ES2957685T3 - Prolongación de pala de rotor - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un elemento de extensión (4) para una pala de rotor (1, 2) de una instalación eólica, que está realizado como nervio de pala de rotor con una escotadura (4a) y que se puede deslizar sobre la punta de un rotor. la pala (1) se extiende de tal manera que la punta de la pala del rotor sobresale a través del rebaje y hace contacto con la superficie circunferencial (6) del rebaje de manera entrelazada, donde el elemento de ajuste de extensión tiene, en la circunferencia exterior del mismo, una superficie periférica exterior (5) sobre la que se puede empujar de forma entrelazada una extensión de pala de rotor (2) en forma de plato, presentando el elemento de ajuste de extensión un núcleo de un material de construcción ligero (17) y presenta en el exterior superficie circunferencial (5) del mismo y/o en la superficie circunferencial interior (6) del mismo, un revestimiento hecho de un material compuesto en capas y en el que el núcleo del elemento de ajuste de extensión tiene ranuras y/o perforaciones (7, 19), los cuales con fines de refuerzo se rellenan con un material que tiene mayor estabilidad y/o rigidez que el material (17) del núcleo. De esta manera, el elemento de herraje de extensión puede transmitir cargas elevadas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Prolongación de pala de rotor
La invención se encuentra en el campo de la ingeniería mecánica y se puede utilizar con especial ventaja en la tecnología de energía eólica. Básicamente se refiere a la prolongación posterior de las palas de rotor para instalaciones de energía eólica.
Las palas de rotor para instalaciones de energía eólica se calculan y diseñan habitualmente antes de la fabricación, de modo que, cuando se utilizan materiales conocidos con parámetros también conocidos, pueden soportar las solicitaciones mecánicas y ambientales que se producen al menos durante un tiempo de funcionamiento previsto. En tales cálculos se incluyen garantías que tienen en cuenta diversos parámetros o problemas desconocidos o difíciles de estimar al evaluar las propiedades del material o las propiedades de envejecimiento.
A menudo es posible, con un mejor conocimiento de las propiedades del material o las propiedades de envejecimiento o después de la inclusión de los datos meteorológicos a través de mejores pronósticos de fuerza del viento, mejorar las simulaciones en el cálculo de las solicitaciones de las instalaciones de energía eólica. Como resultado, a menudo es posible aprovechar mejor la capacidad de carga de las instalaciones de energía eólica, ya que se prevén prolongaciones de pala de rotor. Como resultado, aumentan parcialmente las solicitaciones mecánicas que actúan sobre las palas de rotor; sin embargo, esto se compensa por las fuerzas del viento que aparecen realmente menores o por un comportamiento de funcionamiento modificado, o se puede garantizar que las partes de la instalación de energía eólica se puedan exponer realmente a solicitaciones más altas.
Ya se conocen prolongaciones de pala de rotor en las puntas de las palas de rotor existentes de una instalación de energía eólica. Para ello, del documento DE 10 2008 054 323 A1 se desprende una construcción para una prolongación de punta de pala. La prolongación de punta de pala se pega allí, por un lado, con la superficie de la pala de rotor original y, por otro lado, se estabiliza a través de un nervio estrecho insertado en la prolongación de punta de pala, en el que se sumerge la punta de la pala de rotor original.
El documento WO2018050192 A1 da a conocer una prolongación de pala de rotor según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 11.
Ante los antecedentes del estado de la técnica, la presente invención tiene el objetivo de diseñar la prolongación de una pala de rotor de una instalación de energía eólica de modo que se logre una resistencia mecánica y durabilidad mejoradas.
El objetivo se logra con las características de la invención mediante un elemento de ajuste de prolongación según la reivindicación 1. Las reivindicaciones 2 a 7 representan configuraciones ventajosas. La invención se refiere además a una pala de rotor prolongada para una instalación de energía eólica.
Por consiguiente, la invención se refiere a un elemento de ajuste de prolongación para una pala de rotor de una instalación de energía eólica, que está configurado como nervio de pala de rotor con una escotadura y que se puede empujar sobre la punta de pala de rotor de una pala de rotor a prolongar, de tal manera que la punta de pala de rotor sobresale a través de la escotadura y se aplica en arrastre de forma en la superficie periférica de la escotadura, donde el elemento de ajuste de prolongación presenta en su periferia exterior una superficie periférica exterior, sobre la que se puede empujar en arrastre de forma una prolongación de pala de rotor en forma de cubierta, donde el elemento de ajuste de prolongación presenta un núcleo de un material de construcción ligero, en particular un material de espuma de poliuretano, de PVC o madera de balsa, y en su superficie periférica exterior y/o en su superficie periférica interior presenta un recubrimiento de un material compuesto de capas, en particular un material compuesto de capas reforzado con fibras, y donde el núcleo del elemento de ajuste de prolongación presenta escotaduras, en particular ranuras y/u orificios, que están llenas con un material que presenta una resistencia y/o rigidez mayor que el material del núcleo. La superficie periférica de la escotadura para la punta de pala de rotor corresponde a la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación.
Por el ajuste en arrastre de forma de la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación al contorno exterior de la pala de rotor original, así como la conformación correspondiente en el perímetro exterior del elemento de ajuste de prolongación para el empuje en arrastre de forma de la prolongación de pala de rotor, se debe entender un ajuste de forma que permita pegar el elemento de ajuste de prolongación a la pala de rotor original, así como a la prolongación de pala de rotor de forma plana o conectarlo mediante otra técnica de unión, tal como, por ejemplo, infusión, como se conoce, por ejemplo, por el documento WO 2018/050194 A1.
El elemento de ajuste de prolongación también puede presentar, por ejemplo, nervios o escotaduras en su periferia exterior, donde el contorno exterior de los nervios corresponde al contorno interior de la punta de pala de rotor a colocar. Entonces, entre el elemento de ajuste de prolongación y la prolongación de pala de rotor a colocar se crean cavidades, que se pueden llenar con un adhesivo líquido después de empujar la prolongación de pala de rotor. Los nervios en el elemento de ajuste de prolongación pueden discurrir, por ejemplo, en paralelo al eje Z de la pala de rotor y estar hechos de un material sobre el que la prolongación de pala de rotor se desliza con poca fricción, por ejemplo, PTE o PTFE. Las cavidades entre los nervios se pueden llenar con pegamento, por ejemplo, a través de orificios, que atraviesan una semicubierta de la prolongación de pala de rotor. Los orificios se pueden cerrar después.
Por núcleo debe entenderse en este contexto el volumen esencial del elemento de ajuste de prolongación entre su superficie periférica interior y su superficie periférica exterior, con excepción de los recubrimientos. El espesor de material del elemento de ajuste de prolongación a lo largo de su superficie periférica exterior y/o interior puede ser variable según los requisitos de la conformación. Esto requiere procedimientos de fabricación especiales, ya que los procedimientos de fabricación habituales están concebidos principalmente para cuerpos con un grosor de capa constante.
El recubrimiento del elemento de ajuste de prolongación con un material compuesto de capas puede estar compuesto, por ejemplo, de una matriz, en particular de una resina, donde la matriz puede estar en particular reforzada con fibras. El refuerzo de fibras puede estar configurado de forma uniaxial, biaxial o triaxial con distintas capas de malla. Tiene sentido establecer una unión fija entre el material de construcción ligero y los recubrimientos, de modo que las cargas se puedan transmitir en arrastre de forma.
Las zonas de refuerzo formadas por las ranuras/orificios infundidos, por ejemplo, en el procedimiento de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, VARTM) aumentan la estabilidad con respecto a las solicitaciones en la dirección del impacto, en particular si están dispuestas en la zona entre las correas principales de la pala de rotor, y en la zona de los bordes de perfil delantero y trasero de la pala de rotor se amplifica la estabilidad en la dirección de pivotación.
Por lo tanto, puede estar previsto, por ejemplo, que las escotaduras, en forma de ranuras y/u orificios, en particular en la zona del elemento de ajuste de prolongación, que cuando se utiliza se encuentra en una pala de rotor a prolongar entre las correas de la pala de rotor, con sus planos de ranura y/o ejes longitudinales de orificio discurren transversalmente, en particular perpendicularmente a la cuerda de perfil del elemento de ajuste de prolongación. Las ranuras y/u orificios se pueden rellenar a este respecto con un material que también se utiliza como matriz del material de recubrimiento para el recubrimiento del elemento de ajuste de prolongación, sin embargo, para el relleno de las ranuras y orificios se puede usar un material diferente de este.
El material de infusión en las escotaduras/ranuras y/u orificios puede estar conectado ventajosamente de forma fija con el recubrimiento del elemento de ajuste de prolongación, por ejemplo, estar pegado o estar fabricado en una sola pieza con el mismo y estar unido.
A este respecto, las ranuras en el material de construcción ligero pueden estar dispuestas, por ejemplo, de modo que se extiendan desde la superficie periférica interior y externa del elemento de ajuste de prolongación en cada caso perpendicularmente a estas superficies y perpendicularmente a la dirección de pivotación de la pala de rotor. También puede estar previsto, por ejemplo, que, si están previstos orificios, estos se extiendan por secciones desde la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación hasta la superficie periférica exterior. Puede estar previsto que las ranuras, que se extienden desde la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación hacia el material de construcción ligero, estén dispuestas de forma equidistante entre sí y que las ranuras, que se extienden desde la superficie periférica exterior del elemento de ajuste de prolongación hacia el interior del material de construcción ligero, también estén distribuidas de forma equidistante entre sí, donde el primer grupo de ranuras, que se extiende desde la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación, está desplazado en una mitad de la distancia respectiva entre las ranuras con respecto al segundo grupo de ranuras, que se extiende desde la superficie periférica exterior hacia el interior del elemento de ajuste de prolongación. En la zona de borde de perfil delantero y trasero del elemento de ajuste de prolongación, las ranuras también se pueden extender perpendicularmente desde la superficie periférica exterior y/o interior hacia el interior del material de construcción ligero.
El material de construcción ligero del elemento de ajuste de prolongación también puede tener un diseño no homogéneo con respecto a su densidad y ser más denso en su lado exterior que en el interior para contrarrestar la penetración demasiado profunda del adhesivo. Los poros del material también pueden estar cerrados en el lado exterior en el caso de un material de espuma.
Además, puede estar previsto ventajosamente que la extensión (D) del elemento de ajuste de prolongación en la dirección (z) del eje longitudinal de la pala de rotor ascienda al menos al 20% de su mayor extensión (E) en la dirección de pivotación (dirección t) de la pala de rotor.
Según el estado de la técnica, una fijación de una prolongación de pala de rotor en una pala de rotor original tiene lugar esencialmente en dos puntos a lo largo del eje longitudinal de pala de rotor, a saber, por un lado, allí donde la prolongación de pala de rotor empujada está en contacto con la superficie de la pala de rotor original y se pega, y además en el punto en el que la pala de rotor original se sumerge en un nervio en el interior de la prolongación de pala de rotor. De esta manera, las fuerzas y los momentos de flexión de la prolongación de pala de rotor se transfieren a la pala de rotor original.
Con la invención se consigue crear una mejor conexión entre la prolongación de pala de rotor y la pala de rotor original porque se transmite una parte sustancial de las fuerzas de la prolongación de pala de rotor directamente a la pala de rotor original con la ayuda de un elemento de ajuste de prolongación según la invención. Adicionalmente, el extremo cercano al eje del rotor de la prolongación de pala de rotor puede estar pegado a la superficie de la pala de rotor original.
Debido a la longitud mínima indicada del elemento de ajuste de prolongación en la dirección del eje longitudinal de la pala de rotor, este elemento de ajuste de prolongación, con el que tanto la pala de rotor original, en particular su punta de pala de rotor, como también la prolongación de pala de rotor están conectadas en arrastre de forma, puede transmitir sin problemas mayores momentos de torsión, pivotación o impacto. Además, resulta una gran superficie de contacto entre el elemento de ajuste de prolongación, por un lado, y la prolongación de pala de rotor, por otro, así como la pala de rotor original a prolongar, donde estas superficies de contacto se pueden utilizar respectivamente para el pegado fiable de los distintos elementos entre sí. De este modo se puede crear una conexión muy fiable y potente entre la pala de rotor original, el elemento de ajuste de prolongación y la prolongación de pala de rotor.
El elemento de ajuste de prolongación tiene esencialmente la forma de un nervio de pala de rotor, donde está prevista una abertura para insertar la punta de la pala de rotor original, de modo que el elemento de ajuste de prolongación presente una superficie periférica exterior y una interior. La superficie periférica interior se empuja sobre la pala de rotor original, mientras que la prolongación de pala de rotor se empuja sobre la superficie periférica exterior del elemento de ajuste de prolongación. El elemento de ajuste de prolongación también presenta dos superficies laterales que, por ejemplo, pueden discurrir respectivamente de forma plana y en paralelo entre sí. La anchura del elemento de prolongación en la dirección z entre las dos superficies laterales puede ascender ventajosamente a al menos el 25% o al menos el 30% de su mayor extensión en la dirección de pivotación de la pala de rotor. En el caso de que las dos superficies laterales del elemento de ajuste de prolongación no discurran en paralelo entre sí, por la anchura del elemento de ajuste de prolongación se entiende la distancia entre las dos superficies laterales en dirección z en el punto más estrecho.
En una forma de realización, también puede estar previsto que el núcleo presente orificios, cuyos ejes longitudinales de orificio discurren esencialmente perpendicularmente o en un ángulo de entre 90 y 45 grados con respecto a la superficie periférica exterior del elemento de ajuste de prolongación en un plano perpendicular a la cuerda de perfil del elemento de ajuste de prolongación y que estén llenos de un material que presenta una mayor resistencia y/o rigidez que el material del núcleo. En este caso, al igual que en los demás casos mencionados a continuación, el material de relleno de las ranuras u orificios puede ser idéntico a la matriz del material de recubrimiento del elemento de ajuste de prolongación o diferente de esta.
También puede estar prevista una pluralidad de orificios, cuyos ejes longitudinales de orificio discurren en un plano perpendicular al eje longitudinal de perfil (cuerda de perfil) del elemento de ajuste de prolongación y encierran entre sí en cada caso ángulos entre 30 y 150 grados, en particular 70 a 110 grados, más en particular 90 grados y que están rellenos con un material que presenta una resistencia y/o rigidez más alta que el material del núcleo. Por lo tanto, los orificios individuales discurren dentro de los planos, que se definirían a través de las ranuras al proporcionar ranuras según las realizaciones anteriores. Mediante la previsión de orificios se reduce el volumen a llenar de las escotaduras en el material de construcción ligero, donde un aumento óptimo de la resistencia se obtiene mediante la orientación y el posicionamiento de los orificios.
En general puede estar previsto que la escotaduras, en particular ranuras y orificios, estén posicionadas en el elemento de ajuste de prolongación de tal manera que después de la instalación del elemento de ajuste de prolongación y la prolongación de pala de rotor, al menos una parte de las escotaduras, en particular ranuras y/u orificios, estén dispuestos en la zona de las zonas de soporte de carga del perfil de la pala de rotor a prolongar, en particular entre las correas de la pala de rotor a prolongar. Esto no excluye que estén previstas ranuras y/u orificios adicionales en la zona de borde de perfil delantera y/o trasera del elemento de ajuste de prolongación.
Otra forma de realización del elemento de ajuste de prolongación puede prever que al menos una parte de las escotaduras, en particular ranuras y/u orificios, estén dispuestas en las zonas de soporte de carga del elemento de ajuste de prolongación y se extiendan respectivamente hasta el recubrimiento en la superficie periférica exterior o interior del elemento de ajuste de prolongación.
La invención se refiere, además de a un elemento de ajuste de prolongación del tipo explicado anteriormente, también a una pala de rotor prolongada para una instalación de energía eólica con una pala de rotor original y un elemento de ajuste de prolongación del tipo descrito anteriormente empujado sobre esta, así como con una prolongación de pala de rotor empujada sobre el elemento de ajuste de prolongación.
Además, la invención también se refiere a una pala de rotor prolongada para una instalación de energía eólica con una pala de rotor original y un elemento de ajuste de prolongación del tipo descrito anteriormente empujado sobre esta, donde el elemento de ajuste de prolongación está conectado con una prolongación de pala de rotor, de tal manera que el elemento de ajuste de prolongación forma un componente integrado de la prolongación de pala de rotor.
Una prolongación de pala de rotor se puede componer típicamente en dos semicubiertas conectadas entre sí, donde las semicubiertas pueden estar construidas en una sola capa o en varias capas. En una estructura en una sola capa, un elemento de ajuste de prolongación puede estar fijado directamente al menos a una semicubierta o también a ambas semicubiertas
La prolongación de pala de rotor puede discurrir precisamente en la dirección longitudinal de la pala de rotor en el estado montado o también puede doblarse hacia el lado de presión en la dirección de impacto para compensar una deformación de la pala de rotor durante el funcionamiento. La prolongación de pala de rotor también puede presentar una aleta (winglet) que se extiende desde la pala de rotor en la dirección de impacto.
Si la prolongación de pala de rotor presenta en cada una de sus semicubiertas una estructura de capas que presenta un recubrimiento externo, así como un material de construcción ligero y un recubrimiento interno, entonces el recubrimiento interno de una o ambas semicubiertas puede estar conectado en cada caso directamente con el recubrimiento externo del elemento de ajuste de prolongación o formar el recubrimiento externo del elemento de ajuste de prolongación. De esta manera, la combinación del elemento de ajuste de prolongación y la prolongación de pala de rotor se puede producir como un único componente del lado de la fábrica y se puede empujar en su totalidad sobre una pala de rotor original.
Por lo tanto, la invención también se puede referir a una pala de rotor prolongada para una instalación de energía eólica con una pala de rotor a alargar y un elemento de ajuste de prolongación empujado sobre esta, donde el elemento de ajuste de prolongación está conectado con una prolongación de pala de rotor, de tal manera que un recubrimiento de un material compuesto de capas en la superficie periférica exterior del elemento de ajuste de prolongación forma una capa de la prolongación de pala de rotor.
La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un elemento de ajuste de prolongación para una pala de rotor de una instalación de energía eólica, que está configurado como nervio de pala de rotor con una escotadura y que se puede empujar sobre la punta de pala de rotor de una pala de rotor a prolongar, de tal manera que la punta de pala de rotor sobresale a través de la escotadura y se aplica en arrastre de forma en la superficie periférica de la escotadura, donde el elemento de ajuste de prolongación presenta en su periferia exterior una superficie periférica exterior, sobre la que se puede empujar en arrastre de forma una prolongación de pala de rotor, caracterizado porque en primer lugar a partir de un material de construcción ligero se forma el núcleo del elemento de ajuste de prolongación y porque , partiendo de una superficie periférica interior y/o exterior del núcleo, se forman ranuras u orificios en el mismo, donde los planos de ranura se extienden transversalmente, en particular perpendicularmente a la cuerda de perfil del elemento de ajuste de prolongación o los ejes longitudinales de orificio se extienden en la dirección de los planos de ranura así definidos, y porque el núcleo se recubre con un material compuesto de capas reforzado con fibras con un compuesto de material de matriz y fibras de refuerzo, donde las ranuras u orificios se llenan con un material de infusión, en particular con el material de matriz.
A este respecto, las ranuras/orificios se infunden en un único paso o junto con las fibras de refuerzo del recubrimiento en el procedimiento de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (VARTM) con un material de infusión, en particular el material de matriz.
La fabricación del elemento de ajuste de prolongación permite una buena y potente absorción y transmisión de carga en arrastre de forma gracias a las zonas reforzadas en las ranuras/orificios del material de construcción ligero. Esto se logra especialmente si el material de infusión está conectado de forma fija en las ranuras/orificios con el material de matriz de los recubrimientos del elemento de ajuste de prolongación. Esto se puede lograr en particular si las ranuras/orificios se infunden junto con el recubrimiento, por ejemplo, en el procedimiento VARTM.
Por ejemplo, puede estar previsto que el núcleo del elemento de ajuste de prolongación se forme o bien a partir de un bloque de un material de construcción ligero, en particular de un material de espuma, más en particular de un material de espuma de PVC, mediante eliminación de material o se moldee mediante espuma en un molde o mediante un procedimiento de fabricación aditivo. En estos procedimientos de fabricación existe suficiente libertad de diseño para la forma exterior del elemento de ajuste de prolongación y también para la forma, posición y orientación de las escotaduras en forma de ranuras y/u orificios. Si se seleccionan procedimientos de remoción durante el mecanizado, entonces las ranuras/orificios, así como la escotadura y el contorno exterior del elemento de ajuste de prolongación se pueden eliminar con una sierra, fresa, cuchilla ultrasónica o alambre caliente.
Además, en el procedimiento puede estar previsto que el núcleo del elemento de ajuste de prolongación se forme mediante un procedimiento de fabricación aditivo, donde las ranuras y/u orificios se excluyen directamente en el procedimiento de fabricación aditivo o se generan directamente mediante un cambio del cabezal de aplicación con otro material. De este modo, se pueden aprovechar especialmente bien las ventajas especiales de los procesos de fabricación aditivos, ya que se acorta el proceso de fabricación y se minimiza el desperdicio de material. Mediante la combinación de los procedimientos de fabricación aditivos y el uso de diferentes materiales para el núcleo y el llenado de ranuras/orificios en un procedimiento de este tipo, la fabricación se puede diseñar de forma aún más eficiente en conjunto, y se puede evitar o simplificar una etapa de vertido/infusión y limitarse solo a un recubrimiento externo. En un procedimiento de este tipo puede estar previsto además que la estrategia de aplicación aditiva a lo largo de trayectorias curvadas para materiales reforzados con fibras se realice en seis ejes.
El procedimiento de fabricación para el núcleo del elemento de ajuste de prolongación se puede realizar a partir de una combinación de procedimientos de fabricación sustractivos, tales como, por ejemplo, fresado, aserrado, perforado y procedimientos aditivos, tales como, por ejemplo, impresión 3D o impresión de fibras o colocación de cintas, y, por lo tanto, debe entenderse como un procedimiento de fabricación híbrido.
Además, para la creación de las ranuras y orificios también son concebibles otros procedimientos de fabricación como los láseres, el corte por ultrasonidos o el mecanizado con un alambre caliente.
Entre los procedimientos de fabricación aditivos, la impresión 3D de materiales de espuma en expansión representa una novedad técnica, así como la posible combinación con otro procedimiento aditivo para generar o rellenar las ranuras como elementos de refuerzo del núcleo de espuma. Para los refuerzos, como material se puede utilizar, como ya mencionado anteriormente, resina o matriz que se aplica de forma aditiva a través de un cabezal de impresión. Además, también es posible añadir a la resina fibras de vidrio o de carbono de diferentes longitudes para mejorar significativamente las propiedades mecánicas del material y, por lo tanto, también el componente generado, en este caso, el elemento de ajuste de prolongación.
La invención también se refiere al proceso de fabricación a través de un robot de pórtico en 6 ejes para la realización técnica del elemento de ajuste de prolongación. Los 6 ejes son necesarios en particular para el llenado de las ranuras en un procedimiento aditivo a lo largo de una trayectoria curva, tal como, por ejemplo, del perfil aerodinámico de las superficies exteriores o interiores del elemento de ajuste de prolongación, y representan una novedad técnica para una estrategia de aplicación aditiva.
A continuación, la invención se muestra mediante figuras de un dibujo y, a continuación, se explica. A este respecto muestra
Fig. 1 una vista en perspectiva de una pala de rotor prolongada con el sistema de coordenadas aplicado,
Fig. 2 una vista en perspectiva de un elemento de ajuste de prolongación,
Fig. 3 una representación en sección transversal de un elemento de ajuste de prolongación perpendicular a la dirección z,
Fig. 4 otra representación en sección transversal de un elemento de ajuste de prolongación con otra disposición de los elementos de refuerzo,
Fig. 5 una representación adicional de un elemento de ajuste de prolongación con una disposición adicional de elementos de refuerzo,
Fig. 6 una representación en sección transversal de un elemento de ajuste de prolongación perpendicular al plano t, donde para el refuerzo se han incorporado orificios que están llenos de un material de infusión,
Fig. 7 una representación de una prolongación de pala de rotor con un elemento de ajuste de prolongación integrado, Fig. 8 una vista del elemento de la figura 7 desde la dirección designada con VIII en la figura 7,
Fig. 9, 10, 11 una vista en detalle de una sección de superficie de un elemento de ajuste de prolongación en sección transversal con una ranura en diferentes etapas del proceso de fabricación, así como
Fig. 12 una vista en perspectiva de un elemento de ajuste de alargamiento que está envasado para infusión en una lámina de vacío.
La figura 1 muestra en una representación en perspectiva una pala de rotor prolongada que presenta una pala de rotor original 1 a alargar, así como una prolongación de pala de rotor 2 y un elemento de ajuste de prolongación 4. El elemento de ajuste de prolongación es empujado sobre la pala de rotor original 1 a prolongar y presenta la forma de un nervio que rodea la pala de rotor original 1. A este respecto, el nervio 4 se extiende alrededor de los bordes de perfil delantero y trasero de la pala de rotor original 1 y aloja la pala de rotor original en una escotadura.
Sobre la punta de la pala de rotor original 1 y el elemento de ajuste de prolongación 4 está empujada la prolongación de pala de rotor 2, que está ensamblada, por ejemplo, a partir de dos semicubiertas y puede presentar constructivamente una forma similar a una pala de rotor habitual. La prolongación de pala de rotor 2 se puede pegar con el elemento de ajuste de prolongación 4 en su superficie periférica exterior. La prolongación de pala de rotor 2 sobresale más allá del elemento de ajuste de prolongación 4 en la dirección al eje de rotación de la instalación de energía eólica y está conectada de forma fija en la zona 3 (zona de pegado) con la pala de rotor original 1, por ejemplo, mediante una conexión adhesiva. El elemento de ajuste de prolongación 4 también puede estar conectado mediante pegado con la pala de rotor original 1 a prolongar en la superficie periférica interior del elemento de ajuste de prolongación 4.
En la figura 1 está representado para la orientación posterior con validez también para las otras figuras un sistema de coordenadas con referencia a la pala de rotor. A este respecto, el eje z señala en la dirección del eje longitudinal de la pala de rotor, el eje t en la dirección de pivotación, es decir, dentro del plano de rotación de las palas de rotor, y el eje s en la dirección de impacto, es decir, perpendicular a z y t.
En la figura 2 se muestra en representación en perspectiva un elemento de ajuste de prolongación 4. Este puede presentar la forma de un perfil aerodinámico con una superficie periférica exterior 5. El elemento de ajuste de prolongación 4 puede estar compuesto predominantemente de un material de construcción ligero, tal como, por ejemplo, madera de balsa o un material de espuma. El elemento de ajuste de prolongación 4 presenta una escotadura 4a en forma de una abertura de paso que está formada de modo que recibe en arrastre de forma una zona de la pala de rotor original 1 a prolongar. La escotadura 4a está rodeada por la superficie periférica interior 6 del elemento de ajuste de prolongación 4. En la figura 2 está representada, además, a modo de ejemplo, una ranura 7 que atraviesa el material de construcción ligero del elemento de ajuste de prolongación y que se infunde con un material de infusión solidificado para su estabilización. La ranura 7 está representada solo a modo de ejemplo para las escotaduras previstas en el material de construcción ligero, y se explica más adelante cómo se puede distribuir una pluralidad de ranuras u otras formas de escotaduras en el elemento de ajuste de prolongación para lograr una elevada estabilidad mecánica.
El elemento de ajuste de prolongación presenta dos superficies laterales 4b, 4c que, por ejemplo, pueden ser planas y que, por ejemplo, también pueden discurrir en paralelo entre sí. Sin embargo, las superficies laterales también pueden formar un ángulo agudo entre sí.
La extensión D del elemento de ajuste de prolongación, es decir, en el caso de superficies laterales paralelas 4b, 4c, la distancia entre estas, en el caso de superficies laterales no paralelas, la distancia de las superficies laterales entre sí en la dirección z en el punto más estrecho, asciende al menos al 20%, en particular al menos al 30% o al 40% o al 50% de la extensión E del elemento de ajuste de prolongación en la dirección t (igualmente medida en el punto más estrecho).
La figura 3 muestra una sección transversal a través de un elemento de ajuste de prolongación 4, donde la dirección de visión se encuentra en la dirección z del sistema de coordenadas. En la figura está representado en la superficie perimetral exterior 5 un recubrimiento 8 del elemento de ajuste de prolongación con un material sólido, por ejemplo, un material de resina, que también puede estar reforzado con fibras. El refuerzo de fibras puede ser uniaxial o también multiaxial. También la superficie periférica interior 6 del elemento de ajuste de prolongación 4 puede estar provista, por ejemplo, de un recubrimiento 9, por ejemplo, de un material de resina, que también puede estar reforzado con fibras de forma uniaxial o también multiaxial.
En la figura 3 están representadas además ranuras 7, donde en particular en la zona de soporte de carga de la pala de rotor prolongada, que está representada por un rectángulo a trazos 18, está representada una pluralidad de ranuras distribuidas equidistantemente en paralelo entre sí y donde un primer grupo de ranuras se extiende partiendo de la superficie periférica interior 6 perpendicularmente a esta hasta el núcleo y el material de construcción ligero del elemento de ajuste de prolongación y donde un segundo grupo de ranuras, igualmente dispuestas equidistantes entre sí, discurre partiendo de la superficie periférica exterior 5 y perpendicularmente a esta hasta el núcleo del elemento de ajuste de prolongación. Las ranuras 7 están infundidas con un material de resina, que también puede estar reforzado por fibras. Mediante la disposición de este tipo de los elementos de refuerzo resultantes de la infusión se consigue una resistencia y rigidez especialmente buenas del elemento de ajuste de prolongación en las zonas de soporte de carga. También pueden estar previstas ranuras infundidas correspondientes en las zonas de soporte de carga no primarias. Dado que las ranuras desembocan como escotaduras en el núcleo en la superficie del núcleo/elemento de ajuste de prolongación, se pueden rellenar, por ejemplo, en el curso del recubrimiento y la aplicación de un recubrimiento 8, 9, que puede contener un material de infusión, en particular también con el mismo material de infusión que se utiliza para el recubrimiento. Por lo tanto, se da una buena cohesión de los rellenos en las escotaduras que forman las zonas de refuerzo con el recubrimiento.
Las ranuras, que se extienden desde la superficie periférica exterior 5 hasta el núcleo del elemento de ajuste de prolongación 4, y las ranuras, que se extienden desde la superficie periférica interior 6 del elemento de ajuste de prolongación hasta el núcleo, pueden desplazarse entre sí respectivamente a lo largo de las superficies periféricas, en particular la mitad de la distancia prevista entre las ranuras adyacentes.
En la zona de los bordes de perfil delantero y trasero también pueden estar previstas escotaduras/ranuras, que discurren esencialmente perpendicularmente a la superficie periférica interior o exterior del elemento de ajuste de prolongación en esta zona.
En las figuras 4 y 5, para mayor claridad, en el elemento de ajuste de prolongación 4 están dibujadas las correas principales 10a, 10b de la prolongación de pala de rotor, así como las correas principales 11a, 11b de la pala de rotor original a prolongar en la posición que ocupan en relación con el elemento de ajuste de prolongación después de la instalación de la prolongación de pala de rotor. Además, se muestran una correa de borde delantera 12 de la prolongación de pala de rotor, así como una correa de borde delantera 13 de la pala de rotor a prolongar y una correa de borde trasera 14 de la prolongación de pala de rotor, así como una correa de borde trasera 15 de la pala de rotor a prolongar.
En la figura 5 se muestran, a modo de ejemplo, ranuras en el material de construcción ligero 17 del elemento de ajuste de prolongación 4, de las cuales algunas también pueden atravesar al menos por secciones todo el elemento de ajuste de prolongación y rellenarse con resina para su solidificación. Sin embargo, también es posible prever, en lugar de las ranuras, una pluralidad de orificios, que discurre respectivamente en grupos en paralelo entre sí y forman conjuntamente un grupo de escotaduras que presentan el contorno de una ranura, donde la ranura así formada está perforada.
Esta estructura está representada con más detalle en la figura 6 en una sección transversal montada de otro modo, que se ve desde la dirección del eje t. En la figura está representado el elemento de ajuste de prolongación 4 con correas principales 10a, 10b de la prolongación de pala de rotor, así como correas principales 11a, 11b de la pala de rotor original. En la zona central del elemento de ajuste de prolongación, que está fabricada del material de construcción ligero 17, están incorporados orificios 19, que discurren en un ángulo de 45 grados con respecto a las superficies periféricas exteriores e interiores 5, 6 del elemento de ajuste de prolongación y en un plano que se encuentra en paralelo a la dirección z de la pala de rotor. En este caso, un primer grupo de orificios está inclinado en un primer sentido de dirección en 45 grados con respecto a una superficie periférica del elemento de ajuste de prolongación, y otro grupo de orificios en 45 grados en la dirección opuesta, de modo que los orificios de los diferentes grupos se cruzan y se atraviesan entre sí. A este respecto, en el ejemplo mostrado se genera dentro del plano de dibujo un pasaje de la zona de núcleo del elemento de ajuste de prolongación, cuyo contorno envolvente presenta la forma de una ranura continua. Dado que los orificios se atraviesan entre sí, se pueden infundir ventajosamente de forma conjunta, de modo que se origine una rejilla de refuerzo coherente.
Las figuras 7 y 8 muestran una integración estructural de un elemento de ajuste de prolongación 4 en una prolongación de pala de rotor 2. En estas variantes, el número y la disposición de las ranuras dentro del elemento de ajuste de prolongación se pueden diseñar asimismo como está representado mediante las figuras 3 a 6.
El componente representado en la figura 7 se puede prefabricar del lado de fábrica, de modo que esta parte junto con el elemento de ajuste de prolongación 4 en el interior de la prolongación de pala de rotor 2 se puede empujar sobre la punta de la pala de rotor 1 a prolongar y pegarse allí.
La conexión entre la zona de núcleo del elemento de ajuste de prolongación 4 y de la prolongación de pala de rotor 2, en particular la piel exterior de la prolongación de pala de rotor 2, puede estar realizada, por ejemplo, porque el material de construcción ligero 17, del que está compuesto el núcleo del elemento de ajuste de prolongación 4, se incorpora, es decir, por ejemplo, espuma o pega directamente en la piel exterior de la prolongación de pala de rotor 2. De este modo se reduce el esfuerzo de montaje in situ durante la aplicación sobre las palas de rotor a prolongar.
La figura 8 muestra una sección transversal de la prolongación de pala de rotor 2 con el elemento de ajuste de prolongación 4 en la dirección VIII como se representa en la figura 7.
En las figuras 9, 10 y 11 está representado respectivamente un fragmento del material de núcleo de un elemento de ajuste de prolongación 4, donde en la figura 9 está representado el estado inicial después de la incorporación de una o varias ranuras 7 en el material de núcleo.
En la figura 10 se muestra que se ha aplicado un recubrimiento 8 de un material de infusión sobre la superficie del elemento de ajuste de prolongación 4 y al mismo tiempo se ha incorporado en las ranuras 7. En la figura 11 se muestra de forma complementaria que en o sobre el material de infusión se puede aplicar todavía una o varias capa(s) de fibras/capa(s) de malla como refuerzo. El recubrimiento 8 y el relleno de las ranuras/escotaduras se pueden endurecer conjuntamente.
En la figura 12 está representada la posible estructura, así como el modo de proceder para la infusión en vacío. La superficie periférica exterior e interior del nervio/elemento de ajuste de prolongación se cubre respectivamente con película de vacío y en sus extremos, como indican las líneas a trazos 20, 21, se conecta con dos capas de una cinta adhesiva estanca al vacío, en particular la llamada cinta adhesiva, tanto en la superficie periférica exterior como en la interior formando cada vez una manguera. En el lado frontal, la lámina de vacío se corta para ambos lados del elemento de ajuste de prolongación conforme al contorno interior y exterior y se conecta a las mangueras de lámina de la superficie exterior e interior a través de una cinta adhesiva estanca al vacío, en particular, cinta adhesiva estanca al vacío a lo largo de las líneas a trazos 22, 23. Por lo tanto, el elemento de ajuste de prolongación está rodeado de forma estanca al vacío por una lámina de vacío. En un borde de perfil, en particular el borde de perfil delantero, una línea 24 puede atravesar la lámina de vacío para aspirar aire. Se puede disponer una línea de vacío a lo largo del borde de perfil en el elemento de ajuste de prolongación.
En el borde de perfil opuesto, es decir, en el presente ejemplo del borde de perfil trasero, puede estar prevista una línea de entrada 25 para la incorporación de la resina, que se saca de la lámina de forma estanca al vacío. Después de aplicar el vacío, adaptamos la lámina al contorno del nervio y reproducimos la infusión de la resina entrante cerca del contorno final.
Claims (14)
1. Elemento de ajuste de prolongación (4) para una pala de rotor (1,2) de una instalación de energía eólica, que está configurado como nervio de pala de rotor con una escotadura (4a) y que se puede empujar sobre la punta de pala de rotor de una pala de rotor (1) a prolongar, de tal manera que la punta de pala de rotor sobresale a través de la escotadura y se aplica en arrastre de forma en la superficie periférica (6) de la escotadura, donde el elemento de ajuste de prolongación presenta en su periferia exterior una superficie periférica exterior (5), sobre la que se puede deslizar en arrastre de forma de una prolongación de pala de rotor (2) en forma de cubierta,
caracterizado porqueel elemento de ajuste de prolongación presenta un núcleo de un material de construcción ligero (17), en particular un material de espuma, en particular material de espuma de PVC o madera de balsa, y en su superficie periférica exterior (5) y/o en su superficie periférica interior (6) presenta un recubrimiento de un material compuesto de capas, en particular un material compuesto de capas reforzado con fibras, donde el núcleo del elemento de ajuste de prolongación presenta escotaduras, en particular ranuras y/u orificios (7, 19), que están llenos de un material que presenta una mayor resistencia y/o rigidez que el material (17) del núcleo. 2. Elemento de ajuste de prolongación según la reivindicación 1, caracterizado porquelas escotaduras en forma de ranuras y/u orificios (7, 19), en particular en la zona que se encuentra entre las correas (10a, 10b, 11a, 11b) de la pala de rotor cuando se utiliza en una pala de rotor a prolongar, con sus planos de ranura y/o ejes longitudinales de orificio, discurren transversalmente, en particular perpendicularmente a la cuerda de perfil (20) del elemento de ajuste de prolongación (4).
3. Elemento de ajuste de prolongación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porquela extensión (D) del elemento de ajuste de prolongación en la dirección (z) del eje longitudinal de la pala de rotor asciende al menos al 20% de su mayor extensión (E) en la dirección de pivotación (dirección t) de la pala de rotor (1, 2).
4. Elemento de ajuste de prolongación según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porqueel núcleo presenta orificios (19), cuyos ejes longitudinales de orificio discurren esencialmente perpendicularmente o en un ángulo de entre 90 y 45 grados con respecto a la superficie periférica exterior del elemento de ajuste de prolongación (4) en un plano perpendicular a la cuerda de perfil (20) del elemento de ajuste de prolongación y que están llenos de un material que presenta una mayor resistencia y/o rigidez que el material (17) del núcleo.
5. Elemento de ajuste de prolongación según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, caracterizado porqueel núcleo presenta una pluralidad de orificios, cuyos ejes longitudinales de orificio discurren en un plano perpendicular al tendón de perfil (20) del elemento de ajuste de prolongación (4) y en particular encierran entre sí respectivamente por parejas ángulos entre 30 y 150 grados, en particular de 70 a 110 grados, y que están llenos de un material que presenta una mayor resistencia y/o rigidez que el material (17) del núcleo.
6. Elemento de ajuste de prolongación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado porquela escotaduras, en particular ranuras y orificios, están posicionadas en el elemento de ajuste de prolongación de tal manera que después de la instalación del elemento de ajuste de prolongación y la prolongación de pala de rotor, al menos una parte de las escotaduras, en particular ranuras y/u orificios (7, 19), están dispuestos en la zona (19) de las zonas de soporte de carga del perfil de la pala de rotor (1) a prolongar, en particular entre las correas (11a, 11b) de la pala de rotor a prolongar.
7. Elemento de ajuste de prolongación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porqueal menos una parte de las escotaduras, en particular ranuras y/u orificios (7, 19), está dispuesta en las zonas de soporte de carga (18) del
elemento de ajuste de prolongación (4) y estos se extienden respectivamente hasta el recubrimiento en la superficie periférica exterior o interior (5, 6) del elemento de ajuste de prolongación.
8. Pala de rotor prolongada (1, 2) para una instalación de energía eólica con una pala de rotor original (1) y un elemento de ajuste de prolongación (4) empujado sobre esta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, así como con una prolongación de pala de rotor (2) empujada sobre el elemento de ajuste de prolongación.
9. Pala de rotor prolongada (1, 2) para una instalación de energía eólica con una pala de rotor original (1) y un elemento de ajuste de prolongación (4) empujado sobre esta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el elemento de ajuste de prolongación está conectado con una prolongación de pala de rotor (2), de tal manera que el elemento de ajuste de prolongación forma una parte integral de la prolongación de pala de rotor.
10. Pala de rotor prolongada (1,2) para una instalación de energía eólica con una pala de rotor (1) a alargar y un elemento de ajuste de prolongación (4) empujado sobre esta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el elemento de ajuste de prolongación está conectado con una prolongación de pala de rotor (2), de tal manera que un recubrimiento de un material compuesto de capas en la superficie periférica exterior (5) del elemento de ajuste de prolongación forma una capa de la prolongación de pala de rotor (2).
11. Procedimiento para la fabricación de un elemento de ajuste de prolongación (4) para una pala de rotor (1,2) de una instalación de energía eólica, que está configurado como nervio de pala de rotor con una escotadura (4a) y que se puede empujar sobre la punta de pala de rotor de una pala de rotor (1) a prolongar, de tal manera que la punta de pala de rotor sobresale a través de la escotadura y se aplica en arrastre de forma en la superficie periférica (6) de la escotadura, donde el elemento de ajuste de prolongación presenta en su periferia exterior una superficie periférica exterior (5), sobre la que se puede empujar en arrastre de forma una prolongación de pala de rotor (2),caracterizado porqueen primer lugar a partir de un material de construcción ligero se forma el núcleo del elemento de ajuste de prolongación (4) yporque, partiendo de una superficie periférica interior y/o exterior del núcleo, se forman ranuras (7) u orificios (19) en el mismo, donde los planos de ranura se extienden transversalmente, en particular perpendicularmente a la cuerda de perfil (20) del elemento de ajuste de prolongación (4) o los ejes longitudinales de orificio se extienden en la dirección de los planos de ranura así definidos, yporqueel núcleo se recubre con un material compuesto de capas reforzado con fibras con un compuesto de material de matriz y fibras de refuerzo, donde las ranuras u orificios se llenan con un material de infusión, en particular con el material de matriz, donde ranuras/orificios se infunden en una sola etapa o junto con las fibras de refuerzo del recubrimiento en el procedimiento de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, VARTM) con un material de infusión, en particular el material de matriz.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,caracterizado porquelas ranuras/orificios, así como la escotadura y el contorno exterior se eliminan con una sierra, fresa, cuchilla ultrasónica o alambre caliente.
13. Procedimiento según la reivindicación 11 o 12, caracterizado porqueel núcleo del elemento de ajuste de prolongación (4) se forma o bien a partir de un bloque de un material de construcción ligero, en particular de un material de espuma, más en particular de un material de espuma de PVC, mediante eliminación de material o se moldea mediante espuma en un molde o mediante un procedimiento de fabricación aditivo.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porqueel núcleo del elemento de ajuste de prolongación (4) se forma mediante un procedimiento de fabricación aditivo, donde las ranuras (7) y/o los orificios (19) se eliminan directamente en el procedimiento de fabricación aditivo o se generan directamente mediante un cambio del cabezal de aplicación con otro material, donde la estrategia de aplicación aditiva se realiza a lo largo de bandas curvadas para materiales reforzados con fibras en 6 ejes.
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