ES2896249T3 - Pala de turbina eólica con uniones con cola mejoradas y procedimiento relacionado - Google Patents

Pala de turbina eólica con uniones con cola mejoradas y procedimiento relacionado Download PDF

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Karsten Schibsbye
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LM Wind Power International Technology II APS
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Abstract

Un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica (10), en el que la pala de turbina eólica se fabrica como una estructura de material compuesto que comprende un material de refuerzo incorporado en una matriz polimérica, comprendiendo el procedimiento: - proporcionar un primer molde de pala (70) con una primera parte de concha de pala (72) que tiene un borde de ataque (74), un borde de salida y una primera superficie de encolado de borde de ataque (76) en el borde de ataque (74), comprendiendo el primer molde de pala (70) una primera brida de borde de ataque (80); - proporcionar un segundo molde de pala (82) con una segunda parte de concha de pala (84) que tiene un borde de ataque (86), un borde de salida y una segunda superficie de encolado de borde de ataque (87) en el borde de ataque (86), comprendiendo el segundo molde de pala (82) una segunda brida de borde de ataque (89); y - aplicar cola (90) a una superficie de encolado de borde de ataque (76; 87); - aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala (84); y - curar la cola (90); caracterizado por - proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de ataque (92) en la primera o segunda brida de borde de ataque (80; 89); y - disponer el segundo molde de pala (82) en el primer molde de pala (70), de modo que los uno o más elementos espaciadores de borde de ataque (92) estén dispuestos entre la primera brida de borde de ataque (80) y la segunda brida de borde de ataque (89).

Description

DESCRIPCIÓN
Pala de turbina eólica con uniones con cola mejoradas y procedimiento relacionado
Campo técnico
[0001] La presente divulgación pertenece al campo de fabricación de palas de turbina eólica. En particular, la presente divulgación se refiere a una pala de turbina eólica y a la fabricación de una pala de turbina eólica, en la que la pala de turbina eólica se fabrica como una estructura de material compuesto que comprende un material de refuerzo incorporado en una matriz polimérica.
Antecedentes
[0002] Las palas de turbina eólica de polímero reforzado con fibra y, en particular, las conchas aerodinámicas de las palas de turbina eólica normalmente se fabrican en moldes, donde el lado de presión y el lado de succión de la pala se fabrican por separado disponiendo mallas de fibra de vidrio y/u otro material de refuerzo, tal como fibra de carbono, en cada una de las dos partes de molde. A continuación, las dos mitades se encolan entre sí, a menudo por medio de partes de brida internas. Se aplica cola a la cara interior de la primera mitad de concha de pala o inferior antes de que la segunda mitad de concha de pala o superior se haga descender sobre la misma. Adicionalmente, a menudo se fijan uno o dos perfiles de refuerzo (almas o vigas) a la parte interior de la mitad de pala inferior antes de encolarla a la mitad de pala superior. Es conocido que las uniones con cola, también denominadas uniones con adhesivo, representan un enlace débil en la integridad estructural de las palas de turbina eólica.
[0003] Las palas de turbina eólica y, por lo tanto, también el molde de pala para moldear partes de concha de pala se han vuelto cada vez más largos con los años y ahora están disponibles comercialmente en el mercado palas que tienen una longitud de más de 70 metros. Debido al gran tamaño, se ha vuelto cada vez más complicado fabricar palas de turbina eólica sin errores, lo que puede ser perjudicial para la resistencia mecánica de la pala de turbina eólica y puede necesitar que la pala de turbina eólica fabricada tenga que descartarse o procesarse posteriormente en gran medida.
[0004] El documento GB 2 529 439 A divulga la unión de una primera parte de una pala de turbina eólica a una segunda parte de una pala de turbina eólica, donde la primera parte tiene una primera superficie de montaje y la segunda parte tiene una segunda superficie de montaje y una o más aberturas. El procedimiento divulgado comprende proporcionar ejes de dispositivo de localización que se extienden desde la primera superficie de montaje; disponer la primera y segunda parte opuestas entre sí; insertar un extremo del eje de dispositivo de localización a través de una abertura en la segunda superficie de montaje; proporcionar adhesivo entre la primera y segunda superficies de montaje; usar los dispositivos de localización para aplicar una fuerza de sujeción entre la primera y segunda parte para moverlas más cerca entre sí y apretar el adhesivo entre ellas; y proporcionar elementos de detención entre la primera y segunda superficie de montaje para mantener una separación mínima para establecer una altura de unión.
[0005] El documento GB 2529 186 A divulga un procedimiento de unión de un alma a cizalladura (“shear web”) a una concha de pala de turbina eólica. El procedimiento implica proporcionar un sello en una brida de montaje del alma a cizalladura de modo que cuando la brida de montaje se sitúe contra la concha de pala, se defina una cavidad por el sello entre la brida de montaje y la concha de pala. A continuación, la cavidad se evacua por vacío y se inyecta adhesivo en la cavidad.
[0006] El documento WO 2011/000381 A2 divulga un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica que tiene un primer miembro con una primera superficie de unión y un segundo miembro con una segunda superficie de unión. El procedimiento comprende aplicar al menos una barrera de resina a una o ambas de las superficies de unión, y posteriormente localizar el primer y segundo miembro contiguos entre sí de modo que estén unidos por la al menos una barrera de resina. De este modo, se forma al menos una cavidad entre la primera y segunda superficie de unión. Posteriormente se rellena con resina la al menos una cavidad y la resina se cura.
[0007] El documento EP 2 527 128 A2 divulga un procedimiento para unir una primera y una segunda parte prefabricadas de una pala de turbina eólica que comprende las etapas de: desechar bandas de un material adhesivo en un estado no curado manejable siguiendo las marcas señaladas en un área de unión de una de dichas partes, el ancho y altura de dichas bandas y la separación entre dichas marcas se determina de modo que una separación predeterminada entre dichas bandas comprendida entre 0-300 mm permanezca después de la unión; y unir ambas partes en condiciones predeterminadas de presión y temperatura.
[0008] El documento WO 2015/165967 A1 divulga un sistema y procedimiento de fabricación de una parte de una pala de turbina eólica. El procedimiento usa elementos espaciadores adhesivos para garantizar una altura de línea de unión mínima entre los componentes de pala de turbina eólica. Los elementos espaciadores adhesivos se sitúan entre los componentes de pala antes de la unión y actúan para definir un amortiguador o espacio entre las superficies de unión de los respectivos componentes de pala.
[0009] El documento EP 2468 470 A1 divulga un molde para conchas de pala de turbina eólica no metálicas que comprende dos semimoldes, superior e inferior, conectados con bisagra con un sistema pivotante y equipado con nervaduras de refuerzo que sujetan un sistema de conductos de aire sobre él, y que está dividido transversalmente en al menos dos partes que se unen entre sí con unas nervaduras de fijación.
[0010] El documento WO 2014/048440 A1 divulga un procedimiento de aplicación de adhesivo a una parte de turbina eólica, que define una trayectoria de desplazamiento de vehículo en relación con la parte y que proporciona un vehículo sobre la trayectoria de desplazamiento de vehículo. El vehículo está configurado para aplicar adhesivo a lo largo de una línea de unión definida en una superficie de unión de la parte. Suministrar adhesivo al vehículo, aplicar adhesivo a lo largo de la línea de unión provocando que el vehículo se desplace a lo largo de la trayectoria de desplazamiento de vehículo y variar la velocidad del vehículo a lo largo de la trayectoria de desplazamiento de vehículo para controlar la cantidad de adhesivo aplicado en posiciones sucesivas a lo largo de la línea de unión.
Breve explicación de la invención
[0011] En consecuencia, existe la necesidad de obtener sistemas y procedimientos que mejoren la resistencia de las uniones con cola de una pala de turbina eólica. Además, un objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para la unión de partes de concha de pala que aborde los problemas anteriores, en particular, proporcionando un peso y uso de adhesivo reducidos para una pala de turbina eólica, mientras se mejora el rendimiento de las áreas de unión/uniones con cola en palas de turbina eólica.
[0012] Se proporciona un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1.
[0013] También se proporciona una pala de turbina eólica que comprende una primera parte de concha de pala y una segunda parte de concha de pala, en la que cada parte de concha de pala está fabricada de una estructura de material compuesto que comprende un material de refuerzo incorporado en una matriz polimérica, extendiéndose cada parte de concha de pala desde un extremo de punta a un extremo de raíz y teniendo un borde de ataque y un borde de salida, comprendiendo la pala de turbina eólica un alma primaria y uno o más elementos espaciadores primarios dispuestos entre una parte de concha de pala y el alma primaria.
[0014] La pala de turbina eólica y el procedimiento divulgados permiten un uso optimizado de cola al posibilitar un control más preciso del espesor de encolado en la(s) unión/uniones con cola, tal como la unión con cola de borde de ataque y/o uniones con cola entre una parte de concha de pala y un alma. Por tanto, la cantidad de cola se puede reducir y/o los requisitos con respecto a las propiedades de la cola (por ejemplo, resistencia, intervalo de trabajo de espesores, tiempo de curado y/o viscosidad) se pueden reducir, reduciendo, a su vez, los costes y/o el peso del material. Además, las uniones con cola optimizadas pueden reducir el tiempo de los ciclos. Incluso de forma más ventajosa, la presente divulgación posibilita uniones con cola con resistencia mecánica mejorada debido a un control mejorado del espesor de encolado.
[0015] El procedimiento comprende proporcionar un primer molde de pala con una primera parte de concha de pala que tiene un borde de ataque, un borde de salida y una primera superficie de encolado de borde de ataque en el borde de ataque, comprendiendo el primer molde de pala una primera brida de borde de ataque. Típicamente, la primera parte de concha de pala en el primer molde de pala comprende un primer material excedente en la primera brida de borde de ataque del primer molde de pala. El primer material excedente típicamente se elimina en el procesamiento posterior de la pala de turbina eólica.
[0016] El procedimiento comprende proporcionar un segundo molde de pala con una segunda parte de concha de pala que tiene un borde de ataque, un borde de salida y una segunda superficie de encolado de borde de ataque en el borde de ataque, comprendiendo el segundo molde de pala una segunda brida de borde de ataque.
[0017] Típicamente, la segunda parte de concha de pala en el segundo molde de pala comprende un segundo material excedente en la segunda brida de borde de ataque del segundo molde de pala. El segundo material excedente típicamente se elimina en el procesamiento posterior de la pala de turbina eólica.
[0018] El procedimiento comprende aplicar cola a una o más superficies de encolado, tal como una superficie de encolado de borde de ataque de la primera parte de concha de pala y/o la segunda parte de concha de pala. La aplicación de cola a la(s) superficie(s) de encolado puede ser antes de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala.
[0019] El procedimiento comprende proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de ataque en una brida de borde de ataque, tal como la primera brida de borde de ataque del primer molde de pala y/o la segunda brida de borde de ataque del segundo molde de pala. Un elemento espaciador de borde de ataque puede tener un espesor en el intervalo de 1 mm a 10 mm, tal como de aproximadamente 3 mm. Un elemento espaciador de borde de ataque puede ser comprimible, por ejemplo, teniendo un primer espesor en un primer estado (libre o no comprimido) y un segundo espesor en un segundo estado (comprimido). El primer espesor puede variar de 5 mm a 5 cm. El segundo espesor puede estar en el intervalo de 1 a 10 mm. Proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de ataque en una brida de borde de ataque puede comprender disponer un miembro de sellado de borde de ataque en la primera brida de borde de ataque y/o en la segunda brida de borde de ataque, por ejemplo, para sellar el primer molde de pala y el segundo molde de pala en el borde de ataque. Por tanto, un elemento espaciador puede ser o comprender un miembro de sellado. Un elemento espaciador comprimible posibilita el sellado de los moldes de pala con bordes de ataque variables. El/los elemento(s) espaciador(es) de borde de ataque se pueden configurar para proporcionar una distancia controlada entre las primera y segunda superficies de encolado de borde de ataque que se van a encolar entre sí. En uno o más procedimientos/palas de turbina eólica, el/los elemento(s) espaciador(es) de borde de ataque están configurados para proporcionar una distancia controlada en el intervalo de 1 mm a 10 mm entre la primera y segunda superficie de encolado de borde de ataque que se van a encolar entre sí.
[0020] El procedimiento comprende disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala, por ejemplo, haciendo descender el segundo molde de pala sobre el primer molde de pala. El segundo molde de pala se puede disponer en el primer molde de pala de modo que los uno o más elementos espaciadores de borde de ataque estén dispuestos entre la primera brida de borde de ataque y la segunda brida de borde de ataque.
[0021] Además, el procedimiento comprende aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala, garantizando, de este modo, que las superficies de encolado de las respectivas partes de pala de turbina eólica (partes de concha de pala y almas) se hagan avanzar una hacia la otra, mientras que el/los elemento(s) espaciador(es) garantiza(n) que las superficies de encolado no se acerquen demasiado dejando demasiado poco espacio para la cola.
[0022] Posteriormente, se cura la cola y, opcionalmente se libera la presión con respecto a la segunda parte de concha de pala, por ejemplo, después de curar la cola.
[0023] El procedimiento puede comprender alinear los bordes de ataque de la primera parte de concha de pala y la segunda parte de concha de pala antes de aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala, tal como durante o comprendida en el acto de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala. La fabricación de grandes palas de turbina eólica con conformaciones complejas en moldes de pala presenta un desafío cuando se ensamblan las partes de concha de pala debido a las variaciones en los moldes de pala. Al alinear los bordes de ataque, por ejemplo, a diferencia de emplear un principio de "reducción del error total", se habilita una pala de turbina eólica con propiedades aerodinámicas mejoradas.
[0024] El procedimiento puede comprender disponer un alma primaria en la primera parte de concha de pala. Disponer un alma primaria en la primera parte de concha de pala puede comprender disponer uno o más primeros elementos espaciadores primarios entre una primera superficie de encolado del alma primaria y una superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala. Disponer un alma primaria en la primera parte de concha de pala puede comprender aplicar cola entre la primera superficie de encolado del alma primaria y la superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala, por ejemplo, antes, durante y/o después de disponer el/los primer(os) elemento(s) espaciador(es) primario(s).
[0025] El/los primer(os) elemento(s) espaciador(es) primario(s) puede(n) tener un espesor en el intervalo de 1 a 10 mm. Un primer elemento espaciador primario puede ser comprimible, por ejemplo, teniendo un primer espesor en un primer estado (libre o no comprimido) y un segundo espesor en un segundo estado (comprimido). El primer espesor puede variar de 5 mm a 5 cm. El segundo espesor puede estar en el intervalo de 1 a 10 mm.
[0026] El procedimiento puede comprender disponer uno o más segundos elementos espaciadores primarios entre una segunda superficie de encolado del alma primaria y una superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala. El procedimiento puede comprender aplicar cola entre la segunda superficie de encolado del alma primaria y la superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala, por ejemplo, antes, durante y/o después de disponer el/los segundo(s) elemento(s) espaciador(es) primario(s).
[0027] El/los segundo(s) elemento(s) espaciador(es) primario(s) pueden tener un espesor en el intervalo de 1 a 10 mm, tal como de aproximadamente 3 mm. Un segundo elemento espaciador primario puede ser comprimible, por ejemplo, teniendo un primer espesor en un primer estado (libre o no comprimido) y un segundo espesor en un segundo estado (comprimido). El primer espesor puede variar de 5 mm a 5 cm. El segundo espesor puede estar en el intervalo de 1 a 10 mm.
[0028] El uso de elementos espaciadores entre las partes de concha de pala y el/las alma(s) permite un uso optimizado de cola al posibilitar un control más preciso del espesor de encolado en uniones con cola entre la parte de concha de pala y las almas. Por tanto, la cantidad de cola se puede reducir y/o los requisitos con respecto a las propiedades de la cola (por ejemplo, resistencia, intervalo de trabajo de espesores, tiempo de curado y/o viscosidad) se pueden reducir, reduciendo, a su vez, los costes y/o el peso del material. Además, una unión con cola entre la parte de concha de pala/alma optimizada puede reducir el tiempo de los ciclos. Incluso de forma más ventajosa, la presente divulgación posibilita una unión con cola entre la parte de concha de pala/alma con resistencia mecánica mejorada debido a un control mejorado del espesor de encolado.
[0029] El procedimiento puede comprender proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de salida en una primera brida de borde de salida del primer molde de pala o una segunda brida de borde de salida del segundo molde de pala. Un elemento espaciador de borde de salida puede tener un espesor en el intervalo de 1 mm a 10 mm. Un elemento espaciador de borde de salida puede ser comprimible, por ejemplo, teniendo un primer espesor en un primer estado (libre o no comprimido) y un segundo espesor en un segundo estado (comprimido). El primer espesor puede variar de 5 mm a 5 cm. El segundo espesor puede estar en el intervalo de 1 a 10 cm. Proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de salida en una brida de borde de salida puede comprender disponer un miembro de sellado de borde de salida en la primera brida de borde de salida y/o en la segunda brida de borde de salida, por ejemplo, para sellar el primer molde de pala y el segundo molde de pala en el borde de salida. Por tanto, un elemento espaciador puede ser o comprender un miembro de sellado. Un elemento espaciador comprimible posibilita el sellado de los moldes de pala con bordes de ataque variables. El procedimiento puede comprender disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala, de modo que los uno o más elementos espaciadores de borde de salida estén dispuestos entre la primera brida de borde de salida y la segunda brida de borde de salida.
[0030] Los elementos espaciadores, tales como el/los elemento(s) espaciador(es) de borde de ataque, elemento(s) espaciador(es) primario(s) y/o elemento(s) espaciador(es) de borde de salida, combinados con la presión sobre la segunda parte de concha de pala, proporcionan uniones con cola bien definidas de la pala de turbina eólica, lo que posibilita un control del espesor de la unión con cola.
[0031] Los elementos espaciadores se pueden configurar para proporcionar distancias controladas entre las superficies de encolado que se van a encolar entre sí, tales como la primera superficie de encolado de borde de ataque y la segunda superficie de encolado de borde de ataque.
[0032] En el procedimiento, aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala puede comprender aplicar una presión negativa a una parte interior de la pala de turbina eólica. En el presente contexto, el término "presión negativa" se refiere a una situación en la que un volumen cerrado, por ejemplo, la parte interior de una pala de turbina eólica, tiene una presión menor que su entorno. Por ejemplo, un dispositivo de bomba puede aplicar una presión negativa a la parte interior de la pala de turbina eólica, por ejemplo, para obtener una diferencia de presión entre la parte interior y la parte exterior de la pala de turbina eólica. La diferencia de presión puede estar en el intervalo de 50 mbar a 500 mbar. En uno o más procedimientos ejemplares, la presión es una presión negativa con una diferencia de presión entre la parte interior de la pala de turbina eólica y la parte exterior de la pala de turbina eólica en el intervalo de 100 mbar a 200 mbar.
[0033] Aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala puede comprender aplicar una presión positiva a una superficie exterior de la segunda parte de concha de pala. Por ejemplo, un dispositivo de bomba puede aplicar una presión positiva a la parte exterior (segunda parte de concha de pala) de la pala de turbina eólica, por ejemplo, para obtener una diferencia de presión entre la parte interior y la parte exterior de la pala de turbina eólica. La diferencia de presión puede estar en el intervalo de 50 mbar a 500 mbar. En uno o más procedimientos ejemplares, la presión es una presión positiva con una diferencia de presión entre la parte interior de la pala de turbina eólica y la parte exterior de la pala de turbina eólica en el intervalo de 100 mbar a 200 mbar.
[0034] En uno o más procedimientos ejemplares, la segunda parte de concha de pala se puede hacer avanzar por medio de accionadores mecánicos en contacto con la segunda parte de concha de pala. Por tanto, aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala puede comprender poner en contacto la superficie exterior con un accionador y presionar la segunda parte de concha de pala hacia la primera parte de concha de pala. Además, aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala puede comprender anclar un accionador a la parte interior de la segunda parte de concha de pala y arrastrar la segunda parte de concha de pala hacia la primera parte de concha de pala.
[0035] La pala de turbina eólica comprende una primera parte de concha de pala y una segunda parte de concha de pala, en la que cada parte de concha de pala está fabricada de una estructura de material compuesto que comprende un material de refuerzo incorporado en una matriz polimérica, extendiéndose cada parte de concha de pala desde un extremo de punta a un extremo de raíz y teniendo un borde de ataque y un borde de salida. La primera parte de concha de pala y la segunda parte de concha de pala pueden comprender, cada una, una o más caps de larguero (“spar caps”), tales como una cap de larguero primaria y opcionalmente una cap de larguero secundaria.
[0036] La pala de turbina eólica comprende una o más almas, incluyendo un alma primaria. El alma primaria se puede disponer entre las caps de larguero primarias de la primera parte de concha de pala y la segunda parte de concha de pala. La pala de turbina eólica comprende uno o más elementos espaciadores primarios dispuestos entre una parte de concha de pala y el alma primaria. En una o más palas de turbina eólica ejemplares, los uno o más elementos espaciadores primarios comprenden uno o más primeros elementos espaciadores primarios dispuestos entre una primera superficie de encolado del alma primaria y una superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala. La superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala puede estar en la cap de larguero primaria (principal) de la primera parte de concha de pala.
[0037] En una o más palas de turbina eólica ejemplares, los uno o más elementos espaciadores primarios comprenden uno o más segundos elementos espaciadores primarios dispuestos entre una segunda superficie de encolado del alma primaria y una superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala. La superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala puede estar en la cap de larguero primaria (principal) de la segunda parte de concha de pala.
[0038] Un elemento espaciador primario, tal como primer(os) elemento(s) espaciador(es) primario(s) y/o segundo(s) elemento(s) espaciador(es) primario(s), puede tener un espesor en el intervalo de 1 a 10 mm.
[0039] La pala de turbina eólica puede comprender un alma secundaria y uno o más elementos espaciadores secundarios dispuestos entre una parte de concha de pala y el alma secundaria. El alma secundaria se puede disponer entre caps de larguero primarias de la primera parte de concha de pala y la segunda parte de concha de pala, por ejemplo, para formar una estructura de soporte de carga conformada como una caja con el alma primaria y las caps de larguero primarias. En una o más palas de turbina eólica ejemplares, el alma secundaria se puede disponer entre las caps de larguero secundarias de la primera parte de concha de pala y la segunda parte de concha de pala, por ejemplo, para formar dos estructuras de soporte de carga con forma en I en la pala de turbina eólica.
[0040] Una parte de concha de pala/pala de turbina eólica se extiende desde un extremo de raíz a un extremo de punta y comprende una región de raíz, una región de transición y una región alar. La región de transición de la parte de concha de pala/pala de turbina eólica comprende un hombro que define una máxima cuerda de la parte de concha de pala/pala de turbina eólica.
[0041] La presente divulgación se refiere de forma ventajosa a las partes de concha de pala, a las palas de turbina eólica y a la fabricación de palas de turbina eólica, por ejemplo, que tengan una longitud de pala de al menos 40 metros, o de al menos 45 metros, o incluso de al menos 50 metros. Las partes de concha de pala se pueden plegar previamente de modo que, cuando se ensamblen en una pala de turbina eólica y se monten en una turbina eólica horizontal configurada a barlovento en un estado no cargado, se curvarán hacia afuera del plano del rotor de modo que se incremente el espacio de la punta con respecto a la torre. Una parte de concha de pala tiene un extremo de punta y un extremo de raíz con una superficie interior y una superficie exterior. La superficie interior de una parte de concha de pala es una superficie que no está expuesta al entorno cuando la parte de concha de pala se ensambla en una pala de turbina eólica. La superficie exterior de una parte de concha de pala es una superficie que está expuesta al entorno cuando la parte de concha de pala se ensambla en una pala de turbina eólica.
Descripción detallada
[0042] La invención se explica en detalle a continuación con referencia a los dibujos, en los que
la fig. 1 muestra una turbina eólica,
la fig. 2 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica,
la fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar,
la fig. 4 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica, vista desde arriba y desde el lado, la fig. 5 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención,
la fig. 6 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención, y
la fig. 7 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención.
[0043] La presente invención se refiere a la fabricación de partes de concha de pala de palas de turbina eólica para turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT).
[0044] La fig. 1 ilustra una turbina eólica a barlovento moderna convencional de acuerdo con el llamado "concepto danés" con una torre 4, una góndola 6 y un rotor con un eje de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, teniendo, cada una, una raíz de pala 16 más cercana al buje y una punta de pala 14 más alejada del buje 8. El rotor tiene un radio denominado R.
[0045] La fig. 2 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica 10 ejemplar. La pala de turbina eólica 10 tiene la conformación de una pala de turbina eólica convencional con un extremo de raíz y un extremo de punta y comprende una región de raíz 30 más cercana al buje, una región perfilada o una alar 34 más alejada del buje y una región de transición 32 entre la región de raíz 30 y la región alar 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que mira en la dirección de rotación de la pala 10, cuando la pala está montada en el buje, y un borde de salida 20 que mira en la dirección opuesta del borde de ataque 18.
[0046] La región alar 34 (también llamada región perfilada) tiene una conformación de pala ideal o prácticamente ideal con respecto a la generación de sustentación, mientras que la región de raíz 30, debido a consideraciones estructurales, tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica, lo que, por ejemplo, hace más fácil y más seguro montar la pala 10 en el buje. El diámetro (o la cuerda) de la región de raíz 30 puede ser constante a lo largo de toda el área de raíz 30. La región de transición 32 tiene un perfil de transición que cambia gradualmente de la conformación circular o elíptica de la región de raíz 30 al perfil alar de la región alar 34. La longitud de cuerda de la región de transición 32 típicamente se incrementa la distancia r en incremento desde el buje. La región alar 34 tiene un perfil alar con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10. El ancho de la cuerda disminuye con la distancia r en incremento desde el buje.
[0047] Un hombro 40 de la pala 10 se define como la posición donde la pala 10 tiene su longitud de cuerda más grande. El hombro 40 típicamente está provisto en el límite entre la región de transición 32 y la región alar 34.
[0048] Cabe destacar que las cuerdas de diferentes secciones de la pala normalmente no se encuentran en un plano común, puesto que la pala puede estar torsionada y/o curvada (es decir, plegada previamente), proporcionando, por tanto, el plano de la cuerda con un correspondiente desarrollo torsionado y/o curvado, en el mayor de los casos para compensar que la velocidad local de la pala sea dependiente del radio desde el buje.
[0049] La pala de turbina eólica 10 comprende una concha que comprende dos partes de concha de pala fabricadas de polímero reforzado con fibra y típicamente se fabrica como una parte de concha de pala del lado de presión o barlovento 24 y una parte de concha de pala del lado de succión o sotavento 26 que están encoladas entre sí a lo largo de las líneas de unión/uniones con cola 28 que se extienden a lo largo del borde de salida 20 y el borde de ataque 18 de la pala 10. Típicamente, los extremos de raíz de las partes de concha de pala 24, 26 tienen una conformación en sección transversal exterior semicircular o semiovalada.
[0050] Las figs. 3 y 4 representan parámetros que se pueden usar para explicar la geometría de las partes de concha de pala que se van a fabricar de acuerdo con la invención.
[0051] La fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar 50 de una pala típica de una turbina eólica representada con los diversos parámetros, que se usan típicamente para definir la conformación geométrica de un perfil alar. El perfil alar 50 tiene un lado de presión 52 y un lado de succión 54, que, durante el uso, es decir, durante la rotación del rotor, normalmente miran hacia el lado de barlovento (o contra el viento) y el lado de sotavento (o a favor del viento), respectivamente. El perfil alar 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala. El perfil alar 50 tiene un espesor t, que se define como la distancia entre el lado de presión 52 y el lado de succión 54. El espesor t del perfil alar varía a lo largo de la cuerda 60. La desviación de un perfil simétrico viene dada por una línea de curvatura 62, que es una línea media a través del perfil alar 50. La línea media se puede encontrar dibujando círculos inscritos desde el borde de ataque 56 al borde de salida 58. La línea media sigue los centros de estos círculos inscritos y la desviación o distancia desde la cuerda 60 se llama curvatura f. La asimetría también se puede definir por el uso de parámetros llamados curvatura superior (o curvatura del lado de succión) y curvatura inferior (o curvatura del lado de presión), que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succión 54 y el lado de presión 52, respectivamente.
[0052] Los perfiles alares a menudo se caracterizan por los siguientes parámetros: la longitud de cuerda c, la máxima curvatura f, la posición df de la máxima curvatura f, el máximo espesor alar t, que es el diámetro más grande de los círculos inscritos a lo largo de la línea de curvatura media 62, la posición dt del máximo espesor t y un radio de corte (no mostrado). Estos parámetros típicamente se definen como proporciones con respecto a la longitud de cuerda c. Por tanto, se da un espesor de pala relativo local t/c como la proporción entre el máximo espesor local t y la longitud de cuerda local c. Además, la posición de máxima curvatura del lado de presión dp se puede usar como un parámetro de diseño, y, por supuesto, también la posición de la máxima curvatura del lado de succión.
[0053] La fig. 4 muestra otros parámetros geométricos de la pala y las partes de concha de pala. La pala y partes de concha de pala tienen una longitud de pala L total. Como se muestra en la fig. 3, el extremo de raíz se localiza en la posición r = 0, y el extremo de punta localizado en r = L. El hombro 40 de las partes de concha de pala está localizado en una posición r = Lw, y tiene un ancho de hombro W, que es igual a la longitud de cuerda en el hombro 40. El diámetro de la raíz se define como X. Además, la pala/partes de concha de pala están provistas de un plegamiento previo, que se define como Ay, que corresponde a la deflexión fuera del plano desde un eje de pitch 22 de la pala.
[0054] La fig. 5 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención. La fig.
5 es una sección transversal perpendicular al eje de pitch de una parte de los moldes de pala con partes de concha de pala. Se proporciona un primer molde de pala 70 con una primera parte de concha de pala 72. La primera parte de concha de pala 72 tiene un borde de ataque 74, un borde de salida (no mostrado) y una primera superficie de encolado de borde de ataque 76 en el borde de ataque 74. El primer molde de pala comprende una primera concha de molde 78 y una primera brida de borde de ataque 80. Además, se proporciona un segundo molde de pala 82 con una segunda parte de concha de pala 84. La segunda parte de concha de pala 84 tiene un borde de ataque 86, un borde de salida (no mostrado) y una segunda superficie de encolado de borde de ataque 87 en la parte interior de la segunda parte de concha de pala en el borde de ataque 86. El segundo molde de pala 82 comprende una segunda concha de molde 88 y una segunda brida de borde de ataque 89.
[0055] Se aplica cola 90 a la primera superficie de encolado de borde de ataque 76 en la brida de encolado 91, y se proporciona un elemento espaciador de borde de ataque 92 en la primera brida de borde de ataque 80 del primer molde de pala 70 en el primer material excedente 94 de la primera parte de concha de pala 72. Tras la aplicación de cola 90 y la disposición del elemento espaciador de borde de ataque 92, el segundo molde de pala 82 se dispone en el primer molde de pala 70 haciendo descender el segundo molde de pala 82 con la segunda parte de concha de pala 84 sobre el primer molde de pala 70 en la dirección indicada por la flecha 96, de modo que el elemento espaciador de borde de ataque 92 se disponga entre la primera brida de borde de ataque 80 y la segunda brida de borde de ataque 89.
[0056] La fig. 6 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención. El primer molde de pala 70 se ha dispuesto en el segundo molde de pala 82 alineando el borde de ataque 74 de la primera parte de concha de pala 72 y el borde de ataque 86 de la segunda parte de concha de pala 84 y haciendo descender el segundo molde de pala 82 en el primer molde de pala 70. El segundo molde de pala 82 se ha dispuesto en el primer molde de pala 70, de modo que el elemento espaciador de borde de ataque 92 esté dispuesto entre la primera brida de borde de ataque 80 y la segunda brida de borde de ataque 89. El elemento espaciador de borde de ataque 92 está dispuesto entre el primer material excedente 94 de la primera parte de concha de pala 72 y el segundo material excedente 98 de la segunda parte de concha de pala 84 y está configurado para controlar la distancia entre la primera superficie de encolado de borde de ataque 76 y la segunda superficie de encolado de borde de ataque 87. Después de disponer el segundo molde de pala 82 en el primer molde de pala 70, se aplica una presión a la segunda parte de concha de pala 84 aplicando una presión negativa a una parte interior de la pala de turbina eólica 100. En uno o más procedimientos ejemplares, se aplica una presión a la segunda parte de concha de pala 84 aplicando una presión positiva a una superficie exterior de la segunda parte de concha de pala 84, por ejemplo, por medio de una o más válvulas de presión en la segunda concha de molde 88. Se aplica una presión negativa o positiva, por ejemplo, de modo que la diferencia de presión entre la parte exterior y la parte interior de la pala de turbina eólica sea de al menos 100 mbar. La cola 90 se cura y se libera la presión con respecto a la segunda parte de concha de pala 84.
[0057] La fig. 7 ilustra parcialmente la fabricación de una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención. La fig.
7 es una sección transversal perpendicular al eje de pitch de una parte de los moldes de pala con partes de concha de pala. Un alma primaria 102 con respectivas primera y segunda bridas de encolado 104, 106 está dispuesta en la primera parte de concha de pala 72 con el primer elemento espaciador primario y cola, comúnmente referenciados con 110, disponiéndose entre la primera superficie de encolado de la primera brida de encolado 104 del alma primaria 102 y la superficie de encolado primaria de una primera cap de larguero primaria 108 de la primera parte de concha de pala 72.
[0058] Además, un alma secundaria 112 con respectivas primera y segunda bridas de encolado 114, 116 puede estar dispuesta en la primera parte de concha de pala 72 con el primer elemento espaciador secundario y cola, comúnmente referenciados con 120, disponiéndose entre la primera superficie de encolado de la primera brida de encolado 114 del alma primaria 112 y la superficie de encolado secundaria de la primera cap de larguero primaria 108.
[0059] Un segundo elemento espaciador primario y cola, comúnmente referenciados con 122, está dispuesto entre una segunda superficie de encolado de la segunda brida de encolado 106 del alma primaria 102 y una superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala (segunda cap de larguero primaria 124). Por tanto, la cola se dispone entre la segunda superficie de encolado del alma primaria y la superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala. Se puede aplicar cola a la segunda superficie de encolado y/o se puede aplicar cola a la superficie de encolado primaria de la segunda concha de pala antes de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala, de modo que la cola se disponga entre la segunda superficie de encolado del alma primaria y la superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala después de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala.
[0060] Un segundo elemento espaciador secundario y cola, comúnmente referenciados con 126, está dispuesto entre una segunda superficie de encolado de la segunda brida de encolado 116 del alma secundaria 112 y una superficie de encolado secundaria de la segunda parte de concha de pala (segunda cap de larguero primaria 124).
[0061] El/los elemento(s) espaciador(es) primario(s) y/o elemento(s) espaciador(es) secundario(s) se pueden aplicar a la segunda superficie de encolado de las respectivas almas 102, 112 antes de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala. El/los elemento(s) espaciador(es) primario(s) y/o elemento(s) espaciador(es) secundario(s) se pueden aplicar a superficies de encolado primarias/secundarias de la segunda concha de pala antes de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala, de modo que se dispongan la cola y los elementos espaciadores entre las segundas superficies de encolado de las respectivas almas 102, 112 y las superficies de encolado primarias/secundarias de la segunda parte de concha de pala 84 cuando el segundo molde de pala 82 se haya dispuesto en el primer molde de pala 70 como se indica por la flecha 96. Después de disponer el segundo molde de pala en el primer molde de pala como se indica por la flecha 96, se aplica presión y la cola se cura como se describe en relación con la fig. 6.
[0062] La invención se ha descrito con referencia a modos de realización preferentes. Sin embargo, el alcance de la invención no se limita a los modos de realización ilustrados, y se pueden llevar a cabo alteraciones y modificaciones sin desviarse del alcance de la invención que se define por las siguientes reivindicaciones.
Lista de números de referencia
[0063]
2 turbina eólica
4 torre
6 góndola
8 buje
10 pala
14 punta de pala
15 sección de extremo de punta
16 raíz de pala
17 cara de extremo de raíz
18 borde de ataque
20 borde de salida
22 eje de pitch
24 parte de concha de pala del lado de presión/parte de concha de pala a barlovento/primera parte de concha de pala
26 parte de concha de pala del lado de succión/parte de concha de pala a sotavento/segunda parte de concha de pala
28 líneas de unión/uniones con cola
29 horizontal
30 región de raíz
32 región de transición
34 región alar
50 perfil alar
52 lado de presión/lado a barlovento
54 lado de succión/lado a sotavento
56 borde de ataque
58 borde de salida
60 cuerda
62 línea de curvatura/línea media
70 primer molde de pala
72 primera parte de concha de pala
74 borde de ataque
76 primera superficie de encolado de borde de ataque 78 primera concha de molde
80 primera brida de borde de ataque
82 segundo molde de pala
84 segunda parte de concha de pala
86 borde de ataque
87 segunda superficie de encolado de borde de ataque 88 segunda concha de molde
89 segunda brida de borde de ataque
90 cola
91 brida de encolado
92 elemento espaciador de borde de ataque
94 primer material excedente
96 dirección
98 segundo material excedente
100 parte interior de pala de turbina eólica
102 alma primaria (alma a cizalladura)
104 primera brida de encolado
106 segunda brida de encolado
108 primera cap de larguero primaria
110 primer elemento espaciador primario y cola
112 alma secundaria (alma a cizalladura)
114 primera brida de encolado
116 segunda brida de encolado
120 primer elemento espaciador secundario y cola 122 segundo elemento espaciador primario y cola 124 segunda cap de larguero primaria
126 segundo elemento espaciador secundario y cola c longitud de cuerda
dt posición de máximo espesor
df posición de máxima curvatura
dp posición de máxima curvatura del lado de presión f curvatura
L longitud de pala
r radio local, distancia radial desde la raíz de pala t espesor
D diámetro de raíz de pala
Ay plegamiento previo
X eje longitudinal

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica (10), en el que la pala de turbina eólica se fabrica como una estructura de material compuesto que comprende un material de refuerzo incorporado en una matriz polimérica, comprendiendo el procedimiento:
- proporcionar un primer molde de pala (70) con una primera parte de concha de pala (72) que tiene un borde de ataque (74), un borde de salida y una primera superficie de encolado de borde de ataque (76) en el borde de ataque (74), comprendiendo el primer molde de pala (70) una primera brida de borde de ataque (80); - proporcionar un segundo molde de pala (82) con una segunda parte de concha de pala (84) que tiene un borde de ataque (86), un borde de salida y una segunda superficie de encolado de borde de ataque (87) en el borde de ataque (86), comprendiendo el segundo molde de pala (82) una segunda brida de borde de ataque (89); y
- aplicar cola (90) a una superficie de encolado de borde de ataque (76; 87);
- aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala (84); y
- curar la cola (90); caracterizado por
- proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de ataque (92) en la primera o segunda brida de borde de ataque (80; 89); y
- disponer el segundo molde de pala (82) en el primer molde de pala (70), de modo que los uno o más elementos espaciadores de borde de ataque (92) estén dispuestos entre la primera brida de borde de ataque (80) y la segunda brida de borde de ataque (89).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un elemento espaciador de borde de ataque (92) tiene un espesor en el intervalo de 1 mm a 10 mm.
3. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el procedimiento comprende alinear los bordes de ataque (74; 86) de la primera parte de concha de pala (72) y la segunda parte de concha de pala (84) antes de aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala (84).
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procedimiento comprende:
- disponer un alma primaria (102) en la primera parte de concha de pala (72), en el que disponer un alma primaria (102) en la primera parte de concha de pala (72) comprende disponer uno o más primeros elementos espaciadores primarios (110) entre una primera superficie de encolado del alma primaria (102) y una superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala (72), y aplicar cola (110) entre la primera superficie de encolado del alma primaria (102) y la superficie de encolado primaria de la primera parte de concha de pala (72).
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que un primer elemento espaciador primario (110) tiene un espesor en el intervalo de 1 a 10 mm.
6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en el que el procedimiento comprende:
- disponer uno o más segundos elementos espaciadores primarios (122) entre una segunda superficie de encolado del alma primaria (102) y una superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala (84); y
- aplicar cola (122) entre la segunda superficie de encolado del alma primaria y la superficie de encolado primaria de la segunda parte de concha de pala (84).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que un segundo elemento espaciador primario (122) tiene un espesor en el intervalo de 1 a 10 mm.
8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procedimiento comprende:
- proporcionar uno o más elementos espaciadores de borde de salida en una primera brida de borde de salida del primer molde de pala (70) o una segunda brida de borde de salida del segundo molde de pala (82); y - disponer el segundo molde de pala (82) en el primer molde de pala (70), de modo que los uno o más elementos espaciadores de borde de salida estén dispuestos entre la primera brida de borde de salida y la segunda brida de borde de salida.
9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala (84) comprende aplicar una presión negativa a una parte interior de la pala de turbina eólica (10).
10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que aplicar una presión a la segunda parte de concha de pala (84) comprende aplicar una presión positiva a una superficie exterior de la segunda parte de concha de pala (84).
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