ES2942278T3 - Pala de rotor con correa con pultrusionados deformables - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para producir un componente de una pala de rotor en el que se proporciona un molde de producción (2) con una superficie de apoyo curvada (1), sobre la superficie de apoyo (1) se coloca al menos un producto pultrusionado flexible (4).), el al menos un producto pultrusionado flexible (4) se cubre con una película de vacío (6), se genera un vacío y el al menos un producto pultrusionado flexible (4) se presiona completamente contra la superficie de soporte curvada (1) de el molde de producción (2) por el vacío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pala de rotor con correa con pultrusionados deformables
La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un componente de una pala de rotor. La invención también se refiere a una disposición para fabricar un componente de una pala de rotor.
Los procedimientos de fabricación de componentes de palas de rotor son, por supuesto, bien conocidos en el estado de la técnica. Las palas de rotor suelen ensamblarse a partir de varios componentes. Las palas de rotor presentan, por ejemplo, dos semicarcasas de pala de rotor, a lo largo de cada una de las cuales discurre una correa en dirección longitudinal. Las correas están dispuestas una frente a otra en el interior de la pala de rotor y están unidas mediante un nervio. Las semicarcasas de pala de rotor están pegadas por sus bordes. También existen otros tipos constructivos de pala de rotor.
Por el documento DE 102016009640 A1 se conoce una correa con al menos dos capas de pultrusionado o rodpack, en donde, entre las capas de rodpack o pultrusionado, están previstas capas de tejido que prolongan las capas de pultrusionado o rodpack en un extremo de la punta.
El documento US 2014/0301859 A1 divulga una pala de rotor de una turbina eólica en la que se utiliza material pultrusionado, así como un procedimiento de fabricación y una disposición según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente.
Las correas pueden fabricarse previamente como componentes de las palas de rotor en moldes de fabricación independientes. Las correas se fabrican con productos pultrusionados de forma conocida. Los productos pultrusionados son bandas extrusionadas sin fin que presentan mechas de fibra de vidrio y/o rovings de fibra de carbono que discurren en dirección longitudinal. Los rovings están firmemente unidos entre sí por un sistema de resina curada. Las correas se fabrican a partir de una pluralidad de pultrusionados. Para ello, los pultrusionados se colocan de manera adyacente y superpuesta en el molde de fabricación de la correa. El pultrusionado es relativamente rígido tanto en la sección transversal como en la sección longitudinal, es decir, no es flexible o solo es flexible con dificultad. Esto conlleva el problema de que los productos pultrusionados colocados adyacentemente sobre una superficie de apoyo curvada del molde de fabricación no se apoyan sobre la superficie de apoyo con toda su superficie, sino que solo se apoyan en la superficie de apoyo curvada cóncavamente por sus bordes.
A continuación, los productos pultrusionados colocados adyacentemente se cubren con una lámina de vacío, que se sella en los bordes del molde de fabricación. A continuación, se crea un vacío entre la superficie de apoyo y la lámina de vacío que succiona la lámina de vacío hacia la superficie de apoyo y, a este respecto, ejerce una fuerza sobre el pultrusionado para que se curve un poco hacia la superficie de apoyo.
Sin embargo, se ha comprobado que la presión atmosférica que actúa sobre los productos pultrusionados no es suficiente para presionar los productos pultrusionados sobre la superficie de apoyo del molde de fabricación en toda su superficie, incluso en vacío. Por el contrario, quedan espacios vacíos entre la superficie de apoyo y la parte inferior del pultrusionado. Durante el posterior procedimiento de infusión de resina, estos espacios vacíos se rellenan con resina y, en el subsiguiente procedimiento de curado, la resina se cura en los espacios. Aunque la resina curada une firmemente las correas y los productos pultrusionados entre sí, los espacios rellenos de resina presentan una resistencia a la tracción significativamente menor que los espacios rellenos de productos pultrusionados, en particular porque los espacios rellenos de resina no comprenden fibras que discurran en dirección longitudinal.
Además, se ha descubierto que, en algunos procedimientos de infusión, la fuerza ejercida por el vacío sobre el pultrusionado inflexible no es suficiente para presionar el pultrusionado contra la superficie de apoyo, porque el pultrusionado no presenta suficiente flexibilidad para ser presionado contra la superficie de apoyo. Sin embargo, de manera desventajosa, el pultrusionado puede romperse antes de entrar en contacto con la superficie de contacto con toda su superficie.
Tanto la rotura del pultrusionado como la creación de espacios rellenos de resina son, por supuesto, desventajosos para la resistencia de la correa.
Por tanto, es objetivo de la invención en un primer aspecto perfeccionar un procedimiento de fabricación mencionado al principio del tal modo que las se reduzcan las desventajas antes mencionadas y, preferiblemente, que no se produzcan en absoluto.
En un segundo aspecto, es objetivo de la presente invención perfeccionar una disposición mencionada al principio para fabricar un componente de una pala de rotor, de tal modo que se reduzcan las desventajas mencionadas anteriormente y, preferiblemente, que no se produzcan en absoluto.
En su primer aspecto, el objetivo se resuelve mediante un procedimiento de fabricación mencionado al principio con las características de la reivindicación 1.
Según la invención, se proporciona un molde de fabricación con una superficie de apoyo curvada. Según la invención, se coloca al menos un pultrusionado sobre la superficie de apoyo, en donde el al menos un pultrusionado se cubre con una lámina de vacío y, cuando se coloca sobre la superficie de apoyo curvada, no está completamente curado y, por lo tanto, es flexible, y se genera un vacío y el al menos un pultrusionado flexible es presionado en toda su superficie por el vacío contra la superficie de apoyo curvada del molde de fabricación.
Es esencial para la invención que el al menos un pultrusionado no esté completamente curado cuando se coloca sobre la superficie de apoyo curvada y, por lo tanto, no sea inflexible, sino que sea flexible, en concreto, que sea flexible de tal manera que pueda ser presionado sobre la superficie de apoyo curvada en toda su superficie sin romperse. Además, es lo suficientemente flexible como para que la presión atmosférica sea suficiente para presionar con toda su superficie el pultrusionado sobre la superficie de apoyo curvada cuando el espacio entre el pultrusionado y la superficie de apoyo se llena con un vacío de infusión.
Habitualmente, los productos pultrusionados se fabrican mediante un proceso de pultrusión. Para ello, las fibras se extienden adyacentemente en mechas dispuestas en bobinas y se pasan por un baño de resina individualmente o en manojos pequeños. Se preforma una matriz de resina, se calienta y así se cura. En función de la duración y la magnitud de la temperatura, el sistema de resina se reticula con menor o mayor fuerza y, por tanto, se fortalece. Como se sabe, los productos pultrusionados se proporcionan con un sistema de resina totalmente curado.
El pultrusionado se suministra en rollos y se corta en secciones de 30 m, 40 m o incluso más. Presentan anchuras de unos 100 mm a 3.000 mm y grosores de 5 mm a 20 mm. Sin embargo, también son realizables otras dimensiones. El pultrusionado largo es recto en la dirección transversal perpendicularmente a la dirección longitudinal, preferiblemente es recto en cualquier sección transversal. En particular en sección transversal, el pultrusionado es difícil de presionar contra la superficie de apoyo curvada.
Por el documento DE 10 2008 006 588 B4 se conoce que los plásticos termoestables reticulados, por ejemplo, los sistemas de resina mencionados en el presente documento, se suministran en un estado parcialmente reticulado, gelificado e infusible. También se sabe que estos productos de partida inflexibles y firmes pueden adaptarse a una forma final, por ejemplo, a la forma curvada de la superficie de apoyo calentándolos por encima de una temperatura de transición vítrea Tg y cambiándolos así del estado sólido a un estado elástico, similar al del caucho, que permite remodelar el producto de partida termoestable a una forma exterior diferente, por ejemplo, curvada. El enfriamiento posterior por debajo de la temperatura de transición vítrea Tg mantiene el conformado. A continuación, el plástico se cura completamente mediante reticulación. Según el grado de reticulación, la temperatura de transición vítrea Tg se sitúa entre -50 0C y 140 0C, y por encima de 40 0C para grados de reticulación superiores al 70 %.
Según la invención, sin embargo, el pultrusionado no se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea Tg, sino a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea Tg. Tampoco necesita calentarse adicionalmente y puede tener una temperatura ambiente. A continuación, se coloca sobre la superficie de apoyo curvada. Dado que los productos pultrusionados son lo suficientemente blandos, pueden adaptarse a la superficie de apoyo curvada bajo una ligera presión del procedimiento de infusión al vacío sin tener que calentarse de nuevo.
Por lo tanto, preferiblemente está previsto no calentar adicionalmente el pultrusionado, sino dejarlo a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea Tg, crear un vacío entre la lámina de vacío y la superficie de apoyo a esta temperatura y presionar el pultrusionado flexible sobre la superficie de apoyo.
En un perfeccionamiento preferido de la invención, el pultrusionado blando infundido con resina se cura a continuación en un procedimiento de curado convencional junto con la resina que rodea al pultrusionado. Para ello, el pultrusionado se calienta permanentemente durante un tiempo predefinido.
Ventajosamente, el al menos un pultrusionado está curvado a lo largo de una sección transversal y a lo largo de una sección longitudinal en un molde de fabricación de correas. Habitualmente, las correas constan de entre tres y cinco capas pultruidas situadas adyacentemente y de hasta diez capas pultruidas superpuestas. Cada pultrusionado se curva transversal y longitudinalmente durante la fabricación de la correa. De este modo, la correa, que se construye a partir de una pluralidad de pultrusionados, también se curva a lo largo de una sección transversal y a lo largo de una sección longitudinal, y la correa también se encuentra totalmente sobre la superficie de apoyo del molde de fabricación de correas. Dado que la correa adopta de forma óptima la curvatura en sección transversal y en sección longitudinal, puede colocarse con precisión en la semicarcasa de pala de rotor.
En principio, es concebible que la correa no esté completamente curada tras el procedimiento de infusión, sino que, de forma similar al pultrusionado utilizado para fabricarla, se cure solo en la medida en que conserve su forma para el transporte, pero siga siendo blanda y pueda insertarse en este estado en la semicarcasa de pala de rotor. A continuación, la pila de capas que se utiliza para configurar las semicarcasas de las palas de rotor y la correa, que se coloca sobre la pila de capas y aún no se ha curado, son infundidas con resina y se laminan juntas en un proceso de infusión separado y, en una etapa de calentamiento final, se calientan a una temperatura tan alta y durante el tiempo necesario hasta que todo el sistema de resina, tanto en los pultrusionados como en la correa, así como el sistema de resina entre la correa y la semicarcasa de la pala de rotor, se han curado completamente.
En el segundo aspecto, el objetivo se alcanza mediante una disposición mencionada al principio con las características de la reivindicación 7.
La disposición para fabricar una pala de rotor según la invención comprende un molde de fabricación con una superficie de apoyo curvada con al menos un pultrusionado flexible que se apoya en toda su superficie sobre la superficie de apoyo, no está completamente curado, presenta una temperatura de transición vítrea y se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea.
La disposición comprende y sirve para fabricar un componente de una pala de rotor. Comprende un molde de fabricación con una superficie de apoyo curvada y al menos un pultrusionado no curado que descansa sobre la superficie de apoyo curvada. Como se ha descrito anteriormente, el pultrusionado solo se cura en la medida en que se puede presionar sobre la superficie de apoyo curvada en toda su superficie bajo una presión de aire normal.
El pultrusionado tiene una temperatura de transición vítrea Tg. Sin embargo, no se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea Tg. Por el contrario, el al menos un pultrusionado no se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea Tg después de ser proporcionado y colocado sobre la superficie de apoyo del molde de fabricación y tampoco mientras se forma el vacío.
Preferiblemente, la disposición comprende una lámina de vacío extendida sobre el al menos un pultrusionado no curado, y el al menos un pultrusionado descansa con toda su superficie sobre la superficie de apoyo. Esta disposición es una disposición que surge durante la fabricación de la correa de una pala de rotor. A este respecto, el pultrusionado se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea Tg y no está curado.
La invención se describe mediante un ejemplo de realización en tres figuras; a este respecto, muestran:
la Figura 1 una vista en sección transversal de un pultrusionado plano colocado sobre una superficie de apoyo curva de un molde de fabricación,
la Figura 2 una vista en sección transversal de un pultrusionado aspirado sobre la superficie curva del molde de fabricación,
la Figura 3 una sección longitudinal de un pultrusionado colocado sobre la superficie curva antes de la aspiración.
En la figura 1, se muestra una superficie 1 de apoyo curvada de un molde 2 de fabricación para una correa de una pala de rotor en una sección transversal perpendicular a una dirección longitudinal L.
Las correas según la invención presentan una pluralidad de pultrusionados 4 que pueden estar dispuestos de manera adyacente y superpuesta en la dirección longitudinal. La figura 1 muestra la sección transversal de un pultrusionado 4 para la fabricación de la correa. Una sección transversal de la correa comprendería una pluralidad de pultrusionados 4, por ejemplo, de tres a cinco pultrusionados colocados adyacentemente y hasta diez pultrusionados 4 superpuestos.
El molde 2 de fabricación mostrado en la figura 1 sirve para la fabricación independiente de correas. Las correas se acaban por separado como componentes de una pala de rotor y luego se colocan como componente acabado en una pared interior de una semicarcasa de pala de rotor. La semicarcasa de pala de rotor aún no está laminada como un componente acabado, sino que, en este momento, en el que se aplica a la correa acabada, comprende una pila de capas de tejido y tela no tejida que incorporan materiales de núcleo sándwich, madera de balsa o similares. La correa laminada se coloca en la pila de capas y se lamina junta con la semicarcasa de las palas de rotor en un subsiguiente procedimiento proceso de laminado.
Dado que la semicarcasa de pala de rotor está curvada tanto en sección transversal como en sección longitudinal a lo largo de la superficie de apoyo del pultrusionado 4, el pultrusionado 4 ya debe incorporar las curvaturas en su propia conformación para que se apoye lo más completamente posible, al menos en una gran superficie, sobre la pared interior de la semicarcasa de pala de rotor. Por lo tanto, las superficies 1 de apoyo del molde 2 de fabricación de la correa mostradas en la figura 1, así como en la figura 3, son curvas tanto en sección transversal como en sección longitudinal. La curvatura mostrada no se presenta a escala, sino exageradamente.
El pultrusionado 4 se fabrica habitualmente mediante un procedimiento pultrusión. Para ello, se desenrollan rovings, que son haces de fibra de carbono y/o fibra de vidrio almacenados en bobinas, adyacentemente y de manera superpuesta y se someten a un baño de resina o son rodeados por una resina líquida, que luego se calienta junto con los rovings en un horno. Durante el calentamiento, la resina se cura y se fabrica un pultrusionado 4 sólido y difícilmente flexible. Sin embargo, los productos pultrusionados según la invención son más fáciles de flexionar que los productos pultrusionados convencionales, tanto en sección transversal como en sección longitudinal. Para ello, durante el procedimiento de fabricación del pultrusionado 4, primero se desenrollan de forma convencional los rovings de las bobinas, se disponen adyacentemente y se recubren con resina líquida. Los rovings pasan por un horno con la resina, en donde, sin embargo, el tiempo de permanencia y/o la temperatura del horno se acortan o se reducen en comparación con la etapa de curado convencional, de modo que el pultrusionado resultante no está completamente curado. El hecho de que todo el pultrusionado no esté completamente curado, es decir, que sea más flexible y blando, permite utilizarlo para el procedimiento de fabricación según la invención.
La figura 1 muestra el pultrusionado 4 convencional no curvado colocado sobre la superficie 1 de apoyo curvada del molde 2 de fabricación. Para fabricar una correa, habitualmente se colocan varios pultrusionados 4 de manera adyacente y superpuesta. A este respecto, en la figura 1, se muestra esquemáticamente el problema que se genera, es decir, que en determinadas zonas, en este caso entre la superficie 1 de apoyo y un lado inferior del pultrusionado 4, se forma un espacio 7 en el que se acumula resina 8 durante un procedimiento de infusión. Tras el proceso de curado al final del procedimiento de infusión, ciertamente se forma una correa resistente, pero que presenta mucha resina 8 a lo largo del espacio 7, que no presenta la resistencia a la tracción del pultrusionado 4 porque no dispone de una estructura de fibras. Por lo tanto, se prefiere fabricar una correa que presente el menor número posible de espacios 7 llenos de resina 8 y que consista predominantemente en una estructura pultrusionada homogénea con fibras que discurran en sentido longitudinal.
Según la invención, el pultrusionado 4 no completamente curado, como se muestra en la figura 2, se coloca sobre la superficie 1 de apoyo del molde 2 de fabricación y la estructura seca de la correa se cubre con una lámina 6 de vacío de la manera convencional. La lámina 6 de vacío se sella en sus bordes y se crea un vacío entre la lámina 6 de vacío y la superficie 1 de apoyo. Debido al vacío creado, la presión del aire circundante presiona el pultrusionado 4 contra la superficie 1 de apoyo del molde 2 de fabricación. Dado que el pultrusionado 4 no está completamente curado, sino que es blando, el pultrusionado 4, tal como se muestra en la figura 2, se pega contra la superficie 1 de apoyo. Esto significa que el contacto con la superficie de apoyo se produce en toda la parte inferior orientada hacia la superficie 1 de apoyo.
El molde 2 de fabricación puede calentarse durante el procedimiento de infusión de tal modo que sea posible un ablandamiento adicional del pultrusionado 4.
Una vez establecido el vacío o simultáneamente, se infunde resina 8 en la estructura de pultrusionados y los pultrusionados 4 se unen entre sí. Durante el calentamiento posterior, la resina 8 se cura completamente y se crea una correa para una semicarcasa de pala de rotor, en donde el pultrusionado 4 de la correa se adapta óptimamente a la curvatura de la superficie 1 de apoyo y, sin embargo, no se crea tensión interna en el pultrusionado 4 durante el procedimiento de infusión, ya que el pultrusionado blando 4 puede curvarse sin esfuerzo, es decir, sin gran aplicación de fuerza, contra la superficie 1 de apoyo y no es necesario superar ninguna tensión o contrafuerza.
La figura 3 muestra una sección longitudinal del molde de fabricación de la figura 1 y la figura 2. Convencionalmente, el pultrusionado 4 también presenta secciones en la dirección longitudinal L que no descansan completamente sobre la superficie 1 de apoyo del molde 2 de fabricación y, por tanto, se forman los espacios 7 bajo el pultrusionado 4 en los que puede acumularse la resina 8. Para evitar los espacios 7, el pultrusionado 4 según la invención no se cura completamente como se ha mencionado anteriormente, y durante el procedimiento de infusión al vacío, el pultrusionado 4 es succionado contra la superficie 1 de apoyo en toda su superficie, incluso en sección longitudinal, debido a la generación del vacío, de modo que no se forman espacios 7 llenos de resina 8 durante el posterior procedimiento de infusión de resina. Tras el procedimiento de infusión y su curado, la correa laminada también está compuesta homogéneamente en dirección longitudinal L de pultrusionados 4 que únicamente están unidos entre sí por la resina 8. Ventajosamente, la correa está completamente curada y luego se inserta en la semicarcasa de pala de rotor con su curvatura formada en sección transversal y en sección longitudinal con contacto en toda la superficie.
También es concebible que la totalidad de la correa no esté completamente curada, es decir, que la temperatura del molde 2 de fabricación se haga funcionar durante un tiempo más corto y/o a una temperatura de curado más baja durante el procedimiento de infusión en comparación con los procedimientos de infusión convencionales, de modo que la correa no esté completamente curada después del procedimiento de infusión, sino que permanezca blanda y pueda insertarse en la semicarcasa de pala de rotor de manera análoga al pultrusionado 4 antes mencionado, en donde sea succionada contra la superficie 1 de apoyo del molde de la semicarcasa de pala de rotor en un procedimiento de infusión.
Lista de referencias
1 Superficie de apoyo
2 Molde de fabricación
4 Pultrusionados
6 Lámina de vacío
7 Espacio
8 Resina
L Dirección longitudinal
Tg Temperatura de transición vítrea

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Procedimiento de fabricación de un componente de una pala de rotor, en donde
    se proporciona un molde (2) de fabricación con una superficie (1) de apoyo curvada,
    se coloca al menos un pultrusionado (4) sobre la superficie (1) de apoyo,
    caracterizado por que
    el al menos un pultrusionado (4) está recubierto de una lámina (6) de vacío y, cuando se coloca sobre la superficie de apoyo curvada, no está totalmente curado y, por lo tanto, es flexible y
    se genera un vacío y el al menos un pultrusionado (4) flexible es presionado en toda su superficie por el vacío contra la superficie (1) de apoyo curvada del molde (2) de fabricación.
  2. 2. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1,
    caracterizado por que, cuando el al menos un pultrusionado (4) flexible se configura inicialmente recto en una sección transversal y mientras se presiona contra la superficie (1) de apoyo curvada por la formación del vacío, se mantiene constantemente a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea (Tg).
  3. 3. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1 o 2,
    caracterizado por que el componente se infunde con resina (8) y la resina (8) y el al menos un pultrusionado (4) se curan.
  4. 4. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, 2 o 3,
    caracterizado por que el al menos un pultrusionado (4) está curvado a lo largo de una sección transversal y a lo largo de una sección longitudinal.
  5. 5. Procedimiento de fabricación según una de las reivindicaciones 1 a 4,
    caracterizado por que el al menos un pultrusionado (4) se calienta a una temperatura inferior a una temperatura de transición vítrea (Tg) y se presiona contra la superficie (1) de apoyo curvada a dicha temperatura.
  6. 6. Procedimiento de fabricación según una de las reivindicaciones 1 a 5,
    caracterizado por que se colocan de dos a cinco pultrusionados (4) adyacentemente y hasta diez pultrusionados (4) de manera superpuesta sobre la superficie (1) de apoyo curvada y se lleva a cabo un procedimiento de infusión y se fabrica una correa.
  7. 7. Disposición para la fabricación de un componente de una pala de rotor
    con un molde (2) de fabricación con una superficie (1) de apoyo curvada, caracterizado por al menos un pultrusionado (4) flexible que se sitúa con toda su superficie sobre la superficie (1) de apoyo, no está totalmente curado y presenta una temperatura de transición vítrea (Tg) y se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea (Tg).
  8. 8. Disposición según la reivindicación 7,
    caracterizado por que se coloca una lámina (6) de vacío sobre el al menos un pultrusionado no curado (4).
ES19809815T 2018-11-28 2019-11-26 Pala de rotor con correa con pultrusionados deformables Active ES2942278T3 (es)

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