ES2941942T3 - Pala de rotor y método para fabricar una pala de rotor - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una pala de rotor (1) para un aerogenerador. La pala del rotor (1) comprende una tapa de larguero (6) con un área media de la tapa de larguero (8), donde en el área media de la tapa de larguero (8) la tapa de larguero comprende un cuerpo de fibra de carbono (10) con una pluralidad de fibra de carbono capas (11) de fibras de carbono (12). Un medio de contacto de inyección de corriente (15) de la pala del rotor (1) está en contacto conductor eléctrico con la zona de punta del cuerpo (14), constituyendo así una zona de contacto de inyección de corriente (16) de la zona de punta del cuerpo (14). La zona de contacto de inyección de corriente (16) se extiende al menos en una dirección paralela a un eje longitudinal de pala de rotor (5) y en una dirección del espesor del cuerpo de fibra de carbono (10). La invención se refiere además a un método para fabricar una pala de rotor (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Pala de rotor y método para fabricar una pala de rotor
La presente invención se refiere a palas de rotor para turbinas eólicas y a un método para fabricar una pala de rotor de una turbina eólica.
Las palas de rotor de las turbinas eólicas también se denominan palas eólicas. Los diseños estructurales de palas de rotor convencionales comprenden principalmente una pluralidad de subcomponentes, tales como tapas de larguero (“spar caps”, en inglés), al menos un alma resistente al cizallamiento intercalada entre las tapas de larguero y una pluralidad de cubiertas de pala, también denominadas paneles de cubierta, que forman un revestimiento de la pala de rotor. Todos estos subcomponentes se diseñan convencionalmente en materiales compuestos, p. ej., plásticos reforzados con fibra de vidrio (GFRP), plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), basalto, boro o similares, que se suministran en forma de esteras de fibra seca y/o preimpregnados y se procesan adicionalmente en un proceso de moldeo, tal como moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM) o similares. Se conoce una pala de rotor del documento EP 3330528 A1.
Las tapas de larguero cumplen la función de subcomponentes de soporte de carga principal, especialmente para las cargas perpendiculares al plano de giro longitudinales máximas y de fatiga. Un diseño eficiente de estos subcomponentes consiste en emplear disposiciones compuestas unidireccionales (UD) donde las fibras, que proporcionan principalmente rigidez y resistencia al material compuesto, están alineadas en una dirección longitudinal, especialmente en la dirección principal de las cargas estructurales. La pala de rotor está expuesta al impacto de relámpagos. Por lo tanto, la pala de rotor está equipada de forma típica con un sistema de protección contra relámpagos (LPS). Este consiste habitualmente en un cable conductor de conexión a tierra que se extiende desde la punta de la pala hasta su raíz, en el que se lleva a cabo el contacto eléctrico con el sistema de conexión a tierra de la turbina eólica. Los puntos de conexión para rayos, también conocidos como receptores, están situados en la superficie de la pala para asegurar que los relámpagos que impacten en la pala sean conducidos a tierra sin dañar la pala. Los receptores están en contacto eléctrico con el conductor de conexión a tierra para permitir la transferencia de la corriente del rayo desde el receptor a tierra. Para igualar las diferencias de potencial entre el conductor de conexión a tierra del sistema de protección contra relámpagos y las fibras de carbono, se hacen contactos eléctricos entre el conductor de conexión a tierra y la fibra de carbono. Sin embargo, la corriente del relámpago inyectada en el contacto eléctrico puede dar lugar a la formación de un arco eléctrico y una posterior delaminación y fallo estructural.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método para fabricar una pala de rotor de una turbina eólica y una pala de rotor para una turbina eólica que no tengan estos inconvenientes o que al menos parcialmente no tengan estos inconvenientes. En particular, el objeto de la presente invención es proporcionar un método y una pala de rotor que mejoren la transmisión de corriente eléctrica e impidan o al menos reduzcan el riesgo de formación de un arco eléctrico.
Este objeto se resuelve mediante las reivindicaciones de la patente. Por lo tanto, este objeto se resuelve mediante una pala de rotor de una turbina eólica con las características de la reivindicación independiente 1 y mediante un método para fabricar una pala de rotor de una turbina eólica con las características de la reivindicación independiente 15. Detalles adicionales de la invención se derivan de las reivindicaciones dependientes, así como la descripción y los dibujos.
Según un primer aspecto de la invención, el problema se resuelve mediante una pala de rotor para una turbina eólica con una sección de punta de pala de rotor, una sección media de pala de rotor, una sección de raíz de pala de rotor y un eje longitudinal de pala de rotor, que se extiende desde la sección de punta de pala de rotor a través de la sección media de pala de rotor hasta la sección de raíz de pala de rotor. En la sección media de pala de rotor, la pala de rotor comprende una tapa de larguero con una zona de punta de tapa de larguero, una zona media de tapa de larguero y una zona de raíz de tapa de larguero, en donde la zona de punta de tapa de larguero está apuntando a la sección de punta de pala de rotor y la zona de raíz de tapa de larguero está apuntando a la sección de raíz de pala de rotor. En la zona media de tapa de larguero, la tapa de larguero comprende un cuerpo de fibra de carbono con una pluralidad de capas de fibra de carbono de fibras de carbono, en donde un espesor del cuerpo de fibra de carbono en una zona de centro de cuerpo del cuerpo de fibra de carbono es más grande que un espesor del cuerpo de fibra de carbono en una zona de punta de cuerpo del cuerpo de fibra de carbono, situada entre la zona de centro de cuerpo y la zona de punta de tapa de larguero. Una capa de fibra de carbono puede comprender una pluralidad de fibras de carbono apiladas, preferiblemente con orientación unidireccional. Los medios de contacto de inyección de corriente solo están en contacto eléctrico con uno o múltiples perfiles de fibra de carbono en el extremo del cuerpo de fibra de carbono y con un conductor de conexión a tierra para inyectar corriente a los medios de contacto de inyección de corriente.
Unos medios de contacto de inyección de corriente de la pala de rotor están en contacto conductor eléctrico con la zona de punta de cuerpo, constituyendo de este modo una zona de contacto de inyección de corriente de la zona de punta de cuerpo. Según la invención, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende al menos en una dirección paralela al eje longitudinal de pala de rotor y en una dirección del espesor del cuerpo de fibra de carbono. Preferiblemente, unos medios de contacto de inyección de corriente de la pala de rotor están en contacto conductor
eléctrico con la zona de raíz de cuerpo, constituyendo de este modo una zona de contacto de inyección de corriente de la zona de raíz de cuerpo.
En la sección media de pala de rotor, la pala de rotor comprende la tapa de larguero. En otras palabras, la sección media de pala de rotor es una sección de la pala de rotor que está soportada por la tapa de larguero. Preferiblemente, la sección media de pala de rotor se extiende sobre al menos el 50 % de las longitudes de la pala de rotor. Según la invención, el eje longitudinal de pala de rotor puede ser recto o curvo.
La tapa de larguero comprende la zona media de tapa de larguero, la zona de punta de tapa de larguero y la zona de raíz de tapa de larguero. La zona media de tapa de larguero comprende el cuerpo de fibra de carbono con la pluralidad de capas de fibra de carbono de fibras de carbono. Preferiblemente, las fibras de carbono o al menos la mitad de las fibras de carbono están orientadas en una dirección paralela o al menos sustancialmente paralela al eje longitudinal de pala de rotor. Esta orientación también se indica como “orientación unidireccional” . Las fibras de carbono tienen la capacidad de transmitir corriente; sin embargo, la conductibilidad eléctrica de las fibras de carbono a lo largo de la longitud de la fibra es fundamentalmente mayor que la conductibilidad eléctrica de las fibras de carbono en una dirección perpendicular a la longitud de la fibra. Preferiblemente, la zona de punta de tapa de larguero y la zona de raíz de tapa de larguero comprenden cada una material de fibra con una conductividad eléctrica mucho más débil, tal como fibras de vidrio o similares. En la tapa de larguero, las fibras se impregnan preferiblemente con un material de matriz, tal como resina o similares. Preferiblemente, la zona de punta de tapa de larguero, la zona media de tapa de larguero y la zona de raíz de tapa de larguero se moldean conjuntamente mediante el material de matriz.
En la sección media de tapa de larguero, la pluralidad de fibras de carbono se dispone en varias capas. Además, en la zona de centro del cuerpo, el espesor del cuerpo de fibra de carbono es más grande que el espesor en la zona de punta del cuerpo. Esto se logra preferiblemente mediante una mayor cantidad de capas de fibra de carbono en la zona de centro del cuerpo. Preferiblemente, el espesor del cuerpo de fibra de carbono cambia gradualmente dentro de la zona de centro del cuerpo y/o de la zona de centro del cuerpo a la zona de punta del cuerpo y/o dentro de la zona de punta del cuerpo. Preferiblemente, el cuerpo de fibra de carbono tiene diferentes espesores. Se prefiere además que el espesor de una parte de la zona de punta de cuerpo que es adyacente a la zona de centro de cuerpo sea más grande que el espesor de una parte de la zona de punta de cuerpo que está más lejos de la zona de centro de cuerpo.
Los medios de contacto de inyección de corriente de la pala de rotor están configurados como un pararrayos para evitar un impacto directo de relámpago en la pala de rotor. Los medios de contacto de inyección de corriente están configurados además para inyectar corriente procedente de un relámpago a las fibras de carbono de la pala de rotor para guiar la energía eléctrica hacia la sección de raíz de pala de rotor. En otras palabras, para igualar las diferencias de potencial entre el conductor de conexión a tierra del sistema de protección contra relámpagos y las fibras de carbono (véase la Fig. 9, que muestra el conductor de conexión a tierra en paralelo con los dos haces de carbono), se realizan contactos eléctricos entre el conductor de conexión a tierra y la fibra de carbono para inyectar parte de la corriente del rayo en las fibras de carbono. Para ello, los medios de inyección de corriente están en contacto conductor eléctrico con la zona de punta de cuerpo. La zona de la zona de punta de cuerpo que está en contacto conductor eléctrico con los medios de inyección de corriente se define como zona de contacto de inyección de corriente. Los medios de contacto de inyección de corriente pueden configurarse como una parte o como una parte de múltiples segmentos.
Para aumentar la transmisión de corriente desde los medios de inyección de corriente a las fibras de carbono del cuerpo de fibra de carbono, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende al menos en una dirección paralela al eje longitudinal de pala de rotor y en la dirección del espesor del cuerpo de fibra de carbono. En otras palabras, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende de forma que contacta con las fibras de carbono de diferentes capas de fibra de carbono. Preferiblemente, la zona de contacto de inyección de corriente también se extiende en una anchura del cuerpo de fibra de carbono. Por lo tanto, los medios de inyección de corriente están en contacto conductor eléctrico con una pluralidad de fibras de carbono de diferentes capas de fibra de carbono.
Preferiblemente, el cuerpo de fibra de carbono tiene una zona de raíz del cuerpo, que está configurada de forma similar a la zona de punta del cuerpo. Además, la pala de rotor comprende preferiblemente medios de recepción de corriente para recibir corriente eléctrica desde las fibras de carbono y conducir la corriente hacia la sección de raíz de pala de rotor. Mediante estos medios, la corriente puede transferirse lejos del rotor. Los medios de recepción de corriente están en contacto conductor eléctrico con el cuerpo de fibra de carbono en la zona de raíz del cuerpo, constituyendo así una zona de contacto de recepción de corriente del cuerpo de fibra de carbono. La zona de contacto de recepción de corriente se extiende para contactar con las fibras de carbono de diferentes capas de fibra de carbono. Preferiblemente, la zona de contacto de recepción de corriente también se extiende sobre una anchura del cuerpo de fibra de carbono. Por lo tanto, los medios de recepción de corriente están en contacto conductor eléctrico con una pluralidad de fibras de carbono de diferentes capas de fibra de carbono.
Dado que los medios de contacto de inyección de corriente solo están en contacto eléctrico con múltiples perfiles de fibra de carbono en el extremo del cuerpo de fibra de carbono y con un conductor de conexión a tierra para inyectar corriente en los medios de contacto de inyección de corriente, además de las fibras de carbono, no hay ningún conductor eléctrico adicional presente para conducir corriente a través de la zona media de tapa de larguero. Dicha
transferencia de corriente solo es realizada por las fibras de carbono. Esto tiene la ventaja de una construcción simple que es fácil de fabricar con costes de producción relativamente bajos.
La pala de rotor de una turbina eólica según la invención tiene la ventaja con respecto a las palas de rotor conocidas de que, de forma fácil y económica, puede introducirse mejor la energía eléctrica de los rayos en la fibra de carbono y, por lo tanto, se reduce el riesgo de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones en la zona de contacto. Esto tiene la ventaja adicional de que aumenta la sostenibilidad de la pala de rotor en caso de relámpago.
Según una realización preferida de la invención, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende al menos sobre el 30 % de la pluralidad de capas de fibra de carbono. Con mayor preferencia, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende al menos sobre el 50 % de la pluralidad de capas de fibra de carbono. Con especial preferencia, la zona de contacto de inyección de corriente se extiende sobre toda la pluralidad de capas de fibra de carbono. Cuantas más capas de fibra de carbono están en contacto con los medios de contacto de inyección de corriente, más extremos de fibra de carbono están en contacto con los medios de contacto de inyección de corriente. En este contexto, la pluralidad de capas de fibra de carbono simplemente se refiere a la pluralidad de capas de fibra de carbono que están presentes en la zona de punta de cuerpo del cuerpo de fibra de carbono. Esto tiene la ventaja de que, de forma fácil y económica, puede introducirse mejor la energía eléctrica del relámpago en las fibras de carbono reduciéndose, por lo tanto, el riesgo de formación de arco eléctrico y las consiguientes delaminaciones en la zona de contacto. Esto tiene la ventaja adicional de que aumenta la sostenibilidad de la pala de rotor en caso de relámpago.
Se prefiere que el cuerpo de fibra de carbono comprenda un laminado de una pluralidad de perfiles de fibra de carbono pultrusionados, en donde los perfiles de fibra de carbono comprenden una pluralidad de fibras de carbono, en donde la zona de contacto de inyección de corriente se extiende al menos sobre dos perfiles de fibra de carbono. Los perfiles de fibra de carbono pultrusionados se fabrican en un proceso de pultrusión. El proceso de pultrusión se realiza preferiblemente de forma que las fibras de carbono se apilan aleatoriamente dentro de la sección transversal del perfil de fibra de carbono. Preferiblemente, las fibras de carbono o al menos la mayoría de las fibras de carbono están dispuestas de forma unidireccional dentro del perfil de fibra de carbono. Dichos perfiles tienen la ventaja de que son fáciles de fabricar, fáciles de manipular y fáciles de laminar juntos para formar el cuerpo de fibra de carbono. Además, mediante estos medios, se mejora la alineación unidireccional de las fibras de carbono y, por lo tanto, la conductividad eléctrica del cuerpo de fibra de carbono en dirección paralela al eje longitudinal de pala de rotor.
De forma ventajosa, en la zona de contacto de inyección de corriente una sección de extremo de al menos un perfil de fibra de carbono comprende una zona biselada. La zona de contacto de inyección de corriente está constituida por secciones de extremo de los perfiles de fibra de carbono laminados y los medios de contacto de inyección de corriente. Proporcionando un área biselada en un perfil de fibra de carbono, la zona de contacto de inyección de corriente comprende ese bisel. Un bisel tiene la ventaja de aumentar el tamaño de la zona de contacto de inyección de corriente. La corriente puede inyectarse en los extremos de fibra de carbono en todo el espesor del perfil. Por lo tanto, se mejora el contacto conductor eléctrico entre las fibras de carbono y los medios de contacto de inyección de corriente. Como resultado de ello, se mejora la introducción de corriente eléctrica desde los medios de contacto de inyección de corriente en las fibras de carbono.
Preferiblemente, una pluralidad de las fibras de carbono del cuerpo de fibra de carbono están orientadas paralelas o al menos sustancialmente paralelas al eje longitudinal de pala de rotor. Con mayor preferencia, la mayoría de las fibras de carbono del cuerpo de fibra de carbono están orientadas paralelas o al menos sustancialmente paralelas al eje longitudinal de pala de rotor. Preferiblemente, las fibras de carbono del cuerpo de fibra de carbono tienen una orientación unidireccional (UD). Esto mejora la transmisión de corriente del cuerpo de fibra de carbono en la dirección del eje longitudinal de pala de rotor y aumenta la estabilidad estructural del cuerpo de fibra de carbono.
Se prefiere que la zona de contacto de inyección de corriente esté configurada o al menos parcialmente configurada como una zona biselada con respecto al eje longitudinal de pala de rotor. Preferiblemente, la zona de contacto de inyección de corriente está completamente configurada como una zona biselada. Una zona biselada significa que el cuerpo de fibra de carbono comprende un biselado en la zona de punta del cuerpo. La zona biselada se extiende preferiblemente sobre una pluralidad de capas de fibra de carbono. Un bisel tiene la ventaja de aumentar el tamaño de la zona de contacto de inyección de corriente. Por lo tanto, se mejora el contacto conductor eléctrico entre las fibras de carbono y los medios de contacto de inyección de corriente. Como resultado de ello, se mejora la introducción de corriente eléctrica desde los medios de contacto de inyección de corriente en las fibras de carbono.
De forma ventajosa, la zona de contacto de inyección de corriente está configurada o al menos parcialmente configurada como una zona plana múltiple con respecto al eje longitudinal de pala de rotor. Preferiblemente, la zona de contacto de inyección de corriente está completamente configurada como una zona plana múltiple. Una zona plana múltiple comprende al menos dos planos, separados por un bisel y/o un escalón. Preferiblemente, la zona plana múltiple comprende tres o más planos, separados por un bisel y/o un escalón. La zona plana múltiple se extiende preferiblemente en una pluralidad de capas de fibra de carbono. Una zona plana múltiple tiene la ventaja de aumentar el tamaño de la zona de contacto de inyección de corriente. La corriente puede inyectarse en los extremos de fibra de carbono en todo el espesor del perfil. Por lo tanto, se mejora el contacto conductor eléctrico entre las fibras de carbono
y los medios de contacto de inyección de corriente. Como resultado de ello, se mejora la introducción de corriente eléctrica desde los medios de contacto de inyección de corriente en las fibras de carbono.
En una realización preferida de la invención, los medios de contacto de inyección de corriente están en contacto con al menos un primer segmento de superficie y un segundo segmento de superficie de la zona de contacto de inyección de corriente, en donde el primer segmento de superficie y el segundo segmento de superficie están situados en distintos planos. Por lo tanto, las fibras de carbono de distintas capas de fibra de carbono pueden contactar con los medios de contacto de inyección de corriente. Por lo tanto, se mejora el contacto conductor eléctrico entre las fibras de carbono y los medios de contacto de inyección de corriente. Como resultado de ello, se mejora la introducción de corriente eléctrica desde los medios de contacto de inyección de corriente en las fibras de carbono.
Se prefiere que los medios de contacto de inyección de corriente estén en contacto con al menos el primer segmento de superficie y el segundo segmento de superficie de la zona de contacto de inyección de corriente, en donde el primer segmento de superficie y el segundo segmento de superficie forman un ángulo entre sí. Se prefiere además que el primer segmento de superficie y el segundo segmento de superficie tengan una línea de contacto común. Preferiblemente, un ángulo entre el primer segmento de superficie y el segundo segmento de superficie está entre 120° y 90°, con mayor preferencia, entre 100° y 90°. Mediante estos medios, las fibras de carbono de distintas capas de fibra de carbono pueden contactar con los medios de contacto de inyección de corriente. Por lo tanto, se mejora el contacto conductor eléctrico entre las fibras de carbono y los medios de contacto de inyección de corriente. Como resultado de ello, se mejora la introducción de corriente eléctrica desde los medios de contacto de inyección de corriente en las fibras de carbono.
Preferiblemente, la pala de rotor comprende múltiples medios de contacto de inyección de corriente, en donde los medios de contacto de inyección de corriente están conectados eléctricamente entre sí, en donde cada uno de los medios de contacto de inyección de corriente está en contacto con una zona de contacto de inyección de corriente de un único o múltiples perfiles de fibra de carbono. Esta configuración tiene la ventaja de que es fácil de fabricar debido al montaje de medios de contacto de inyección de corriente relativamente más pequeños en los perfiles de fibra de carbono.
Se prefiere además que cada zona de inyección de corriente comprenda al menos una superficie plana o al menos una superficie biselada. Preferiblemente, la superficie plana es perpendicular a una extensión longitudinal del perfil de fibra de carbono. Esto tiene la ventaja de que se garantiza una inyección de corriente adecuada.
Según una realización preferida de la invención, la interconexión eléctrica de los múltiples medios de contacto de inyección de corriente se realiza por medio de un conductor adicional o directamente con un haz entre los múltiples medios de contacto de inyección de corriente. El conductor adicional se conecta eléctricamente a cada medio de contacto de inyección de corriente para establecer la interconexión eléctrica. Preferiblemente, el conductor adicional comprende un material con una conductividad eléctrica relativamente alta, tal como cobre o similar. El haz se obtiene estableciendo una conexión directa de medios de contacto de inyección de corriente adyacentes, especialmente doblando conjuntamente los medios de contacto de inyección de corriente. Dichas interconexiones eléctricas tienen la ventaja de que son fáciles de fabricar con costes de producción relativamente reducidos.
Preferiblemente, los medios de contacto de inyección de corriente comprenden una malla metálica y/o fibras de carbono o cualquier otro material conductor. Tales medios de contacto de inyección de corriente son muy adecuados para inyectar corriente en el cuerpo de fibra de carbono. Además, pueden producirse con bajos costes y laminarse con el cuerpo de fibra de carbono fácilmente.
La pala de rotor puede fabricarse según un método para fabricar una pala de rotor de una turbina eólica. El método comprende las siguientes etapas:
- proporcionar una pluralidad de perfiles de fibra de carbono pultrusionados, comprendiendo cada uno una pluralidad de fibras de carbono, en donde las fibras de carbono se orientan longitudinalmente con respecto a una extensión longitudinal de los perfiles de fibra de carbono,
- apilar y laminar los perfiles de fibra de carbono para generar un cuerpo de fibra de carbono con una zona de centro del cuerpo, una zona de punta del cuerpo y una zona de raíz del cuerpo, en donde el espesor del cuerpo de fibra de carbono en la zona de centro del cuerpo es más grande que el espesor del cuerpo de fibra de carbono en la zona de punta de cuerpo, en donde los perfiles de fibra de carbono se disponen de forma que, en la zona de punta del cuerpo, el cuerpo de fibra de carbono comprende una zona de contacto de inyección de corriente biselada y/o una zona de contacto de inyección de corriente plana múltiple, y
- aplicar unos medios de contacto de inyección de corriente en la zona de contacto de inyección de corriente para establecer un contacto conductor eléctrico, en donde los medios de contacto de inyección de corriente se aplican sobre la zona de contacto de inyección de corriente de forma que los extremos de fibra de las fibras de carbono de diferentes perfiles de fibra de carbono están en contacto conductor eléctrico con los medios de contacto de inyección de corriente.
Preferiblemente, el método se utiliza para fabricar una pala de rotor según la invención. Proporcionar la pluralidad de perfiles de fibra de carbono pultrusionados puede comprender la fabricación de perfiles de fibra de carbono en un proceso de pultrusión. Los perfiles de fibras de carbono son pultrusionados de forma que las fibras de carbono quedan alineadas en una pluralidad de capas de fibra de carbono y unidireccionales, es decir, en la dirección de la extensión longitudinal del perfil de fibra de carbono. Los perfiles de fibra de carbono se apilan y laminan para fabricar el cuerpo de fibra de carbono. Esto se realiza de forma que el espesor del cuerpo de fibra de carbono en la zona de punta de cuerpo sea más pequeño que el espesor del cuerpo de fibra de carbono en la zona de centro del cuerpo. En la zona de punta de fibra de carbono, el cuerpo de fibra de carbono tiene varios espesores. Se prefiere que el apilamiento y la laminación se realicen de forma que el espesor de la zona de punta del cuerpo disminuya al aumentar la distancia desde la zona de centro del cuerpo. Por lo tanto, para la zona de contacto de inyección de corriente, se utiliza una zona de contacto de inyección de corriente biselada y/o una zona de contacto de inyección de corriente plana múltiple en la zona de punta del cuerpo. Los medios de contacto de inyección de corriente se aplican en la zona de contacto de inyección de corriente para cubrir la zona de contacto de inyección de corriente. De este modo, se establece un contacto conductor eléctrico entre los medios de contacto de inyección de corriente y las fibras de carbono, preferiblemente, los extremos de la fibra de carbono, de la zona de contacto de inyección de corriente. Además, el resto de la tapa de larguero puede fabricarse mediante el uso de material de fibra alternativo, tal como fibras de vidrio o similares, y el resto de la pala de rotor puede montarse de forma convencional.
El método para fabricar una pala de rotor de una turbina eólica según el segundo aspecto de la invención tiene las mismas ventajas que la pala de rotor de una turbina eólica según el primer aspecto de la invención. Por lo tanto, el método tiene la ventaja de que, de forma fácil y económica, se puede obtener una pala de rotor que permite una mejor introducción de energía eléctrica en las fibras de carbono y, por lo tanto, se reduce el riesgo de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones en la zona de contacto. Esto tiene la ventaja adicional de que aumenta la sostenibilidad de la pala de rotor fabricada en caso de relámpago.
Otras ventajas, características y detalles de la invención se derivan de la siguiente descripción, en la que, haciendo referencia a los dibujos, se describen en detalle ejemplos prácticos de la presente invención.
En los dibujos:
La Figura 1 muestra una vista lateral en sección esquemática de una zona de punta de cuerpo de la técnica anterior de un cuerpo de fibra de carbono,
la Figura 2 muestra una vista lateral en sección esquemática de una realización preferida de un cuerpo de fibra de carbono de una pala de rotor según la invención,
la Figura 3 muestra una vista lateral en sección esquemática de una zona de punta de cuerpo de un cuerpo de fibra de carbono de una primera realización preferida de una pala de rotor,
la Figura 4 muestra una vista superior esquemática de la zona de punta del cuerpo de la Figura 3,
la Figura 5 muestra una vista lateral en sección esquemática de una zona de punta del cuerpo de un cuerpo de fibra de carbono de una segunda realización preferida de una pala de rotor,
la Figura 6 muestra una vista superior esquemática de la zona de punta del cuerpo de la Figura 5,
la Figura 7 muestra una vista lateral en sección esquemática de una zona de punta de cuerpo de un cuerpo de fibra de carbono de una tercera realización preferida de una pala de rotor,
la Figura 8 muestra una vista lateral en sección esquemática de una zona de punta de cuerpo de un cuerpo de fibra de carbono de una cuarta realización preferida de una pala de rotor,
la Figura 9 muestra una vista en perspectiva esquemática de una realización preferida de una pala de rotor, y la Figura 10 muestra una realización preferida del método para fabricar una pala de rotor según la invención en un diagrama de flujo.
Los elementos con la misma función y eficacia se indican cada uno en las figuras 1 a 10 con los mismos números de referencia.
En la Fig. 1, se muestra en una vista lateral en sección esquemática una zona 14 de punta del cuerpo de la técnica anterior de un cuerpo 10 de fibra de carbono. El cuerpo 10 de fibra de carbono es parte de una zona media 8 de tapa de larguero. El cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono, constituyendo cada uno una capa 11 de fibra de carbono con una pluralidad de fibras 12 de carbono que están apiladas y laminadas. Las fibras 12 de carbono tienen una orientación unidireccional a lo largo de la extensión de los perfiles
17 de fibra de carbono. En esta figura, las fibras 12 de carbono están orientadas horizontalmente, de izquierda a derecha. En un perfil 17 de fibra de carbono superior, unos medios 15 de contacto de inyección de corriente están dispuestos en contacto estrecho, constituyendo de este modo una zona 16 de contacto de inyección de corriente del perfil 17 de fibra de carbono superior del cuerpo 10 de fibra de carbono. Esta realización de la técnica anterior tiene la desventaja de que la inyección de corriente solo puede producirse en una cara superior de la capa 17 de fibra de carbono superior. Por lo tanto, la corriente se inyecta perpendicular a la dirección de las fibras 12 de carbono, y solo a la capa superior, lo que aumenta la probabilidad de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones debido a la gran resistencia de contacto.
La Fig. 2 muestra una realización preferida de un cuerpo 10 de fibra de carbono de una zona media 8 de tapa de larguero de una pala 1 de rotor (véase la Fig. 9) según la invención en una vista lateral en sección esquemática. El cuerpo 10 de fibra de carbono está estructurado en una zona 14 de punta de cuerpo, una zona 13 de centro de cuerpo y una zona 21 de raíz de cuerpo. Además, el cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono apilados y laminados juntos. El espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono en la zona 14 de punta de cuerpo es más pequeño que el espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono en la zona 13 de centro del cuerpo. De igual modo, el espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono en la zona 21 de raíz de cuerpo es más pequeño que el espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono en la zona 13 de centro del cuerpo.
En la Fig. 3, se muestra una zona 14 de punta del cuerpo de un cuerpo 10 de fibra de carbono de una zona media 8 de tapa de larguero de una primera realización preferida de una pala 1 de rotor en una vista lateral en sección esquemática. El cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono apilados y laminados juntos. Cada perfil 17 de fibra de carbono constituye una capa de fibra de carbono, que comprende una pluralidad de fibras 12 de carbono apiladas. Las fibras 12 de carbono tienen una orientación unidireccional a lo largo de la extensión de los perfiles 17 de fibra de carbono. En esta figura, las fibras 12 de carbono están orientadas horizontalmente, de izquierda a derecha. De forma alternativa, en vez de perfiles 17 de fibra de carbono, el cuerpo 10 de fibra de carbono puede comprender una pluralidad de capas 11 de fibra de carbono de fibras 12 de carbono que están apiladas y laminadas juntas para formar el cuerpo 10 de fibra de carbono. En esta primera realización, las secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono comprenden un bisel, que constituyen un bisel grande desde el perfil 17 de fibra de carbono superior al perfil 17 de fibra de carbono inferior. Unos medios 15 de contacto de inyección de corriente están dispuestos en contacto estrecho con la zona 14 de punta del cuerpo, constituyendo de este modo una zona 16 de contacto de inyección de corriente de secciones 18 de extremo de la pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono del cuerpo 10 de fibra de carbono. Mediante estos medios, la inyección de corriente puede producirse en las secciones 18 de extremo de una pluralidad de capas 17 de fibra de carbono. Por lo tanto, se reduce significativamente la probabilidad de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones debido al contacto eléctrico mejorado con las fibras 12 de carbono. En este ejemplo, los medios 15 de contacto de inyección de corriente están en contacto con las secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono únicamente. En una realización alternativa, los medios 15 de contacto de inyección de corriente están en contacto con las secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono y una parte de un lado superior del perfil 17 de fibra de carbono más superior.
En la Fig. 4, la zona 14 de punta de cuerpo de la Fig. 3 se muestra en una vista superior esquemática. Los medios 15 de contacto de inyección de corriente cubren un zona biselada 23 del cuerpo 10 de fibra de carbono. En una realización alternativa, los medios 15 de contacto de inyección de corriente cubren una zona biselada 23 del cuerpo 10 de fibra de carbono. De forma alternativa, los medios 15 de contacto de inyección de corriente podrían segmentarse para cubrir solo partes de la zona plana 22 y/o de la zona biselada 22.
La Fig. 5 muestra una zona 14 de punta de cuerpo de un cuerpo 10 de fibra de carbono de una zona media 8 de tapa de larguero de una segunda realización preferida de una pala 1 de rotor en una vista lateral en sección esquemática. El cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono apilados y laminados juntos. Cada perfil 17 de fibra de carbono constituye una capa 11 de fibra de carbono, comprendiendo cada uno una pluralidad de fibras 12 de carbono apiladas. Las fibras 12 de carbono tienen una orientación unidireccional a lo largo de la extensión de los perfiles 17 de fibra de carbono. En esta figura, las fibras 12 de carbono están orientadas horizontalmente, de izquierda a derecha. De forma alternativa, en vez de perfiles 17 de fibra de carbono, el cuerpo 10 de fibra de carbono puede comprender una pluralidad de capas 11 de fibra de carbono de fibras 12 de carbono que están apiladas y laminadas juntas para formar el cuerpo 10 de fibra de carbono. En esta segunda realización, las secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono están dispuestas con un desplazamiento mutuo, constituyendo una zona plana múltiple desde el perfil 17 de fibra de carbono superior al perfil 17 de fibra de carbono inferior. Unos medios 15 de contacto de inyección de corriente están dispuestos en contacto estrecho con la zona 14 de punta de cuerpo, constituyendo de este modo una zona 16 de contacto de inyección de corriente de las secciones 18 de extremo de la pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono del cuerpo 10 de fibra de carbono. Como puede observarse en la Fig. 5, la zona 16 de contacto de inyección de corriente se extiende en los primeros segmentos 19 de superficie y los segundos segmentos 20 de superficie de la pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono, en donde cada primer segmento 19 de superficie y segundo segmento 20 de superficie adyacentes hay un ángulo de 90°. Mediante estos medios, la inyección de corriente puede producirse en las secciones 18 de extremo de una pluralidad de capas 17 de fibra de carbono. Por lo tanto, se reduce significativamente la probabilidad de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones debido al contacto eléctrico mejorado con las fibras 12 de carbono.
La Fig. 6 muestra la zona 14 de punta de cuerpo de la Fig. 5 en una vista superior esquemática. Los medios 15 de contacto de inyección de corriente cubren una pluralidad de zonas planas 22 de una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono del cuerpo 10 de fibra de carbono. Las zonas planas 22 están todas en diferentes niveles con respecto a la dirección del espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono.
En la Fig. 7, se muestra una zona 14 de punta del cuerpo de un cuerpo 10 de fibra de carbono de una zona media 8 de tapa de larguero de una tercera realización preferida de una pala 1 de rotor en una vista lateral en sección esquemática. El cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono apilados y laminados juntos. Cada perfil 17 de fibra de carbono constituye una capa 11 de fibra de carbono, comprendiendo cada uno una pluralidad de fibras 12 de carbono apiladas. Las fibras 12 de carbono tienen una orientación unidireccional a lo largo de la extensión de los perfiles 17 de fibra de carbono. En esta figura, las fibras 12 de carbono están orientadas horizontalmente, de izquierda a derecha. De forma alternativa, en vez de perfiles 17 de fibra de carbono, el cuerpo 10 de fibra de carbono puede comprender una pluralidad de capas 11 de fibra de carbono de fibras 12 de carbono que están apiladas y laminadas juntas para formar el cuerpo 10 de fibra de carbono. En esta tercera realización, las secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono comprenden un bisel y algunas secciones 18 de extremo de los perfiles 17 de fibra de carbono están dispuestas con un desplazamiento mutuo. Por lo tanto, un extremo del cuerpo 10 de fibra de carbono comprende, desde el perfil 17 de fibra de carbono superior hasta el perfil 17 de fibra de carbono inferior, múltiples zonas planas biseladas. Unos medios 15 de contacto de inyección de corriente están dispuestos en contacto estrecho con la zona 14 de punta del cuerpo, constituyendo de este modo una zona 16 de contacto de inyección de corriente de las secciones 18 de extremo de la pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono del cuerpo 10 de fibra de carbono. Mediante estos medios, la inyección de corriente puede producirse en las secciones 18 de extremo de una pluralidad de capas 17 de fibra de carbono. Por lo tanto, se reduce significativamente la probabilidad de formación de arco eléctrico y de las consiguientes delaminaciones debido al contacto eléctrico mejorado con las fibras 12 de carbono.
La Fig. 8, muestra una modificación de la Fig. 7, ya que múltiples medios 15 de contacto de inyección de corriente conectan diferentes zonas 16 de contacto de inyección de corriente de diferentes perfiles 17 de fibra de carbono. Por lo tanto, los medios 15 de contacto de inyección de corriente están segmentados en tres segmentos separados.
En la Fig. 9, se muestra una realización preferida de una pala 1 de rotor en una vista en perspectiva esquemática. La pala 1 de rotor comprende una sección 2 de punta de pala de rotor, una sección media 3 de pala de rotor, una sección 4 de raíz de pala de rotor y un eje longitudinal 5 de pala de rotor que se extiende desde la sección 2 de punta de pala de rotor, a través de la sección media 3 de pala de rotor, hasta la sección 4 de raíz de pala de rotor. El eje longitudinal 5 de pala de rotor está curvado. En la sección media 3 de pala de rotor, la pala 1 de rotor comprende una tapa de larguero 6 con una zona 7 de punta de tapa de larguero, una zona media 8 de tapa de larguero y una zona 9 de raíz de tapa de larguero. La zona media 8 de tapa de larguero comprende el cuerpo 10 de fibra de carbono.
La Fig. 10 muestra esquemáticamente un diagrama de flujo de una realización preferida del método para fabricar una pala 1 de rotor según la invención. En una primera etapa 100, se proporciona una pluralidad de perfiles 17 de fibra de carbono pultrusionados. Cada perfil 17 de fibra de carbono comprende una pluralidad de fibras 12 de carbono, en donde las fibras 12 de carbono se orientan longitudinalmente con respecto a una extensión longitudinal de los perfiles 17 de fibra de carbono. En una segunda etapa 200, los perfiles 17 de fibra de carbono se apilan y laminan para generar un cuerpo 10 de fibra de carbono con una zona 13 de centro del cuerpo, una zona 14 de punta del cuerpo y una zona 21 de raíz del cuerpo. El espesor del cuerpo 10 de fibra de carbono en la zona 13 de centro del cuerpo es más grande que el espesor del cuerpo de fibra de carbono en la zona 14 de punta del cuerpo. Los perfiles 17 de fibra de carbono se disponen de forma que, en la zona 14 de punta del cuerpo, el cuerpo 10 de fibra de carbono comprende una zona 16 de contacto de inyección de corriente biselada y/o una zona 16 de contacto de inyección de corriente plana múltiple. En una tercera etapa 300, se aplican unos medios 15 de contacto de inyección de corriente en la zona 16 de contacto de inyección de corriente para establecer un contacto conductor eléctrico. Los medios 15 de contacto de inyección de corriente se aplican en la zona 16 de contacto de inyección de corriente de forma que los extremos de fibra de las fibras 12 de carbono de los perfiles 17 de fibra de carbono de diferentes capas 11 de fibra de carbono están en contacto conductor eléctrico con los medios 15 de contacto de inyección de corriente. Preferiblemente, la segunda etapa 200 y la tercera etapa 300 se ejecutan simultáneamente.
Claims (13)
- REIVINDICACIONESi. Pala (1) de rotor para una turbina eólica con una sección (2) de punta de pala de rotor, una sección media (3) de pala de rotor, una sección (4) de raíz de pala de rotor y un eje longitudinal (5) de pala de rotor, que se extiende desde la sección (2) de punta de pala de rotor a través de la sección media (3) de pala de rotor hasta la sección (4) de raíz de pala de rotor, en donde, en la sección media (3) de pala de rotor, la pala (1) de rotor comprende una tapa (6) de larguero con una zona (7) de punta de tapa de larguero, una zona media (8) de tapa de larguero y una zona (9) de raíz de tapa de larguero, en donde la zona (7) de punta de tapa de larguero está apuntando a la sección (2) de punta de pala de rotor y la zona (9) de raíz de tapa de larguero está apuntando a la sección (4) de raíz de pala de rotor, en donde en la zona media (8) de tapa de larguero, la tapa de larguero comprende un cuerpo (10) de fibra de carbono con una pluralidad de capas (11) de fibra de carbono de fibras (12) de carbono, en donde el espesor del cuerpo (10) de fibra de carbono en una zona (13) de centro de cuerpo del cuerpo (10) de fibra de carbono es más grande que el espesor del cuerpo (10) de fibra de carbono en una zona (14) de punta de cuerpo del cuerpo (10) de fibra de carbono, situada entre la zona (13) de centro de cuerpo y la zona (7) de punta de tapa de larguero, en donde unos medios (15) de contacto de inyección de corriente de la pala (1) de rotor están en contacto conductor eléctrico con la zona (14) de punta del cuerpo, constituyendo de este modo una zona (16) de contacto de inyección de corriente de la zona (14) de punta del cuerpo, en donde la zona (16) de contacto de inyección de corriente se extiende al menos en una dirección paralela al eje longitudinal (5) de pala de rotor y en una dirección del espesor del cuerpo (10) de fibra de carbono, caracterizada por que los medios (15) de contacto de inyección de corriente solo están en contacto eléctrico con múltiples (17) perfiles de fibra de carbono en el extremo del cuerpo (10) de fibra de carbono y con un conductor de conexión a tierra para inyectar corriente en los medios (15) de contacto de inyección de corriente.
- 2. Pala (1) de rotor según la reivindicación 1,caracterizada por quela zona (16) de contacto de inyección de corriente se extiende al menos sobre el 30 % de la pluralidad de capas (11) de fibra de carbono.
- 3. Pala (1) de rotor según la reivindicación 1,caracterizada por queel cuerpo (10) de fibra de carbono comprende un laminado de una pluralidad de perfiles (17) de fibra de carbono pultrusionados, en donde los perfiles (17) de fibra de carbono comprenden una pluralidad de fibras (12) de carbono, en donde la zona (16) de contacto de inyección de corriente se extiende al menos en dos perfiles (17) de fibra de carbono.
- 4. Pala (1) de rotor según la reivindicación 3,caracterizada por queen la zona (16) de contacto de inyección de corriente una sección (18) de extremo de al menos un perfil (17) de fibra de carbono comprende una zona biselada.
- 5. Pala (1) de rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por queuna pluralidad de las fibras (12) de carbono del cuerpo (10) de fibra de carbono están orientadas paralelas o al menos sustancialmente paralelas al eje longitudinal (5) de pala de rotor.
- 6. Pala (1) de rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quel a zona (16) de contacto de inyección de corriente está configurada o al menos parcialmente configurada como una zona biselada con respecto al eje longitudinal (5) de pala de rotor.
- 7. Pala (1) de rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quela zona (16) de contacto de inyección de corriente está configurada o al menos parcialmente configurada como una zona plana múltiple con respecto al eje longitudinal (5) de pala de rotor.
- 8. Pala (1) de rotor según la reivindicación 6 o 7,caracterizada por quelos medios (15) de contacto de inyección de corriente están en contacto con al menos un primer segmento (19) de superficie y un segundo segmento (20) de superficie de la zona (16) de contacto de inyección de corriente, en donde el primer segmento (19) de superficie y el segundo segmento (20) de superficie están situados en distintos planos.
- 9. Pala (1) de rotor según la reivindicación 8,caracterizada por quelos medios (15) de contacto de inyección de corriente están en contacto con al menos el primer segmento (19) de superficie y el segundo segmento (20) de superficie de la zona (16) de contacto de inyección de corriente, en donde el primer segmento (19) de superficie y el segundo segmento (20) de superficie forman un ángulo entre sí.
- 10. Pala (1) de rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por quela pala (1) de rotor comprende múltiples medios (15) de contacto de inyección de corriente, en donde los medios (15) de contacto de inyección de corriente están conectados eléctricamente entre sí, en donde cada uno de los medios (15) de contacto de inyección de corriente está en contacto con una zona (16) de contacto de inyección de corriente de un único o múltiples perfiles (17) de fibra de carbono.
- 11. Pala (1) de rotor según la reivindicación 10,caracterizada por quecada una de las zonas (16) de inyección de corriente comprende al menos una superficie plana o al menos una superficie biselada.
- 12. Pala (1) de rotor según las reivindicaciones 10 y 11,caracterizada por quela interconexión eléctrica de los múltiples medios (15) de contacto de inyección de corriente se realiza mediante un conductor adicional o directamente con un haz entre los múltiples medios (15) de contacto de inyección de corriente.
- 13. Pala (1) de rotor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por quelos medios (15) de contacto de inyección de corriente comprenden una malla metálica y/o fibras (12) de carbono o cualquier otro material conductor.
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