ES2936127T3 - Pala de rotor para una turbina eólica - Google Patents

Abstract

Pala de rotor para una turbina eólica (15), con un borde de salida (5) que comprende un núcleo de borde de salida (6) que tiene varios elementos de núcleo (7) dispuestos uno al lado del otro, y con un laminado interior y otro exterior (10), donde un elemento central (7a) se divide en dos partes de elementos (8a, 8b) separadas por una hendidura (9), por lo que, visto en la dirección desde la raíz de la pala (2) hasta la punta de la pala (3), el laminado interior (10a) entra ya través de la ranura (9) y se convierte en el laminado exterior (10b). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Pala de rotor para una turbina eólica

La invención se refiere a una pala de rotor para una turbina eólica, con un borde de salida que comprende un núcleo de borde de salida que tiene varios elementos de núcleo dispuestos unos al lado de otros, y con una estructura laminada interior y una exterior.

Durante el funcionamiento de una turbina eólica, las palas de rotor interaccionan directamente con el viento que impulsa la turbina eólica. Las palas de rotor tienen una geometría de pala específica, que empieza con una geometría cilíndrica en la raíz, con la que se une la pala de rotor a un buje, y que cambia hacia la punta desde esta geometría cilíndrica hasta una geometría de superficie aerodinámica muy plana. Cada pala de rotor comprende un borde de ataque orientado hacia el sentido de rotación y un borde de salida en el lado opuesto. Especialmente, el borde de salida experimenta un fuerte cambio de geometría a lo largo de la longitud de pala, empezando con una geometría redonda en la raíz que cambia a una geometría lisa y un borde de salida afilado hacia la punta. Por tanto, el diseño del borde de salida varía en gran medida.

Especialmente en palas integrales, que se forman como una pala de una pieza hueca en un molde respectivo, el diseño de borde de salida se realiza por medio de un núcleo de borde de salida que se integra en la pala mientras se fabrica en el molde. El núcleo de borde de salida comprende varios elementos de núcleo que, observados en la dirección longitudinal de la pala, están dispuestos unos al lado de otros y que definen la geometría específica. Durante el procedimiento de producción, se usan estructuras laminadas que comprenden preferiblemente esteras de fibra compuestas y una construcción de pala preferiblemente muy ligera y se disponen en el molde junto con los elementos de borde de salida, partes en las que después se infunde una resina para fijar firmemente todas las partes entre sí y para proporcionar la estabilidad respectiva de la pala de rotor. La estructura laminada es preferiblemente una estructura laminada interior dispuesta en la superficie interior de la pala hueca. Es fácilmente posible tener en secciones de pala una sección transversal mayor y un radio mayor en la superficie de pala interior. Pero en secciones más cerca o cerca de la punta, la sección transversal de pala es tan pequeña en la zona del borde de salida que entonces se vuelve muy plana, entonces ya no es posible disponer la estructura laminada interior. En estas regiones, las estructuras laminadas de banda de fibra se disponen como estructura laminada exterior en el exterior de la pala. Dado que el núcleo de borde de salida se extiende a lo largo del borde de salida, hay una zona de discontinuidad en la que termina la estructura laminada interior y comienza la estructura laminada exterior. En esta zona, la estructura laminada interior presenta una pendiente hacia abajo, mientras que la estructura laminada exterior presenta una pendiente hacia arriba, mientras que, observado en la vista en sección transversal, las estructuras laminadas pueden solaparse a lo largo de una determinada longitud. Debido a esta discontinuidad, en la que no hay ninguna conexión directa de la estructura laminada interior con la estructura laminada exterior, la estabilidad mecánica de la pala empeora. En la región de transferencia, en la que se proporciona esta discontinuidad mecánica, se restringe la transferencia de cargas superiores debido a la resistencia del material de núcleo. El documento US2015/204200 da a conocer una pala de turbina eólica que comprende una estructura laminada de borde de salida.

Un objetivo de la invención es proporcionar una pala de rotor mejorada.

Para lograr este objetivo, la invención propone una pala de rotor para una turbina eólica tal como se mencionó anteriormente, que está caracterizada porque un elemento de núcleo se divide en dos partes de elemento separadas por una hendidura, mediante lo cual, observado en el sentido desde una raíz de pala hasta una punta de pala, la estructura laminada interior discurre al interior y a través de la hendidura y se convierte en la estructura laminada exterior.

La invención propone un núcleo de borde de salida muy específico que comprende un elemento de núcleo dividido compuesto por dos partes de elemento, que están separadas por una hendidura. Esta hendidura alberga la estructura laminada en la región de transición. En la región desde la raíz hasta la zona de transición, esta estructura laminada es la estructura laminada interior unida al lado interior de la pala. En la región de transición, esta estructura laminada interior discurre al interior de la hendidura y a través de la hendidura, hendidura que empieza en el interior y termina en el exterior de la pala, respectivamente el núcleo de borde de salida, respectivamente el elemento de núcleo dividido. Cuando sale de la hendidura, la estructura laminada es ahora la estructura laminada exterior, que desde ahora está unida al lado exterior de la pala.

Debido a la integración del elemento de núcleo dividido de la invención, es posible transferir de manera continua la estructura laminada interior a la estructura laminada exterior. Esto permite mantener la alta estabilidad mecánica proporcionada por la estructura laminada de esteras de fibra, que es una estructura mecánica continua y que, por tanto, también proporciona en la zona de transición una alta estabilidad mecánica. Además, la región de transición es muy pequeña, de tal manera que un elemento de núcleo dividido tiene una longitud de aproximadamente 1 -1,5 m. En comparación con una región de transición en palas fabricadas según la técnica anterior de 4 - 5 m para palas de tamaño medio, región de transición que será mucho más larga para palas de tamaño más grande, la región de transición, que puede realizarse por medio de la invención, es mucho más pequeña, y, por tanto, cualquier influencia mecánica debida a la transición desde la estructura laminada interior hasta la exterior es despreciable. Además, la transferencia de la invención por medio del elemento de núcleo dividido permite una producción simplificada, ya que todas las capas de la estructura laminada se transfieren de una vez en lugar de presentar una pendiente hacia abajo y pendiente hacia arriba de las capas independientes en la manera de producir palas de la técnica anterior.

Preferiblemente, la hendidura se extiende de manera oblicua al eje longitudinal del elemento de núcleo. Esto permite una transición suave sin bordes doblados más pronunciados de la estructura laminada.

Preferiblemente, la hendidura comienza en o cerca de una superficie de extremo y se extiende hasta o cerca de la otra superficie de extremo. Cuanto más largo es el elemento, respectivamente la hendidura, que preferiblemente tiene una longitud de 0,5 - 2 m, especialmente de 1 - 1,5 m, menor es el ángulo de transición y más suave es la transición.

Preferiblemente, la hendidura está curvada, observada en la vista en sección transversal de la pala. Además, esta geometría de hendidura curvada permite guiar suavemente la estructura laminada a través de la hendidura sin bordes doblados más pronunciados.

Para envasar de manera apretada los dos elementos de núcleo divididos y la estructura laminada de banda insertada en la hendidura durante la laminación, respectivamente el procedimiento de infusión con una resina, es preferible que las superficies opuestas de las dos partes de elemento correspondan una a otra de una manera con ajuste de forma. Dado que las superficies son paralelas entre sí, la estructura laminada intercalada entre los elementos de núcleo divididos y la matriz de resina infundida tienen el mismo grosor a lo largo de toda la hendidura. Los propios elementos de núcleo están preferiblemente realizados de un polímero, especialmente poliuretano, pero también pueden realizarse de otro material, preferiblemente madera tal como madera de balsa.

Aparte de la pala de rotor, la invención también se refiere a una turbina eólica que comprende un rotor con una o más palas de rotor tal como se representó anteriormente.

Otros objetos y características de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada considerada junto con los dibujos adjuntos. Sin embargo, los dibujos sólo son esquemas de principio diseñados únicamente con fines de ilustración y no limitan la invención.

Los dibujos muestran:

la figura 1 es un esquema de principio de una pala de rotor de la invención,

la figura 2 es un esquema de principio de una sección transversal parcial de la pala de rotor de la figura 1 tomada a lo largo de la línea II - II,

la figura 3 es un esquema de principio de una sección transversal parcial de la pala de la figura 1 tomada a lo largo de la línea III - IIII,

la figura 4 es un esquema de principio de una parte de la pala de rotor, observada desde el interior de la pala, que muestra una parte del conjunto de núcleo de borde de salida con un elemento de núcleo dividido,

la figura 5 es una vista en despiece ordenado en perspectiva del elemento de núcleo dividido con sus dos partes de elemento,

la figura 6 es una vista en perspectiva del elemento de núcleo dividido de la figura 5 con la parte de elemento unidas entre sí,

la figura 7 es un esquema de principio de una sección transversal del elemento de núcleo dividido con la estructura laminada insertada en la hendidura tomada a lo largo de la línea VII - VII de la figura 6,

las figuras 8-12 son esquemas de principio de diversas secciones transversales tomadas a lo largo de las líneas VIII - VIII a XII - XII en la figura 7, y

la figura 13 muestra un esquema de principio de una turbina eólica de la invención que comprende tres palas de rotor de la invención.

La figura 1 muestra una pala 1 de rotor de la invención, realizada como una pala de una pieza integral. Comprende una raíz 2 que tiene una sección transversal cilíndrica. La pala 1 está unida al buje en esta raíz 2.

De una manera ampliamente conocida, la pala 1, empezando cerca de la raíz 2, se ensancha y cambia su sección transversal hacia la punta 3, desde una estructura hueca más grande en la sección más cerca de la raíz 2 hasta una estructura de superficie aerodinámica muy plana en la punta 3.

Además, la pala 1 de rotor comprende un borde 4 de ataque y un borde 5 de salida que cambia aproximadamente su diseño debido a motivos mecánicos y aerodinámicos, tal como también se conoce habitualmente.

Para definir el diseño de borde de salida respectivo, un núcleo 6 de borde de salida que tiene varios elementos 7 de núcleo, que están dispuestos unos al lado de otros, observado desde la raíz 2 hasta la punta 3, se inserta, respectivamente se lamina y se infunde, en la pala 1 de rotor de una pieza. Estos elementos 7 de núcleo están preferiblemente realizados de un polímero, especialmente poliuretano. Tal como ya se muestra en la figura 1, uno de los elementos 7 de núcleo, en este caso el elemento 7a de núcleo, es un elemento de núcleo dividido que comprende dos partes 8a, 8b de elemento separadas, que están separadas por una hendidura 9. Este elemento 7a de núcleo dividido proporciona una región de transición para transferir una estructura laminada interior dispuesta en el lado interior de la pala 1 hueca para convertirse en una estructura laminada exterior dispuesta en el exterior de la pala 1.

La figura 2 muestra una sección transversal parcial de la pala 1 de rotor en el borde 5 de salida tomada a lo largo de la línea II - II. Muestra un elemento 7 de núcleo que define el borde 5 de salida, respectivamente la geometría de borde. En el interior del elemento 7 de núcleo, que está curvado en su interior, está dispuesta una estructura 10 laminada que está compuesta por varias capas de esteras de fibra, preferiblemente esteras de fibra de vidrio. Después se infunde en la construcción una resina que infunde la estructura 10 laminada y el elemento 7 de núcleo, partes que se integran firmemente, respectivamente que definen la estructura de pala.

La figura 3 muestra otro esquema de principio de una sección transversal en el borde 5 de salida tomada a lo largo de la línea III - III de la pala 1 de rotor. Mientras que la sección transversal de la figura 2 se toma, observada desde la raíz 2, en una región delante del elemento 7a de núcleo dividido, la sección transversal de la figura 3 se toma en una región detrás del elemento 7a de núcleo dividido. Tal como se muestra claramente en la figura 3, la geometría de sección transversal ha cambiado rápidamente desde la geometría lisa mostrada en la figura 2 hasta una geometría de superficie aerodinámica mostrada en la figura 3. El elemento 7 de núcleo es muy plano y pequeño, en comparación con el elemento 7 de núcleo de la figura 2. La estructura 10 laminada, que ahora es una estructura laminada exterior, está ahora dispuesta en el exterior del elemento 7 de núcleo, respectivamente la pala. La transición desde la estructura 10 laminada que es una estructura laminada interior tal como se muestra en la figura 2 a ser una estructura laminada exterior tal como se muestra en la figura 3 se realiza sin ninguna discontinuidad por medio del elemento 7a de núcleo dividido, tal como se describirá ahora.

La figura 4 muestra como esquema de principio parcial la pala 1 de rotor desde el interior de la estructura de pala hueca. La pala se extiende a la izquierda hacia la raíz 2, tal como se muestra mediante la flecha que apunta hacia la izquierda y mediante el signo de referencia 2 para la raíz 2, y se extiende a la derecha hacia la punta 3, tal como se muestra mediante la flecha que apunta hacia la derecha y el número de referencia 3.

La figura muestra el núcleo 6 de borde de salida con los elementos 7 de núcleo respectivos y el elemento 7a de núcleo dividido de la invención, elementos 7, 7a de núcleo que están dispuestos unos al lado de otros. En la zona a la izquierda del elemento 7a de núcleo dividido, la estructura 10 laminada está dispuesta en el interior, es decir en la superficie mostrada en la figura 4, mientras que la estructura 10 laminada está dispuesta en el exterior de la pala en la región a la derecha del elemento 7a de núcleo dividido.

El propio elemento 7a de núcleo dividido se muestra en detalle en las figuras 5 y 6. Tal como ya se ha mencionado, el elemento 7a de núcleo dividido comprende dos partes 8a, 8b de elemento separadas, que están separadas una de otra por medio de una hendidura 9, cuando se instalan en la pala 1. La hendidura 9 se extiende desde cerca de una superficie 11 de extremo del elemento 7a de núcleo dividido hasta la otra superficie 12 de extremo y termina cerca de esta superficie de extremo. Discurre de manera oblicua al eje longitudinal del elemento de núcleo y está curvada, es decir que las superficies 13, 14 opuestas de las partes 8a, 8b de elemento están ambas curvadas y, a partir de su geometría, corresponden una a otra, de modo que presentan ajuste de forma entre sí, tal como se muestra en la figura 6. Esto determina que la estructura laminada introducida en la hendidura y la matriz de resina tienen el mismo grosor a lo largo de toda la longitud y altura de la hendidura.

La estructura 10 laminada insertada en la hendidura 9 se muestra en principio mediante la línea discontinua en la figura 6. Tal como se muestra claramente, pasa del lado interior al lado exterior cuando se extiende a través de la hendidura 9, observado en la dirección longitudinal. El elemento 7a de núcleo de hendidura tiene una longitud de 0,5 - 2 m, especialmente de 1 - 1,5 m, por tanto la hendidura también tiene una longitud comparable.

La figura 7 muestra un esquema de principio de una sección transversal tomada a lo largo de la línea VII - VII de la figura 6. Muestra el elemento 7a de núcleo dividido con las partes 8a, 8b de elemento y con la estructura 10 laminada insertada en la hendidura 9. Tal como puede observarse claramente, puede realizarse una transferencia o transición suave y continua de la estructura 10 laminada desde el lado interior hasta el lado exterior. La estructura 10 laminada se muestra por medio de varias capas de esteras 18 de fibra, preferiblemente esteras de fibra de vidrio, infundiéndose en toda la disposición una resina durante el procedimiento de moldeo, tal como se conoce habitualmente.

De nuevo, la dirección a la izquierda discurre hacia la raíz 2, mientras que la dirección a la derecha discurre hasta la punta 3, tal como se muestra por medio de las flechas respectivas que apuntan hacia la izquierda y la derecha y que están marcadas con los números de referencia 2 y 3.

Las figuras 8 - 12 muestran secciones transversales respectivas tomadas a lo largo de las líneas VIII - VIII a XII - XII tal como se marca en la figura 7. La sección transversal según la figura 8, que está más cerca de la raíz que la sección transversal de la figura 12 que está más cerca de la punta, muestra el elemento 7a de núcleo dividido, mientras que la sección transversal se toma en una posición en la que no se extiende la hendidura 9, véase la figura 7. La estructura 10 laminada es una estructura 10a laminada interior y está dispuesta en el interior de la pala, respectivamente del elemento 7a de núcleo.

La sección transversal según la figura 9 se toma en una posición en la que el elemento 7a de núcleo dividido ya está dividido, respectivamente en la que se extiende la hendidura 9. Tal como puede observarse claramente, la estructura 10 laminada está dispuesta en la hendidura e intercalada entre las partes 8a, 8b de elemento.

La sección transversal según la figura 10 se toma más cerca del centro longitudinal del elemento 7a de núcleo dividido. La geometría de las partes 8a, 8b de elemento respectivas ha cambiado debido a la hendidura 9 que discurre a través del elemento 7a de núcleo dividido de manera oblicua a su dirección longitudinal. La estructura 10 laminada todavía está en la hendidura 9 e intercalada entre ambas partes 8a, 8b de elemento.

La figura 11 muestra una sección transversal, que se toma más cerca del extremo de lado de punta del elemento 7a de núcleo dividido. De nuevo, la geometría de las partes 8a, 8b de elemento ha cambiado, la estructura 10 laminada todavía está insertada en la hendidura 9.

Finalmente, la sección transversal según la figura 12 se toma en una zona de extremo, en la que, en comparación con la figura 8, no se extiende la hendidura 9. Tal como se muestra, el elemento 7a de núcleo dividido en esta parte está compuesto únicamente por la parte 8b de elemento. La estructura 10 laminada está ahora completamente en el exterior del elemento 7a de núcleo dividido, respectivamente de la pala 1 y es una estructura 10b laminada exterior.

Tal como se muestra en las figuras 7 - 12, la integración del elemento de núcleo dividido de la invención en el núcleo de borde de salida permite una transferencia suave de la estructura 10a laminada interior dispuesta en el interior para convertirse en la estructura 10b laminada exterior dispuesta en el exterior sin ninguna discontinuidad mecánica. Esto determina que también pueden asumirse cargas superiores, tal como se muestra mediante las flechas F en la figura 7, en esta región de transición. Por tanto, también puede mantenerse la estabilidad mecánica en la región que discurre hasta la punta, en la que, en la técnica anterior, debido a la transferencia de capa por capa mediante pendiente de las respectivas capas hacia arriba y hacia abajo y solapamiento de las mismas observadas desde el interior hasta el exterior, se proporciona una discontinuidad mecánica que es negativa para las propiedades mecánicas globales de la pala.

Finalmente, la figura 13 muestra una turbina 15 eólica de la invención que comprende un rotor 16 que tiene tres palas 1 de rotor de la invención unidas a un buje 17.

Aunque se ha descrito la presente invención en detalle con referencia a la realización preferida, la presente invención no está limitada a los ejemplos dados a conocer, a partir de los cuales el experto puede derivar otras variaciones sin alejarse del alcance de la invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Pala de rotor para una turbina (15) eólica, con un borde (5) de salida que comprende un núcleo (6) de borde de salida que tiene varios elementos (7) de núcleo dispuestos unos al lado de otros, observado desde la raíz hasta la punta, y con una estructura (10) laminada interior y una exterior, mediante lo cual un elemento (7a) de núcleo se divide en dos partes (8a, 8b) de elemento separadas por una hendidura (9), mediante lo cual, observado en el sentido desde una raíz (2) de pala hasta una punta (3) de pala, la estructura (10a) laminada interior discurre al interior y a través de la hendidura (9) y se convierte en la estructura (10b) laminada exterior.

2. Pala de rotor según la reivindicación 1, caracterizada porque la hendidura (9) se extiende de manera oblicua al eje longitudinal del elemento (7a) de núcleo dividido.

3. Pala de rotor según la reivindicación 2, caracterizada porque la hendidura (9) comienza en o cerca de una superficie (11) de extremo y se extiende hasta o cerca de la otra superficie (12) de extremo.

4. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento (7a) de núcleo dividido tiene una longitud de 0,5 - 2 m, especialmente de 1 - 1,5 m.

5. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la hendidura (9) está curvada.

6. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las superficies (13, 14) opuestas de las dos partes (8a, 8b) de elemento corresponden una a otra de una manera con ajuste de forma.

7. Pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos (7, 7a) de núcleo están realizados de un polímero o de madera.

8. Pala de rotor según la reivindicación 7, caracterizada porque el polímero es poliuretano.

9. Turbina eólica, que comprende un rotor (16) con una o más palas (1) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores.