WO2011086205A1 - Elemento para izado de pala y método seguido - Google Patents

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Ion Arocena De La Rua
Eneko Sanz Pascual
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Gamesa Innovation & Technology, S.L.
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    • Y10T29/49947—Assembling or joining by applying separate fastener
    • Y10T29/49963—Threaded fastener

Definitions

  • the invention describes an element arranged next to the blade root of a wind turbine, which allows its lifting without deforming the circular shape of the blade root and without using two cranes. The method followed for lifting and fixing the blade to the bushing is also described.
  • Wind rotor is understood as the set of wind turbine components that rotate outside the gondola. These components are the blades, the bushing and the change mechanism of the blade. From the point of view of design and manufacturing each component is considered as an independent element that must be assembled later. In large wind turbines, the most complex connection is the one established between the root of the blade and the hub, all aligned with the fixed / mobile track assembly and bearings that form the blade change mechanism.
  • the final edge of the blade root is formed by metal inserts embedded or glued to a laminate of composite material. These inserts represent the points of connection with the wind turbine hub.
  • the wind turbine bushing has a bearing formed by a fixed track and a mobile track. Before making the connection between the blade and the bushing, a long bolt is included in each insert, so that this bolt subsequently passes through the mobile track of the bushing bearing and with the help of a nut and its corresponding washer completes a prestressed joint. Since the definitive bolts of fixation to the bushing are inside the holes of the inserts, the inserts of the blade root cannot be used to attach them to the elements that directly or indirectly join the slings from which it is pulled to lift the blade.
  • some inserts of the blade root are modified by machining its walls, so that it is possible to thread them inside an intermediate piece that will be adjusted between the inserts and the mobile track of the blade bearing.
  • the bolt used for the final assembly can be a normal bolt without the need to include a double threaded bolt with an intermediate thread to fix the intermediate piece.
  • Figure 1 shows the intermediate piece on the blade root.
  • Figure 1a and 1b are two sections made one on the insert and one on the insert and the intermediate piece.
  • Figure 2 constitutes a section of the insert and the intermediate piece with special attention on the provisional fixation.
  • Figure 3 constitutes a section of the insert and the intermediate piece with special attention on the threaded fixing that is established between them.
  • Figure 4 constitutes a section of the insert-intermediate piece assembly once mounted on the bushing.
  • Figure 5 is a section of the blade root with a rigid tool fixed between the intermediate pieces.
  • FIG. 6 shows an overview of the blade root with several intermediate parts installed.
  • Figure 7 constitutes a section of the insert-intermediate piece assembly once mounted on the bushing.
  • Figure 8 includes five figures from “a” to “e”, with the sequence of lifting the blade from the ground to the bushing. Description of a preferred embodiment
  • the part of the invention is applied on the blade root (1), and it can cover at least one of the holes offered by each of the inserts (2).
  • Said intermediate piece (3) has two types of holes: a hole (4) for connection to the bushing and a hole (5) for connection to the lifting point.
  • Figure 1a shows the section AA 'established on an insert (9) of the root of the blade, showing inside: the wall (6) of the insert, the composite material (7) and the hole (8) where the fixing element is included, which is preferably a long bolt. On the outside, the wall of the intermediate piece (3) can be seen.
  • Figure 1b section the intermediate piece (3) along the line BB 'when connected to an insert (9') (9 ") shorter than the original insert (9).
  • Section BB ' is shown in greater detail in Figure 2.
  • the intermediate piece (3) is fixed to the insert (9 ') of shorter length during the transport and storage intervals.
  • a short screw (10) is used.
  • the intermediate piece (3) has a recess (12) to include a fixing element to the lifting point and has a tensioner (13) to devaluate the blade root and give rigidity to the assembly.
  • machined inserts (9 ") are used that are attached to the intermediate piece (3) by means of a threaded joint and do not have any type of recess or hole to house nuts
  • each intermediate piece (3) is disposed on a single insert (9 ') with the hole (5) being connected to the lifting point, on the inner face of the circle formed by the blade root (1 ).
  • a eyebolt (20) is placed as shown in figures 2 and 3 or a rigid bar (21) as shown in Figure 5, which is fixed in the mentioned holes (5).
  • the use of the rigid bar (21) to which at least one lifting sling is attached can provide sufficient rigidity to the blade root to eliminate the tensioning cables (13 ) of the previous embodiment.
  • the bushing is made up of the blade bearings themselves (14), the fixed bearing race (15) and the mobile track of the bearing (16).
  • the connection between the intermediate piece (3) and the mobile track (16) is made with a special long triple thread bolt (17).
  • Said bolt has its ends and its intermediate part threaded so that it attaches a nut (18) to fix the movable track, an intermediate nut (19) of smaller height to fix the intermediate piece (3) and the other end is threaded in the inside of the insert (9 ').
  • the intermediate nut (19) is threaded to the special long bolt (17) in its central part, and serves to transmit the lifting loads of the intermediate piece (3) to the insert (9 ').
  • the threaded insert (9 ") is used, the second embodiment mentioned above is entered, in figure 7 the blade is shown once it has been hoisted and attached to the bushing. They comprise the own blade bearings (14), the fixed bearing race (15) and the mobile bearing race (16) The connection between the intermediate part (3) and the mobile track (16) is made with a long bolt (17 ') The mentioned bolt (17') has its threaded ends so that on one side it attaches a nut (18) to fix the movable race, while the other end is threaded inside the mechanized insert (9 " ). Lifting loads will pass through the threaded joint between the intermediate piece (3) and the insert (9 ").
  • the inserts (9 ') (9 ") of the blade root (1) are adapted for the placement of the bolts (17) (17') for fixing to the bushing and the blade can be raised both horizontally , as it happens in its first phase of elevation, as in vertical position, posture that they adopt in their second phase of lifting.
  • the lifting method is described in the group of figures that form figure 8. On the blade two lifting points are established, the root and the blade tip that is established in the last third of the blade by mediation of a tool that is fixed to the blade bordering it. These two lifting points are manipulated from three external points:
  • the lifting point of the blade tip is manipulated from two firing points: one on the bushing and one on the ground.
  • the shovel is extended horizontally at the foot of the tower with the root near the tower.
  • Figure 8a The shovel begins to rise horizontally by pulling the sling that goes to the root of the shovel. While ascending the root of the blade, the sling that passes through the tool that is fixed to the blade tip also pulls the tip at the same time. This is continued until the sling that comes from the bushing and passes through the tip of the blade is aligned with the ground fixation.
  • Figure 8b From this point on, the root of the blade continues to rise while the blade rotates until it adopts the vertical position.
  • Figures 8c and 8d Continue to pull the sling from the root until the root of the blade is at the height of the hub. By manipulating the sling of the blade tip, the fastening bolts face the bushing with the mobile track of the bearing and the assembly is completed.
  • Figure 8e The shovel begins to rise horizontally by pulling the sling that goes to the root of the shovel. While ascending the root of the blade, the

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Abstract

El elemento para izado de la pala es una pieza intermedia (3) que se dispone entre la raíz de la pala (1) y la pista móvil del rodamiento (16) de la pala. Dicha pieza abarca al menos un inserto (9') o (9") y se une mediante una barra rígida (21) o mediante un tensor (13) con otra pieza intermedia (3) diametralmente opuesta. La pieza dispone de un agujero (5) de conexión al punto de izado y de un agujero (4) de conexión al buje, este último que se une al agujero (2) del inserto mediante un perno largo (17) o (17')· Sobre la pala se establecen dos puntos de izado, el de la raíz y el de punta de pala: el punto de izado de la raíz se manipula desde un único punto de tiro en el buje y el punto de izado de punta de pala se manipula desde dos puntos de tiro: uno en el buje y otro en el suelo. El método de izado se inicia con la pala en posición horizontal para ir trasladándola a posición vertical.

Description

ELEMENTO PARA IZADO DE PALA Y METODO SEGUIDO
Objeto de la invención.
La invención describe un elemento dispuesto junto a la raíz de la pala de un aerogenerador, que permite su izado sin deformar la forma circular de la raíz de pala y sin necesidad de utilizar dos grúas. También se describe el método seguido para la elevación y fijación de la pala al buje.
Antecedentes de la invención.
Se entiende por rotor eólico el conjunto de componentes del aerogenerador que giran fuera de la góndola. Estos componentes son las palas, el buje y el mecanismo de cambio de paso de la pala. Desde el punto de vista de diseño y fabricación cada componente se considera como un elemento independiente que posteriormente debe ensamblarse. En grandes aerogeneradores la unión más compleja es la establecida entre la raíz de la pala y el buje, alineado todo ello con el conjunto de pista fija/móvil y rodamientos que forman el mecanismo de cambio de pala.
Las palas eólicas de gran tamaño se izan y se ensamblan al aerogenerador con métodos de izado que normalmente exigen dos grúas. Una de ellas de altura superior a la altura del buje y otra grúa de tamaño más pequeño para auxiliar guiando correctamente el izado desde la zona de la punta de la pala.
La mayor dificultad encontrada en estos métodos de izado están en las uniones entre las eslingas de tiro o cables de izado y los puntos de izado dispuestos en la raíz de la pala. Estos puntos de izado deben soportar una gran carga correspondiente a la mayor parte del peso de la pala. Además, los insertos existentes en la raíz de pala no pueden utilizarse para amarrar las eslingas ya que, en la última fase de ensamblaje de la pala al buje, los largos pernos de fijación al buje deben de estar previamente colocados dentro de los insertos. Por otro lado, como las palas están formadas por piezas de material compuesto de bajo espesor, es complicado diseñar una unión mecánica entre los puntos de izado y el laminado sin dañar la estructura de la pala deformando la forma circular original.
El estado de la técnica más cercano corresponde a diferentes formas de fijar las eslingas de izado con los puntos de unión directamente aplicados a la raíz de la pala y se encuentran claramente reflejados en los dibujos de las patentes DE 1995516 y EP 1101936. Las soluciones mostradas en estas patentes se utilizan para palas de pequeño tamaño, ya que conforme aumenta el tamaño de la pala, muchos puntos del proceso se complican: la deformación que sufre la estructura de la pala bajo su propio peso durante el izado hace que la raíz de pala se ovalice y se pierdan las tolerancias necesarias para lograr alinear sin problemas todos los insertos de la raíz de pala con los agujeros del rodamiento de la pala (los correspondiente al buje). La presente invención está orientada a evitar el uso de dos grúas, minimizando los costes derivados del alquiler, consiguiendo un método de izado que únicamente requiere de puntos de tiro localizados en el buje y un punto de anclaje localizado en el suelo. Similar a la patente P200603165 perteneciente al mismo solicitante. Así mismo la invención mantiene los largos pernos de fijación al buje y a su vez incorporando elementos que no permiten que se deforme la sección circular de la raíz de la pala.
Descripción de la invención
El borde final de la raíz de la pala está formado por unos insertos metálicos embebidos o pegados a un laminado de material compuesto. Estos insertos representan los puntos de unión con el buje del aerogenerador. El buje del aerogenerador tiene atornillado un rodamiento formado por una pista fija y una pista móvil. Antes de realizar la unión entre la pala y el buje se incluye un perno largo en cada inserto, para que posteriormente este perno atraviese la pista móvil del rodamiento del buje y con la ayuda de una tuerca y su correspondiente arandela complete una unión pretensada. Al estar los pernos definitivos de fijación al buje dentro de los orificios de los insertos, no pueden emplearse los insertos de la raíz de pala para unirlos a los elementos que directa o indirectamente se unen a las eslingas de donde se tira para izar la pala.
Es un objeto de la invención la modificación de algunos insertos de la raíz de pala sustituyéndolos por unos insertos de las mismas características pero un poco más cortos y por una pieza intermedia colocada entre dichos insertos y la pista móvil del rodamiento de la pala.
En una segunda realización práctica se modifica algunos insertos de la raíz de pala mecanizando sus paredes, de tal forma que sea posible roscarlos en el interior de una pieza intermedia que quedará ajustada entre los insertos y la pista móvil del rodamiento de la pala. De esta forma el perno empleado para el ensamblaje final puede ser un perno normal sin necesidad de incluir un perno de doble rosca con una rosca intermedia para fijar la pieza intermedia.
Es otro objeto de la invención dotar a la pieza intermedia de elementos para fijar la eslinga desde la que se tirará para izar la pala y de tirantes que garanticen que la forma esbelta de la raíz de la pala no se deforme durante el izado debido al peso que supone toda la estructura de la pala.
Es otro objeto de la invención izar la pala tirando de puntos situados fuera de los insertos de la raíz y que estos útiles transversales sean suficientemente rígidos para evitar que la circunferencia que forma el final de la pala en la zona de la raíz sea dañada y a su vez sustituyan a los tirantes mencionados en el párrafo anterior.
Estas y otras ventajas se comprenderán mejor con la descripción detallada que se hace a continuación basándose en los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos.
La figura 1 muestra la pieza intermedia sobre la raíz de pala. La figura 1a y 1b son dos secciones realizadas una sobre el inserto y otra sobre el inserto y la pieza intermedia.
La figura 2 constituye una sección del inserto y la pieza intermedia con especial atención sobre la fijación provisional.
La figura 3 constituye una sección del inserto y la pieza intermedia con especial atención sobre la fijación roscada que se establece entre ellas.
La figura 4 constituye una sección del conjunto inserto - pieza intermedia una vez está montado sobre el buje.
La figura 5 es una sección de la raíz de pala con un utillaje rígido fijado entre las piezas intermedias.
La figura 6 muestra una visión general sobre la raíz de la pala con varias piezas intermedias instaladas.
La figura 7 constituye una sección del conjunto inserto - pieza intermedia una vez está montado sobre el buje.
La figura 8 incluye cinco figuras de la "a" a la "e", con la secuencia de elevación de la pala desde el suelo hasta el buje. Descripción de una realización preferencial
Tal y como se muestra en la figura 1 la pieza de la invención se aplica sobre la raíz de pala (1) pudiendo abarcar al menos uno de los agujeros que ofrece cada uno de los insertos (2). En la realización mostrada son tres los agujeros de insertos (2) que abarca la pieza intermedia (3). Dicha pieza intermedia (3) tiene dos tipos de orificios: un agujero (4) de conexión al buje y un agujero (5) de conexión al punto de izado. En la figura 1a se ve la sección AA' establecida sobre un inserto (9) de la raíz de la pala, mostrando en su interior: la pared (6) del inserto, el material compuesto (7) y el hueco (8) donde se incluye el elemento de fijación, que preferentemente es un perno largo. En la parte exterior se aprecia la pared de la pieza intermedia (3). La figura 1b secciona la pieza intermedia (3) según la línea BB' cuando está conectada a un inserto (9') (9") más corto que el inserto (9) original.
La sección BB' se muestra con mayor detalle en la figura 2. Una vez que el inserto original (9) se ha sustituido por un inserto (9') (9") de menor longitud rebajando la superficie de la raíz de pala, es cuando se coloca la pieza intermedia (3).
Con la finalidad de que la pieza intermedia (3) quede fijada al inserto (9') de menor longitud durante los intervalos de transporte y almacenamiento, se utiliza un tornillo corto (10). Además la pieza intermedia (3) cuenta con un hueco (12) para incluir un elemento de fijación al punto de izado y cuenta con un tensor (13) para desovalizar la raíz de la pala y dar rigidez al conjunto.
Tal y como se muestra en la figura 3, en una segunda realización práctica, se utilizan unos insertos mecanizados (9") que están unidos a la pieza intermedia (3) mediante una unión roscada y no presentan ningún tipo de rebaje o hueco para albergar tuercas.
Una vez se han establecido el número apropiado de piezas intermedias (3) que deben fijarse a la raíz de pala (1) el conjunto queda como se representa en la figura 4. En este caso son cuatro las piezas que se establecen a 90° una de otra quedando los tensores (13) cruzados sobre la raíz de pala (1) según diámetros perpendiculares. En la realización mostrada en esta figura cada pieza intermedia (3) se dispone sobre un único inserto (9') quedando el agujero (5) de conexión al punto de izado, en la cara interna del círculo formado por la raíz de pala (1). En el agujero (5) de conexión al punto de izado se coloca un cáncamo (20) como el mostrado en las figuras 2 y 3 o una barra rígida (21) como la representada en la figura 5, que se fija en los agujeros (5) mencionados. En la otra realización práctica mencionada y representada en la figura 5, la utilización de la barra rígida (21) a donde se une al menos una eslinga de izado, puede proporcionar la suficiente rigidez a la raíz de pala para eliminar los cables tensores (13) de la realización anterior.
Cuando la pala se ha izado y se ha unido al buje el conjunto queda tal y como se representa en la figura 6. El buje lo componen los propios rodamientos de pala (14), la pista fija del rodamiento (15) y la pista móvil del rodamiento (16). La unión entre la pieza intermedia (3) y la pista móvil (16) se realiza con un perno largo especial de triple rosca (17). El mencionado perno tiene sus extremos y su parte intermedia roscadas de forma que acopla una tuerca (18) para fijar la pista móvil, una tuerca intermedia (19) de menor altura para fijar la pieza intermedia (3) y el otro extremo está roscado en el interior del inserto (9'). La tuerca intermedia (19) se rosca al perno largo especial (17) en su parte central, y sirve para transmitir las cargas de izado de la pieza intermedia (3) al inserto (9').
Si en vez del inserto rebajado (9') se utiliza el inserto roscado (9") se entra en la segunda realización anteriormente mencionada, en la figura 7 se representa la pala una vez que se ha izado y unido al buje. El buje lo componen los propios rodamientos de pala (14), la pista fija del rodamiento (15) y la pista móvil del rodamiento (16). La unión entre la pieza intermedia (3) y la pista móvil (16) se realiza con un perno largo (17'). El mencionado perno (17') tiene sus extremos roscados de forma que por un lado acopla una tuerca (18) para fijar la pista móvil, mientras que el otro extremo está roscado en el interior del inserto mecanizado (9"). Las cargas de izado pasarán por la unión roscada entre la pieza intermedia (3) y el inserto (9").
Usando el útil de la invención los insertos (9') (9")de la raíz de pala (1) quedan adaptados para la colocación de los pernos (17) (17') de fijación al buje y la pala puede izarse tanto horizontalmente, como sucede en su primera fase de elevación, como en posición vertical, postura que adoptan en su segunda fase de izado.
El método de izado viene descrito en el grupo de figuras que forman la figura 8. Sobre la pala se establecen dos puntos de izado el de la raíz y el de punta de pala que se establece en el último tercio de la pala por mediación de un útil que se fija a la pala bordeándola. Estos dos puntos de izado se manipulan desde tres puntos externos:
- el punto de izado de raíz de pala se manipula en un único punto de tiro desde el buje,
- el punto de izado de punta de pala se manipula desde dos puntos de tiro: uno en el buje y otro en el suelo.
La secuencia de montaje desde el suelo es como sigue:
La pala se encuentra extendida horizontalmente a pie de torre con la raíz cerca de la torre. Figura 8a. La pala comienza a subir horizontalmente tirando de la eslinga que va a la raíz de la pala. Mientras asciende la raíz de la pala la eslinga que atraviesa por el útil que se fija a la punta de pala también tira de la punta ascendiéndola al mismo tiempo. Así se continúa hasta que la eslinga que viene desde el buje y pasa por la punta de la pala está alineada con la fijación del suelo. Figura 8b. A partir de este punto, la raíz de la pala continúa subiendo mientras que la pala se va girando hasta que adopta la posición vertical. Figuras 8c y 8d. Se continúa tirando de la eslinga de la raíz hasta que la raíz de la pala está a la altura del buje. Manipulando la eslinga de la punta de pala se enfrentan los pernos de fijación al buje con la pista móvil del rodamiento y se completa el ensamblaje. Figura 8e.
La secuencia para desmontar la pala sigue los mismos pasos en sentido contrario.

Claims

Reivindicaciones.
1. - Elemento para el izado, con al menos un cable o eslinga, de la pala de un aerogenerador caracterizado
- por estar constituido por al menos dos piezas intermedias (3) enfrentadas entre sí que se unen al borde rebajado de la raíz de la pala (1),
- por solapar cada pieza intermedia (3) al menos un agujero de inserto (2) conformando con cada solape un agujero (4) de conexión al buje,
- porque cada pieza intermedia (3) dispone de tantos insertos mecanizados roscados en su interior (9") o sin roscar (9'), como agujeros (4) cubra la pieza
- cada pieza intermedia (3) tiene un agujero (5) de conexión al punto de izado y un elemento de unión (13) que se extiende entre las piezas intermedias (3) diametralmente opuestas.
2. - Elemento para el izado de pala según reivindicación primera, caracterizado porque el elemento de unión es al menos una barra rígida (21) que se extiende entre los agujeros (5) de conexión al punto de izado o es al menos un tensor (13) desde la pared de la pieza intermedia (3) perpendicularmente a ambos agujeros pasantes (4 y 5).
3. - Elemento para el izado de pala según reivindicación primera, caracterizado porque
- la fijación de la pieza intermedia (3) a la raíz de pala se realiza primero roscando al menos un inserto mecanizado (9") en el interior de la pieza intermedia (3) y posteriormente embebiendo o pegando el conjunto en el material compuesto de la raíz de la pala
- la fijación del conjunto pieza intermedia / raíz de pala con la pista móvil (16) del rodamiento del buje es a través un perno largo (17') que coopera con una rosca (18) en uno de sus extremos, mientras que el otro extremo está roscado en el interior del inserto mecanizado (9").
4. - Elemento para el izado de pala según reivindicación anterior, caracterizado porque el perno utilizado para la fijación de la pieza intermedia (3), con la raíz de pala (1) y con la pista móvil (16) del rodamiento del buje es un perno largo (17) con rosca en sus dos extremos y rosca en la parte intermedia que acopla una tuerca (18) en un extremo para fijarse a la pista móvil, una tuerca intermedia (19) de menor altura para fijarse la pieza intermedia (3), mientras que el otro extremo está roscado en el interior del inserto (9') adaptado para poder albergar una rosca en uno de sus lados.
5. - Elemento para el izado de pala según reivindicación 4, caracterizado porque el elemento de fijación utilizado durante el almacenamiento y transporte de la pala es un tornillo corto (10) que fija la pieza intermedia (3) en el inserto (9').
6. - Elemento para el izado de pala según reivindicación 1 , caracterizado porque el agujero (5) de conexión al punto de izado de la pieza intermedia (3) se atraviesa con un cáncamo (20) donde se fija la eslinga de izado.
7. - Elemento para el izado de pala según reivindicación 1 , caracterizado porque la conexión del elemento con la eslinga de izado se hace desde cualquier punto de una barra rígida cuyos extremos se fijan al agujero (5) de conexión al punto de izado de su correspondiente pieza intermedia (3).
8. - Método para el izado de la pala de un aerogenerador según el elemento de la reivindicación 1a con dos puntos de tiro en el buje y uno en el suelo, caracterizado porque la secuencia de montaje desde el suelo es la siguiente:
- La pala está extendida horizontalmente a pie de torre con la raíz cerca de la torre y una eslinga se fija a la raíz y otra se fija al útil de la punta.
- La pala comienza a subir horizontalmente tirando de la eslinga que va a la raíz de la pala hasta que la eslinga que va a la punta de pala está alineada desde el buje hasta la fijación del suelo.
- A partir de este punto, la pala se va girando adoptando la posición vertical tirando de la eslinga de la raíz.
- Se continúa tirando de la eslinga de la raíz hasta que la raíz de la pala está a la altura del buje. - Manipulando la eslinga de la punta de pala se enfrentan los pernos de fijación al buje con la pista móvil del rodamiento y se completa el ensamblaje.
9.- Método para el izado de la pala según la reivindicación 7, caracterizado porque sobre la pala hay dos puntos de izado el de la raíz y el de punta de pala que se establece en el último tercio de la pala a través de un útil que abraza la pala, estos dos puntos de izado se manipulan desde tres puntos externos:
- el punto de izado de raíz de pala manipulado desde un único punto de tiro desde el buje,
- el punto de izado de punta de pala manipulado desde dos puntos de tiro: uno en el buje y otro en el suelo.
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