UNA PALA DE AEROGENERADOR MULTI-PANEL CON UNIONES MEJORADAS EN EL BORDE DE SALIDA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere en general a palas de aerogeneradores y más en particular a palas multi-panel con uniones adhesivas en el borde de salida.
ANTECEDENTES
Los aerogeneradores incluyen un rotor que soporta una o varias palas que se extienden radialmente para capturar Ia energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio de un tren de potencia acoplado a un generador eléctrico para producir energía eléctrica.
La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de Ia superficie de barrido del rotor de palas que recibe Ia acción del viento y, consecuentemente, el incremento de Ia longitud de las palas implica normalmente un incremento de Ia producción de energía del aerogenerador. Para facilitar Ia fabricación de las palas de aerogeneradores se ha propuesto Ia división de Ia pala en varios paneles que pueden fabricarse individualmente de manera optimizada y ensamblarse posteriormente para formar Ia pala. Algunos ejemplos de las propuestas conocidas son los siguientes. EP 1 184 566 A1 describe una pala de aerogenerador que está formada ensamblando una, dos o más secciones longitudinales, cada una de las cuales comprende un elemento central formado por un tubo longitudinal de fibra de carbono sobre el que están montadas una serie de costillas transversales de fibra de carbono o fibra de vidrio unidas a dicha zona central y una cubierta de fibra de carbono o fibra de vidrio unida a dichas costillas.
WO 01/46582 A2 describe una pala de aerogenerador que tiene una pluralidad de elementos divididos unidos a un viga cajón transmisora de Ia carga
y separados por juntas elásticas que permiten a dichos elementos divididos movimientos entre ellos de cara a minimizar los esfuerzos de tracción en Ia región de Ia pala en Ia que están situados dichos elementos divididos.
La actual tendencia en Ia industria de aerogeneradores a palas de rotor más grandes demanda nuevos diseños de palas aptos para cumplir por un lado por los condicionantes de transporte y de calidad planteados por palas de gran tamaño y, por otro, por los condicionantes planteados por los procesos de fabricación de cara a alcanzar el máximo grado de automatización.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de Ia presente invención es proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que permite mejorar el control de Ia geometría del borde de salida de Ia pala. Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que permite mejorar Ia unión de los paneles en el borde de salida.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que contribuya al aumento de Ia robustez de las uniones de los paneles en el borde de salida.
Esos y otros objetos de Ia presente invención se consiguen proporcionando una pala de aerogenerador de perfil aerodinámico con un borde de ataque, un borde de salida y lados de presión y de succión entre el borde de ataque y el borde de salida, cuya parte posterior comprende al menos un primer panel prefabricado en el lado de presión y un segundo panel prefabricado en el lado de succión en los que Ia configuración de los bordes de dichos primer y segundo paneles incluye unas superficies aplanadas cooperantes para facilitar su unión adhesivada a Io largo del borde de salida.
En una realización preferente de Ia presente invención, el borde de uno de los dos paneles tiene Ia configuración del borde de salida de Ia pala y su superficie aplanada está situada en un rebaje retranqueado y en el otro panel dicha superficie aplanada está situada en el borde. En otra realización, dichas
superficies aplanadas cooperantes están situadas en los bordes del primer y segundo panel, teniendo uno de ellos un espesor considerablemente mayor que el otro. Esas configuraciones son apropiadas para Ia sección final de Ia pala (aunque pueden extenderse a Ia totalidad de Ia pala, particularmente en palas de pequeña longitud) y permiten mejorar el control de Ia geometría del borde de salida de Ia pala.
En una realización preferente de Ia presente invención, dichas superficies aplanadas cooperantes están situadas en los bordes del primer y segundo panel de manera que el borde de salida queda configurado por su unión, pudiendo ser ambos bordes de similar espesor ó siendo el espesor de uno de ellos considerablemente mayor que el del otro. Esas configuraciones son apropiadas para una sección intermedia de Ia pala ó próxima a su raíz y permiten mejorar el control de Ia geometría del borde de salida de Ia pala.
En una realización preferente de Ia presente invención, en una sección de Ia pala próxima a Ia raíz, Ia parte posterior de Ia pala también comprende un tercer panel prefabricado que se une a los bordes de dichos primer y segundo paneles en el borde de salida Io que permite mejorar el control de Ia geometría del borde de salida de Ia pala, especialmente en palas de gran longitud. Un resultado similar se obtiene dotando al primer o segundo panel (o a los dos) con extensiones en forma de solapa.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia siguiente descripción detallada en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pala típica de un aerogenerador.
Las Figuras 2a y 2b son unas vistas esquemáticas en sección transversal de los paneles prefabricados utilizados para conformar dos palas multi-panel.
La Figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de una pala de aerogenerador según una realización preferente de Ia presente invención.
- A -
La Figura 4 es una vista esquemática en planta de una pala según Ia presente invención mostrando las distintas zonas y secciones con diferente configuración en el borde de salida.
Las Figuras 5a, 5b, 5c y 5d son vistas parciales en sección transversal de Ia pala de Ia Figura 3 por el plano C-C mostrando cuatro posibles variantes de realización de Ia invención.
Las Figuras 6a, 6b y 6c son vistas parciales en sección transversal de Ia pala de Ia Figura 3 por el plano B-B mostrando tres posibles variantes de realización de Ia invención. La Figura 7 es una vista parcial en sección transversal de Ia pala de Ia
Figura 3 por el plano A-A mostrando una posible variante de realización de Ia invención.
Las Figuras 8a, 8b, 8c y 8d son vistas parciales en sección transversal de Ia pala de Ia Figura 3 por el plano A-A mostrando cuatro posibles variantes de realización de Ia invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La Figura 1 muestra el perfil aerodinámico típico de una pala de aerogenerador con un borde de ataque 3, un borde de salida 5 y lados de presión y succión 7, 9 entre el borde de ataque 3 y el borde de salida 5 y las Figuras 2a y 2b muestran dos posibles configuraciones multi-panel.
En el caso de Ia Figura 2a los componentes de Ia pala son dos largueros 11 , una concha frontal 12 y dos conchas posteriores 15 y 17 y en el caso de Ia Figura 2b los componentes de Ia pala son dos largueros 11 y dos conchas 15,
17.
Como es bien conocido en Ia técnica, una pala multi-panel tiene varias ventajas:
- Permite el uso de diferentes materiales y/o procesos de fabricación y/o configuraciones estructurales para cada parte de Ia pala de acuerdo con sus requerimientos, Io que implica una optimización del coste de Ia pala.
- Facilita el control de calidad.
- Permite al fabricante de palas organizar sus planes de acuerdo con diferentes criterios y subcontratar Ia fabricación de alguna de las partes si es necesario.
La presente invención es aplicable a las configuraciones multi-panel mostradas en las Figuras 2a y 2b y a cualquier otra configuración que incluya unos paneles en Ia zona posterior análogos a las conchas 15, 17.
La idea básica de Ia presente invención es configurar Ia geometría de los paneles prefabricados en el borde de salida de manera que, por un lado, incluyan superficies específicas para facilitar su unión adhesivada, y, por otro lado, permitan garantizar Ia forma deseada del borde de salida. Ello implica que Ia sección transversal de los bordes de los paneles tenga una geometría variable a Io largo de Ia pala y que, incluso, se utilice un tercer panel en una sección de Ia pala próxima a su raíz.
En ese sentido y, como se ilustra en Ia Figura 4, cabe distinguir en Ia pala dos secciones 21 , 23 y, dentro de Ia sección 21 , dos zonas 25, 27 que como detallaremos seguidamente tienen los bordes de sus paneles con distinta sección transversal y cada una de ellas puede tener distinta longitud (las flechas blancas de Ia Figura 4 marcan los rangos en los que se mueven).
En Ia sección 21 , cuya longitud puede estar comprendida entre el 70% y el 100% de Ia longitud de Ia pala, medida desde su punta, el borde de salida se forma uniendo adhesivamente dos superficies aplanadas situadas en los bordes de dos paneles 31 , 41.
En Ia zona 25, cuya longitud puede estar comprendida entre el 33% y el 100% de Ia longitud de Ia sección 21 , y en las realizaciones ilustradas en las Figuras 5a y 5b, el borde de salida de Ia pala está conformado por uno de los dos paneles 31 , 41 al que se une el otro panel 41 , 31 en un rebaje retranqueado, teniendo lugar Ia unión en las superficies aplanadas cooperantes 33, 43 mediante Ia capa adhesiva 29. En las realizaciones ilustradas en las Figura 5c y 5d las superficies aplanadas cooperantes 34, 44, que se unen mediante Ia capa adhesiva 29, están situadas en los bordes del primer y segundo panel 31 , 41 de manera que el borde de salida queda configurado por su unión, siendo el espesor de uno de dichos bordes mayor que el del otro.
En Ia zona 27, cuya longitud puede estar comprendida entre el 65% y el 100% de Ia longitud de Ia sección 21 , y en Ia realización mostrada en Ia Figura 6a, los bordes del primer y segundo panel 31 , 41 , de configuración similar, comprenden unas superficies aplanadas cooperantes 35, 45 en sus bordes para facilitar su unión mediante Ia capa adhesiva 29, quedando el borde de salida de Ia pala delimitado por los bordes del primer y segundo panel 21 , 31. En las realizaciones mostradas en las Figura 6b y 6c el espesor de uno de los bordes de los paneles 31 , 41 es mayor que el del otro.
En Ia sección 23 cuya longitud puede estar comprendida entre el 1 % y el 30% de Ia longitud de Ia pala medida desde Ia raíz, y en Ia realización ilustrada en Ia Figura 7 el borde de Ia pala se configura mediante los dos paneles posteriores 31 , 41 y un tercer panel 51 , que tiene forma de U con unas alas 55,
57 y un alma de altura decreciente hacia Ia punta de Ia pala (como puede apreciarse en Ia Figura 3). Los bordes del primer y segundo panel 31 , 41 comprenden unas superficies aplanadas 37, 47 cooperantes con las alas 45, 47 de dicho tercer panel 51 para facilitar una unión entre ellas mediante las capas adhesivas 29. El borde de salida de Ia pala queda pues delimitado por el tercer panel 51 y por los extremos del primer y el segundo panel 31 , 41.
Así mismo, en Ia sección 23, y como se ilustra en las Figuras 8a, 8b, 8c y 8d, el borde de Ia pala puede estar configurado mediante los dos paneles 31 , 41 incluyendo unas solapas 61 , 63 para formar las superficies aplanadas necesarias para Ia unión mediante una capa adhesiva 29.
En Ia realización ilustrada en Ia Figura 8a el panel inferior 31 se extiende en una solapa doblada 61 con forma de L en Ia que se ubica una zona aplanada 39 que coopera con Ia zona aplanada 49 del panel superior 41.
En Ia realización ilustrada en Ia Figura 8b el panel superior 41 se extiende en una solapa doblada 61 con forma de L en Ia que se ubica una zona aplanada 49 que coopera con Ia zona aplanada 39 del panel inferior 31.
En Ia realización ilustrada en Ia Figura 8c los dos paneles 31 , 41 se extienden en solapas dobladas 61 , 63 en las que se ubican las superficies aplanadas 39, 49 que se unen mediante Ia capa adhesiva 29 formando Ia dirección de dichas solapas con Ia dirección perpendicular a Ia cuerda del perfil
de Ia pala, un ángulo Ω que en una realización preferente está comprendido entre 0°-30°. La Figura 8d ilustra el caso particular en el que Ia dirección de dichas solapas 61 , 63 coincide con Ia dirección perpendicular a Ia cuerda del perfil de Ia pala, es decir en cuando Ω=0°. Como bien comprenderá el experto en Ia materia, el término "superficies aplanadas cooperantes" utilizado en los párrafos anteriores deberá entenderse en sentido amplio como unas superficies de forma apta para uniones empleadas habitualmente en Ia industria eólica y, en particular, uniones adhesivas.
Estas superficies aplanadas y Ia geometría esquematizada en las Figuras se pueden realizar de muy diversas formas, por ejemplo mediante el mecanizado y refrentado de Ia geometría o usando contramoldes en esas zonas de las piezas.
Entre las ventajas de Ia presente invención respecto a Ia técnica anterior cabe destacar las siguientes: • Mejor montaje de los diferentes paneles para formar Ia pala completa, debido al mayor control en las superficies a unir y Ia geometría adyacente (menores tolerancias).
• Reducción drástica de Ia fase de acabados (recorte de material sobrante, pulido, retrabajos para obtener el perfil aerodinámico correcto, refuerzo de Ia unión de borde de salida).
• Mejor control de Ia superficie aerodinámica del borde de salida. Este mayor control puede permitir Ia reducción del ruido provocado por Ia pala (menor impacto ambiental) y también aumentar Ia eficiencia de Ia pala, Io que se traduce en un aumento de Ia producción del aerogenerador bajo las mismas condiciones de viento.
• La geometría mostrada en las Figuras 5a, 5b, 5c y 5d reduce Ia concentración de tensiones en el borde salida, evitando los fallos prematuros de Ia unión adhesiva que se producen con Ia solución actual en Ia parte final de pala. Aunque Ia presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas
modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por las reivindicaciones siguientes.