muevan sobre el equipo y, en particular, caminen sobre el núcleo (535, 835) durante la tercera etapa (540, 840) para tender la superficie superior de acuerdo con las modalidades descritas anteriormente. Así, en esta modalidad no exclusiva, dicho núcleo (540, 840) debe ser lo suficientemente rígido para soportar el peso de un operador, pero lo suficientemente flexible para adaptarse a la forma de la cavidad de moldeo y ejercer una presión uniforme sobre la parte interna de todas las preformas, para asegurar que se respeten los grosores de las laminaciones.

Volviendo a la Figura 6, el núcleo es ventajosamente inflable y comprende un recipiente interior (635) y un recipiente exterior (636) capaces de inflarse independientemente entre sí. Inflar el recipiente interior (635) le da al núcleo su forma y rigidez aproximadas. Inflar el espacio entre el recipiente exterior (636) y el recipiente interior (635) permite presionar las preformas sobre las paredes de la cavidad de moldeo y adaptarse a la forma precisa de dicha cavidad de moldeo. A manera de ejemplo no limitativo, los recipientes interior y exterior consisten en un elastómero de silicona, que puede reforzarse o no con fibras.

En variantes de modalidades, los medios implementados para inflar el núcleo difieren entre el recipiente interior (635) y el recipiente exterior (636). A manera de ejemplos no limitativos, el recipiente interior o el recipiente exterior se infla mediante una presión de gas, mediante un fluido líquido tal como aceite o agua a presión, o mediante la inyección de una espuma expandible. La espuma expandible es una espuma predominantemente de células cerradas, cuya dureza y resistencia a la compresión se proporcionan por su composición y su método de implementación. Así, en una modalidad, el inflado del espacio entre el recipiente interior y el recipiente exterior permite, durante la producción de la primera pieza, adaptar perfectamente la forma exterior del núcleo a la forma de la cavidad de moldeo bajo una presión de inflado del recipiente interior proporcionado, y por lo tanto reproducir las condiciones para presurizar la laminación durante la producción de las siguientes piezas.

En otra variante de modalidad, compatible con la anterior, el espacio del núcleo definido por el recipiente interior o el espacio entre el recipiente interior y el recipiente exterior se separan mediante particiones internas (630) para formar compartimentos inflables individualmente (631, 632).

En una modalidad, al menos un compartimento del núcleo se llena al menos en parte con una espuma con células cerradas o con células abiertas, más precisamente con células predominantemente abiertas o con células predominantemente cerradas, que comprende más del 70 % de una u otra de estas categorías.

En la Figura 6, en un ejemplo particular de esta modalidad, se inserta una capa de espuma de célula cerrada (637) entre el recipiente interior (635) y el recipiente exterior (636) del núcleo, en el lado del recipiente exterior. Esta capa de espuma (637) proporciona cierta adaptabilidad de la forma del núcleo a la forma de la cavidad de moldeo cuando se infla el espacio entre el recipiente interior (635) y el recipiente exterior (636) del núcleo. En otra modalidad (no mostrada), todo el volumen entre el recipiente interior (635) y el recipiente exterior (636) se rellena con una espuma de célula abierta. Una espuma de este tipo se infla mediante la inyección de un líquido presurizado o un fluido gaseoso en dicha espuma. Así, las propiedades de flexibilidad de la espuma en este espacio permiten una primera adaptación de la forma del núcleo a la forma de la cavidad de moldeo durante el inflado del volumen incluido en el recipiente interior, seguido de la aplicación de una presión uniforme sobre la laminación mediante el inflado de la espuma incluida en el espacio definido entre el recipiente interior y el recipiente exterior del núcleo. La presencia de la espuma en este espacio también facilita la manipulación del núcleo y evita la formación de capas en los recipientes. En una modalidad combinada, el espacio entre el recipiente interior y el recipiente exterior comprende una primera capa de espuma de célula abierta y una capa de espuma de célula cerrada.

Volviendo a las Figuras 5 y 8, cuando el núcleo (535, 835) es del tipo inflable que comprende un recipiente interior y un recipiente exterior, el recipiente interior se infla, por ejemplo, durante la tercera etapa (540, 840) de tendido para, por ejemplo, permitir que un operador camine sobre el núcleo y en particular para ajustar los acoplamientos entre la preforma (515, 815) correspondiente a la superficie inferior y la preforma (545, 845) correspondiente a la superficie superior de la pala. El recipiente interior se desinfla al menos en parte antes de que se cierre el molde. El recipiente interior se desinfla, antes o durante la evacuación de la cavidad de moldeo del equipo, y se controla la presión en el espacio entre los dos recipientes para obtener el efecto de conformación deseado.

Volviendo a la Figura 1, en una modalidad, la pala de acuerdo con la invención comprende un perfil de refuerzo (115) integrado en la cara interna de la superficie inferior o en la superficie interna de la superficie superior o entre las dos. Dicha sección es, por ejemplo, un perfil en T, I o O (letra griega Omega) o cualquier otra sección que comprenda una pata, o dos patas si conecta las dos caras internas.

[0068] En la Figura 9, en una modalidad, el perfil de refuerzo (115) tiene forma de I o H y comprende un núcleo (915) y dos patas (916, 917), cada una de dichas patas se conecta a una cara interna del ala.

Con referencia a la secuencia operativa de las Figuras 5 y 8, para producir una pala de acuerdo con la modalidad de la Figura 9 a partir de fibras secas, después de la primera etapa de tendido (510, 810), la preforma que forma una de las patas del perfil se cose a la preforma (515, 815) de la superficie inferior. La preforma que forma el núcleo del perfil se cose a la preforma que forma la pata del perfil de refuerzo. Hasta que se coloca en su lugar el núcleo, dicha preforma del núcleo del perfil se mantiene sustancialmente vertical mediante una o más travesaños de retención. En el caso de una modalidad del método de acuerdo con la invención a partir de fibras preimpregnadas, el perfil de refuerzo se cura previamente para obtener una polimerización parcial de la matriz del mismo; el co-curado final de las preformas con el perfil asegura la polimerización a través de la interfaz entre la suela de los perfiles y las preformas de la superficie inferior y la superficie superior de las palas y una conexión soldada del ensamble.=

En la Figura 10, en esta modalidad, el núcleo inflable comprende, en la parte del mismo opuesta a la raíz de la pala, una separación (1036) que forma una ranura para sujetar el perfil de refuerzo.

Así, una vez que la preforma del perfil de refuerzo se retiene en esta ranura por el inflado del núcleo (1035), se retiran los travesaños para retener el núcleo del perfil. Antes de la tercera etapa de tendido de la superficie superior sobre el núcleo inflable (1035), se cose la preforma correspondiente a la segunda pata del perfil de refuerzo al núcleo de dicho perfil, y entonces se tiende la preforma de la superficie superior sobre el núcleo, por encima de dicho pie. El control de la presión de inflado del núcleo (1035) permite controlar las condiciones de mantenimiento de la preforma del perfil de refuerzo durante estas diversas operaciones.

En la Figura 11, en otra modalidad, el núcleo consiste de una pluralidad de globos (1135, 1136, 1137), lo que facilita la producción y colocación en la cavidad del molde, pero también permite mantener un refuerzo o una pared interna entre dos globos. Así como también el uso de dos o más globos para sujetar un elemento interno, en una modalidad los globos se ensamblan entre sí por cualquier medio conocido de la técnica anterior, en particular mediante tiras textiles autoadherentes tipo Velcro®. Esta modalidad también permite controlar la presión de inflado de cada globo (113, 1136, 1137) individualmente para adaptar su efecto sobre la laminación de las capas de preforma, en particular durante el curado, por ejemplo en función de las diferencias de grosor en dicha laminación en las zonas de acción de dichos globos. Cada globo o vejiga se infla por presión de gas, por un fluido tal como agua o aceite, o por la inyección de una espuma expandible. En modalidades, el conjunto de globos que forman el núcleo comprende uno o más globos o vejigas que comprenden un recipiente interior y un recipiente exterior como se muestra en la Figura 6.

La descripción anterior y las modalidades muestran que la invención logra el objetivo pretendido y permite la producción de una pieza hueca, en particular una pala de generador de corriente de marea hecha de material compuesto, integrando sus interfaces de sujeción metálicas en una sola operación de moldeo.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. La pala de la turbina hueca (100), en particular una pala de generador de corriente de marea, que se hace de un material compuesto reforzado con fibra continua y que comprende un ala (110) y una raíz de la pala (130) que tiene una brida metálica (140) para conectar dicha pala a un rotor, dicha brida (140) que se conecta a la raíz de la pala durante el moldeo de dicha pala, y la brida que tiene una brida frontal (241) que tiene la forma de un tubo escalonado (2412) y comprende la interfaz con un rotor y una brida trasera (242) que tiene forma de anillo (2411), caracterizado porque la pala comprende un conector de raíz de la pala (232) el cual consiste de un material compuesto reforzado con fibra continua envuelto alrededor del tubo de la brida frontal y que comprende una extensión radial (231) intercalada axialmente entre la brida frontal y la brida trasera.

2. La pala de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el refuerzo de fibra de la raíz de la pala es una tela no tejida de fibra.

3. La pala de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde los refuerzos de fibra de las superficies superior e inferior del ala se acoplan en una unión biselada (625) fuera del borde delantero.

4. La pala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, que comprende una zona de acoplamiento gradual (712) que se ensancha hacia el radio exterior (102) de la pala entre la raíz y el ala de dicha pala en el lado del borde trasero (112).

5. La pala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4, que comprende un perfil de refuerzo (115) que se extiende dentro de dicha pala entre las caras interiores de las superficies superior e inferior del ala (110).

6. El método para fabricar una pala hueca de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5, mediante el uso de un equipo del tipo que comprende:

u. una primera media cubierta (311) que comprende un molde (320) de una cara de la pala hueca; v. una segunda media cubierta (312) que comprende un molde de la otra cara de la pala hueca;

w. medios para unir herméticamente las dos medias cubiertas para formar una cavidad de moldeo en forma de pala hueca;

x. un núcleo (535, 835, 1035) que reproduce la forma interna de la pala hueca en forma de globo inflable adecuado para insertarse en la cavidad de moldeo;

y. medios (365) para evacuar la cavidad de moldeo;

t. medios (430) para posicionar la brida de la raíz de la pala que se extiende entre las dos medias cubiertas (311, 811, 312) y medios para unir herméticamente dicha brida a las dos medias cubiertas; el método que comprende las etapas de:

i. unir la brida (241, 242, 841) de la raíz de la pala al equipo;

ii. tender (510, 810) una preforma seca en el molde de una de las medias cubiertas (311,811) del equipo; iii. insertar (530, 830) el núcleo (535, 835) en el molde de la preforma producida en la etapa ii) e inflar dicho núcleo a una primera presión de inflado;

iv. tender (540, 840) una preforma seca (545, 845) que corresponde a la pieza complementaria a la producida en la etapa ii) sobre el núcleo (535, 835) insertado en la etapa iii).

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende, antes de la etapa i), una etapa que consiste en producir una preforma (230) de la raíz de la pala que incorpora las bridas frontal y trasera (241, 242), en donde la etapa i) consiste en colocar la preforma así producida (230) de la raíz de la pala en el extremo de la media cubierta (311) sobre la que se tiende la preforma (515) en la etapa ii).

8. El método de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en donde la primera etapa ii) de tendido (810) comprende una etapa de tender las capas del ala de la pala seguida de una etapa de tender las capas del ala situada en la raíz de la pala.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 8, en donde la superficie inferior del ala de la pala se tiende (510, 810) durante la etapa ii) sobre una superficie que es mayor que el molde (320) de la correspondiente media cubierta (311, 811), el acoplamiento entre la superficie inferior y la superficie superior del ala de la pala que se produce por una unión biselada (625) situada en el molde de la segunda media cubierta y en el núcleo a una distancia desde la línea divisoria (315) de las dos medias cubiertas (311, 312).

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 9, en donde las capas de las preformas del ala de la pala tendidas durante las etapas ii) y iv) consisten en fibras de vidrio continuas y las capas correspondientes a la preforma de la raíz de la pala consisten en una tela no tejida de fibra de carbono.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 10, que comprende, después de la etapa iv), las etapas de:

v. cerrar el molde mediante la unión de las dos medias cubiertas;

vi. evacuar la cavidad de moldeo que se encuentra entre las dos medias cubiertas y que comprende las preformas, en donde la presión se controla en un recipiente interior (635) y en el espacio entre el recipiente interior (635) y un recipiente exterior (636) del núcleo (535, 835, 1035) durante las etapas v) y vi) para controlar el grosor de la preforma durante las operaciones subsecuentes.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el inflado del recipiente exterior o del recipiente interior del núcleo se logra mediante la inyección de espuma expandible en dicho recipiente.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 12, en donde las capas tendidas son fibras preimpregnadas con un polímero.

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 6 a la 13, que comprende una etapa de cosido de las preformas juntas.