ES2655867T5 - Pala de turbina eólica con medios de detección de tensión, turbina eólica, unidad sensora de bloque y usos de los mismos - Google Patents

Pala de turbina eólica con medios de detección de tensión, turbina eólica, unidad sensora de bloque y usos de los mismos Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
Pala de turbina eólica con medios de detección de tensión, turbina eólica, unidad sensora de bloque y usos de los mismos
Campo de la invención
La invención se refiere a una pala de turbina eólica con medios de detección de tensión, una turbina eólica, una unidad sensora de bloque y usos de los mismos.
Descripción de la técnica relacionada
Las palas de rotor de turbina eólica modernas que a menudo son de un tamaño y peso sustancial, requieren medidas de protección para proteger la pala contra la sobrecarga y el fallo a la fatiga durante el uso normal de la turbina eólica.
Como una consecuencia las palas de turbina eólica se equipan con diferentes medios sensores para detectar la tensión en la pala. Diferentes soluciones sensoras se han sugerido para lograr la precisión necesaria, incluyendo una galga extensiométrica y sensores de tensión ópticos.
Generalmente, las soluciones de sensor óptico no implican cableado eléctrico, lo que se considera una ventaja en relación con la protección contra el fuego respecto a impactos de rayos y electricidad estática en las palas.
Una solución conocida incluye sensores ópticos incrustados en la superficie de pala interior para lograr la precisión de sensor necesaria pero limita el montaje del sensor al tiempo de fabricación de pala y los sensores no se modernizan fácilmente en caso necesario.
Otra solución conocida incluye la fijación del sensor óptico como una unidad en algunos puntos en la superficie de pala interior, por ejemplo con soportes. La fijación permite al sensor funcionar y al mismo tiempo lo mantiene en su lugar. La solución puede ser algo menos precisa que por ejemplo los sensores incrustados, por ejemplo debido a los requisitos de precisión para cada número de puntos.
El documento WO 01/33179 A1 describe sensores de tensión ópticos para palas de turbina eólica.
Es un objeto de la presente invención proporcionar soluciones para medios sensores ópticos en turbinas eólicas sin las desventajas antes mencionadas.
La invención
La invención proporciona, de acuerdo con la reivindicación 1, una pala de turbina eólica con medios de detección de tensión, comprendiendo dicha pala una estructura de superficie, una unidad sensora de bloque que incluye medios sensores ópticos para detectar la tensión en la pala, y una placa de conexión intermedia colocada entre dichos medios sensores ópticos y dicha estructura de superficie, donde dicha pala de conexión intermedia se conecta adhesivamente a dicha estructura de superficie y se conecta a dichos medios sensores ópticos, y donde el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia es similar a o menor que el módulo de elasticidad de dicha estructura de superficie.
Por lo tanto se logra una pala de turbina eólica con una detección de tensión mejorada y sin las desventajas de la técnica anterior. Especialmente la unidad sensora de bloque, con la placa de conexión intermedia como un área de conexión grande con la superficie de pala interior, hace que sea más fácil fabricar la pala de turbina eólica y aún así lograr una detección de tensión precisa desde la unidad.
En un aspecto de la presente invención, dicho módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia está entre 5 y 15 GigaPascales, por ejemplo aproximadamente 11 GPa. Por tanto se logra una realización ventajosa de la invención adaptando la elasticidad del material con el que se realiza la placa de conexión intermedia al material de la estructura de superficie con la que se adhiere.
En un aspecto de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia se fabrica de un material plástico reforzado con vidrio. Normalmente las palas de turbina eólica modernas se fabrican de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio o materiales de poliéster, por ejemplo introducidos con fibras de carbono o materiales híbridos de los mismos con un módulo similar de elasticidad, por ejemplo carbono/madera/epoxi.
En un aspecto de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia se fabrica con una forma ahusada en los límites de la pala. Por tanto, las concentraciones de tensión a lo largo del área límite se reducen.
En un aspecto de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia se fabrica con un área plana en un lado para la conexión con los medios sensores ópticos. Por tanto se logra que las características de transferencia de tensión de la placa de conexión intermedia sean más uniformes.
En un aspecto de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia se fabrica con un área indentada en un lado para la conexión con los medios sensores ópticos. Por lo tanto, la placa de conexión intermedia se adapta a la forma de los medios sensores ópticos.
En un aspecto de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia se adhiere a la estructura de superficie de pala con medios adhesivos que comprenden un módulo de elasticidad similar a o menor que el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia, por ejemplo resina epoxi de dos componentes. Por lo tanto se asegura que la rigidez sea suficiente para transferir la tensión desde la pala a la placa de conexión intermedia y los medios sensores ópticos y todavía mantener suficiente flexibilidad para asegurar que la conexión adhesiva no se rompa.
Según la presente invención dichos medios sensores ópticos incluyen medios de emisión de luz y medios de recepción de luz que son desplazables en relación uno con otro.
La invención se refiere además a una turbina eólica que comprende al menos dos palas de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
La invención se refiere además a una unidad sensora de bloque de acuerdo con la reivindicación 9 para montar en una pala de turbina eólica, comprendiendo dicha unidad una placa de conexión intermedia, medios sensores ópticos para detectar tensión en la pala de turbina eólica, y preferentemente una cubierta de protección que protege los medios sensores, donde dicha placa de conexión intermedia en un lado incluye un área para la conexión con una estructura de superficie de pala y en el otro lado incluye un área para la conexión con los medios sensores ópticos, y donde el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia es similar a o menor que el módulo de elasticidad de la estructura de superficie.
Por lo tanto es posible crear una unidad sensora de bloque montada fácilmente con un alto grado de precisión. Además, la unidad sensora de bloque protege suficientemente los medios sensores ópticos muy delicados durante el montaje y el uso normal.
En un aspecto de la presente invención, dicha unidad o al menos dicha placa de conexión intermedia, medios sensores ópticos para detectar tensión en la pala de turbina eólica, y la cubierta de protección que protege los medios sensores, se fabrica en un material eléctricamente no conductor. Por lo tanto se asegura un alto nivel de protección contra rayos y especialmente contra descargas disruptivas entre componentes dentro de la pala de turbina eólica y así establecer unas trayectorias descontroladas e inesperadas para la corriente de rayo.
En otro aspecto de la presente invención, dicha unidad y preferentemente la placa de conexión intermedia comprende un número de orificios de tornillo pasantes. Por lo tanto se asegura que la unidad permanezca en su lugar durante el período de curación de los medios adhesivos mediante el atornillado de algunos tornillos en la estructura de superficie. El período de curación puede ser de muchas horas o incluso días cuando se usa resina epoxi de dos componentes y la superficie relevante de la pala de turbina eólica puede colocarse verticalmente durante el proceso de conexión.
En un aspecto adicional de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia comprende una o más marcas de línea central. Por lo tanto es posible alinear la placa durante la unión a la pala.
En un aspecto aún más de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia comprende al menos dos conjuntos de plataformas de unión, cada conjunto capaz de sujetar las placas de unión de los medios sensores ópticos. Por lo tanto es fácil modernizar un nuevo medio sensor óptico rompiendo el antiguo incluyendo las dos placas o plataformas de unión en un conjunto. El nuevo medio sensor óptico se une a dos plataformas de unión en un conjunto restante.
En un aspecto aún más de la presente invención, dicha placa de conexión intermedia y medio sensor óptico se conectan en una manera de transferencia de tensión, por ejemplo mediante la adhesión de placas de unión de sensor a plataformas de unión de placa.
De acuerdo con las reivindicaciones 16 y 17, la invención se refiere además incluso a los usos de una unidad sensora de bloque montada en una pala de turbina eólica para detectar la tensión de flexión en la dirección de la aleta en la pala o como unidad para el montaje complementario en una pala de turbina eólica. La posibilidad de montaje complementario de unidades sensoras de bloque en palas de turbina eólica existentes es especialmente ventajosamente como una actualización o mejora de la detección de tensión en las palas, por ejemplo debido a la tensión de flexión en la dirección de la aleta.
La invención se describirá a continuación con referencia a las figuras en las que
la Figura 1 ilustra una vista delantera de una turbina eólica moderna grande,
la Figura 2 ilustra esquemáticamente la colocación de medios sensores ópticos en la superficie interior de la pala de turbina eólica,
la Figura 3 ilustra en una vista despiezada los diferentes elementos de un sensor óptico en una realización preferente de acuerdo con la invención,
las Figuras 4a a 4d ilustran la placa de conexión intermedia de acuerdo con la invención vista desde diferentes posiciones y en vista en perspectiva, y
las Figuras 5a y 5b ilustran la placa de conexión intermedia de acuerdo con la invención colocada en la superficie interior de una pala de turbina eólica.
Descripción detallada
La Figura 1 ilustra una vista delantera de una turbina eólica moderna 1 con una torre 2 colocada sobre unos cimientos 8. Una góndola 3 de turbina eólica y un buje 4 se colocan sobre la torre.
El rotor de turbina eólica 6, que comprende al menos una pala tal como dos o tres palas de turbina eólica 5 como se ilustra, se conecta al buje eólico 4 a través de mecanismos de paso 7. Cada mecanismo de paso incluye un cojinete de pala y medios de accionamiento de paso que permiten el cabeceo de la pala.
La Figura 2 ilustra esquemáticamente la colocación de un sensor óptico 12 dentro de una pala de turbina eólica.
La sección de figura ampliada ilustra que el sensor óptico se coloca en proximidad de la raíz de la pala sobre una primera estructura de superficie interior 9 de la pala. El sensor también se coloca a una distancia desde los bordes delantero y trasero 11 de la pala, por ejemplo en el centro entre ellos para detectar la tensión de flexión en la dirección de la aleta.
El sensor se conecta a medios receptores externos a través de un cable de fibra óptica 13 tal como un sistema de control y monitorización en la turbina eólica o en un centro de control remoto para parques eólicos o redes eléctricas.
La Figura 3 ilustra en una vista despiezada los diferentes elementos de un sensor óptico en una realización preferente de acuerdo con la invención.
Los diferentes elementos establecen una unidad sensora de bloque 26 que incluye medios sensores ópticos 14, un cable de fibra óptica 15, una placa de conexión intermedia 16, una placa de cubierta inferior 17 y una cubierta de protección 18. La placa de conexión intermedia, la placa inferior y la cubierta de protección establecen un alojamiento que encierra totalmente los medios sensores que incluyen bucles que se extienden más allá de los lados de la placa de conexión intermedia 16.
El medio sensor ilustrado comprende tres fibras ópticas que forman tres bucles en los que cada fibra de bucle entra en un armazón de conexión del medio sensor óptico 14. Una única fibra de bucle entra en un extremo del armazón y las otras dos fibras de bucle entran en el extremo opuesto del armazón donde las dos fibras se alinean horizontalmente y se colocan cerca entre sí. Desde la parte inferior de cada lado del armazón se extiende una placa de unión en dirección opuesta.
El único extremo de fibra se orienta hacia los extremos de las dos fibras opuestas en una zona de transición. El medio sensor 14 incluye medios de emisión de luz (el único extremo de fibra) y medios de recepción de luz (los extremos de las dos fibras opuestas).
El armazón de conexión se divide en dos secciones desplazables que comprenden bien los medios de emisión de luz o los medios de recepción de luz. Las secciones son desplazables en la zona de transición en relación una con otra mediante fuerzas desde los lados tal como tensión transferida desde las placas de unión 31.
Los medios de emisión de luz se desplazan en relación con los dos extremos de fibra de los medios de recepción de luz cuando la tensión tira y/o arrastra en las placas de unión 31. Por tanto, la cantidad de luz que recibe cada extremo de las dos fibras cambiará, es decir, sin cambio de tensión: una relación de cantidad de luz - cambio de tensión: un extremo se incrementa y un extremo disminuye en cantidad de luz.
Las placas de unión de los medios sensores ópticos 14 se conectan adhesivamente a una primera y segunda área de unión de la placa de conexión intermedia 16 en uno de los tres conjuntos de plataformas de unión 29 para las placas de unión 31 de los medios sensores ópticos 14.
Las placas o plataformas pueden por ejemplo, en una realización de la invención, solo unirse al sensor o placa de conexión intermedia con un área de uso de material reducido o como una forma de “aletas”.
Los medios sensores ópticos 14 continúan en un cable óptico 15 que comprende una funda de cable de protección.
En una realización preferente los elementos de la unidad sensora de bloque 26 pueden comprender los siguientes datos.
Placa de conexión intermedia 16
material GRP
longitud 250 a 500 milímetros
anchura 100 a 200 milímetros
espesor menos de 15 milímetros
módulo de elasticidad aproximadamente 11
GigaPascales
Los medios adhesivos 27
material resina epoxi de dos componentes
tiempo de curación 12 horas a 20 °C (para prepararse para el uso)
Las Figuras 4a a 4d ilustran la placa de conexión intermedia 16 de acuerdo con la invención vista desde diferentes posiciones en una vista en perspectiva.
La Figura 4a ilustra la placa de conexión intermedia 16 vista desde arriba. La presente realización de la placa es una placa de cuatro lados con un área central para los medios sensores ópticos y un área con una forma ahusada hacia los límites de la placa. El área central incluye una primera y segunda área de unión 19, 21 para los medios sensores ópticos y un área de indentación 20 para el armazón de conexión de los medios sensores ópticos. Además, el área central incluye orificios de montaje pasantes 24 en cada esquina. Los orificios y un número de tornillos atornillados en la superficie de pala interior pueden usarse para mantener la placa en su lugar después de adherirse a la superficie de pala interior con medios adhesivos.
La Figura 4b ilustra una vista lateral en sección transversal A-A a través de la placa de conexión intermedia 16. La figura ilustra además la forma ahusada hacia los límites de la placa, por ejemplo estableciendo una forma triangular y por tanto dando a la placa de conexión intermedia un tronco de una forma de pirámide.
La Figura 4c ilustra la placa de conexión intermedia 16 de acuerdo con la invención vista desde el frente.
La figura ilustra especialmente los dos lados de superficie de la placa de conexión intermedia 16: un lado de superficie 22b que incluye un área para la conexión con una estructura de superficie de pala 9 y el otro lado 22a que incluye un área para la conexión con los medios sensores ópticos 14.
La Figura 4d ilustra la placa de conexión intermedia 16 de acuerdo con la invención en una vista en perspectiva.
Las Figuras 5a y 5b ilustran una realización preferente de la placa de conexión intermedia 16 de acuerdo con la invención. La placa está en ambas figuras ilustrada como colocada sobre la superficie interior 9 de la pala de turbina eólica.
La Figura 5a ilustra una vista en sección transversal lateral a través de la placa de conexión intermedia 16 y la pala en la superficie interior 9. La vista transversal ilustra especialmente la forma y posición de las primeras y segundas áreas de unión 19, 21 para los medios sensores ópticos. Las primeras y segundas áreas de unión 19, 21 se colocan sobre el lado opuesto del área de indentación 20 en la placa de conexión intermedia 16. Además, la figura indica los medios adhesivos 27 que adhieren la placa de conexión intermedia 16 a la superficie de pala interior 9 y los tornillos de montaje 28 que mantienen la placa en su lugar durante el proceso de curación.
Incluso adicionalmente, la doble flecha ilustra esquemáticamente los movimientos de flexión en la dirección de la aleta de la pala que se transfieren a la unidad sensora de bloque a medida que la tensión tira y/o arrastra en las placas de unión de los medios sensores ópticos.
La Figura 5b ilustra la placa de conexión intermedia 16 de acuerdo con la invención en una vista en perspectiva y colocada en una sección de la superficie de pala interior 9.
La invención descrita se ha ejemplificado antes en referencia a ejemplos específicos de la placa de conexión intermedia y los medios sensores ópticos. Sin embargo, debe entenderse que la invención no se limita a los ejemplos particulares sino que puede diseñarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invención como se especifica en las reivindicaciones, por ejemplo con diferentes elecciones de material de placa o diferentes tipos de sensores ópticos.
Lista de referencias
tn los dibujos, los siguientes números de referencia se refieren a:
1. Turbina eólica
2. Torre de turbina eólica
3. Góndola de turbina eólica
4. Buje de turbina eólica
5. Pala de turbina eólica
6. Rotor de turbina eólica con al menos una pala
7. Mecanismo de paso de pala
8. Cimientos de turbina eólica
9. Primera estructura de superficie de pala interior
10. Segunda superficie de pala interior
11. Borde trasero o delantero de la pala
12. Sensor óptico para detectar carga en la pala
13. Cable de fibra óptica que conecta el sensor con un medio receptor externo
14. Medios sensores ópticos
15. Cable de fibra óptica
16. Placa de conexión intermedia
17. Placa de cubierta inferior
18. Cubierta de protección
19. Primer área de unión para los medios sensores ópticos
20. Área de indentación para el armazón de conexión de los medios sensores ópticos
21. Segunda área de unión para los medios sensores ópticos
22a. Lado sensor de la placa de conexión intermedia
22b. Lado de superficie de pala de la placa de conexión intermedia
23. Forma ahusada en los límites de la placa
24. Orificios de montaje
25. Los límites de la placa
26. Unidad sensora de bloque para montaje en una pala de turbina eólica
27. Medios adhesivos
28. Tornillo de montaje
29. Tres conjuntos de plataformas de unión para sujetar las placas de unión de los medios sensores ópticos 30. Marcas de línea central sobre la placa de conexión intermedia
31. Placas de unión de los medios sensores ópticos

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Pala de turbina eólica (5) con medios de detección de tensión, comprendiendo dicha pala
una estructura de superficie (9),
una unidad sensora de bloque (26) que incluye
medios sensores ópticos (14) para detectar tensión en la pala, caracterizada por que dicha pala comprende además una placa de conexión intermedia (16) colocada entre dichos medios sensores ópticos (14) y dicha estructura de superficie (9),
donde dicha placa de conexión intermedia (16) se conecta adhesivamente a dicha estructura de superficie (9) y se conecta a dichos medios sensores ópticos (14),
donde el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia (16) es similar a o menor que el módulo de elasticidad de dicha estructura de superficie (9), y
donde dichos medios sensores ópticos (14) incluyen medios de emisión de luz y medios de recepción de luz que en una zona de transición son desplazables en relación unos con otros.
2. Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia (16) está entre 5 y 15 GigaPascales, por ejemplo aproximadamente 11 GPa.
3. Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 donde dicho módulo de elasticidad para dicha placa de conexión intermedia (16) es sustancialmente igual que la estructura de superficie de pala (9) que se fabrica en un material de pala tal como plástico reforzado con vidrio.
4. Pala de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde dicha placa de conexión intermedia (16) se fabrica con una forma ahusada en los límites de la placa (25).
5. Pala de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde dicha placa de conexión intermedia (16) se fabrica con un área plana en un lado para la conexión con los medios sensores ópticos (14).
6. Pala de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde dicha placa de conexión intermedia (16) se fabrica con un área indentada (20) en un lado para la conexión con los medios sensores ópticos (14).
7. Pala de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde dicha placa de conexión intermedia (16) se adhiere a la estructura de superficie de pala con medios adhesivos (27) que comprenden un módulo de elasticidad similar a o menor que el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia (16), por ejemplo epoxi de dos componentes.
8. Turbina eólica (1) que comprende al menos dos palas de turbina eólica (5) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Unidad sensora de bloque (26) para montaje en una pala de turbina eólica (5), comprendiendo dicha unidad medios sensores ópticos (14) para detectar tensión en la pala de turbina eólica, y preferentemente una cubierta de protección (18) que protege los medios sensores ópticos,
caracterizada por que dicha unidad comprende una placa de conexión intermedia (16),
por que
dicha placa de conexión intermedia (16) en un lado incluye un área para la conexión con una estructura de superficie de pala (22b) y en el otro lado incluye un área para la conexión con los medios sensores ópticos (22a), y por que
el módulo de elasticidad de dicha placa de conexión intermedia (16) es similar a o menor que el módulo de elasticidad de la estructura de superficie en la que la unidad sensora de bloque (26) debe montarse, y
por que
los medios sensores ópticos incluyen medios de emisión de luz y medios de recepción de luz que en una zona de transición son desplazables en relación unos con otros.
10. Unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con la reivindicación 9 donde dicha unidad, o al menos dicha placa de conexión intermedia (16), medios sensores ópticos (14) para detectar tensión en la pala de turbina eólica, y la cubierta de protección (18) que protege los medios sensores, se fabrica en un material eléctricamente no conductor.
11. Unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 donde dicha unidad y preferentemente la placa de conexión intermedia (16) comprende un número de orificios de tornillo pasantes (24).
12. Unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 donde dicha placa de conexión intermedia (16) comprende una o más marcas de línea central (30).
13. Unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 donde dicha placa de conexión intermedia (16) comprende al menos dos conjuntos de plataformas de unión (29), cada conjunto capaz de sujetarlas placas de unión (31) de los medios sensores ópticos (14).
14. Unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 donde dicha placa de conexión intermedia (16) y los medios sensores ópticos (14) se conectan en una manera de transferencia de tensión, por ejemplo adhiriendo placas de unión de sensor (31) a plataformas de unión de placa (29).
15. Uso de una unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14 montada en una pala de turbina eólica (5) para detectar tensión de flexión en la dirección de la aleta en la pala.
16. Uso de una unidad sensora de bloque (26) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14 como una unidad para el montaje complementario en una pala de turbina eólica.
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