ES2929189T3 - Pala de turbina eólica y procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica - Google Patents

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Abstract

Se describen una pala de turbina eólica y un método para fabricar una pala de turbina eólica. La pala de aerogenerador comprende un contorno perfilado con un borde de ataque y un borde de salida y una cuerda que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida, una carcasa de pala con un lado de presión y un lado de succión, una primera tapa de larguero principal integrada en el borde de presión lateral de la carcasa de la pala, una segunda tapa de larguero principal integrada en el lado de succión de la carcasa de la pala, y una o más redes de corte conectadas entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal, donde la carcasa de la pala comprende al menos una primera estructura portante de carga dispuesta en el borde de ataque o en el borde de salida, donde la primera estructura portante de carga tiene una primera extensión que incluye una primera extensión principal en un primer lado de la cuerda, donde la primera extensión principal es al menos el 60 % de la primera extensión . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pala de turbina eólica y procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica
Campo técnico
[0001] La presente divulgación se refiere al campo de las palas de turbinas eólicas. En particular, la presente divulgación se refiere a una pala de turbina eólica con propiedades dinámicas deseadas y a un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica.
Antecedentes
[0002] Las palas de turbina eólica de polímero reforzado con fibra y, en particular, las conchas aerodinámicas de las palas de turbina eólica suelen fabricarse en moldes, en los que el lado de presión y el lado de succión de la pala se fabrican por separado disponiendo esteras de fibra de vidrio y/o otro material de refuerzo de fibra, como la fibra de carbono, en cada una de las dos piezas del molde. A continuación, las dos mitades se pegan entre sí, a menudo mediante piezas de brida internas. El pegamento se aplica a la cara interna de la mitad inferior de la pala antes de que la mitad superior de la pala se baje sobre ella. Además, a menudo se fijan uno o dos perfiles de refuerzo (vigas) en la cara interior de la mitad inferior de la pala antes de pegarla a la mitad superior.
[0003] Las piezas de la concha aerodinámica se fabrican normalmente mediante el moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM), en el que una pluralidad de esteras de fibra se disponen encima de una pieza de molde rígida y, posiblemente, también de un material de núcleo para proporcionar piezas que tengan una estructura de sándwich. Cuando las esteras de fibra se han apilado y solapado para formar la forma final de la pieza de la concha de pala de la turbina eólica, se dispone una bolsa de vacío flexible sobre las esteras de fibra y se sella contra la pieza de molde rígida, formando así una cavidad de molde que contiene las esteras de fibra. Las entradas de resina y las salidas de vacío están conectadas a la cavidad del molde. En primer lugar, la cavidad del molde se evacua a través de las salidas de vacío para formar una subpresión en la cavidad del molde, tras lo cual se suministra resina líquida a través de las entradas de resina. La resina es forzada a entrar en la cavidad de molde debido al diferencial de presión e impregna el material de fibra de las esteras de fibra. Cuando el material de fibra se ha impregnado por completo, la resina se cura para formar la estructura compuesta final, es decir, la pieza de la concha de pala.
[0004] Las palas de las turbinas eólicas se han hecho cada vez más largas con el paso de los años y en la actualidad se comercializan palas con una longitud superior a 70 metros. Esto significa también que los requisitos de resistencia mecánica de la pala de la turbina eólica han aumentado drásticamente. Debido al gran tamaño, cada vez es más complicado fabricar palas de turbina eólica con la resistencia mecánica deseada y, en particular, proporcionar una pala de turbina eólica con propiedades dinámicas satisfactorias.
[0005] US 2015/0151390 divulga componentes de palas de rotor de turbina eólica y un aparato para almacenar, ahusar, cortar y dispensar capas de preforma de material incluye un dispositivo para almacenar longitudes enrolladas de las capas de preforma de material y un mecanismo para recibir longitudes enrolladas de las capas de preforma de material.
[0006] Por lo tanto, existe la necesidad de una pala de turbina eólica con propiedades dinámicas mejoradas.
Resumen
[0007] En consecuencia, se proporciona una pala de turbina eólica según la reivindicación 1 que comprende un contorno perfilado con un borde de ataque y un borde de salida y una cuerda que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida, una concha de pala con un lado de presión y un lado de succión, una primera tapa de larguero principal (“main spar cap”) integrada en el lado de presión de la concha de pala, una segunda tapa de larguero principal integrada en el lado de succión de la concha de pala, y una o más almas a cortante (“shear webs”) conectadas entre el lado de presión y el lado de succión, por ejemplo, entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal. La concha de pala comprende al menos una primera estructura de soporte de carga dispuesta en el borde de ataque o en el borde de salida de la pala de la turbina eólica. La primera estructura de soporte de carga tiene opcionalmente una primera extensión que incluye una primera extensión primaria en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una primera pieza de la concha de pala de la turbina eólica. La primera extensión primaria es al menos el 70 % de la primera extensión.
[0008] También se proporciona un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica según la reivindicación 13 que comprende un contorno perfilado con un borde de ataque y un borde de salida y una cuerda que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida, una concha de pala con un lado de presión y un lado de succión, una primera tapa de larguero principal integrada en el lado de presión de la concha de pala, una segunda tapa de larguero principal integrada en el lado de succión de la concha de pala, y una o más almas a cortante conectadas entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal. El procedimiento comprende la disposición de un primer laminado de fibra (‘libre layup”) de refuerzo en el borde de ataque o en el borde de salida, en la que el primer laminado de fibra de refuerzo tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria en un primer lado de la cuerda o en una primera pieza de la concha de pala, en la que la primera extensión primaria es al menos el 70 % de la primera extensión.
[0009] Una pala de turbina eólica se extiende desde un extremo de raíz hasta un extremo de punta a lo largo de un eje longitudinal y comprende una región de raíz, una región de transición y una región de perfil alar. La región de transición de la pala de la turbina eólica comprende un hombro que define una cuerda máxima de la pala de la turbina eólica.
[0010] La presente divulgación se refiere ventajosamente a las palas de turbinas eólicas y a la fabricación de palas de turbinas eólicas, por ejemplo, con una longitud de pala de al menos 40 metros, o de al menos 45 metros, o incluso de al menos 50 metros. La pala de la turbina eólica puede estar precurvada de modo que, cuando se monta en una turbina eólica horizontal configurada a barlovento en estado de no carga, se curvan hacia delante fuera del plano del rotor de modo que se aumenta la distancia entre la punta y la torre. Una pala de turbina eólica tiene un borde de ataque y un borde de salida con una superficie interior y otra exterior. La superficie interior de una pala de turbina eólica es una superficie que no está expuesta al entorno. La superficie exterior de una pala de turbina eólica es una superficie que está expuesta al entorno.
[0011] La pala de la turbina eólica comprende un contorno perfilado con un borde de ataque y un borde de salida y una cuerda que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida. Los puntos de contacto de la cuerda en el borde de ataque forman una línea de cuerda de borde de ataque y los puntos de contacto de la cuerda en el borde de salida forman una línea de cuerda de borde de salida.
[0012] La pala de la turbina eólica comprende una primera tapa de larguero principal integrada en el lado de presión de la concha de pala y una segunda tapa de larguero principal integrada en el lado de succión de la concha de pala. Entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal se conectan una o varias almas a cortante, como por ejemplo una primera alma a cortante y/o una segunda alma a cortante. La pala de la turbina eólica puede incluir una primera tapa de larguero secundaria integrada en el lado de presión de la concha de pala. La pala de la turbina eólica puede incluir una segunda tapa de larguero secundaria integrada en el lado de succión de la concha de pala,
[0013] La concha de pala comprende una o más estructuras de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o una segunda estructura de soporte de carga. Una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o una segunda estructura de soporte de carga, comprende material de refuerzo, por ejemplo, una o más capas de material de refuerzo.
[0014] Una capa de material de refuerzo puede tener un primer módulo elástico E1 en una primera dirección y un segundo módulo elástico E2 en una segunda dirección perpendicular a la primera. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, E1/E2 > 2,0, por ejemplo E1/E2 > 2,3 o E1/E2 > 2,6. En una o más palas de turbina eólica ventajosas, E1/E2 > 3,0. El material de refuerzo puede comprender cualquier tipo de fibras de refuerzo adecuadas para reforzar grandes estructuras compuestas, como fibras de vidrio, fibras de carbono y/o fibras de aramida. El material de refuerzo o la(s) capa(s) de material de refuerzo pueden comprender fibras unidireccionales, fibras biaxiales, fibras triaxiales o fibras orientadas al azar. En una o más palas de turbina eólica ventajosas, una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o una segunda estructura de soporte de carga, comprende una o más capas de fibras unidireccionales. Las fibras unidireccionales o una capa de fibras unidireccionales pueden tener al menos el 75% de las fibras (peso o volumen) en una dirección (± 15 grados), como al menos el 90% de las fibras en una dirección (± 15 grados).
[0015] Una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, puede tener una longitud de al menos 5 m, como por ejemplo de al menos 7 m. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga tiene una longitud de al menos 10 m. Una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, puede tener una longitud de al menos 0,1 * L, siendo L la longitud de la pala de la turbina eólica. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, pueden tener una longitud de al menos 0,15 * L o de al menos 0,2 *L, siendo L la longitud de la pala de la turbina eólica. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, pueden tener una longitud de al menos 0,3 * L o de al menos 0,5 *L, siendo L la longitud de la pala de la turbina eólica.
[0016] La primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga permiten al diseñador de palas modificar y adaptar el comportamiento dinámico de la pala de la turbina eólica.
[0017] La concha de pala comprende al menos una primera estructura de soporte de carga dispuesta en el borde de ataque o en el borde de salida.
[0018] Una estructura de soporte de carga puede estar dispuesta en el borde de ataque cuando la estructura de soporte de carga se extiende al menos parcialmente dentro de una distancia inferior a 0,2 * c desde el borde de ataque a lo largo de la cuerda, donde c es la longitud de la cuerda. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, una estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de ataque cuando la estructura de soporte de carga se extiende al menos parcialmente dentro de una distancia inferior a 0,1 * c desde el borde de ataque a lo largo de la cuerda, donde c es la longitud de la cuerda.
[0019] Una estructura de soporte de carga puede estar dispuesta en el borde de salida cuando la estructura de soporte de carga se extiende, al menos en parte, dentro de una distancia inferior a 0,3 * c desde el borde de salida a lo largo de la cuerda, donde c es la longitud de la cuerda. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, una estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de salida cuando la estructura de soporte de carga se extiende dentro de una distancia inferior a 0,1 * c desde el borde de salida a lo largo de la cuerda, donde c es la longitud de la cuerda.
[0020] La primera estructura de soporte de carga puede ser asimétrica respecto a la línea de cuerda del borde de ataque o a la línea de cuerda del borde de salida. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga es asimétrica en el borde de ataque con respecto a la cuerda o con respecto a una junta de encolado.
[0021] Un número y/o una distribución diferente de las capas de material de refuerzo en diferentes lados de la cuerda o en diferentes lados de una junta de encolado o en diferentes piezas de la concha de pala pueden emplear una estructura de carga asimétrica. Además, o como alternativa, las capas de material de refuerzo con diferente tamaño (extensión) pueden proporcionar una estructura de soporte de carga asimétrica.
[0022] La primera estructura de soporte de carga, por ejemplo en una o más secciones transversales, como una primera sección transversal y/o una segunda sección transversal, perpendicular al eje longitudinal, tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado, como una junta de encolado del borde de ataque en el borde de salida o una junta de encolado del borde de salida. El primer lado puede ser el lado de presión de la pala de la turbina eólica.
[0023] La primera sección transversal puede estar a una primera distancia de un extremo de raíz de la pala de la turbina eólica. La segunda sección transversal puede estar a una segunda distancia del extremo de raíz de la pala de la turbina eólica. La primera distancia puede estar en el intervalo de 0 a 20 m, como por ejemplo 10 m. La primera distancia puede estar en el intervalo de 0 a 0,25*L, donde L es la longitud de la pala.
[0024] La segunda distancia puede estar en el intervalo de 20 m a 40 m, como 30 m. La segunda distancia puede ser mayor que 0,2*L, como en el intervalo de 0,25*L a 0,8*L, donde L es la longitud de la pala. La diferencia entre la primera distancia y la segunda puede ser de al menos 2 m, como por ejemplo de al menos 5 m.
[0025] Una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, puede tener diferentes extensiones en diferentes secciones transversales, por ejemplo en la primera sección transversal y en la segunda sección transversal. Por ejemplo, la extensión de una estructura de soporte de carga, como la primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga, puede disminuir, por ejemplo de forma escalonada, desde una primera sección transversal hasta una segunda sección transversal, por ejemplo cuando la primera sección transversal está más cerca de ese extremo de raíz que la segunda sección transversal.
[0026] La primera extensión primaria puede ser al menos el 60 % de la primera extensión, como por ejemplo al menos el 70 % de la primera extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión primaria es aproximadamente el 80 % de la primera extensión o al menos el 80 % de la primera extensión. La primera extensión primaria puede constituir la primera extensión, es decir, ser el 100 % de la primera extensión.
[0027] La primera extensión primaria puede estar en el intervalo de 10 cm a unos 200 cm, tal como en el intervalo de 50 cm a 150 cm, tal como unos 80 cm. En una pala de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión primaria es de al menos 50 cm, como por ejemplo de al menos 200 cm.
[0028] La primera extensión de la primera estructura de soporte de carga puede incluir una primera extensión secundaria en un segundo lado de la cuerda en un segundo lado de una junta de encolado, como la junta de encolado del borde de ataque o la junta de encolado del borde de salida, si está presente. La primera extensión secundaria puede ser inferior al 40 % de la primera extensión, como por ejemplo inferior al 30 % de la primera extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión secundaria es aproximadamente el 20 % de la primera extensión o menos del 20 % de la primera extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión secundaria es superior al 5 % de la primera extensión.
[0029] La primera extensión secundaria puede estar en el intervalo de 10 cm a 100 cm, como por ejemplo en el intervalo de 15 cm a 50 cm. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión secundaria es de unos 20 cm.
[0030] En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de ataque, el primer lado es el lado de presión y la primera extensión primaria es opcionalmente al menos el 80 % de la primera extensión.
[0031] En una o varias palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de salida, el primer lado es el lado de succión y la primera extensión primaria es, opcionalmente, al menos el 80 % de la primera extensión.
[0032] La primera estructura de soporte de carga puede, por ejemplo, en una o más secciones transversales, como una primera sección transversal y/o una segunda sección transversal, perpendicular al eje longitudinal, comprender al menos 5 capas de material de refuerzo, preferiblemente al menos 10 capas de material de refuerzo.
[0033] En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera estructura de soporte de carga puede, por ejemplo, en la primera sección transversal y/o en la segunda sección transversal, comprender al menos 20 capas de material de refuerzo.
[0034] La primera estructura de soporte de carga puede comprender N1 capas de material de refuerzo en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una primera pieza de la concha de la pala. N1 puede estar en el intervalo de 5 a 50, como por ejemplo, al menos 10.
[0035] La primera estructura de soporte de carga puede comprender N2 capas de material de refuerzo en un segundo lado de la cuerda o en un segundo lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una segunda pieza de la concha de la pala. N2 puede estar en el intervalo de 1 a 50, como por ejemplo, al menos 10. N2 puede ser menor que N1.
[0036] La concha de pala puede comprender una segunda estructura de soporte de carga dispuesta en el borde de ataque o en el borde de salida.
[0037] La segunda estructura de soporte de carga puede ser asimétrica respecto a la línea de cuerda del borde de ataque o a la línea de cuerda del borde de salida. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda estructura de soporte de carga es asimétrica en el borde de salida con respecto a la cuerda o con respecto a una junta de encolado.
[0038] La segunda estructura de soporte de carga puede, por ejemplo, en la primera sección transversal y/o en la segunda sección transversal, tener una segunda extensión que incluya una segunda extensión primaria en un segundo lado de la cuerda o en un segundo lado de una junta de encolado, como una junta de encolado del borde de ataque en el borde de ataque o una junta de encolado del borde de salida en el borde de salida. El segundo lado puede ser el lado de succión de la pala de la turbina eólica.
[0039] La segunda extensión primaria puede ser al menos el 60 % de la segunda extensión, como por ejemplo al menos el 70 % de la segunda extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión primaria es aproximadamente el 75 % de la segunda extensión o al menos el 75 % de la segunda extensión. La segunda extensión primaria puede constituir la segunda extensión, es decir, ser el 100 % de la segunda extensión.
[0040] La segunda extensión primaria puede estar en el intervalo de 10 cm a unos 150 cm, como por ejemplo en el intervalo de 80 cm a 130 cm. En una pala de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión primaria es de al menos 50 cm, como por ejemplo de unos 120 cm.
[0041] La segunda extensión de la segunda estructura de soporte de carga puede incluir una segunda extensión secundaria en un primer lado de la cuerda y/o en un primer lado de una junta de encolado, como la junta de encolado del borde de ataque o la junta de encolado del borde de salida, si está presente. La segunda extensión secundaria puede ser inferior al 40 % de la segunda extensión, como por ejemplo inferior al 30 % de la segunda extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión secundaria es aproximadamente el 25 % de la segunda extensión o menos del 25 % de la segunda extensión. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión secundaria es superior al 5 % de la segunda extensión.
[0042] La segunda extensión secundaria puede estar en el intervalo de 10 cm a unos 100 cm, como por ejemplo en el intervalo de 20 cm a 60 cm. En una pala de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión secundaria es de unos 40 cm.
[0043] En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de salida, el segundo lado es el lado de succión y la segunda extensión primaria es opcionalmente al menos el 80 % de la primera extensión.
[0044] La segunda estructura de soporte de carga puede, por ejemplo, en la primera sección transversal y/o en la segunda sección transversal, comprender al menos 5 capas de material de refuerzo, preferiblemente al menos 10 capas de material de refuerzo.
[0045] En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda estructura de soporte de carga puede, por ejemplo, en la primera sección transversal y/o en la segunda sección transversal, comprender al menos 20 capas de material de refuerzo.
[0046] La segunda estructura de soporte de carga puede comprender M1 capas de material de refuerzo en un segundo lado de la cuerda o en un segundo lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una segunda pieza de la concha de la pala. M1 puede estar en el intervalo de 5 a 50, como por ejemplo, al menos 10.
[0047] La segunda estructura de soporte de carga puede comprender M2 capas de material de refuerzo en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una primera pieza de la concha de la pala. M2 puede estar en el intervalo de 1 a 50, como por ejemplo, al menos 10. M2 puede ser menor que M1.
[0048] Una extensión puede medirse perpendicularmente a la dirección longitudinal de la pala de la turbina eólica. Una extensión puede medirse como la extensión media de diferentes capas de una estructura de soporte de carga o una suma ponderada de la extensión de diferentes capas.
[0049] La primera estructura de soporte de carga y/o la segunda estructura de soporte de carga pueden estar integradas en la concha de pala.
[0050] La pala de la turbina eólica puede comprender una primera pieza de la concha de pala y una segunda pieza de la concha de pala. La primera pieza de la concha de la pala y la segunda pieza de la concha de la pala pueden estar unidas a lo largo de una o más juntas de pegado, como una junta del borde de ataque y una junta de encolado del borde de salida. La primera estructura de soporte de carga puede estar dispuesta en la primera pieza de la concha de pala. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión primaria está en la primera pieza de la concha de la pala y la primera extensión secundaria está en la segunda pieza de la concha de la pala. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la primera extensión está en la primera pieza de la concha de la pala. La segunda estructura de soporte de carga puede estar dispuesta en la segunda pieza de la concha de la pala. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión primaria se encuentra en la segunda pieza de la concha de la pala y la segunda extensión secundaria se encuentra en la primera pieza de la concha de la pala. En una o más palas de turbina eólica de ejemplo, la segunda extensión está en la segunda pieza de la concha de la pala.
[0051] El procedimiento divulgado comprende la disposición de un primer laminado de fibras de refuerzo en el borde de ataque o en el borde de salida. La disposición de una primera capa de fibra de refuerzo puede comprender o consistir en la disposición de una primera capa de fibra de refuerzo primaria en el borde de ataque de una primera pieza de la concha de pala. Un laminado de fibras de refuerzo puede comprender una pluralidad de capas de material de refuerzo, como por ejemplo al menos 10 capas, por ejemplo en una primera sección transversal y/o en una segunda sección transversal.
[0052] La disposición de un primer laminado de fibras de refuerzo puede comprender o consistir en la disposición de un primer laminado de fibras de refuerzo primarias en el borde de salida de una segunda pieza de la concha de pala de la turbina eólica.
[0053] El procedimiento puede comprender la disposición de un primer laminado de fibras de refuerzo en el borde de ataque o en el borde de salida. La disposición de una primera capa de fibras de refuerzo puede comprender o consistir en la disposición de una primera capa de fibras de refuerzo primarias en el borde de ataque de una primera pieza de la concha de pala. La disposición de una primera capa de fibras de refuerzo puede comprender la disposición de una primera capa de fibras de refuerzo secundarias en el borde de ataque de una segunda pieza de la concha de pala.
[0054] La primera extensión primaria, es decir, la extensión del primer laminado de fibra de refuerzo primaria, puede estar en una primera pieza de la concha de pala de la turbina eólica. La primera extensión puede comprender una primera extensión secundaria en una segunda pieza de la concha de pala de la turbina eólica.
[0055] El procedimiento puede comprender la disposición de un segundo laminado de fibras de refuerzo en el borde de salida, en la que el segundo laminado de fibras de refuerzo tiene una segunda extensión que incluye una segunda extensión primaria en un segundo lado de la cuerda, en la que la segunda extensión primaria es al menos el 60 % de la segunda extensión.
[0056] El procedimiento comprende opcionalmente el suministro de resina al primer y/o segundo laminado de fibra de refuerzo y el curado de la resina para formar una primera pieza de concha de pala y/o una segunda pieza de concha de pala.
[0057] El procedimiento puede comprender la unión de la primera y segunda piezas de la concha de pala de la turbina eólica. El procedimiento puede ser un procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica como se describe en el presente documento.
Descripción detallada
[0058] La invención se explica en detalle a continuación con referencia a los dibujos, en los que
La figura 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 muestra una vista en sección de una pala de turbina eólica según la invención, y
La fig. 6 muestra una vista en sección de una pala de turbina eólica según la invención.
[0059] La presente invención se refiere a la fabricación de piezas de concha de pala de turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT).
[0060] La Fig. 1 ilustra una turbina eólica moderna convencional de barlovento según 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 de turbina eólica 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, cada una con 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 denotado R.
[0061] La Fig. 2 muestra una vista esquemática de una pala de ejemplo de turbina eólica 10. La pala de la turbina eólica 10 tiene la forma 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 de perfil alar 34 más alejada del buje y una región de transición 32 entre la región de raíz 30 y la región de perfil alar 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 orientado en la dirección de rotación de la pala 10, cuando ésta está montada en el buje, y un borde de salida 20 orientado en la dirección opuesta al borde de ataque 18.
[0062] La región de perfil alar 34 (también llamada región perfilada) tiene una forma de pala ideal o casi ideal con respecto a la generación de sustentación, mientras que la región de la raíz 30, debido a consideraciones estructurales, tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica, lo que, por ejemplo, facilita y hace más seguro el montaje de 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 la zona de raíz 30. La región de transición 32 tiene un perfil de transición que cambia gradualmente desde la forma circular o elíptica de la región de raíz 30 hasta el perfil alar de la región de perfil alar 34. La longitud de la cuerda de la región de transición 32 suele aumentar con el incremento de la distancia r desde el buje. La región de perfil 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. La anchura de la cuerda disminuye al aumentar la distancia r desde el buje.
[0063] Un hombro 40 de la pala 10 se define como la posición en la que la pala 10 tiene su mayor longitud de cuerda. El hombro 40 suele estar situado en el límite entre la región de transición 32 y la región del perfil alar 34.
[0064] Hay que tener en cuenta que las cuerdas de las diferentes secciones de la pala normalmente no se encuentran en un plano común, ya que la pala puede estar torsionada y/o curvada (es decir, precurvada), proporcionando así al plano de las cuerdas un curso correspondientemente torsionado y/o curvado, siendo este el caso más frecuente para compensar que la velocidad local de la pala depende del radio desde el buje.
[0065] La pala de la turbina eólica 10 está formada por una concha que comprende dos piezas de concha de pala hechas de polímero reforzado con fibra y que suelen estar formadas por una pieza de concha de pala del lado de presión o de barlovento 24 y una pieza de concha de pala del lado de succión o de sotavento 26 que están pegadas a lo largo de las líneas de unión 28 que se extienden a lo largo del borde de salida 20 y del borde de ataque 18 de la pala 10. Normalmente, los extremos de raíz de las piezas de la concha de pala 24, 26 tienen una forma de sección transversal exterior semicircular o semiovalada.
[0066] Las figuras 3 y 4 representan parámetros que pueden utilizarse para explicar la geometría de las piezas de la concha de pala que deben fabricarse según la invención.
[0067] La Fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar 50 de una pala típica de una turbina eólica representada con los distintos parámetros que se suelen utilizar para definir la forma geométrica de una pala. El perfil alar 50 tiene un lado de presión 52 y un lado de succión 54, que durante su uso -es decir, durante la rotación del rotor- se orientan normalmente hacia el lado de barlovento (o viento en contra) y hacia el lado de sotavento (o viento a favor), 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 mediana que atraviesa el perfil alar 50. La línea mediana puede encontrarse trazando círculos inscritos desde el borde de ataque 56 hasta el borde de salida 58. La línea mediana sigue los centros de estos círculos inscritos y la desviación o distancia desde la cuerda 60 se denomina curvatura f. La asimetría también puede definirse mediante el uso de parámetros denominados 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.
[0068] Los perfiles alares suelen caracterizarse por los siguientes parámetros: la longitud de cuerda c, la curvatura máxima f, la posición df de la curvatura máxima f, el espesor máximo del perfil alar t, que es el mayor diámetro de los círculos inscritos a lo largo de la línea de curvatura media 62, la posición dt del espesor máximo t, y un radio de punta ("nose radius”) (no mostrado). Estos parámetros se definen típicamente como relaciones con la longitud de cuerda c. Así, el espesor relativo local de la pala t/c viene dado por la relación entre el espesor máximo local t y la longitud de cuerda local c. Además, la posición dp de la curvatura máxima del lado de presión puede utilizarse como parámetro de diseño, y por supuesto también la posición de la curvatura máxima del lado de succión.
[0069] La Fig. 4 muestra otros parámetros geométricos de la pala y de las piezas de la concha de pala. La pala y las piezas de la concha de pala tienen una longitud total de pala L. Como se muestra en la Fig. 3, el extremo de raíz está situado en la posición r = 0, y el extremo de punta está situado en r = L. El hombro 40 de las piezas de la concha de pala está situado en una posición r = Lw, y tiene una anchura de hombro W, que es igual a la longitud de la cuerda en el hombro 40. El diámetro de la raíz se define como X. Además, las piezas de concha de pala están provistas de una precurvatura, que se define como Ay, que corresponde a la desviación fuera del plano de un eje de pitch 22 de la pala.
[0070] Las palas de las turbinas eólicas se han hecho cada vez más largas con el paso del tiempo y ahora pueden superar los 70 metros de longitud. Además, el diámetro de raíz de las palas ha aumentado. La longitud de pala, el diámetro de raíz, así como la forma de las palas con respecto al hombro, la torsión y la precurvatura, hacen que sea cada vez más difícil proporcionar palas de turbina eólica con la resistencia mecánica y las propiedades dinámicas suficientes y deseadas.
[0071] La Fig. 5 es una primera sección transversal de ejemplo perpendicular al eje longitudinal X de una pala de turbina eólica según la presente invención a una primera distancia del extremo de raíz de la pala de la turbina eólica. La pala de turbina eólica 10 comprende un contorno perfilado con un borde de ataque 18 y un borde de salida 20 y una cuerda 60 que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20, una concha de pala 64 con un lado de presión 52 y un lado de succión 54, una primera tapa de larguero principal 70 integrada en el lado de presión de la concha de pala 64, y una segunda tapa de larguero principal 72 integrada en el lado de succión de la concha de pala 64. Además, la pala de la turbina eólica 10 comprende una o más almas a cortante que incluyen una primera alma a cortante 74 y, opcionalmente, una segunda alma a cortante 76, estando las almas a cortante conectadas entre la primera tapa de larguero principal 70 y la segunda tapa de larguero principal 72.
[0072] La concha de pala 64 comprende una primera estructura de soporte de carga 78 dispuesta en el borde de ataque 18, en la que la primera estructura de soporte de carga tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria E1,1 en un primer lado (lado de presión 52) de la cuerda 60. La primera extensión primaria es al menos el 60 % de la primera extensión (E1,1 + E1,2). La primera estructura de soporte de carga comprende 20 capas de material de refuerzo.
[0073] Además, la concha de pala 64 comprende opcionalmente una segunda estructura de soporte de carga 90 dispuesta en el borde de salida 20, en la que la segunda estructura de soporte de carga tiene una segunda extensión que incluye una segunda extensión primaria E2,1 en un segundo lado (lado de succión 54) de la cuerda 60. La segunda extensión primaria es al menos el 60 % de la segunda extensión (E2,1 + E2,2). La segunda estructura de soporte de carga 90 comprende 20 capas de material de refuerzo.
[0074] La primera estructura de soporte de carga y, opcionalmente, la segunda estructura de soporte de carga están diseñadas para adaptar las propiedades dinámicas de la pala de la turbina eólica, por ejemplo, para mejorar la amortiguación de cargas en sentido de cuerda (“edgewise damping”).
[0075] Los parámetros de las palas de una turbina eólica de ejemplo B1, ... B6 en una primera sección transversal a una primera distancia y/o una segunda sección transversal a una segunda distancia del extremo de raíz se establecen en la Tabla 1, en la que E es la primera extensión primaria y E1.11 es la primera extensión de una primera estructura de soporte de carga. E es la segunda extensión primaria y E2,12 es la segunda extensión de una segunda estructura de soporte de carga. N1 es el número de capas de material de refuerzo de la primera estructura de soporte de carga en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una primera pieza de la concha de la pala. N2 es el número de capas de material de refuerzo para la primera estructura de soporte de carga en un segundo lado de la cuerda o en un segundo lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una segunda pieza de la concha de la pala de la turbina eólica. M1 es el número de capas de material de refuerzo para la segunda estructura de soporte de carga en un segundo lado de la cuerda o en un segundo lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una segunda pieza de la concha de la pala de la turbina eólica. M2 es el número de capas de material de refuerzo para la segunda estructura de soporte de carga en un primer lado de la cuerda o en un primer lado de una junta de encolado de la pala de la turbina eólica o en una primera pieza de la concha de la pala de la turbina eólica. Los diferentes valores de los parámetros de las palas para diferentes palas de turbina eólica de ejemplo pueden tomarse solos, es decir, definir un parámetro común para un conjunto de palas de turbina eólica según la invención, o combinarse, por ejemplo, E1,1 /E1 para B1 puede combinarse con N1 de B4 como otra pala de turbina eólica de ejemplo según la invención. Además, los valores de los parámetros de las palas para una pala de turbina eólica, como B1, pueden ser indicativos de una primera sección transversal de una pala de turbina eólica de ejemplo, y los valores de los parámetros de las palas para otra pala de turbina eólica, como B5, pueden ser indicativos de una segunda sección transversal de la pala de turbina eólica ejemplar.
Tabl 1: P r m r l l n r in li m l n l rim r i n r n v r ales.
Figure imgf000009_0001
[0076] La Fig. 6 es una primera sección transversal de ejemplo perpendicular al eje longitudinal X de una pala de turbina eólica según la presente invención a una primera distancia del extremo de raíz de la pala de la turbina eólica. La pala de turbina eólica 10 comprende un contorno perfilado con un borde de ataque 18 y un borde de salida 20 y una cuerda 60 que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20, una concha de pala 64 con un lado de presión 52 y un lado de succión 54, una primera tapa de larguero principal 70 integrada en el lado de presión de la concha de pala 64, y una segunda tapa de larguero principal 72 integrada en el lado de succión de la concha de pala 64. Además, la pala de la turbina eólica 10 comprende una o más almas a cortante que incluyen una primera alma a cortante 74 y, opcionalmente, una segunda alma a cortante 76, estando la(s) alma(s) a cortante(s) conectada(s) entre la primera tapa de larguero principal 70 y la segunda tapa de larguero principal 72.
[0077] La concha de pala 64 comprende una primera estructura de soporte de carga 78 dispuesta en el borde de salida 20, en la que la primera estructura de soporte de carga tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria E1,1 en un primer lado (lado de succión 54) de la cuerda 60. La primera extensión primaria es al menos el 60 % de la primera extensión (E1,1 + E1,2). La primera estructura de soporte de carga comprende 20 capas de material de refuerzo.
[0078] La primera estructura de soporte de carga y, opcionalmente, la segunda estructura de soporte de carga están diseñadas para adaptar las propiedades dinámicas, por ejemplo, la amortiguación de cargas en sentido de cuerda, de la pala de la turbina eólica, por ejemplo, para mejorar u obtener una amortiguación de cargas deseada en sentido de cuerda de la pala de la turbina eólica.
[0079] La invención se ha descrito con referencia a las realizaciones preferentes. Sin embargo, el alcance de la invención no se limita a las realizaciones ilustradas, y pueden llevarse a cabo alteraciones y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención que se define en las siguientes reivindicaciones. La invención no se limita a las realizaciones aquí descritas, y puede ser modificada o adaptada sin apartarse del alcance de la presente invención.
Lista de referencias
[0080]
2 turbina eólica
4 torre
6 góndola
8 buje
10 pala de turbina eólica
14 punta de la pala
15 sección de extremo de punta
16 raíz de pala
17 superficie de extremo de raíz
18 borde de ataque
20 borde de salida
22 eje de pitch
24 pieza de concha de pala de lado de presión / primera pieza o a barlovento de concha de pala 26 pieza de concha de pala de lado de succión / segunda pieza o a sotavento de concha de pala 28 líneas de unión
29 horizontal
30 región de raíz
32 región de transición
34 región de perfil alar
50 perfil alar
52 lado de presión / lado de barlovento
54 lado de succión / lado de sotavento
56 borde de ataque
58 borde de salida
60 cuerda
62 línea de curvatura / línea mediana
64 concha de pala
70 primera tapa de larguero principal
72 segunda tapa de larguero principal
74 primera alma a cortante
76 segunda alma a cortante
78 primera estructura de soporte de carga
90 segunda estructura de soporte de carga
c longitud de cuerda
dt posición de espesor máximo
df posición de máxima curvatura
dp posición de la curvatura máxima en lado de presión
f curvatura
lf distancia longitudinal entre bastidores de extremo de raíz
lo extensión longitudinal de voladizo de punta de pala
L longitud de pala
r radio local, distancia radial desde raíz de pala
t espesor
D diámetro de raíz de pala
Ay precurvatura
X eje longitudinal
E1,1 primera extensión primaria de la primera estructura de soporte de carga
E1,2 primera extensión secundaria de la primera estructura de soporte de carga
E2,1 segunda extensión primaria de la segunda estructura de soporte de carga
E2,2 segunda extensión secundaria de la segunda estructura de soporte de carga

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Una pala de turbina eólica (10) que comprende
- un contorno perfilado con un borde de ataque (56) y un borde de salida (58) y una cuerda (60) que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida,
- una concha de pala (64) con un lado de presión y un lado de succión,
- una primera tapa de larguero principal (70) integrada en el lado de presión de la concha de pala, - una segunda tapa de larguero principal (72) integrada en el lado de succión de la concha de pala, y - una o más almas a cortante (74, 76) conectadas entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal,
en la que la concha de pala comprende al menos una primera estructura de soporte de carga (78) que comprende una o más capas de fibra unidireccional y está dispuesta en el borde de ataque, en la que la primera estructura de soporte de carga tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria (E1,1) en un primer lado de la cuerda, caracterizada porque la primera extensión primaria es al menos el 70 % de la primera extensión.
2. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en la que la primera estructura de soporte de carga está diseñada para adaptar la amortiguación de cargas en sentido de cuerda de la pala de la turbina eólica.
3. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, en la que la primera extensión de la primera estructura de soporte de carga incluye una primera extensión secundaria (E1,2) en un segundo lado de la cuerda, en la que la primera extensión secundaria es inferior al 20 % de la primera extensión.
4. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la primera estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de ataque, en la que el primer lado de la cuerda es el lado de presión, y en la que la primera extensión primaria es al menos el 80 % de la primera extensión.
5. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la primera estructura de soporte de carga comprende al menos 10 capas de material de refuerzo.
6. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la concha de pala comprende una segunda estructura de soporte de carga (90) dispuesta en el borde de salida, en la que la segunda estructura de soporte de carga tiene una segunda extensión que incluye una segunda extensión primaria (E2,1) en un segundo lado de la cuerda, en la que la segunda extensión primaria es al menos el 60 % de la segunda extensión.
7. Pala de turbina eólica según la reivindicación 6, en la que la segunda extensión de la segunda estructura de soporte de carga incluye una segunda extensión secundaria (E2 ,2) en el primer lado de la cuerda, en la que la segunda extensión secundaria es inferior al 25 % de la segunda extensión.
8. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, en la que la segunda estructura de soporte de carga está dispuesta en el borde de salida, en la que el segundo lado de la cuerda es el lado de succión, y en la que la segunda extensión primaria es al menos el 80 % de la segunda extensión.
9. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en la que la segunda estructura de soporte de carga comprende al menos 10 capas de material de refuerzo.
10. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la primera estructura de soporte de carga es asimétrica en el borde de ataque con respecto a la cuerda.
11. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la pala de turbina eólica comprende una primera pieza de la concha de pala y una segunda pieza de la concha de pala, en la que la primera estructura de soporte de carga está dispuesta en la primera pieza de la concha de pala.
12. Pala de turbina eólica según la reivindicación 11, dependiente de la reivindicación 6, en la que la segunda estructura de soporte de carga está dispuesta en la segunda pieza de la concha de la pala.
13. Procedimiento de fabricación de una pala de turbina eólica (10) que comprende un contorno perfilado con un borde de ataque (56) y un borde de salida (58) y una cuerda (60) que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida, una concha de pala (64) con un lado de presión y un lado de succión, una primera tapa de larguero principal (70) integrada en el lado de presión de la concha de pala, una segunda tapa de larguero principal (72) integrada en el lado de succión de la concha de pala, y una o más almas a cortante (74, 76) conectadas entre la primera tapa de larguero principal y la segunda tapa de larguero principal, comprendiendo el procedimiento - disponer un primer laminado de fibras de refuerzo en el borde de ataque, en la que el primer laminado de fibras de refuerzo tiene una primera extensión que incluye una primera extensión primaria (Eu) en un primer lado de la cuerda, caracterizado porque la primera extensión primaria es al menos el 70 % de la primera extensión.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que el procedimiento comprende disponer un segundo laminado de fibras de refuerzo en el borde de salida, en el que el segundo laminado de fibras de refuerzo tiene una segunda extensión que incluye una segunda extensión primaria en un segundo lado de la cuerda, en el que la segunda extensión primaria es al menos el 60 % de la segunda extensión.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13-14, en el que el procedimiento comprende suministrar resina al primer y/o segundo laminado de fibras de refuerzo y curar la resina para formar una primera pieza de concha de pala y/o una segunda pieza de concha de pala.
16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en el que el procedimiento comprende la unión de la primera y la segunda pieza de la concha de pala de la turbina eólica.
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