WO2010049561A1 - Una pala de aerogenerador multi-panel con la raíz integrada. - Google Patents

Una pala de aerogenerador multi-panel con la raíz integrada. Download PDF

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates in general to wind turbine blades and more particularly to multi-panel blades with the integrated root.
  • the wind turbines include a rotor that supports one or more blades that extend radially to capture the kinetic energy of the wind and cause a rotational movement of a power train coupled to an electric generator to produce electrical energy.
  • the amount of energy produced by the wind turbines depends on the scanning surface of the blade rotor that receives the wind action and, consequently, the increase in the length of the blades normally implies an increase in the wind turbine's energy production.
  • EP 1 184 566 A1 describes a wind turbine blade that is formed by assembling one, two or more longitudinal sections, each of which comprises a central element formed by a longitudinal carbon fiber tube on which a series of transverse ribs are mounted. of carbon fiber or fiberglass attached to said central area and a cover of carbon fiber or fiberglass attached to said ribs.
  • WO 01/46582 A2 describes a wind turbine blade that has a plurality of divided elements attached to a beam transmitting drawer of the load and separated by elastic joints that allow said elements divided movements between them in order to minimize tensile stresses in the region of the blade in which said divided elements are located.
  • the root of the blade is manufactured independently of the panels with which the rest of the blade is formed and subsequently assembled by a co-curing process or by an adhesive bond.
  • An object of the present invention is to provide a configuration of a wind turbine blade that allows its components to be prefabricated including the root of the blade.
  • Another object of the present invention is to provide a configuration of a wind turbine blade that positively contributes to the automation of its manufacture.
  • a multi-panel wind turbine blade of aerodynamic profile formed by at least one lower shell on the pressure side and an upper shell on the suction side and two prefabricated interior stringers, being assembled said lower and upper shells with said inner stringers, wherein said lower and upper shells and said prefabricated inner stringers include, respectively, extensions configured so that they can be assembled forming the root of the blade.
  • the blade also comprises a front shell assembled with the stringer closest to the leading edge together with the lower and upper shells. This achieves a configuration that facilitates Ia conformation of the transition zone of said extensions to the root zone of circular section.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a wind turbine blade according to the present invention.
  • Figures 2a, 2b and 2c are schematic cross-sectional views along the plane A-A of Figure 1 of three embodiments of the blade.
  • Figure 3 is a schematic perspective view of the prefabricated components that make up the blade according to a preferred embodiment of the present invention before assembly.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the blade of Figure 3 along the plane B-B.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of the blade of Figure 3 along the C-C plane.
  • a multi-panel blade has several advantages: - It allows the use of different materials and / or manufacturing processes and / or structural configurations for each part of the blade according to its requirements, which implies an optimization of the cost of the blade.
  • Figure 1 shows the typical aerodynamic profile of a wind turbine blade and Figures 2a, 2b and 2c show three possible multi-panel configurations.
  • the components of the blade are two stringers 11, 13 in the form of C with their flaps intended to facilitate the assembly of the shells oriented inwards and outwards respectively, a front shell 15 and two lower and upper shells 17, 19 and in the case of Figure 2c the components of the blade are two stringers 11, 13 and two lower and upper shells 17, 19.
  • the panels are assembled so that, on the one hand, there is continuity in the three shells 15, 17, 19 whose external surfaces therefore configure the aerodynamic profile of the blade and, on the other hand, that the three shells 15, 17, 19 are attached to the crossbar 11 next to the leading edge and the lower and upper shells 17, 19 are attached to the crossbar 13.
  • the stringers 11, 13 and the upper shells e Lower 17 and 19 include extensions 31, 33 37, 39 configured so that they can be assembled by forming the root of the blade having a first transition section and a second circular section.
  • the configurations of said extensions 31, 33, 37, 39 comprise a first zone 31 ', 33 ', 37',
  • the assembly of said extensions 31, 33, 37 and 39 can be carried out with the same technique as that used for the assembly of shells 15, 17, 19 and stringers 1 1, 13, in which case the configuration of its edges must be the same type, or with any other that is appropriate.

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Abstract

Una pala de aerogenerador multi-panel con la raíz integrada, de perfil aerodinámico, conformada por al menos una concha inferior (17) en el lado de presión y una concha superior (19) en el lado de succión y dos largueros 5 interiores (11, 13) prefabricados, estando ensambladas dichas conchas inferior y superior (17, 19) con dichos largueros interiores (11, 13), en la que dichas conchas inferior y superior (17, 19) y dichos largueros interiores (11, 13) prefabricados incluyen, respectivamente, unas extensiones (31, 33, 37, 39) configuradas de manera que puedan ensamblarse conformando la raíz de la 10 pala. La pala también puede incluir una concha frontal (15) ensamblada con el larguero (11) más próximo al borde de ataque junto con las conchas inferior y superior (17, 19).

Description

UNA PALA DE AEROGENERADOR MULTI-PANEL CON LA RAIZ INTEGRADA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere en general a palas de aerogeneradores y más en particular a palas multi-panel con Ia raíz integrada.
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 una 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.
En Ia técnica conocida, Ia raíz de Ia pala se fabrica independientemente de los paneles con los que se conforma el resto de Ia pala y se ensambla posteriormente mediante un proceso de cocurado o bien mediante una unión adhesiva.
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 prefabricar sus componentes incluyendo Ia raíz de Ia pala.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una configuración de una pala de aerogenerador que contribuye positivamente a Ia automatización de su fabricación.
Esos y otros objetos de Ia presente invención se consiguen proporcionando una pala multi-panel de aerogenerador de perfil aerodinámico conformada por al menos una concha inferior en el lado de presión y una concha superior en el lado de succión y dos largueros interiores prefabricados, estando ensambladas dichas conchas inferior y superior con dichos largueros interiores, en Ia que dichas conchas inferior y superior y dichos largueros interiores prefabricados incluyen, respectivamente, unas extensiones configuradas de manera que puedan ensamblarse conformando Ia raíz de Ia pala.
En una realización preferente Ia pala también comprende una concha frontal ensamblada con el larguero más próximo al borde de ataque junto con las conchas inferior y superior. Se consigue con ello una configuración que facilita Ia conformación de Ia zona de transición de dichas extensiones hasta Ia zona de raíz de sección circular.
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 perspectiva de una pala de aerogenerador según Ia presente invención.
Las Figuras 2a, 2b y 2c son vistas esquemáticas en sección transversal por el plano A-A de Ia Figura 1 de tres realizaciones de Ia pala.
La Figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de los componentes prefabricados que conforman Ia pala según una realización preferente de Ia presente invención antes de su ensamblaje.
La Figura 4 es una vista en sección transversal de Ia pala de Ia Figura 3 por el plano B-B.
La Figura 5 es una vista en sección transversal de Ia pala de Ia Figura 3 por el plano C-C.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
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. - A -
La Figura 1 muestra el perfil aerodinámico típico de una pala de aerogenerador y las Figuras 2a, 2b y 2c muestran tres posibles configuraciones multi-panel.
En las configuraciones ilustradas en las Figuras 2a y 2b los componentes de Ia pala son dos largueros 11 , 13 con forma de C con sus solapas destinadas a facilitar el ensamblaje de las conchas orientados hacia dentro y hacia fuera respectivamente, una concha frontal 15 y dos conchas inferior y superior 17, 19 y en el caso de Ia Figura 2c los componentes de Ia pala son dos largueros 11 , 13 y dos conchas inferior y superior 17, 19. En las configuraciones ilustradas en las Figuras 2a y 2b los paneles se ensamblan de manera que, por un lado, haya continuidad en las tres conchas 15, 17, 19 cuyas superficies externas configuran por tanto el perfil aerodinámico de Ia pala y, por otro lado, que las tres conchas 15, 17, 19 queden unidas al larguero 11 próximo al borde de ataque y las conchas inferior y superior 17, 19 queden unidas al larguero 13.
En Ia configuración ilustrada en Ia Figura 2c los paneles se ensamblan de manera que, por un lado, haya continuidad en las dos conchas inferior y superior
17, 19 cuyas superficies externas configuran por tanto el perfil aerodinámico de
Ia pala y, por otro lado, que las conchas inferior y superior 17, 19 queden unidas a los dos largueros 11 , 13.
Según Ia presente invención (que es aplicable a las configuraciones multi- panel mencionadas y a cualquier otra en Ia que las conchas inferior y superior 17, 19 queden ensambladas con los dos largueros 11 , 13), los largueros 11 , 13 y las conchas superior e inferior 17 y 19 incluyen unas extensiones 31 , 33 37, 39 configuradas de manera que puedan ensamblarse conformando Ia raíz de Ia pala que tiene una primera sección de transición y una segunda sección de forma circular.
Así pues y como se ilustra en las Figuras 4 y 5, que se corresponden con cualquiera de las palas ilustradas en las Figuras 2a, y 2b, las configuraciones de dichas extensiones 31 , 33, 37, 39 comprenden una primera zona 31 ', 33', 37',
39' mediante Ia que se conforma Ia sección de transición de Ia raíz de Ia pala y una segunda zona 31 ", 33", 37", 39" con forma de sector circular para conformar Ia sección circular de Ia raíz de Ia pala.
El ensamblaje de dichas extensiones 31 , 33, 37 y 39 puede realizarse con Ia misma técnica que Ia utilizada para el ensamblaje de conchas 15, 17, 19 y largueros 1 1 , 13, en cuyo caso Ia configuración de sus bordes debe ser del mismo tipo, ó con cualquier otra que resulte apropiada.
Entre las ventajas de esta configuración de raíz integrada respecto a Ia estructura tradicional de raíz adhesivada o cocurada al resto de Ia pala cabe destacar: • Mejor control de Ia geometría de Ia zona de raíz, ya que todas las piezas se realizan con moldes hembra.
• Mejoras en el ensamblaje de las diferentes piezas que conforman Ia pala (directamente derivado del mayor control dimensional mencionado en el párrafo anterior). • Menor tiempo de Ia fase de acabados (recorte de material sobrante, pulido, retrabajos) debido al mejor control dimensional de las piezas a ensamblar.
• Estructura más reforzada: Ia configuración con Ia raíz integrada en material compuesto permite tener fibra de refuerzo de forma continua desde Ia punta de Ia pala hasta Ia raíz Io que facilita Ia transmisión correcta de los esfuerzos a través de Ia estructura.
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.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Una pala multi-panel de aerogenerador de perfil aerodinámico conformada por al menos una concha inferior (17) en el lado de presión y una concha superior (19) en el lado de succión y dos largueros interiores (11 , 13) prefabricados, estando ensambladas dichas conchas inferior y superior (17, 19) con dichos largueros interiores (11 , 13), caracterizada porque dichas conchas inferior y superior (17, 19) y dichos largueros interiores (11 , 13) prefabricados incluyen, respectivamente, unas extensiones (31 , 33, 37, 39) configuradas de manera que puedan ensamblarse conformando Ia raíz de Ia pala.
2.- Una pala multi-panel de aerogenerador de perfil aerodinámico según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque también comprende una concha frontal (15) ensamblada con el larguero (11 ) más próximo al borde de ataque junto con las conchas inferior y superior (17, 19).
3.- Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, caracterizada porque Ia configuración de dichas extensiones (31 , 33, 37, 39) comprende una primera zona (31 ', 33', 37', 39') mediante Ia que se conforma Ia sección de transición de Ia raíz de Ia pala y una segunda zona (31 ", 33", 37", 39") con forma de sector circular para conformar Ia sección circular de Ia raíz de Ia pala.
4.- Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, caracterizada porque dichas extensiones (31 , 33, 37, 39) se ensamblan mediante una unión adhesiva.
5.- Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizada porque dichas extensiones (31 , 33, 37, 39) se ensamblan mediante una unión remachada.
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