WO2010081921A1 - Pala de aerogenerador - Google Patents

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Abstract

Pala de aerogenerador, formada por unas pieles laterales externas (1), en disposición sobre unos largueros (2) a modo de tabiques longitudinales interiores, determinándose la raíz de la pala por un tramo cilíndrico (5) que se forma mediante prolongaciones (4) de las pieles laterales externas (1) y de los largueros (2) que forman el conjunto estructural del cuerpo de la pala, pudiendo determinarse dicho cuerpo de la pala mediante tramos longitudinales que se unen con vástagos de amarre a través de orificios longitudinales de las paredes de los tramos en las partes coincidentes de la unión.

Description

PALA DE AEROGENERADOR
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con las palas de aerogenerador que se forman por unión de un conjunto de piezas longitudinales fabricadas de manera independiente, determinando unas características estructurales del montaje de formación de la pala que proporcionan una realización ventajosa en la parte de la raiz destinada para la sujeción de la pala sobre el buje giratorio en el aerogenerador correspondiente; contemplando asimismo un sistema particular de unión entre tramos longitudinales de composición de la pala.
Estado de la técnica
La demanda mundial de energías renovables, para hacer frente al cambio climático y mantener una expectativa de producción energética con menor dependencia de los recursos naturales agotables, implica de una manera muy relevante a la energía eólica, la cual mayoritariamente se desarrolla mediante aerogeneradores que son accionados por un rotor de palas captador de la acción del viento.
El desarrollo de los aerogeneradores y su aplicación a la producción eléctrica, requiere sin embargo cada vez de aerogeneradores de mayor potencia nominal, más eficientes y de inferior costo por Kilovatio de la energía que se produce.
Para ello, en dichos aerogeneradores es fundamental, entre otros aspectos, la superficie de barrido de las palas del rotor que recibe la acción del viento, de manera que uno de los factores para mantener la potencia de generación energética es el aumento del tamaño de las palas captadoras de la acción del viento.
Superar una medida del tamaño de las palas de los aerogeneradores entraña, sin embargo, una serie de problemas coligados, debido a las dificultades que surgen para la construcción y el montaje en la instalación, asi como para el transporte.
En efecto, las palas de aerogenerador de gran longitud (superior a 35 metros) resultan de un peso que dificulta mucho la manipulación y que además condiciona a la necesidad de un amarre muy resistente en la instalación, presentando igualmente dificultades para el transporte, ya que se precisan medios especiales que son muy costosos.
En relación con la sujeción de instalación, se han desarrollado diversas soluciones de amarre, asi como realizaciones estructurales para determinar en la raiz de la pala una resistencia que permita soportar con seguridad los esfuerzos que esa zona debe soportar en la acción funcional de la pala. Sin embargo, las soluciones desarrolladas en este sentido, condicionan perjudicialmente la formación constructiva y el costo de la pala, para conseguir resultados satisfactorios de resistencia en la instalación.
Por otro lado, para solucionar los problemas inherentes a la dimensión longitudinal, es conocida la realización constructiva de las palas mediante tramos longitudinales, los cuales pueden ser transportados independientemente, para su unión en el lugar de instalación del aerogenerador e incluso en el montaje constructivo de éste.
Esto supone una ventaja para las palas de gran longitud (entre 40 y 60 metros) que ya demanda el sector eólico, pero también para las palas más tradicionales (de entre 30 y 40 metros) , porque al poder hacerse las palas en tramos de entre 15 y 20 metros de longitud, se pueden transportar con medios normales, consiguiéndose una reducción del costo de transporte que es ventajosamente superior al costo de formar los tramos independientes y unir éstos en el montaje constructivo de las palas.
En ese sentido se han desarrollado diversos sistemas para unir los tramos componentes de las palas que se forman por la unión de tramos longitudinales, como la solución de la Patente ES 9901177, pero las soluciones conocidas en tal sentido adolecen en general de deficiencias relativas a la dificultad de montaje y a la eficacia del amarre en la unión de los tramos.
Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone una pala de aerogenerador, con una realización estructural que determina de manera ventajosa una raiz resistente para la sujeción de la pala en su montaje de aplicación, y que además puede ser formada mediante tramos longitudinales, con unas características también ventajosas de la unión entre los tramos.
Esta pala objeto de la invención consta esencialmente de unas pieles laterales externas laminadas por capas de fibras sintéticas, mediante las cuales se determina el perfil aerodinámico de la pala, en disposición sobre una estructura resistente interior formada por unos largueros a modo de tabiques longitudinales, pudiendo determinarse el borde de salida del perfil aerodinámico mediante una unión entre las propias pieles externas, mientras que el borde de ataque se forma mediante una pieza complementaria también laminada de fibras sintéticas.
Según la invención, las pieles laterales externas del perfil aerodinámico y los largueros de la estructura interior, se prolongan en el extremo de la base de la pala, determinando entre las prolongaciones de dichas piezas un tramo de composición cilindrica que constituye la raiz de la pala para la sujeción en el montaje de aplicación.
De este modo, la raiz de la pala resulta formada por el propio ensamblaje de la formación constructiva de la pala, resultando por lo tanto una construcción sencilla, ya que no se necesita incorporar ninguna pieza accesoria para determinar la raiz de la pala, y además, al quedar formada la raiz por las propias piezas estructurales de la composición constructiva del cuerpo de la pala, sin piezas accesorias, se evitan uniones que puedan causar debilitamientos de la resistencia estructural de la pala.
Por otro lado, la pala es susceptible de formarse mediante tramos longitudinales, disponiéndose en la unión de los tramos componentes un anillo que determina en sus frentes unos canales en los que encajan con su borde extremo los largueros de la estructura interior de los tramos, asi como los bordes de las pieles externas, las cuales en la zona comprendida entre los largueros interiores se hallan formadas con una parte regruesada hacia el interior, por dentro de la cual, asi como por los propios largueros, se definen unos orificios longitudinales que desembocan en respectivos huecos de las paredes correspondientes, estableciéndose el amarre de la unión mediante vastagos que se insertan por dichos orificios longitudinales, pasando a través del anillo intermedio de la unión, los cuales vastagos se unen en acoplamiento roscado respecto de unos elementos extremos entre los que se establece una tensión de aprieto.
En los tramos que se unen, los huecos en los que desembocan los orificios longitudinales, se hallan realizados perpendicularmente desde la parte interior de las paredes correspondientes, sin pasar hasta la parte exterior, siendo dichos huecos de forma cilindrica en uno de los tramos que se unen, para encajar en ellos un elemento cilindrico, respecto del cual se acopla a rosca el vastago respectivo de amarre, mientras que en el otro tramo los huecos son oblongos, incorporándose en ellos una tuerca sobre el extremo del vastago de amarre, para realizar por la embocadura del hueco oblongo la actuación del accionamiento sobre dicha tuerca.
Con ello se obtiene un amarre entre los tramos componentes de las palas, que permite establecer una unión resistente, con precisión del apriete mediante el accionamiento de las tuercas que se disponen sobre los vastagos de amarre, siendo muy fácil de realizar el montaje de la unión, ya que los vastagos de amarre se incorporan antes del acoplamiento en uno de los tramos a unir, de manera que luego solo es necesario acoplar el segundo tramo y apretar las tuercas sobre los vastagos de amarre. La incorporación del anillo intermedio de la unión determina además una protección que impide el desfibrado de las capas de fibras en el borde de unión de las pieles externas de los tramos de pala que se unen, lo cual evita que en el trabajo de aplicación de la pala la fuerza del viento pueda causar un deterioro progresivo de desfibrado de las pieles que forman el perfil aerodinámico.
Por otro lado, todos los huecos de alojamiento de los elementos de amarre de la unión entre los tramos de pala quedan por la parte interior de las paredes estructurales de los tramos, con lo que dichas paredes de los tramos resultan poco debilitadas, y la superficie exterior de las mismas permanece continua, de forma que no resulta afectada la eficiencia del perfil aerodinámico para el rendimiento de la pala.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra en perspectiva explosionada el conjunto estructural de una pala de aerogenerador según el objeto de la invención.
La figura 2 es un detalle ampliado en perspectiva del extremo correspondiente a la raiz de la pala de la figura anterior.
La figura 3 es una vista frontal de la raiz de la pala anterior.
Las figuras 4, 5 y 6 muestran unos ejemplos, no limitativos, de realizaciones estructurales de palas de aerogenerador, con las que es susceptible la aplicación de la invención. La figura 7 es un ejemplo en perspectiva de una pala de aerogenerador según la invención, realizada en un solo tramo longitudinal.
La figura 8 es un ejemplo en perspectiva de una pala de aerogenerador según la invención, realizada con dos tramos longitudinales.
La figura 9 es una perspectiva explosionada de la unión de los tramos componentes de la figura anterior.
La figura 10 es una perspectiva de la zona de la unión de los tramos componentes de la pala, con transparencia de las pieles externas para observar los elementos del interior.
La figura 11 es un detalle ampliado en sección de la disposición de un vastago de amarre en la unión entre los tramos componentes de la pala.
Descripción de-tallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a una pala de aerogenerador, en la que se han determinado unas características que mejoran la formación constructiva de la pala y su funcionalidad.
La pala preconizada es del tipo que comprende dos pieles laterales externas (1) , en disposición sobre una estructura interior formada por unos largueros (2) a modo de tabiques longitudinales, de forma que las pieles laterales externas (1) determinan el perfil aerodinámico de la pala, junto con una pieza complementaria (3) que define el borde de ataque, mientras que en la parte opuesta las mencionadas pieles laterales externas (1) se unen entre sí determinando el borde de salida.
Según la invención, tanto las pieles laterales externas (1), como los largueros (2) de la estructura interior, determinan en el extremo que corresponde a la base de la pala unas prolongaciones (4), mediante las cuales se conforma un tramo cilindrico (5) que constituye la raíz de la pala para la sujeción en el montaje sobre el rotor giratorio del aerogenerador de aplicación.
De este modo la raíz de la pala resulta formada por el propio montaje constructivo de la pala, mediante las pieles laterales externas (1) y los largueros (2) de la estructura interior que componen la formación estructural del cuerpo de la pala, sin necesidad de acoplamiento posterior de piezas accesorias para formar la raíz.
La unión entre las prolongaciones (4) que forman el tramo cilindrico (5) constitutivo de la raíz, se determina por pegado de los bordes correspondientes, estando previsto para tal fin que los bordes (6) de dichas prolongaciones (4) se hallen definidos en chaflán, o en un corte escalonado, para que la superficie de pegado sea mayor y por consiguiente más fuerte la unión.
Dicha formación de la pala es aplicable con independencia de las formas estructurales de las pieles laterales externas (1) y de los largueros (2) de la estructura interior, que pueden ser de configuraciones diversas, como se observa en las figuras 4, 5 y 6, en las que se han representado solo a modo de ejemplos unas realizaciones que no son limitativas; en tanto que longitudinalmente la pala puede ser en un solo tramo, como el ejemplo de la figura 7, o formarse con dos o más tramos (7, 8) longitudinales, como el ejemplo de la figura 8, para unirse los tramos (7, 8) componentes en el montaje constructivo del aerogenerador de aplicación de la pala.
Para la unión de los tramos (7, 8) de composición longitudinal de la pala, en el acoplamiento de la unión se incorpora un anillo intermedio (9), como se observa en las figuras 6 a 8, determinando dicho anillo intermedio (9) en sus caras frontales unos acanalados (9.1), en los cuales encajan con su borde extremo las pieles laterales externas (1) y los largueros (2) de la estructura interior, de los tramos (7, 8) que se unen, evitando asi el desfibrado de las pieles laterales externas (1) desde el borde de la unión, por la acción del viento durante la función del trabajo de aplicación de la pala.
En la parte extrema correspondiente a la unión, las pieles laterales externas (1) de los tramos (7, 8) se hallan formadas, en la zona comprendida entre los largueros (2) del interior, con un regruesado (10) hacia el interior, definiéndose en dicho regruesado, asi como en los largueros (2), unos orificios longitudinales (11) que se corresponden enfrentados en los tramos (7, 8) que se unen, asi como en relación con correspondientes orificios pasantes que presenta el anillo intermedio (9) entre sus acanalados frontales (9.1) .
Los orificios longitudinales (11) de los tramos (7, 8), desembocan en unos respectivos huecos (12 y 13) practicados perpendicularmente por la parte interior de las paredes de dichos tramos (7, 8), de modo que en uno de los tramos, por ejemplo el tramo (7), los huecos
(12) en los que desembocan los orificios longitudinales
(11) respectivos, son cilindricos, encajándose en ellos unos correspondientes elementos cilindricos (14) provistos con un orificio transversal roscado (14.1), para el acoplamiento a rosca del extremo de un vastago
(15) que se inserta por el orificio longitudinal (11) respectivo.
En el otro tramo de la pala, en este caso el tramo (8), los huecos (13) en los que desembocan los orificios longitudinales (11) respectivos, son oblongos, alojándose en cada uno de estos huecos (13) una arandela (16) de tope y una tuerca (17) que se incorpora sobre el otro extremo del vastago (15) pasante por el orificio longitudinal (11) respectivo, de manera que dicha tuerca (17) pude ser actuada a través de la embocadura del hueco oblongo (13) , para establecer con ella un aprieto de tensión del vastago (15) .
En tales condiciones, para establecer el amarre de unión entre los tramos (7, 8), primero se insertan en los huecos (12) del tramo (7) los elementos cilindricos
(14) y por los orificios longitudinales (11) correspondientes se introducen respectivos vastagos
(15), los cuales se acoplan por roscado sobre los mencionados elementos cilindricos (14), con lo cual dichos vastagos (15) quedan fijados respecto del tramo
(7), sobresaliendo en el frente del mismo por los orificios longitudinales (11).
Una vez asi, se coloca el anillo intermedio (9), haciendo pasar por sus orificios a los vastagos (15), hasta que dicho anillo intermedio (9) hace tope contra el tramo (7), y en esa disposición, para establecer la unión del tramo (8), se realiza la inserción de ambos tramos (7, 8) entre si, haciendo que los vastagos (15) se introduzcan en los orificios longitudinales (11) del tramo (8), hasta los huecos oblongos (13) del mismo, en donde sobre el extremo de los vastagos (15) se incorporan las arandelas (16) y las tuercas (17) correspondientes, de forma que apretando las tuercas (17) se obtiene una tensión de los vastagos (15) que asegura la unión entre los tramos (7, 8), como se observa en la figura 11.
Los huecos (12 y 13) no pasan hasta el exterior de las pieles laterales externas (1) de los tramos (7, 8), de manera que el perfil aerodinámico de la pala no resulta afectado por el amarre de la unión; siendo practicable la actuación sobre las tuercas (17) desde el interior de la pala, para la realización del montaje de formación de la misma.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Pala de aerogenerador, del tipo que comprende una formación estructural compuesta por unas pieles laterales externas (1), en disposición sobre una estructura interior formada por unos largueros (2) a modo de tabiques longitudinales, pudiendo determinarse la longitud de la pala mediante la unión de tramos (7, 8) consecutivos, caracterizada en que en el extremo que corresponde a la base de la pala las pieles laterales externas (1) y los largueros (2) de la estructura interior determinan unas prolongaciones (4), mediante las cuales se compone un tramo cilindrico (5) que constituye la raiz de la pala para la sujeción en el montaje de aplicación; mientras que la unión de los tramos (7, 8) de composición longitudinal de la pala se establece con un amarre mediante vastagos (15) que se incluyen por orificios longitudinales (11) enfrentados de los respectivos tramos (7, 8), uniéndose dichos vastagos (15) en acoplamiento roscado, por un extremo, sobre elementos (14) que se disponen encajados en huecos (12) de uno de los tramos (7) que se unen, mientras que por el otro extremo esos vastagos (15) asoman en huecos (13) del otro tramo (8) concurrente en la unión, incorporándose en estos huecos (13), sobre el extremo de los vastagos (15), unas tuercas (17) que permiten realizar un aprieto para comprimir los tramos (7, 8) frontalmente el uno contra el otro.
2.- Pala de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada en que las prolongaciones (4) que componen el tramo cilindrico (5) constitutivo de la raiz, se determinan con unos bordes laterales (6) en chaflán o en corte escalonado, para la unión mediante pegado de las mencionadas prolongaciones (4), por dichos bordes laterales (6) .
3.- Pala de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada en que los huecos (12 y 13) en los que desembocan los orificios longitudinales (11) de alojamiento de los vastagos (15) se hallan practicados perpendicularmente por la parte interior de la pared estructural de los tramos (7, 8), sin afectar a la superficie exterior.
4.- Pala de aerogenerador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y tercera, caracterizada en que la pared estructural de los tramos (7, 8) determina en la zona de unión un regruesado (10), en el cual se definen los orificios longitudinales (11) y los huecos (12, 13) correspondientes.
5.- Pala de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada en que en el acoplamiento de unión entre los tramos (7, 8) de composición longitudinal de la pala se incluye un anillo intermedio (9), el cual presenta en sus caras frontales unos acanalados (9.1) en los que encajan con sus bordes extremos las pieles laterales externas (1) y los largueros (2) de los tramos (7, 8) .
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