ES2931058T3 - Pala de rotor segmentada de una turbina eólica con un conjunto de junta que tiene casquillos embridados - Google Patents

Pala de rotor segmentada de una turbina eólica con un conjunto de junta que tiene casquillos embridados Download PDF

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Aaron Yarbrough
Eric Shain
Jacob Bunch
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Abstract

Un conjunto de unión para una pala de rotor de turbina eólica incluye un elemento estructural macho que se extiende longitudinalmente a través de elementos estructurales hembra configurados con una pluralidad de segmentos de pala de rotor. El miembro estructural hembra incluye primeros orificios perforados en sus lados opuestos que están alineados en la dirección de la cuerda. El miembro estructural macho incluye segundos orificios perforados en sus lados opuestos que están alineados con los primeros orificios perforados. Se define al menos un espacio que se extiende en el sentido de la cuerda entre una superficie lateral exterior del miembro estructural macho y una superficie lateral interior del miembro estructural hembra. Un pasador que se extiende en el sentido de la cuerda se extiende a través de los orificios perforados primero y segundo para unir los elementos estructurales macho y hembra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pala de rotor segmentada de una turbina eólica con un conjunto de junta que tiene casquillos embridados
Campo de la invención
[0001] La presente invención se refiere en general a palas de rotor de turbina eólica, y más en particular a conjuntos de junta para palas de rotor de turbina eólica que tienen casquillos embridados.
Antecedentes de la invención
[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más ecológicas disponibles en la actualidad, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor captan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos y transmiten la energía cinética en forma de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes, o si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.
[0003] La construcción de una pala de rotor moderna en general incluye componentes de revestimiento o concha, tapas de larguero (“spar cap”) y una o más almas a cortante ("shear webs") que se extienden entre tapas de larguero opuestas. El revestimiento, típicamente fabricado a partir de capas de compuesto de fibra y un material central ligero, forma la conformación de perfil alar aerodinámica exterior de la pala de rotor. Además, las tapas de larguero proporcionan una resistencia de pala de rotor incrementada al integrar uno o más elementos estructurales que discurren a lo largo de la longitud de la pala de rotor en ambos lados interiores de la pala de rotor. El/las alma(s) a cortante incluye(n) componentes similares a vigas estructurales que discurren esencialmente perpendiculares entre las tapas de larguero superior e inferior y se extienden a través de la parte interior de la pala de rotor entre los revestimientos externos. Las tapas de larguero típicamente se han construido a partir de compuestos reforzados con fibra de vidrio, aunque algunas palas más grandes pueden incluir tapas de larguero construidas a partir de compuestos reforzados con fibra de carbono.
[0004] El tamaño, conformación y peso de las palas de rotor son factores que contribuyen a la eficacia energética de las turbinas eólicas. Un incremento en el tamaño de pala de rotor incrementa la producción de energía de una turbina eólica, mientras que una disminución en el peso también aumenta la eficacia de una turbina eólica. Además, a medida que se incrementa el tamaño de las turbinas eólicas, en particular el tamaño de las palas de rotor, también lo hacen los costes respectivos de fabricación, transporte y ensamblaje de las turbinas eólicas. Los beneficios económicos de tamaños de turbina eólica incrementados se deben sopesar frente a estos factores.
[0005] Una estrategia conocida para reducir los costes de preformado, transporte y construcción de turbinas eólicas que tienen palas de rotor de tamaños crecientes es fabricar las palas de rotor en segmentos de pala. Los segmentos de pala se pueden ensamblar para formar la pala de rotor después de, por ejemplo, que los segmentos de pala individuales se transporten a un lugar de construcción. Por ejemplo, algunas palas de rotor incluyen juntas unidas o atornilladas. Una junta atornillada de este tipo incluye un pasador que se extiende en sentido de cuerda (" chord-wise") que sujeta un elemento de alma a cortante macho o elemento de larguero dentro de un elemento de alma a cortante hembra para unir segmentos de pala contiguos.
[0006] Sin embargo, determinados problemas están asociados con el pasador que se extiende en sentido de cuerda. Por ejemplo, la carga de borde de la junta sin contacto de pasador es indefinida. Además, el pasador que se extiende en sentido de cuerda y cualquier otro pasador necesario para sujetar la junta, sin embargo, pueden requerir casquillos. Durante la operación de la turbina eólica, dichos casquillos se pueden salir de su orificio de perforación, provocando de este modo que la junta se afloje con el tiempo.
[0007] Por tanto, existe una necesidad de un conjunto de junta para una pala de rotor segmentada que aborde el problema mencionado anteriormente. En consecuencia, la presente divulgación está dirigida a un conjunto de junta para palas de rotor de turbina eólica que tiene casquillos embridados.
[0008] El documento US 2010/143143 A1 describe una pala de rotor para una turbina eólica que incluye una pluralidad de segmentos de pala individuales, definiendo cada segmento de pala un pasaje interno que se extiende entre los extremos longitudinales del segmento de pala. Un elemento de larguero rígido se extiende longitudinalmente a través de los pasajes internos de los segmentos de pala individuales de modo que los segmentos de pala están alineados y conectados de extremo a extremo en dicho elemento de larguero para definir una pala de rotor completa desde la raíz hasta la punta de pala. El elemento de larguero tiene un perfil de sección transversal que está chaveteado al perfil de sección transversal del pasaje interno en los segmentos de pala. El elemento de larguero incluye tapas de larguero orientadas de forma opuesta que contactan contra las superficies interiores de los segmentos de pala dentro de los pasajes internos.
[0009] El documento US 2011/020126 A1 describe una pala de rotor modular para una turbina generadora de potencia que permite el reemplazo sencillo de secciones de pala de rotor individuales en caso de daño o mal funcionamiento de una sección. La pala de rotor modular incluye al menos dos secciones de pala de rotor, en la que cada sección de pala de rotor incluye al menos una pieza de conexión que tiene al menos una abertura cónica. Las piezas de conexión de secciones de palas de rotor contiguas descansan una contra otra de modo que las aberturas cónicas de las piezas de conexión están alineadas entre sí y forman una abertura de conexión cónica continua. En el extremo de diámetro más pequeño de la abertura de conexión cónica están dispuestos elementos receptores para recibir elementos tensores. En el mismo está dispuesto un perno cónico correspondiente a la abertura de conexión cónica continua, y al menos un elemento tensor pasa a través del perno cónico y tensa el perno cónico contra el elemento receptor.
Breve descripción de la invención
[0010] La presente invención proporciona un diseño de pala de rotor de turbina eólica mejorado que aborda las consideraciones analizadas anteriormente. Se pueden exponer, en parte, aspectos y ventajas de la invención adicionales en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la puesta en práctica de la invención.
[0011] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a una pala de rotor para una turbina eólica. La pala de rotor incluye una pluralidad de segmentos de pala de rotor individuales. Cada uno de la pluralidad de segmentos de pala de rotor incluye un elemento estructural hembra que se extiende longitudinalmente desde un primer extremo hasta un segundo extremo de cada uno de los segmentos de pala de rotor. El elemento estructural hembra incluye primeros orificios perforados en lados opuestos del mismo que están alineados en una dirección en sentido de cuerda. La pala de rotor también incluye un elemento estructural macho que se extiende longitudinalmente a través de los elementos estructurales hembra de cada uno de los segmentos de la pala de rotor, de modo que la pluralidad de segmentos de pala de rotor están alineados y conectados de extremo a extremo en el elemento estructural macho. El elemento estructural macho incluye segundos orificios perforados en lados opuestos del mismo que están alineados con los primeros orificios perforados. Además, se define al menos un espacio que se extiende en sentido de cuerda entre una superficie lateral externa del elemento estructural macho y una superficie lateral interna del elemento estructural hembra. Además, la pala del rotor incluye al menos un pasador que se extiende en sentido de cuerda que se extiende a través de los primeros y segundos orificios perforados para unir el elemento estructural macho y el elemento estructural hembra. Además, la pala de rotor incluye al menos un casquillo embridado dispuesto en al menos uno de los primeros orificios perforados o los segundos orificios perforados, en el que una brida del casquillo embridado se extiende dentro del espacio que se extiende en sentido de cuerda.
[0012] En un modo de realización, se definen espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda entre las superficies laterales externas del elemento estructural macho y las superficies laterales internas del elemento estructural hembra. Por tanto, en determinados modos de realización, la pala de rotor incluye además primeros casquillos embridados dispuestos dentro de los primeros orificios perforados y segundos casquillos embridados dispuestos dentro de los segundos orificios perforados.
[0013] En otro modo de realización, las bridas de los primeros casquillos embridados y las bridas de los segundos casquillos embridados están en contacto entre sí para llenar los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda. Más específicamente, en un modo de realización, las bridas de los primeros casquillos embridados y las bridas de los segundos casquillos embridados están unidas entre sí.
[0014] En otros modos de realización, los segundos casquillos embridados pueden incluir extremos abiertos opuestos. En dichos modos de realización, los extremos opuestos del pasador que se extiende en sentido de cuerda están configurados para extenderse a través de los extremos abiertos opuestos del segundo casquillo embridado.
[0015] En modos de realización adicionales, los primeros casquillos embridados pueden incluir un extremo cerrado opuesto a un extremo embridado abierto. En dichos modos de realización, los extremos opuestos del pasador que se extiende en sentido de cuerda están configurados para hacer tope contra los extremos cerrados de los primeros casquillos embridados.
[0016] En varios modos de realización, el/los casquillo(s) embridado(s) puede(n) incluir roscas internas. Por tanto, en modos de realización particulares, el pasador que se extiende en sentido de cuerda puede contactar con las roscas internas.
[0017] Aún en otro modo de realización, la pala del rotor también puede incluir un material de relleno dentro de al menos uno de los primeros casquillos embridados o los segundos casquillos embridados para evitar la formación de arcos eléctricos (“arcing") entre el pasador que se extiende en sentido de cuerda y los primeros y segundos casquillos embridados.
[0018] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un conjunto de junta para unir una pluralidad de segmentos de pala de rotor de una pala de rotor de una turbina eólica. El conjunto de junta incluye un elemento estructural hembra configurado con cada uno de la pluralidad de segmentos de pala de rotor. El elemento estructural hembra incluye primeros orificios perforados en lados opuestos del mismo, estando alineados los primeros orificios perforados en una dirección en sentido de cuerda. El conjunto de junta también incluye un elemento estructural macho que se extiende longitudinalmente a través de los elementos estructurales hembra de cada uno de los segmentos de pala de rotor. El elemento estructural macho incluye segundos orificios perforados en lados opuestos del mismo, estando alineados los segundos orificios perforados con los primeros orificios perforados. Además, se define al menos un espacio que se extiende en sentido de cuerda entre una superficie lateral externa del elemento estructural macho y una superficie lateral interna del elemento estructural hembra. Además, el conjunto de junta incluye al menos un pasador que se extiende en sentido de cuerda que se extiende a través de los primeros y segundos orificios perforados para unir el elemento estructural macho y el elemento estructural hembra. Además, el conjunto de junta incluye al menos un casquillo embridado dispuesto en al menos uno de los primeros orificios perforados o los segundos orificios perforados, en el que una brida del casquillo embridado se extiende dentro del espacio que se extiende en sentido de cuerda. Se debe entender que el conjunto de junta puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos y/o modos de realización adicionales descritos en el presente documento.
[0019] Aún en otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para unir una pluralidad de segmentos de pala de rotor, teniendo cada uno de la pluralidad de segmentos de pala de rotor un elemento estructural hembra configurado en los mismos. El procedimiento incluye insertar un elemento estructural macho a través de elementos estructurales hembra alineados de la pluralidad de segmentos de pala de rotor de modo que se definan espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda entre las superficies laterales externas del elemento estructural macho y las superficies laterales internas de los elementos estructurales hembra. Además, el procedimiento incluye disponer primeros casquillos embridados dentro de primeros orificios perforados de los elementos estructurales hembra y segundos casquillos embridados dentro de segundos orificios perforados del elemento estructural macho de modo que las bridas de los primeros y segundos casquillos embridados entren en contacto entre sí y llenen los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda. Además, el procedimiento incluye insertar al menos un pasador que se extiende en sentido de cuerda a través de los primeros y segundos casquillos embridados.
[0020] En un modo de realización, el procedimiento puede incluir además llenar al menos uno de los primeros casquillos embridados o los segundos casquillos embridados con un material de relleno para llenar un espacio entre el casquillo correspondiente y el pasador que se extiende en sentido de cuerda y conectar eléctricamente los primeros o segundos casquillos embridados a un sistema de protección contra rayos de la turbina eólica. Como tal, el material de relleno está configurado para evitar la formación de arcos eléctricos en el conjunto de junta. Se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de las etapas, rasgos característicos y/o modos de realización adicionales descritos en el presente documento.
[0021] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos que se incorporan en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran los modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención.
Breve descripción de los dibujos
[0022] En la memoria descriptiva se expone una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:
la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 2 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una pala de rotor segmentada de la turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 3 ilustra una vista de componentes parciales de un modo de realización de una pala de turbina eólica segmentada de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 4 ilustra una vista en sección transversal de un modo de realización de un segmento de pala de rotor que tiene un elemento estructural hembra sujetado entre tapas de larguero opuestas de la pala de rotor de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 5 ilustra una vista en sección transversal de un modo de realización del elemento estructural macho que encaja dentro de un elemento estructural hembra de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 6 ilustra una vista en sección transversal de un modo de realización de un conjunto de junta para una pala de rotor de acuerdo con la presente divulgación, que ilustra en particular un elemento estructural macho sujetado dentro de un elemento estructural hembra por medio de un pasador que se extiende en sentido de cuerda con casquillos embridados que retienen el pasador en su lugar;
la FIG. 7 ilustra una vista en sección transversal detallada de parte del conjunto de junta de la FIG. 6;
la FIG. 8 ilustra una vista en sección transversal detallada de un modo de realización de un segundo casquillo embridado de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 9 ilustra una vista en sección transversal detallada de un modo de realización de un primer casquillo embridado de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 10 ilustra una vista en sección transversal detallada de un modo de realización de un casquillo embridado de un conjunto de junta que recibe un pasador que se extiende en sentido de cuerda de acuerdo con la presente divulgación, que ilustra en particular un material de relleno configurado entre el pasador y el casquillo embridado; y
la FIG. 11 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para unir una pluralidad de segmentos de pala de rotor de acuerdo con la presente divulgación.
Descripción detallada de la invención
[0023] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que se ilustran uno o más ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo, se pueden usar los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y de sus equivalentes.
[0024] En general, la presente materia está dirigida a un conjunto de junta para una pala de rotor de turbina eólica que incluye un elemento estructural macho que se extiende longitudinalmente a través de elementos estructurales hembra configurados con una pluralidad de segmentos de pala de rotor. El elemento estructural hembra incluye primeros orificios perforados en lados opuestos del mismo que están alineados en una dirección en sentido de cuerda. El elemento estructural macho incluye segundos orificios perforados en lados opuestos del mismo que están alineados con los primeros orificios perforados. Se define al menos un espacio que se extiende en sentido de cuerda entre una superficie lateral externa del elemento estructural macho y una superficie lateral interna del elemento estructural hembra. Un pasador que se extiende en sentido de cuerda se extiende a través de los primeros y segundos orificios perforados para unir los elementos estructurales macho y hembra. Al menos un casquillo embridado está dispuesto en los primeros y segundos orificios perforados de modo que una brida del casquillo se extiende dentro del espacio que se extiende en sentido de cuerda.
[0025] Como tal, la presente divulgación proporciona muchas ventajas que no están presentes en la técnica anterior. Por ejemplo, la carga de borde (“edge loading") en la junta sin contacto de pasador es indefinida. Como tal, el conjunto de junta de la presente divulgación proporciona una manera de reaccionar frente a las cargas de borde por medio del contacto entre los pasadores que está definida. Además, ya que los casquillos convencionales tienden a salirse de los orificios perforados, la presente divulgación proporciona casquillos embridados dispuestos dentro de los espacios que se extienden en sentido de cuerda entre los elementos estructurales macho y hembra que sirven como rasgo característico de retención para el conjunto de junta. Además, los elementos estructurales macho y hembra están dimensionados para tener tolerancias más ajustadas que las palas de rotor tradicionales, por lo tanto, los casquillos embridados se disponen en los espacios y se fuerzan a tener contacto entre sí, permitiendo de este modo que los casquillos estén sobredimensionados y a continuación mecanizados para encajar en el conjunto de modo que se pueda mantener una tolerancia ajustada. Las ventajas adicionales incluyen proporcionar una pala de rotor articulada que crea una envoltura más pequeña para el transporte, reduciendo de este modo los costes asociados. Una pala de rotor de este tipo se puede ensamblar económicamente en el campo sin el trabajo de materiales compuestos.
[0026] En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10. Como se muestra, la turbina eólica 10 en general incluye una torre 12, una góndola 14 montada en la torre 12 y un rotor 16 acoplado a la góndola 14. El rotor 16 incluye un buje rotatorio 18 y al menos una pala de rotor 20 acoplada a, y que se extiende hacia fuera desde, el buje 18. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 16 incluye tres palas de rotor 20. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 16 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 20. Cada pala de rotor 20 puede estar espaciada alrededor del buje 18 para facilitar la rotación del rotor 16 para posibilitar que la energía cinética del viento se convierta en energía mecánica utilizable y, posteriormente, en energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 18 se puede acoplar de forma rotatoria a un generador eléctrico (no mostrado) situado dentro de la góndola 14 para permitir que se produzca energía eléctrica.
[0027] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista en perspectiva de una de las palas de rotor 20 de la turbina eólica 10 de la FIG. 1. Como se muestra, la pala de rotor 20 incluye una raíz de pala 22 que se usa para montar la pala de rotor 20 en el buje 18 y una punta de pala 24 opuesta a la raíz de pala 22. Además, como se muestra, la sección de cuerpo de la pala de rotor 20 incluye una pluralidad de segmentos de pala individuales 26 alineados en un orden de extremo a extremo desde la raíz de pala 22 hasta la punta de pala 24. Como tal, cada uno de los segmentos de pala individuales 26 se puede configurar de forma única de modo que la pluralidad de segmentos 26 defina la pala de rotor 20 completa que tiene el perfil, la longitud y otras características deseadas de pala diseñadas. Por tanto, la pala de rotor 20 puede tener una conformación en flecha que le da un contorno curvo que discurre desde la raíz de pala 22 hasta la punta de pala 24. De forma alternativa, la pala de rotor 10 segmentada puede no tener una conformación en flecha. Además, las caras de extremo longitudinales de los segmentos de pala individuales 26 pueden tener un perfil para alinearse con la cara de extremo de un segmento de pala contiguo.
[0028] Además, como se muestra en las FIGS. 3 y 4, cada uno de los segmentos de pala individuales 26 se puede formar a partir de un primer componente de concha 21 y un segundo componente de concha 23. Dichos componentes de concha 21, 23 se pueden formar individualmente y unirse entre sí en los bordes de ataque y de salida de la pala de rotor 20. Los componentes de concha individuales 21, 23 pueden incluir cada uno un revestimiento interno y externo, y se pueden construir, por ejemplo, a partir de un material fibroso seco. Además, cada uno de los componentes de concha 21,23 puede incluir un material central intercalado entre los revestimientos interno y externo. Este material central puede ser, por ejemplo, un material ligero, tal como madera de balsa, espuma de poliestireno extrudido o similares, como es conocido en la técnica.
[0029] En otros modos de realización, la pala de rotor 22 también puede incluir cualquier tipo de componentes estructurales internos u otras almas de soporte ("support webs") entre los componentes de concha superior e inferior 21, 23 de los segmentos de pala 26. Por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 2, 4 y 6, la pala de rotor 20 puede incluir tapas de larguero 28, 30 que se extienden a lo largo de sustancialmente toda la longitud longitudinal de la pala de rotor 20 y están unidas a una superficie o revestimiento interno de la pala de rotor 20. Además, como se muestra, las tapas de larguero 28, 30 pueden tener una conformación y una curvatura que coincidan esencialmente con la conformación y la curvatura de los revestimientos internos de los componentes de concha 21, 23 respectivos o cualquier alma interna adicional adherida a las superficies de revestimiento interno.
[0030] Con referencia en particular a las FIGS. 3 y 6-7, la pala de rotor 20 también puede incluir un conjunto de junta 32 formado por un elemento estructural macho 34 rígido que se extiende longitudinalmente que se extiende a través de un elemento estructural hembra 36. Por ejemplo, en un modo de realización, el elemento estructural macho 34 puede formar parte de un alma a cortante de la pala de rotor 20, así como también parte de las tapas de larguero 28, 30 de la misma. Además, como se muestra, el elemento estructural hembra 36 también forma parte del alma a cortante. Por tanto, como se muestra, el conjunto de junta 32 proporciona integridad estructural a la pala de rotor 20 (es decir, actuando como el alma a cortante entre las tapas de larguero 28, 30 opuestas) y une los segmentos de pala de rotor 26 contiguos como se describe en el presente documento.
[0031] Más específicamente, como se muestra en la FIG. 3, cada uno de los segmentos de pala de rotor 26 incluye el elemento estructural hembra 36 que se extiende longitudinalmente desde un primer extremo hasta un segundo extremo de cada uno de los segmentos de pala de rotor 26. Además, como se muestra, cada uno de los elementos estructurales hembra 36 define un pasaje interno 45. Además, como se muestra, el elemento estructural hembra 36 tiene un determinado perfil chaveteado que corresponde o coincide con el perfil de sección transversal del elemento estructural macho 34. Además, el elemento estructural hembra 36 se puede adherir a los revestimientos internos de los componentes de concha 21, 23 usando cualquier material adhesivo o procedimiento de unión adecuado. Por ejemplo, el elemento estructural hembra 36 se puede fijar directamente a las superficies de revestimiento interno de los componentes de concha 21, 23 o se puede fijar a un alma separada que se adhiere a las superficies de revestimiento interno para mayor soporte y rigidez.
[0032] Además, como se muestra, el elemento estructural macho 34 se extiende desde un primer extremo longitudinal hasta un segundo extremo longitudinal de cada segmento de pala 26 y tiene un perfil de sección transversal particular que en general corresponde a la conformación de sección transversal de los pasajes internos 45 del elemento estructural hembra 36. Además, como se muestra en la FIG. 3, el elemento estructural macho 34 puede incluir un anillo de raíz 35 para fijar la pala de rotor 20 al buje 18. Además, los segmentos de pala 26 se pueden conectar o asegurar al elemento estructural macho 34 por cualquier medio de fijación convencional. Por ejemplo, en un modo de realización, los segmentos de pala 26 se pueden unir al elemento estructural macho 34.
[0033] Se debe entender que los elementos estructurales macho y hembra 34, 36 pueden adoptar diversas conformaciones y configuraciones. Por ejemplo, como se muestra en general en las FIGS. 5-7, el elemento estructural macho 34 es una estructura de viga de cajón hueco ( ’hollowbox beam structure"). De forma similar, como se muestra en las FIGS. 3, 4 y 6, los pasajes internos 45 de los elementos estructurales hembra 36 tienen un perfil de sección transversal en general en forma de cajón que corresponde a la estructura de viga en general de cajón hueco del elemento estructural macho 34. Más específicamente, como se muestra, el elemento estructural macho 34 puede tener una configuración cuadrada o rectangular hueca, con las tapas de larguero definidas por lados opuestos de la estructura de viga de cajón. En modos de realización alternativos, como se muestra en la FIG. 5, el elemento estructural macho 34 puede tener una estructura de viga hueca con paredes cóncavas o convexas que se extienden entre las tapas de larguero 28, 30. Por tanto, los segmentos de pala individuales 26 se conectan entre sí en una configuración de extremo a extremo en el elemento estructural macho 34 para definir la pala de rotor segmentada 20 completa representada en la FIG. 2.
[0034] Los elementos estructurales macho y hembra 34, 36 se pueden formar con cualquier material adecuado usado convencionalmente como almas a cortantes internas para palas de turbina eólica. Por ejemplo, los elementos estructurales macho y/o hembra 34, 36 se pueden formar con una matriz reforzada con fibra de carbono o un polímero reforzado con fibra de vidrio u otro material fuerte y ligero.
[0035] En referencia ahora a las FIGS. 4 y 6-7, el elemento estructural hembra 36 también incluye primeros orificios perforados 37 en lados opuestos del mismo. Más específicamente, como se muestra, los primeros orificios perforados 37 están alineados en una dirección en sentido de cuerda. De forma similar, como se muestra en las FIGS. 5-7, el elemento estructural macho 34 incluye segundos orificios perforados 39 en lados opuestos del mismo que están alineados con los primeros orificios perforados 37. Además, como se muestra en las FIGS. 6 y 7, se define al menos un espacio que se extiende en sentido de cuerda entre una superficie lateral externa 46 del elemento estructural macho 34 y una superficie lateral interna 44 del elemento estructural hembra 36. Por ejemplo, como se muestra en el modo de realización ilustrado, los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda 40, 42 están definidos entre las superficies laterales externas 46 del elemento estructural macho 34 y las superficies laterales internas 44 del elemento estructural hembra 36. Además, el conjunto de junta 32 incluye al menos un pasador 38 que se extiende en sentido de cuerda que se extiende a través de los primeros y segundos orificios 37, 39 para unir el elemento estructural macho 34 y el elemento estructural hembra 36 (y el segmento de pala 26 contiguo).
[0036] Además, el conjunto de junta 32 incluye al menos un casquillo embridado 48, 50 dispuesto en los primeros y/o segundos orificios perforados 37, 39 que reciben el pasador 38. Por ejemplo, como se muestra en las FIGS. 6 y 7, el conjunto de junta 32 incluye primeros casquillos embridados 48 dispuestos dentro de los primeros orificios perforados 37 y segundos casquillos embridados 50 dispuestos dentro de los segundos orificios perforados 39. Además, como se muestra, las bridas 54 de los primeros casquillos embridados 48 y las bridas 56 de los segundos casquillos embridados 50 entran en contacto entre sí para llenar los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda 40, 42. Más específicamente, en un modo de realización, las bridas 54, 56 de los primeros y segundos casquillos embridados 48, 50 se pueden unir entre sí. Por tanto, la combinación de los casquillos embridados 48, 50 que están retenidos en los espacios 40, 42 y el pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 proporciona una trayectoria de carga definida para transferir las cargas. Más específicamente, al permitir que los casquillos embridados 48, 50 reaccionen frente a la carga de borde, la carga se vuelve definida y se puede diseñar para ello. Adicionalmente, puesto que el propósito del diseño es cargar los casquillos embridados 48, 50 en sentido de cuerda, los casquillos embridados 48, 50 se pueden mecanizar después del ensamblaje para garantizar espacios mínimos durante la instalación. Además, ya es posible que los casquillos estándar se salgan (por ejemplo, debido a una carga desigual en la pala, falla de adhesivo, etc.), la disposición de los casquillos embridados 48, 50 como se muestra evita que los casquillos se salgan de los orificios perforados 37, 39.
[0037] Todavía en referencia a las FIGS. 6, 7 y 8, los segundos casquillos embridados 50 pueden incluir extremos abiertos opuestos 60. En dichos modos de realización, como se muestra, los extremos opuestos 43 del pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 están configurados para extenderse a través de los extremos abiertos opuestos 60 del segundo casquillo embridado 50. En modos de realización adicionales, como se muestra en las FIGS. 6, 7 y 9, los primeros casquillos embridados 48 pueden incluir un extremo cerrado 52 opuesto a un extremo embridado abierto 58 (es decir, el extremo que contiene la brida 54). En dichos modos de realización, los extremos opuestos 43 del pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 están configurados para hacer tope contra los extremos cerrados 52 de los primeros casquillos embridados 48.
[0038] En varios modos de realización, como se muestra en las FIGS. 8 y 9, el/los casquillo(s) embridado(s) 48, 50 puede(n) incluir roscas internas 62 opcionales. Por tanto, en dichos modos de realización, el pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 puede tener roscas correspondientes que contactan con las roscas internas 62 del/de los casquillo(s) embridado(s) 48, 50.
[0039] En referencia ahora a la FIG. 10, el conjunto de junta 32 también puede incluir un material de relleno 64 configurado dentro de uno o ambos de los primeros o segundos casquillos embridados 48, 50, es decir, para llenar el espacio entre los casquillos 48, 50 y el pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 para evitar la formación de arcos eléctricos en el conjunto de junta 32. Por ejemplo, en determinados modos de realización, el material de relleno 64 puede incluir un material conductor, tal como espuma de carbono. Cuando hay aire entre las superficies metálicas, se puede producir formación de arcos eléctricos. Por lo tanto, el material de relleno 64 reduce el riesgo de que se produzca dicha formación de arcos eléctricos. Además, como se muestra, los primeros o segundos casquillos embridados 48, 50 se pueden conectar eléctricamente (por ejemplo, por medio de un cable conductor 66) a un sistema de protección contra rayos 68 de la turbina eólica 10.
[0040] En referencia ahora a la FIG. 11, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 100 para unir una pluralidad de segmentos de pala de rotor 26. Como se menciona, la pluralidad de segmentos de pala de rotor 26 tiene cada uno un elemento estructural hembra 36 configurado en el mismo. Por tanto, como se muestra en 102, el procedimiento 100 incluye insertar un elemento estructural macho 34 a través de elementos estructurales hembra 36 alineados de la pluralidad de segmentos de pala de rotor 26 de modo que se definen espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda 40, 42 entre las superficies laterales externas 46 del elemento estructural macho 34 y las superficies laterales internas 44 de los elementos estructurales hembra 36. Como se muestra en 104, el procedimiento 100 incluye disponer primeros casquillos embridados 48 dentro de primeros orificios perforados 37 de los elementos estructurales hembra 36 y segundos casquillos embridados 50 dentro de segundos orificios perforados 39 del elemento estructural macho 34 de modo que las bridas 54, 56 de los primeros y segundos casquillos embridados 48, 50 entran en contacto entre sí y llenan los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda 40, 42. Como se muestra en 106, el procedimiento 100 incluye insertar al menos un pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 a través de los primeros y segundos casquillos embridados 48, 50.
[0041] En un modo de realización, el procedimiento 100 puede incluir llenar cualquiera o ambos de los primeros o segundos casquillos embridados 48, 50 con un material de relleno 64 y conectar eléctricamente los primeros y segundos casquillos embridados 48, 50 al sistema de protección contra rayos 68 de la turbina eólica 10, por ejemplo, por medio del cable conductor 66 (FIG. 10).
[0042] Además, el procedimiento 100 puede incluir insertar extremos opuestos 43 del pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 que se extienden a través de los extremos abiertos opuestos 60 del segundo casquillo embridado 50 y colocar los extremos opuestos 43 del pasador que se extiende en sentido de cuerda 38 contra los extremos cerrados 52 de los primeros casquillos embridados 48.
[0043] Esta descripción por escrito usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos concebidos por los expertos en la técnica. Se pretende que dichos otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Una pala de rotor (20) para una turbina eólica (10), que comprende:
    una pluralidad de segmentos de pala de rotor individuales (26);
    cada uno de la pluralidad de segmentos de pala de rotor (26) comprendiendo un elemento estructural hembra (36) que se extiende longitudinalmente desde un primer extremo (27) hasta un segundo extremo (29) de cada uno de los segmentos de pala de rotor (26), comprendiendo el elemento estructural hembra (36) primeros orificios perforados (37) en lados opuestos del mismo, los primeros orificios perforados (37) alineados en una dirección en sentido de cuerda;
    un elemento estructural macho (34) que se extiende longitudinalmente a través del elemento estructural hembra (36) de cada uno de los segmentos de pala de rotor (26) de modo que la pluralidad de segmentos de pala de rotor (26) están alineados y conectados de extremo a extremo en el elemento estructural macho (34), comprendiendo el elemento estructural macho (34) segundos orificios perforados (39) en lados opuestos del mismo, los segundos orificios perforados (39) alineados con los primeros orificios perforados (37) , al menos un espacio que se extiende en sentido de cuerda (40, 42) estando definido entre una superficie lateral externa (46) del elemento estructural macho (34) y una superficie lateral interna (44) del elemento estructural hembra (36);
    al menos un pasador que se extiende sentido de cuerda (38) que se extiende a través de los primeros y segundos orificios perforados (39) para unir el elemento estructural macho (34) y el elemento estructural hembra (36); y
    primeros casquillos embridados (48) dispuestos dentro de los primeros orificios perforados (37) y segundos casquillos embridados (50) dispuestos dentro de los segundos orificios perforados (39), en los que las bridas (54, 56) de los casquillos embridados (48, 50) se extienden dentro del espacio que se extiende en sentido de cuerda (40, 42),
    en la que los primeros casquillos embridados (48) comprenden cada uno un extremo cerrado (52) opuesto a un extremo embridado abierto (58), y en la que los extremos opuestos (43) del pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) hacen tope contra los extremos cerrados (52) de los primeros casquillos embridados (48).
  2. 2. La pala de rotor (20) de la reivindicación 1, en la que se definen espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda (40, 42) entre superficies laterales externas (46) del elemento estructural macho (34) y superficies laterales internas (44) del elemento estructural hembra (36).
  3. 3. La pala de rotor (20) de la reivindicación 1, en la que bridas (54) de los primeros casquillos embridados (48) y bridas (56) de segundos casquillos embridados (50) están en contacto entre sí para llenar los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda (40, 42).
  4. 4. La pala de rotor (20) de la reivindicación 3, en la que las bridas (54) de los primeros casquillos embridados (48) y bridas (56) de segundos casquillos embridados (50) están unidas entre sí.
  5. 5. La pala de rotor (20) de la reivindicación 4, en la que los segundos casquillos embridados (50) comprenden cada uno extremos abiertos opuestos (60), y en la que extremos opuestos (43) del pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) se extienden a través de los extremos abiertos opuestos (60) del segundo casquillo embridado (48, 50).
  6. 6. La pala de rotor (20) de la reivindicación 1, en la que el al menos un casquillo embridado (48, 50) comprende roscas internas (62), estando en contacto el pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) con las roscas internas (62).
  7. 7. La pala de rotor (20) de la reivindicación 1, que comprende además un material de relleno dentro de al menos uno de los primeros casquillos embridados (48) o los segundos casquillos embridados (50) para evitar la formación de arcos eléctricos entre el pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) y los primeros y segundos casquillos embridados (48, 50).
  8. 8. Un procedimiento (100) para unir una pluralidad de segmentos de pala de rotor (26), cada uno de la pluralidad de segmentos de pala de rotor (26) teniendo un elemento estructural hembra (36) configurado en el mismo, comprendiendo el procedimiento (100):
    insertar un elemento estructural macho (34) a través de un elemento(s) estructural(es) hembra (36) alineado(s) de la pluralidad de segmentos de pala de rotor (26) de modo que se define(n) un espacio(s) opuesto(s) que se extiende(n) en sentido de cuerda (40, 42) entre superficies laterales externas del elemento estructural macho (34) y superficies laterales internas del/de los elemento(s) estructural(es) hembra (36);
    disponer primeros casquillos embridados (48), comprendiendo cada uno un extremo cerrado (52) opuesto a un extremo embridado abierto (58), dentro de primeros orificios perforados (37) de los elementos estructurales hembra (36) y segundo casquillo embridado (50) dentro de segundos orificios perorados (39) del elemento estructural macho (34) de modo que las bridas (54, 56) de los primeros y segundos casquillos embridados (48, 50) entren en contacto entre sí y llenen los espacios opuestos que se extienden en sentido de cuerda (40, 42); e
    insertar al menos un pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) a través de los primeros y segundos casquillos embridados (48, 50), los extremos opuestos (43) del pasador que se extiende en sentido de cuerda (38) hacen tope contra los extremos cerrados (52) de los primeros casquillos embridados (48).
  9. 9. El procedimiento (100) de la reivindicación 8, comprendiendo además llenar al menos uno de los primeros casquillos embridados (48) o los segundos casquillos embridados (50) con un material de relleno para llenar un espacio entre los primeros casquillos embridados (48) o los segundos casquillos embridados (50) y el pasador que se extiende en sentido de cuerda (38).
  10. 10. El procedimiento (100) de la reivindicación 9, comprendiendo además conectar eléctricamente los primeros y segundos casquillos embridados (48, 50) a un sistema de protección contra rayos (68) de la turbina eólica (10).
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