ES2913327T3 - Pala de rotor modular para aerogenerador - Google Patents

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ES2913327T3 ES16176262T ES16176262T ES2913327T3 ES 2913327 T3 ES2913327 T3 ES 2913327T3 ES 16176262 T ES16176262 T ES 16176262T ES 16176262 T ES16176262 T ES 16176262T ES 2913327 T3 ES2913327 T3 ES 2913327T3
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Christopher Daniel Caruso
Aaron Yarbrough
Daniel Alan Hynum
James Robert Tobin
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Abstract

Pala de rotor modular (16) para un aerogenerador (10), comprendiendo la pala de rotor (16): una sección de raíz de la pala preformada (20), en la que la sección de raíz de la pala (20) comprende uno o más refuerzos longitudinales (48, 50) que se extienden sustancialmente en una dirección a lo largo de la envergadura, en el que la sección de raíz de la pala se fabrica integralmente con los refuerzos longitudinales en una única inyección o molde; una sección de punta de la pala (22); una pluralidad de segmentos de borde de ataque (24) que comprenden una superficie del lado de presión delantero (28) y una superficie de lado de succión delantero (30); y una pluralidad de segmentos de borde de salida (26) que comprenden una superficie del lado de presión trasero (32) y una superficie del lado de succión trasero (34), en el que los segmentos de borde de ataque (24) y los segmentos de borde de salida (26) están dispuestos entre la sección de raíz de la pala (20) y la sección de punta de la pala (22) en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura, y en el que los segmentos de borde de ataque (24) se unen a los segmentos del borde de salida (26) en una junta del lado de presión (36) y una junta del lado de succión (38).

Description

DESCRIPCIÓN
Pala de rotor modular para aerogenerador
La presente invención se refiere a una pala de rotor modular para un aerogenerador.
La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio ambiente disponibles en la actualidad, y los aerogeneradores han captado cada vez más atención en este sentido. Un aerogenerador moderno típicamente incluye una torre, un generador, un multiplicador, una góndola y un rotor que tiene un buje giratorio con una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan la energía cinética del viento utilizando principios aerodinámicos conocidos. Las palas de rotor transmiten la energía cinética en forma de energía rotacional para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a un multiplicador o, si no se utiliza multiplicador, directamente al generador. Después, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que puede enviarse a una red de suministro.
Las palas de rotor generalmente incluyen una carcasa del lado de succión y una carcasa del lado de presión formadas típicamente mediante procesos de moldeo las cuales se unen entre sí en unas líneas de unión a lo largo del borde de ataque y de salida de la pala. Además, las carcasas de presión y de succión son relativamente ligeras y presentan unas propiedades estructurales (por ejemplo, rigidez, resistencia al pandeo y robustez) que no están configuradas para resistir los momentos flectores y otras cargas ejercidas sobre la pala de rotor durante el funcionamiento. Por lo tanto, para aumentar la rigidez, la resistencia al pandeo y la robustez de la pala de rotor, la carcasa del cuerpo generalmente se refuerza utilizando uno o más componentes estructurales (por ejemplo, refuerzos longitudinales opuestos con un larguero configurado entre los mismos) que se acoplan a la superficie interna del lado de presión y de succión de las mitades de la carcasa. Los refuerzos longitudinales pueden construirse de varios materiales, incluyendo, entre otros, compuestos laminados de fibra de vidrio y/o compuestos laminados de fibra de carbono.
Dichas palas de rotor, sin embargo, no están exentas de problemas. Por ejemplo, las líneas de unión de palas de rotor típicas se forman generalmente aplicando una pasta o compuesto de unión adecuado a lo largo de la línea de unión con una anchura de unión mínima diseñada entre los elementos de la carcasa. Estas líneas de unión son una limitación crítica del diseño de las palas dado que, en la línea de unión, se produce un número significativo de fallos en las palas del aerogenerador. La separación de la línea de unión a lo largo del borde de ataque y/o de salida de una pala de un aerogenerador, en funcionamiento, puede resular en un fallo catastrófico y en daños en el aerogenerador.
Además, los procedimientos utilizados para fabricar las palas de rotor y/o sus componentes estructurales pueden ser difíciles de controlar, propensos a defectos, y/o requerir mucha mano de obra debido a la manipulación de los tejidos secos y las dificultades a la hora de infundir grandes estructuras laminadas. Además, a medida que las palas de rotor siguen aumentando de tamaño, la complejidad de los procedimientos de fabricación convencionales continúa aumentando, ya que las mitades de las palas se fabrican típicamente utilizando mitades de moldes opuestos que deben ser lo suficientemente grandes para albergar la longitud total de la pala de rotor. Como tal, unir las mitades de palas grandes puede requerir mucho trabajo y ser más susceptible a defectos.
Una estrategia conocida para reducir la complejidad y los costes asociados al preformado, el transporte, y el montaje de aerogeneradores que tienen palas de rotor de tamaños cada vez mayores es fabricar las palas de rotor en segmentos de pala. Los segmentos de pala pueden ensamblarse después para formar la pala de rotor. Sin embargo, los diseños de unión conocidos para conectar entre sí los segmentos de pala suelen presentar una variedad de inconvenientes. Por ejemplo, muchos diseños de unión conocidos no proporcionan una suficiente alineación de los segmentos de pala. Como tal, se pierde una cantidad significativa de tiempo alineando los segmentos de pala para el montaje de la pala de rotor. Además, muchos diseños de unión conocidos incluyen varios componentes de interconexión complejos, lo que aumenta la cantidad de tiempo necesario para montar los segmentos de pala. Además, las palas en segmentos suelen ser más pesadas que las palas fabricadas con procedimientos convencionales debido a las uniones adicionales y/o piezas relacionadas. Además, cada uno de los segmentos se fabrica todavía utilizando mitades de pala que se unen entre sí en el borde de ataque y de salida, lo que, tal como se ha indicado, es una restricción de diseño crítica.
Por ejemplo, en US 2014/140855 A1, US 2014/271217 A1, y US 2011/103962 A1 se describen palas de rotor de un aerogenerador.
La técnica busca continuamente, por lo tanto, nuevas y mejores palas de rotor y procedimientos relacionados que aborden los problemas mencionados anteriormente. En consecuencia, la presente invención va dirigida a una pala de rotor modular para un aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1.
Varios aspectos y ventajas de la invención se explicarán en parte en la siguiente descripción.
En un aspecto, la presente descripción va dirigida a una pala de rotor modular para un aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1.
En una realización, la pala de rotor también puede incluir por lo menos un segmento del lado de presión y por lo menos un segmento del lado de succión. De acuerdo con la invención, la raíz de la pala comprende uno o más refuerzos longitudinales que se extienden dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. De manera similar, la sección de la punta de la pala puede incluir uno o más refuerzos longitudinales correspondientes que se extienden en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la sección de raíz de la pala y la sección de punta de la pala pueden unirse entre sí a través de su(s) respectivo(s) refuerzo(s) longitudinal(es). En realizaciones adicionales, la sección de raíz de la pala puede incluir, además, uno o más largueros configurados entre uno o más refuerzos longitudinales.
De acuerdo con la invención, la pala de rotor comprende una pluralidad de segmentos del borde de ataque y una pluralidad de segmentos del borde de salida. En realizaciones adicionales, la pala de rotor también puede incluir un componente estructural sujeto a la sección de raíz de la pala. Además, en realizaciones particulares, el componente estructural puede configurarse con el (los) segmento(s) del borde de salida.
En ciertas realizaciones, los segmentos del borde de ataque y los segmentos del borde de salida pueden estar configurados para quedar superpuestos en la junta del lado de presión y la junta del lado de succión. Además, segmentos del borde de ataque adyacentes, así como segmentos de borde de salida adyacentes pueden configurarse para quedar superpuestos. Por lo tanto, en realizaciones específicas, la pala de rotor también puede incluir un adhesivo configurado entre los segmentos del borde de ataque y de salida superpuestos y/o los segmentos de borde de ataque y de salida adyacentes superpuestos.
En todavía otra realización, los segmentos del borde de ataque y los segmentos del borde de salida pueden construirse con cualquier material adecuado que permita la forma y las características deseadas del componente correspondiente. Más específicamente, en ciertas realizaciones, los segmentos del borde de ataque y/o los segmentos del borde de salida pueden construirse, por lo menos parcialmente, de un polímero termoestable, un polímero termoplástico o similar.
En otro aspecto, la presente descripción va dirigida a una pala de rotor modular no reivindicada para un aerogenerador. La pala de rotor incluye una sección de raíz de la pala preformada que tiene uno o más refuerzos longitudinales continuos que se extienden en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura, una punta de la pala preformada y por lo menos un segmento de pala dispuesto entre la sección de raíz de la pala y la sección de la punta de la pala. Además, el segmento de pala incluye una sección transversal a lo largo de la cuerda que define una única superficie de pala continua.
En una realización, la única superficie de pala continua no está unida. En otra realización, el (los) segmento(s) de pala incluyen una sola unión en su borde de salida. En ciertas realizaciones, el (los) segmento(s) de pala puede(n) construirse, por lo menos parcialmente, de un polímero termoestable o de un polímero termoplástico.
En todavía otro aspecto, la presente descripción se refiere a una pala de rotor modular no reivindicada para un aerogenerador. La pala de rotor incluye una sección de raíz de la pala preformada que tiene uno o más refuerzos longitudinales continuos que se extienden en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura, una sección de punta de la pala preformada y por lo menos un segmento de pala dispuesto entre la sección de raíz de la pala y la sección de la punta de la pala. Además, el por lo menos un segmento de pala incluye una sección transversal a lo largo de la cuerda que tiene múltiples uniones, en el que por lo menos una unión está situada en por lo menos una superficie del lado de presión o una superficie del lado de succión.
En una realización, el (los) segmento(s) de pala puede(n) construirse, por lo menos parcialmente, de por lo menos uno de un polímero termoestable, un polímero termoplástico o similar. En otra realización, el (los) segmento(s) de pala puede(n) incluir por lo menos un segmento del borde de ataque y por lo menos un segmento del borde de salida unidos en una junta del lado de presión y una junta del lado de succión. Más específicamente, en ciertas realizaciones, el segmento del borde de ataque puede incluir una superficie del lado de presión delantero y una superficie de lado de succión delantero y el segmento del borde de salida puede incluir una superficie del lado de presión trasero y una superficie del lado de succión trasero. En realizaciones adicionales, el (los) segmento(s) del borde de ataque y del borde de salida pueden quedar superpuestos en la junta del lado de presión y la junta del lado de succión. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la pala de rotor puede incluir un adhesivo configurado entre los segmentos del borde de ataque y de salida superpuestos.
En otras realizaciones, la pala de rotor modular puede incluir por lo menos un segmento del lado de presión y por lo menos un segmento del lado de succión, por ejemplo, uniendo el borde de ataque y de salida mediante uniones adecuadas.
En otra realización, el (los) segmento(s) de pala puede(n) incluir por lo menos un segmento del lado de presión delantero, por lo menos un segmento del lado de succión delantero, por lo menos un segmento del lado de presión trasero y por lo menos un segmento del lado de succión trasero. En dicha realización, el (los) segmento(s) de pala generalmente está(n) segmentado(s) en cuatro cuadrantes que pueden unirse mediante cuatro uniones.
En todavía otras realizaciones, el (los) segmento(s) de pala puede(n) incluir un segmento de pala sustancialmente en forma de J y por lo menos una superficie del lado de presión trasero o una superficie del lado de succión trasero, por ejemplo, unidos en múltiples uniones. En realizaciones adicionales, la sección de raíz de la pala también puede incluir uno o más largueros configurados entre uno o más refuerzos longitudinales continuos.
Éstas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan y forman parte de esta memoria, ilustran unas realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos:
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una realización de un aerogenerador de acuerdo con la presente descripción;
La figura 2 ilustra una vista en perspectiva de una realización de una pala de rotor modular de un aerogenerador de acuerdo con la presente descripción;
La figura 3 ilustra una vista en despiece de la pala de rotor modular de la figura 2;
La figura 4 ilustra una vista en sección transversal de una realización de un segmento del borde de ataque de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción;
La figura 5 ilustra una vista en sección transversal de una realización de un segmento del borde de salida de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción;
La figura 6 ilustra una vista en sección transversal de la pala de rotor modular de la figura 2 de acuerdo con la presente descripción a lo largo de la línea 6-6;
La figura 7 ilustra una vista en sección transversal de la pala de rotor modular de la figura 2 de acuerdo con la presente descripción a lo largo de la línea 7-7;
La figura 8 ilustra una vista en sección transversal de otra realización de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción, que ilustra particularmente un segmento de pala que tiene juntas de lado de presión y de succión superpuestas;
La figura 9 ilustra una vista en sección transversal de otra realización de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción, que ilustra particularmente un segmento de pala continuo no unido;
La figura 10 ilustra una vista en sección transversal de otra realización de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción, que ilustra particularmente un segmento de pala de una sola unión;
La figura 11 ilustra una vista en sección transversal de una realización de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción, que ilustra en particular una pluralidad de segmentos de pala unidos entre sí mediante múltiples uniones;
La figura 12 ilustra una vista en sección transversal de otra realización de una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción, que ilustra en particular una pluralidad de segmentos de pala unidos entre sí mediante múltiples uniones;
La figura 13 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento para montar una pala de rotor modular de acuerdo con la presente descripción;
Las figuras 14-17 ilustra varios diagramas esquemáticos de una realización de un procedimiento para montar una pala de rotor modular de un aerogenerador de acuerdo con la presente descripción, ilustrando particularmente las etapas de montaje que pueden completarse en la fábrica;
La figura 18 ilustra una vista en perspectiva de una realización de un conjunto de fijación utilizado para montar varios componentes de pala de rotor de un aerogenerador de acuerdo con la presente descripción; y
La figura 19 ilustra un diagrama esquemático de una realización de un procedimiento para montar una pala de rotor de un aerogenerador de acuerdo con la presente descripción, que ilustra particularmente las etapas de montaje que pueden completarse sobre el terreno, por ejemplo, en un lugar donde hay aerogeneradores.
Se hará referencia en detalle ahora a unas realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se da a modo de explicación de la invención, no como limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas formando parte de una realización pueden utilizarse con otra realización para producir todavía otra realización. Por lo tanto, se pretende que la presente invención cubra las modificaciones y variaciones que queden dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En general, la presente descripción se refiere a una pala de rotor modular para un aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1 y a procedimientos no reivindicados para montar la misma. En ciertas realizaciones, la pala de rotor incluye una sección de raíz de la pala preformada, una sección de punta de la pala preformada y uno o más segmentos de pala montados entre la sección de raíz de la pala y la sección de punta de la pala en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. De acuerdo con la invención, los segmentos de pala incluyen una pluralidad de segmentos de borde de ataque y una pluralidad de segmentos de borde de salida. En ciertas realizaciones, los segmentos de pala pueden incluir uno o más segmentos del lado de presión, segmentos del lado de succión, un segmento del lado de presión delantero, un segmento del lado de succión delantero, un segmento del lado de presión trasero, un segmento del lado de succión trasero o un segmento de pala continuo no unido. Además, cada una de la sección de raíz de la pala y la sección de punta de la pala incluye uno o más refuerzos longitudinales. Por lo tanto, la sección de raíz de la pala y la sección de punta de la pala pueden unirse entre sí a través de sus respectivos refuerzos longitudinales.
Por lo tanto, la presente descripción presenta muchas ventajas que no están presentes en la técnica anterior. Por ejemplo, la presente descripción presenta una pala de rotor modular que tiene múltiples segmentos y/o componentes de pala que pueden preformarse individualmente antes del montaje de la pala. De este modo, los segmentos de pala reducen el número de líneas de unión y alejan las líneas de unión de las regiones del borde de ataque y/o de salida. Además, puede reducirse el número de uniones biseladas o similares. Además, las palas de rotor modulares que se describen aquí pueden aumentar las opciones de la cadena de suministro, pueden reducir el tiempo del ciclo de montaje y/o pueden reducir costes de transporte. Por lo tanto, las palas de rotor y los procedimientos de la presente descripción proporcionan una alternativa económica a las palas de rotor convencionales. Además, las palas de rotor de la presente descripción pueden tener un peso reducido.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, la figura 1 ilustra una realización de un aerogenerador 10 de acuerdo con la presente descripción. Tal como se muestra, el aerogenerador 10 incluye una torre 12 con una góndola 14 montada sobre la misma. Una pluralidad de palas de rotor 16 están montadas en un buje de rotor 18 el cual, a su vez está conectado a una brida principal que hace girar un eje de rotor principal. Los componentes de generación de energía y control del aerogenerador se encuentran alojados dentro de la góndola 14. La vista de la figura 1 se da únicamente con fines ilustrativos para situar la presente invención en un campo de uso de ejemplo. Debe apreciarse que la invención no se limita a ningún tipo particular de configuración de aerogenerador. Además, la presente invención no se limita al uso con aerogeneradores, sino que puede utilizarse en cualquier aplicación que tenga palas de rotor. Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, se ilustran varias vistas de una pala de rotor modular 16 fabricada de acuerdo con la presente descripción. Tal como se muestra, la pala de rotor 16 incluye una configuración modular que tiene una sección de raíz de la pala preformada 20, una sección de punta de la pala preformada 22 dispuesta frente a la sección de raíz de la pala 20, y una pluralidad de segmentos de pala dispuestos entre las mismas. La sección de raíz de la pala 20 está configurada para montarse o fijarse de otro modo al rotor 18 (figura 1). Además, tal como se muestra en la figura 2, la pala de rotor 16 define una envergadura 23 que es igual a la longitud total entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22. Además, tal como se muestra en las figuras 2 y 6, la pala de rotor 16 define una cuerda 25 que es igual a la longitud total entre un borde de ataque 40 de la pala de rotor 16 y un borde de salida 42 de la pala de rotor 16. Tal como se entiende generalmente, la cuerda 25 generalmente puede variar de longitud respecto a la envergadura 23 a medida que la pala de rotor 16 se extiende desde la sección de raíz de la pala 20 hasta la sección de la punta de la pala 22.
Además, tal como se muestra en la realización ilustrada, los segmentos de pala pueden incluir una pluralidad de segmentos de borde de ataque 24 y una pluralidad de segmentos de borde de salida 26 dispuestos generalmente entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22 a lo largo de un eje longitudinal 27 en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. Por lo tanto, los segmentos de borde de ataque y de salida 24, 26 generalmente sirven de cubierta/envoltura exterior de la pala de rotor 16 y pueden definir un perfil sustancialmente aerodinámico, tal como definir una sección transversal en forma de superficie aerodinámica simétrica o curvada. En realizaciones adicionales, debe entenderse que la parte del segmento de pala de la pala 16 puede incluir cualquier combinación de los segmentos descritos aquí y no se limitan a la realización representada.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, cada uno de los segmentos de borde de ataque 24 tiene una superficie del lado de presión delantero 28 y una superficie del lado de succión delantero 30. De manera similar, tal como se muestra en la figura 5, cada uno de los segmentos del borde de salida 26 tiene una superficie del lado de presión trasero 32 y una superficie del lado de succión trasero 34. Además, tal como se muestra en particular en la figura 6, el (los) segmento (s) de borde de ataque 26 y el (los) segmento (s) de borde de salida 26 pueden unirse en una junta del lado de presión 36 y una junta del lado de succión 38. Por lo tanto, la superficie del lado de presión delantero 28 del segmento del borde de ataque 24 y la superficie del lado de presión trasero 32 del segmento del borde de salida 26 definen, en general, una superficie del lado de presión de la pala de rotor 16. De manera similar, la superficie del lado de succión delantero 30 del segmento del borde de ataque 24 y la superficie del lado de succión trasero 34 del segmento del borde de salida 26 definen, en general, una superficie del lado de succión de la pala de rotor 16.
En otras realizaciones, tal como se muestra en la figura 8, el (los) segmento (s) de borde de ataque 24 y el (los) segmento (s) de borde de salida 26 pueden configurarse para quedar superpuestos en la junta del lado de presión 36 y/o la junta del lado de succión 38. Además, tal como se muestra en la figura 2, los segmentos de borde de ataque adyacentes 24 así como los segmentos de borde de salida adyacentes 26 pueden configurarse para quedar superpuestos en una junta 54. Más específicamente, en ciertas realizaciones, los diversos segmentos de la pala de rotor 16 pueden sujetarse, además, entre sí, por ejemplo, a través de un adhesivo 56 configurado entre los segmentos de borde de ataque y de salida superpuestos 24, 26 y/o los segmentos de borde de ataque o de salida adyacentes superpuestos 24, 26.
Además, la junta del lado de presión 26 y/o la junta del lado de succión 38 pueden estar situadas en cualquier posición adecuada a lo largo de la cuerda. Por ejemplo, tal como se muestra en las figuras 6 y 8, las juntas 36, 38 pueden estar situadas entre aproximadamente un 40 % y aproximadamente un 60 % de la cuerda desde el borde de ataque 40 de la pala de rotor 16. Más específicamente, en ciertas realizaciones, las juntas 36, 38 pueden estar situadas aproximadamente a un 50 % de la cuerda desde el borde de ataque 40. En todavía otras realizaciones, las juntas 36, 38 pueden estar situadas a menos de un 40% de la cuerda o a más de un 60% de la cuerda desde el borde de ataque 40 de la pala de rotor 16. Además, en algunas realizaciones, las juntas 36, 38 pueden estar alineadas, tal como se muestra, en general, en las figuras. Alternativamente, las juntas 36, 38 pueden estar desplazadas.
En realizaciones adicionales, tal como se muestra en las figuras 3 y 7, la pala de rotor 16 también puede incluir por lo menos un segmento del lado de presión 44 y/o por lo menos un segmento del lado de succión 46. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 7, la pala de rotor 16 puede incluir un segmento del lado de presión 44 dispuesto y unido a un segmento del lado de succión 46 en los bordes de ataque y de salida 40, 42. Dichos segmentos pueden utilizarse en combinación con los segmentos adicionales y/o sin éstos tal como se describe aquí.
Hasta el momento, los segmentos que se han descrito aquí se unen en dos lugares de unión, si bien, en realizaciones no reivindicadas, pueden utilizarse menos de dos o más de dos lugares de unión. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 9, la pala de rotor 16 también puede incluir una superficie de pala continua no unida 45. Más específicamente, tal como se muestra, la superficie de pala continua no unida 45 no requiere la unión de múltiples segmentos. Dichos segmentos 45 pueden utilizarse en combinación con los segmentos adicionales y/o sin éstos, tal como se describe aquí. Además, tal como se muestra en la figura 10, la pala de rotor 16 también puede incluir un segmento de pala que tenga una superficie de pala con una sola unión 55. Más específicamente, tal como se muestra, la superficie de pala de una sola unión 55 puede incluir una superficie del lado de presión 33, una superficie del lado de succión 31 y una sola unión 57 en el borde de salida 42. De este modo, la superficie de la pala de una sola unión 55 sólo requiere una unión en lugar de múltiples uniones. Dichos segmentos 55 pueden utilizarse en combinación con los segmentos adicionales y/o sin éstos, tal como se describe aquí.
Además, tal como se muestra en las figuras 11 y 12, la pala de rotor 16 también puede incluir una superficie de pala de múltiples uniones 59. Más específicamente, tal como se muestra en la figura 11, la superficie de pala de uniones múltiples 59 puede incluir una pluralidad de segmentos 41, 43, 47, 49 unidos entre sí a través de múltiples uniones 61, 63, 65, 67 separadas alrededor de la sección transversal del segmento de pala 59. Por ejemplo, tal como se muestra, los segmentos 41, 43, 47, 49 pueden incluir un segmento del lado de presión delantero 43, un segmento del lado de succión delantero 41, un segmento del lado de presión trasero 49 y un segmento del lado de succión trasero 47. En otra realización, tal como se muestra en la figura 12, el segmento de pala 59 puede incluir un segmento de pala sustancialmente en forma de J 39 y un segmento de pala adicional, por ejemplo, un segmento del lado de presión trasero 49 o un segmento del lado de succión trasero 47, unidos entre sí a través de unas uniones 65 y 67. Más específicamente, tal como se muestra, el segmento de pala en forma de J 39 puede extenderse desde el borde de salida 42 alrededor de la superficie del lado de succión 33 hasta una junta del lado de presión 35. Dichos segmentos pueden utilizarse en combinación con los segmentos adicionales y/o sin éstos, tal como se describe aquí.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2-3 y 6-7, la pala de rotor 16 también puede incluir uno o más refuerzos longitudinales que se extienden longitudinalmente configurados para proporcionar mayor rigidez, resistencia al pandeo y/o robustez a la pala de rotor 16. Por ejemplo, la sección de raíz de la pala 20 puede incluir uno o más refuerzos longitudinales que se extienden longitudinalmente 48, 50 configurados para acoplarse contra las superficies internas opuestas de los segmentos de pala de la pala de rotor 16. De manera similar, la sección de punta de la pala 22 puede incluir uno o más refuerzos longitudinales que se extienden longitudinalmente 51, 53 configurados para acoplarse contra las superficies internas opuestas de la pala de rotor 16. Además, la sección de punta de la pala 22 y/o la sección de raíz de la pala 20 también pueden incluir uno o más largueros 35 configurados entre uno o más refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53 de la sección de raíz de la pala 20 o la sección de punta de la pala 22, respectivamente. Como tal(es), el (los) larguero(s) 35 está(n) configurado(s) para aumentar la rigidez en la sección de raíz de la pala 20 y/o la sección de punta de la pala 22, permitiendo así manipular las secciones 20, 22 con un mayor control.
Más específicamente, en realizaciones particulares, la sección de raíz de la pala 20 y/o la sección de punta de la pala 22 pueden estar preformadas con uno o más refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53.
Además, las refuerzos longitudinales de raíz de la pala 48, 50 pueden configurarse para que queden alineados con los refuerzos longitudinales de la punta de la pala 51, 53. Por lo tanto, las refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53 pueden diseñarse generalmente para controlar los esfuerzos de flexión y/u otras las cargas que actúan sobre la pala de rotor 16 en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura (una dirección paralela a la envergadura 23 de la pala de rotor 16) durante el funcionamiento de un aerogenerador 10. Además, los refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53 pueden diseñarse para que resistan la compresión a lo largo de la envergadura que se produce durante el funcionamiento del aerogenerador 10. Además, el (los) refuerzo(s) longitudinal(es) 48, 50, 51, 53 puede(n) configurarse para extenderse desde la sección de raíz de la pala 20 hasta la sección de punta de la pala 22 o una parte de la misma. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22 pueden unirse a través de sus respectivos refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53.
En otras realizaciones, tal como se muestra en las figuras 2, 3, 16 y 18, la pala de rotor 16 también puede incluir un componente estructural adicional 52 sujeto a la sección de raíz de la pala 20 y que se extiende en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. Más específicamente, el componente estructural 52 puede extenderse cualquier distancia adecuada entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22. Por lo tanto, el componente estructural 52 está configurado para proporcionar soporte estructural adicional para la pala de rotor 16, así como una estructura de montaje opcional para los diversos segmentos de pala tal como se describe aquí. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, el componente estructural 52 puede sujetarse a la sección de raíz de la pala 20 y puede extenderse una distancia predeterminada a lo largo de la envergadura de manera que los segmentos de borde de ataque y/o de salida 24, 26 puedan montarse a la misma.
Haciendo referencia ahora a las figuras 13-19, se ilustran varias realizaciones del montaje de la pala de rotor modular 16 tal como se describe aquí. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 13, se ilustra un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento no reivindicado 100 para montar una pala de rotor modular 16 de acuerdo con la presente descripción. Tal como se muestra en 102, el procedimiento 100 incluye disponer una sección de raíz de la pala preformada 20 y una sección de punta de la pala preformada 22 de la pala de rotor. Además, tal como se indica y se muestra en general en las figuras, cada una de la sección de raíz de la pala 20 y, opcionalmente, la sección de punta de la pala 22 incluye uno o más refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53 que se extienden en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. En tales realizaciones, la sección de raíz de la pala 20 y los refuerzos longitudinales 48, 50 se fabrican (por ejemplo, se infunden) en una única inyección o molde para producir una pieza integral uniforme. De manera similar, la sección de punta de la pala 22 y uno o más refuerzos longitudinales 51, 53 pueden ser en una única inyección para producir una pieza integral uniforme. En realizaciones alternativas, la sección de punta de la pala 22 puede no incluir refuerzos longitudinales 51, 53.
Tal como se muestra en 104, el procedimiento 100 también puede incluir disponer por lo menos un segmento de pala preformado (por ejemplo, segmentos 24, 26, 41,43, 44, 45, 46, 47 o 49 tal como se describe aquí) de la pala de rotor 16. Además, tal como se muestra en 106, el procedimiento 100 también puede incluir montar uno o más segmentos de pala alrededor de los refuerzos longitudinales 48, 50 de la sección de raíz de la pala 20. Más específicamente, en ciertas realizaciones, los segmentos de pala pueden tener una sección transversal a lo largo de la cuerda que tenga múltiples uniones, estando situada por lo menos una de las múltiples uniones en la superficie del lado de presión o en la superficie del lado de succión del segmento de pala. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, el procedimiento 100 puede incluir montar segmentos de borde de ataque y de salida 24, 26 entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22 y unir los segmentos a través de juntas de lado de presión y de succión 36, 38. Además, el procedimiento 100 puede incluir montar por lo menos un segmento del lado de presión 44 y por lo menos un segmento del lado de succión 46 entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22 en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. En todavía otras realizaciones, donde el segmento de pala es un segmento de pala de una única unión 55 (figura 10), el procedimiento 100 puede incluir separar las superficies de lado de presión y de succión 31, 33 en la unión única 57, montar el segmento de pala continuo 55 sobre el uno o más refuerzos longitudinales 48, 50, y sujetar el segmento de pala continuo 55 entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22 por medio de un adhesivo en la unión única 55.
En realizaciones particulares, tal como se muestra en las figuras 14-16 y 18, puede utilizarse un aparato de fijación 70 no reivindicado para montar la pala de rotor 16. Más específicamente, el aparato de fijación 70 puede utilizarse para disponer y/u orientar los segmentos de pala de la pala de rotor 16 de manera que los segmentos puedan montarse correctamente entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22. Más específicamente, tal como se muestra, el aparato de fijación 70 puede incluir un conjunto de fijación principal 58 que esté configurado para soportar y orientar la sección de raíz de la pala 20, por ejemplo, con el lado del borde de ataque hacia abajo o viceversa. Además, en algunas realizaciones, el conjunto de fijación principal 58 también puede incluir una placa de raíz de la pala 64 configurada para alinear una parte extrema de la raíz 68 de la sección de raíz de la pala 20 en el conjunto de fijación principal 58. Además, el conjunto de fijación principal 58 también puede incluir una estructura de soporte de raíz 66 configurada para soportar la parte extrema de la raíz 68 de la sección de raíz de la pala 20. En ciertas realizaciones, tal como se muestra en la figura 18, la estructura de soporte de la raíz 66 puede incluir, además, una almohadilla de soporte 72 configurada para proporcionar más soporte y/o protección a la parte extrema de la raíz 68 de la sección de raíz de la pala 20.
Además, tal como se muestra en las figuras 14-16 y 18, el aparato de fijación puede incluir un conjunto de fijación del borde de ataque 60 que esté configurado para soportar y/u orientar los segmentos de borde de ataque 24 respecto a la sección de raíz de la pala 20. Como tal, el conjunto de fijación del borde de ataque 60 puede instalarse en el conjunto de fijación principal 58, por ejemplo, debajo de la sección de raíz de la pala 20 cuando la sección de raíz de la pala 20 está instalada en el conjunto de fijación principal 58. Como tal, el conjunto de fijación del borde de ataque 60 permite montar fácilmente los segmentos de borde de ataque 24 entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de la punta de la pala 22 mientras que los segmentos del borde de ataque 24 quedan en posición a través del conjunto de fijación del borde de ataque 60.
De manera similar, tal como se muestra en las figuras 14-16 y 18, el aparato de fijación 70 también puede incluir un conjunto de fijación del borde de salida 62 que esté configurado para soportar y/u orientar el (los) segmento(s) de borde de salida 26 respecto a la sección de raíz de la pala 20. Como tal, el (los) segmento(s) de borde de salida 26 puede(n) cargarse en el conjunto de fijación del borde de salida 62 y el conjunto de fijación 62 puede instalarse en el conjunto de fijación principal 58, por ejemplo, encima de la sección de raíz de la pala 20 cuando la sección de raíz de la pala 20 está instalada en el conjunto de fijación principal 58. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 16, el conjunto de fijación del borde de salida 62 que contiene el (los) segmento(s) de borde de salida 26 puede instalarse en el conjunto de fijación principal 58 encima de la sección de raíz de la pala 20 a través de una grúa. Como tal, el (los) segmento(s) de borde de ataque puede(n) montarse entre la sección de la raíz de la pala 20 y la sección de la punta de la pala 22, mientras que los segmentos del borde de ataque 26 quedan en posición a través del conjunto de fijación del borde de ataque 62. De este modo, cada conjunto de fijación 58, 60, 62 puede utilizarse para soportar y disponer los diversos componentes/segmentos de las palas en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura de manera que los componentes puedan alinearse y fijarse fácilmente entre sí para formar la pala de rotor 16.
Más específicamente, en ciertas realizaciones, el (los) segmento(s) de borde de ataque 24 puede(n) cargarse sobre el conjunto de fijación del borde de ataque 60 e ir y soportado(s) por el mismo. Además, en realizaciones particulares, los segmentos de borde de ataque 24 pueden unirse entre sí, por ejemplo, a través de un adhesivo, mientras van soportados sobre el conjunto de fijación del borde de ataque 60. Además, tal como se muestra en la figura 15, el conjunto de fijación del borde de ataque 60 puede cargarse en el conjunto de fijación principal 58, por ejemplo, en una parte inferior del conjunto de fijación principal 58. De este modo, tal como se muestra en la figura 16, el conjunto de fijación del borde de ataque 60 puede elevarse hasta la sección de raíz de la pala 20 para situar correctamente los segmentos de borde de ataque 24 respecto a la sección de raíz de la pala 20. Además, los segmentos de borde de salida 26 pueden cargarse sobre el conjunto de fijación del borde de salida 62. Además, en ciertas realizaciones, uno o más segmentos del borde de salida adyacentes 26 pueden unirse entre sí, por ejemplo, a través de un adhesivo, mientras quedan soportados por el conjunto de fijación del borde de salida 62. Como tal, el conjunto de fijación del borde de salida 62 puede bajarse sobre el conjunto de fijación principal 58, por ejemplo, utilizando una grúa, de modo que uno o más de los segmentos del borde de salida 26 puedan orientarse adecuadamente respecto al segmento del borde de ataque 24.
En realizaciones adicionales, el procedimiento 100 también puede incluir sujetar un componente estructural adicional 52 a la sección de raíz de la pala 20 de manera que el componente estructural 52 se extienda en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura. De este modo, tal como se muestra en la figura 17, los segmentos de pala (por ejemplo, los segmentos de borde de ataque y de salida 24, 26) pueden montarse en el componente estructural 52. Por ejemplo, en una realización, los segmentos de borde de salida 26 pueden montarse en el componente estructural 52 de la sección de la raíz de la pala 20 y los segmentos del borde de ataque 24 pueden montarse en los segmentos del borde de salida 26, por ejemplo, superponiendo los segmentos del borde de salida 26 en las juntas 36, 38. En realizaciones alternativas, cualquiera de los segmentos de pala, tal como se describe aquí, puede montarse de manera similar al componente estructural 52 de la sección de raíz de la pala 20 en una dirección a lo largo de la envergadura.
Así, tal como se muestra en 108 de la figura 13, el procedimiento 100 también puede incluir unir la sección de punta de la pala 20 a uno o ambos de los refuerzos longitudinales 51, 53 y/o uno de los segmentos de pala para formar la pala de rotor modular 16, tal como se muestra en la figura 19(A) y (B). Además, el procedimiento 100 también puede incluir montar uno o más largueros 35 entre uno o más refuerzos longitudinales 48, 50, 51, 53 de la sección de raíz de la pala 20 o la sección de punta de la pala 22 antes, por ejemplo, de la etapa de montaje del por lo menos un segmento de pala entre la sección de raíz de la pala 20 y la sección de punta de la pala 22. Como tal, el (los) larguero(s) está(n) configurado(s) para aumentar la rigidez en la sección de raíz de la pala 20 y/o la sección de punta de la pala 22.
En consecuencia, una vez que la sección de raíz de la pala 20 se ha unido a la sección de punta de la pala 22 (y el resto de conexiones internas de la pala de rotor 16 se han completado), el resto de segmentos de cierre (por ejemplo, los segmentos del lado de presión y de succión 44 y 46) pueden instalarse en la conexión punta-raíz para completar la pala de rotor 16, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 19(C).
Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir la invención, incluyendo el modo preferido, y también para permitir que cualquier persona experta en la materia ponga en práctica la invención.
El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se le ocurran a los expertos en la materia.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Pala de rotor modular (16) para un aerogenerador (10), comprendiendo la pala de rotor (16):
una sección de raíz de la pala preformada (20), en la que la sección de raíz de la pala (20) comprende uno o más refuerzos longitudinales (48, 50) que se extienden sustancialmente en una dirección a lo largo de la envergadura, en el que la sección de raíz de la pala se fabrica integralmente con los refuerzos longitudinales en una única inyección o molde;
una sección de punta de la pala (22);
una pluralidad de segmentos de borde de ataque (24) que comprenden una superficie del lado de presión delantero (28) y una superficie de lado de succión delantero (30); y
una pluralidad de segmentos de borde de salida (26) que comprenden una superficie del lado de presión trasero (32) y una superficie del lado de succión trasero (34),
en el que los segmentos de borde de ataque (24) y los segmentos de borde de salida (26) están dispuestos entre la sección de raíz de la pala (20) y la sección de punta de la pala (22) en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura, y en el que los segmentos de borde de ataque (24) se unen a los segmentos del borde de salida (26) en una junta del lado de presión (36) y una junta del lado de succión (38).
2. Pala de rotor (16) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que comprende, además, por lo menos un segmento del lado de presión (44) y por lo menos un segmento del lado de succión (46).
3. Pala de rotor (16) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la sección de raíz de la pala (20) comprende, además, uno o más largueros (35) configurados entre el uno o más refuerzos longitudinales (48, 50).
4. Pala de rotor (16) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que la sección de la punta de la pala (22) comprende uno o más refuerzos longitudinales (51, 53) que se extienden en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura, en la que la sección de raíz de la pala (20) y la sección de punta de la pala (22) se unen mediante sus respectivos refuerzos longitudinales (48, 50, 51, 53).
5. Pala de rotor (16) d de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que los segmentos del borde de ataque (24) y los segmentos del borde de salida (26) quedan superpuestos en la junta del lado de presión (36) y la junta del lado de succión (38).
6. Pala de rotor (16) d de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que los segmentos de borde de ataque (24) y los segmentos de borde de salida (26) están construidos, por lo menos parcialmente, de por lo menos uno de un polímero termoestable o un polímero termoplástico.
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