ES2861585T3

ES2861585T3 - Pala de turbina eólica con transición de fibra mejorada

Info

Publication number: ES2861585T3
Application number: ES15702241T
Authority: ES
Inventors: Jeppe Bjørn Jørgensen; Casper Kildegaard; Klavs Jespersen
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US20160341178A1; CN106457719B; CN106457719A; US10330074B2; MX2016009455A; WO2015114100A1; BR112016017579B1; EP3099477B1; EP3099477A1; MX382577B; PT3099477T

Abstract

Una pala (10) de turbina eólica que tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta, - en donde la pala (10) de turbina eólica comprende al menos un componente de pala de turbina eólica hecho de material compuesto fibroso y que comprende fibras de refuerzo de un primer tipo de refuerzo que tienen un primer módulo elástico, y un segundo tipo de fibras de refuerzo y un segundo módulo elástico, - en donde el componente de pala de turbina eólica comprende un espesor entre una primera superficie (172) y una segunda superficie (182), - en donde la proporción entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo cambia gradualmente en una primera dirección de la pala de turbina eólica de modo que el módulo elástico cambia gradualmente en dicha primera dirección, - en donde dicho cambio gradual en la primera dirección es proporcionado por: - una primera sección de espesor, donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un primer límite (175) común entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la primera superficie (172) del componente de pala de turbina eólica en la primera dirección, y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la segunda superficie (182) del componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y - una segunda sección de espesor, donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un segundo límite (185) común entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la segunda superficie (182) del componente de turbina eólica en la primera dirección y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la primera superficie (172) del componente de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y - en donde el primer tipo de fibras y el segundo tipo de fibras son dos tipos de fibras de refuerzo y J Z están embebidas en una matriz de polímero común.

Description

DESCRIPCIÓN

Pala de turbina eólica con transición de fibra mejorada

La presente invención se refiere a un método de fabricación de una pala de turbina eólica y productos intermedios de una pala de turbina eólica. La invención se refiere además a una pala de turbina eólica y productos intermedios de la pala de turbina eólica.

Antecedentes de la invención

Las palas de las turbinas eólicas a menudo se fabrican según uno de dos diseños de construcción, concretamente, un diseño en el que una carcasa aerodinámica delgada se pega a una viga de mástil, o un diseño donde las tapas de mástil, también llamadas laminados principales, se integran en la carcasa aerodinámica.

En el primer diseño, la viga de mástil constituye la estructura portante de carga de la pala. La viga de mástil, así como la carcasa aerodinámica o las partes de la carcasa se fabrican por separado. La carcasa aerodinámica se fabrica a menudo como dos partes de carcasa, normalmente como una parte de la carcasa del lado de presión y una parte de la carcasa del lado de succión. Las dos partes de carcasa están pegadas o conectadas de otro modo a la viga del mástil y adicionalmente pegadas entre sí a lo largo de un borde de ataque y un borde de salida de las partes de carcasa. Este diseño tiene la ventaja de que la estructura portante de carga crítica puede fabricarse por separado y, por lo tanto, es más fácil de controlar. Adicionalmente, este diseño permite varios métodos de fabricación diferentes para producir la viga, tales como moldeo y bobinado de filamentos.

En el segundo diseño, las tapas de mástil o laminados principales están integrados en la carcasa y se moldean junto con la carcasa aerodinámica. Los laminados principales comprenden normalmente un gran número de capas de fibra en comparación con el resto de la pala y pueden formar un engrosamiento local de la carcasa de la turbina eólica, al menos con respecto al número de capas de fibra. Por lo tanto, el laminado principal puede formar una inserción de fibra en la pala. En este diseño, los laminados principales constituyen la estructura portante de carga. Las carcasas de las palas se diseñan normalmente con un primer laminado principal integrado en la parte de la carcasa del lado de presión y un segundo laminado principal integrado en la parte de la carcasa del lado de succión. El primer laminado principal y el segundo laminado principal están conectados normalmente a través de una o más redes de cizallamiento, que por ejemplo pueden tener forma de C o de I. Para palas muy largas, las carcasas de pala más a lo largo de al menos una parte de la extensión longitudinal comprenden un primer laminado principal adicional en la carcasa del lado de presión y un segundo laminado principal adicional en la carcasa del lado de succión. Estos laminados principales adicionales también pueden conectarse a través de una o más redes de cizallamiento. Este diseño tiene la ventaja de que es más fácil controlar la forma aerodinámica de la pala mediante el moldeado de la parte de la carcasa de la pala.

La infusión al vacío o VARTM (moldeo por transferencia de resina asistida por vacío) es un método que se emplea normalmente para fabricar estructuras compuestas, tales como palas de turbinas eólicas que comprenden un material de matriz reforzada con fibra.

Durante el proceso de llenado del molde, se genera un vacío, entendiéndose dicho vacío en este contexto como una presión baja o negativa, a través de salidas de vacío en la cavidad del molde, por lo que el polímero líquido se introduce en la cavidad del molde a través de los canales de entrada para llenar dicha cavidad del molde. Desde los canales de entrada, el polímero se dispersa en todas las direcciones en la cavidad del molde debido a la presión negativa a medida que un frente de flujo se mueve hacia los canales de vacío. Por lo tanto, es importante posicionar los canales de entrada y los canales de vacío de manera óptima para obtener un llenado completo de la cavidad del molde. Sin embargo, a menudo es difícil garantizar una distribución completa del polímero en toda la cavidad del molde y, por consiguiente, esto a menudo da como resultado los denominados puntos secos, es decir, áreas con material de fibra que no están suficientemente impregnadas con resina. Por lo tanto, los puntos secos son zonas en las que el material de fibra no está impregnado y donde puede haber bolsas de aire, que son difíciles o imposibles de eliminar controlando la presión de vacío y una posible sobrepresión en el lado de entrada. En las técnicas de infusión al vacío que emplean una parte de molde rígida y una parte de molde elástica en forma de bolsa de vacío, los puntos secos pueden repararse después del proceso de llenado del molde perforando la bolsa en la ubicación respectiva y extrayendo aire, por ejemplo. por medio de una aguja de jeringa. Opcionalmente, el polímero líquido se puede inyectar en la ubicación respectiva, y esto se puede hacer, por ejemplo, también mediante una aguja de jeringa. Este es un proceso tedioso y que requiere mucho tiempo. En el caso de partes de molde grandes, el personal debe detenerse sobre la bolsa de vacío. Esto no es deseable, especialmente cuando el polímero no se ha endurecido, ya que puede dar como resultado deformaciones en el material de fibra insertado y, por lo tanto, en un debilitamiento local de la estructura, lo que puede provocar, por ejemplo, efectos de pandeo.

En la mayoría de los casos, el polímero o la resina aplicados es poliéster, éster de vinilo o epoxi, pero también puede ser PUR o pDCPD, y el refuerzo de fibra se basa más a menudo en fibras de vidrio o fibras de carbono. Los epóxidos tienen ventajas con respecto a diversas propiedades, tal como la contracción durante el curado (que en algunas circunstancias puede conducir a menos arrugas en el laminado), propiedades eléctricas y resistencia mecánica y a la resistencia a fatiga. Los poliéster y éster de vinilo tienen la ventaja de que proporcionan mejores propiedades de unión a los recubrimientos de gel. De este modo, se puede aplicar un recubrimiento de gel a la superficie exterior de la carcasa durante la fabricación de la carcasa aplicando un recubrimiento de gel al molde antes de que el material de refuerzo de fibra se disponga en el molde. Por lo tanto, se pueden evitar diversas operaciones posteriores al moldeo, como pintar la pala. Además, los poliésteres y éster de vinilo son más baratos que los epoxis. En consecuencia, el proceso de fabricación puede simplificarse y los costes pueden reducirse.

A menudo, las estructuras compuestas comprenden un material de núcleo cubierto con un material reforzado con fibra, tal como una o más capas de polímero reforzado con fibra. El material del núcleo se puede usar como un espaciador entre tales capas para formar una estructura multicapa y normalmente está hecho de un material rígido y ligero para reducir el peso de la estructura compuesta. Para garantizar una distribución eficiente de la resina líquida durante el proceso de impregnación, el material del núcleo puede estar provisto de una red de distribución de resina, por ejemplo, proporcionando canales o ranuras en la superficie del material del núcleo.

Como, por ejemplo, las palas de las turbinas eólicas se han vuelto cada vez más grandes con el paso del tiempo y ahora pueden tener más de 70 metros de largo, el tiempo de impregnación relacionado con la fabricación de dichas palas ha aumentado, ya que se debe impregnar más material de fibra con polímero. Además, el proceso de infusión se ha vuelto más complicado, ya que la impregnación de elementos de carcasa grandes, tales como palas, requiere el control de los frentes de flujo para evitar puntos secos, dicho control puede, p. ej. incluir un control en función del tiempo de los canales de entrada y los canales de vacío. Esto aumenta el tiempo necesario para introducir o inyectar polímero. Como resultado, el polímero tiene que permanecer líquido durante más tiempo, lo que normalmente también da como resultado un aumento del tiempo de curado.

El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un método de fabricación que es similar al VARTM. En el RTM, la resina líquida no se introduce en la cavidad del molde debido al vacío generado en la cavidad del molde. En su lugar, la resina líquida se fuerza a la cavidad del molde mediante una sobrepresión en el lado de entrada.

El moldeo preimpregnado es un método en el que las fibras de refuerzo se impregnan previamente con una resina pre catalizada. La resina es normalmente sólida o casi sólida a temperatura ambiente. Los preimpregnados están dispuestos a mano o a máquina sobre la superficie de un molde, se embolsan al vacío y después se calientan a una temperatura en la que se permite que la resina refluya y finalmente se cure. Este método tiene la principal ventaja de que el contenido de resina en el material de fibra se establece con precisión de antemano. Los preimpregnados son fáciles y limpios de trabajar y hacen viable la automatización y el ahorro de mano de obra. La desventaja de los preimpregnados es que el coste del material es más alto que el de las fibras no impregnadas. Además, el material del núcleo debe estar hecho de un material que sea capaz de soportar las temperaturas del proceso necesarias para llevar la resina a reflujo. El moldeado preimpregnado se puede usar tanto en conexión con un proceso RTM como VARTM.

Adicionalmente, es posible fabricar molduras huecas en una pieza mediante el uso de partes de molde exteriores y un núcleo de molde. Tal método se describe, por ejemplo, en el documento EP 1310351 y se puede combinar fácilmente con RTM, VARTM y moldeo preimpregnado.

Adicionalmente, se conoce la fabricación de palas con dos o más tipos diferentes de material de fibra. El documento WO 2003/078832 describe una pala de turbina eólica de polímero reforzado con fibra que incluye fibras de refuerzo de un primer tipo, como fibras de vidrio, de una primera rigidez y un segundo tipo de fibras, como fibras de carbono, de diferente rigidez. En una región de transición entre los dos tipos de fibras, la relación cuantitativa de los dos tipos de fibras varía continuamente en la dirección longitudinal de la pala. En una realización preferida descrita, el laminado comprende una pluralidad de capas, y los límites entre las capas que tienen los primeros tipos de fibras y las capas que tienen los segundos tipos de fibras se desplazan mutuamente en la dirección longitudinal de la pala de modo que se logra una transición ahusada escalonada. Sin embargo, se ha constatado que tal transición no es mecánicamente fuerte. Para compensar las concentraciones de tensión cuando se usan fibras de refuerzo con diferente módulo E en compuestos, es posible proporcionar un engrosamiento local en el área de transición entre las dos fibras diferentes y, por lo tanto, limitar el riesgo de fallo debido a concentraciones de tensión. Sin embargo, un inconveniente de tal solución es el aumento de peso debido al mayor uso de fibras, p. ej. fibras de vidrio, en la zona de transición entre las fibras de vidrio y las fibras de carbono.

El documento US 2012/0009070 describe un método de preparación de un miembro de carcasa de pala de turbina eólica mediante el uso de material precurado laminado reforzado con fibras. En una realización, se describe un proceso de infusión por etapas, en el que se infunden capas individuales en secuencia.

El documento WO 2012/149939 describe un método para preparar un laminado compuesto híbrido de capas de material reforzado con fibras de diferentes viscosidades de resina, donde las primeras capas se preimpregnan con una primera resina que tiene una primera viscosidad y las segundas capas se impregnan con una resina de una segunda viscosidad.

El documento WO 2013/010979 describe una pala de turbina eólica que tiene diferentes tipos de fibras con una transición a modo de bisel entre los diferentes tipos de fibras.

El documento US 2012/0082558 describe una pala de turbina eólica modular, donde las partes se unen entre sí a lo largo de líneas de unión. En una realización, las líneas de unión se forman como juntas de doble bisel.

Además, se conoce por el documento WO 2013/113817 para fabricar una parte de la carcasa de la pala en un sistema de moldeo y transferir las partes de carcasa de la pala curadas a una estación de posmoldeo que comprende cunas para transportar las partes de la carcasa curadas para un tratamiento adicional, como pegar las partes de la carcasa para formar la carcasa aerodinámica de pala de turbina eólica terminada. El método garantiza que el tiempo del ciclo del molde se mantenga lo más corto posible, lo que permite un uso máximo efectivo del molde. El método es particularmente adecuado para palas que tienen una longitud de 40 a 50 metros, ya que el proceso de colocación para palas de tal longitud tarda aproximadamente un tercio del tiempo total de producción, que comprende ensamblaje de laminado, infusión y posmoldeo y otras operaciones posmoldeo. Esto permite un proceso de fabricación continuo, donde el sistema de moldeo y el sistema de posmoldeo se utilizan en todo momento. Sin embargo, para palas más largas, como palas que tienen una longitud de 60 a 80 metros o incluso más, el tiempo de laminado tarda una parte mucho mayor del tiempo total de producción, por lo que el sistema de posmoldeo tiene mucho tiempo de inactividad.

Es un objeto de la invención obtener parcialmente un nuevo diseño de palas y productos intermedios de este diseño, así como un nuevo método para fabricar tales palas de turbina eólica y productos intermedios, y que supere o mejore al menos una de las desventajas de la técnica anterior o que proporciona una alternativa útil.

Compendio de la invención

Según un aspecto, la invención proporciona, según la reivindicación 1, una pala de turbina eólica que tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta, en donde la pala de turbina eólica comprende al menos un componente de pala de turbina eólica hecho de material compuesto fibroso y que comprende fibras de refuerzo de un primer tipo de refuerzo que tienen un primer módulo elástico, y un segundo tipo de fibras de refuerzo y un segundo módulo elástico, en donde el componente de pala de turbina eólica comprende un espesor entre una primera superficie y una segunda superficie, en donde la proporción entre el primera tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo fibras de refuerzo cambia gradualmente en una primera dirección de la pala de turbina eólica de modo que el módulo elástico cambia gradualmente en dicha primera dirección, en donde dicho cambio gradual en la primera dirección es proporcionado por: una primera sección de espesor , donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un primer límite común se ahúsan hacia la primera superficie del componente de pala de turbina eólica en la primera dirección, y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la segunda superficie del componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y una segunda sección de espesor, donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un segundo límite común se ahúsa hacia la segunda superficie del componente de la turbina eólica en la primera dirección, y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la primera superficie del componente de la turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y en donde el primer tipo de fibras y el segundo tipo de fibras están embebidas en una matriz de polímero común.

Por consiguiente, se ve que la transición gradual es proporcionada por una sección combinada de espesor doble ahusado con fibras de refuerzo del primer tipo intercaladas entre fibras de refuerzo del segundo tipo o viceversa. Aunque esto aumenta la complejidad del procedimiento de colocación de fibras, esta realización proporciona una transición de rigidez más fuerte del componente de turbina eólica entre los dos tipos de fibras, y además la transición puede ser más corta que los componentes de turbina eólica de la técnica anterior que tienen una única sección ahusada. Además, está claro que el doble ahusamiento se proporciona durante la colocación y que el material de refuerzo se impregna con una resina de polímero y después se cura o endurece de modo que los dos tipos de fibras de refuerzo se embeben en una matriz de polímero común. Esto tiene la ventaja de reducir las concentraciones de tensión y, en particular, la tasa de liberación de energía en el límite común entre los dos tipos de fibra, especialmente en comparación con las partes unidas en una línea de unión.

Ventajosamente, el primer límite común y el segundo límite común convergen en la primera dirección o en una dirección opuesta a la primera dirección, más ventajosamente en la dirección opuesta a la primera dirección.

Preferiblemente, la primera dirección es la dirección longitudinal de la pala. Por consiguiente, se ve que la transición de rigidez gradual se proporciona en la dirección longitudinal de la pala. Normalmente, el tipo de fibra con el módulo E más alto está dispuesto en el exterior más cerca de la punta, y el tipo de fibra con el módulo E más bajo está dispuesto en el interior más cerca de la raíz. Sin embargo, en realizaciones que emplean una transición de fibras de vidrio a fibras de carbono, el extremo de punta se puede reforzar con fibras de vidrio solo por razones de protección contra rayos. Por consiguiente, la pala puede tener una segunda transición de fibras de carbono a fibras de vidrio cerca del extremo de punta.

Según una realización ventajosa, la primera sección de espesor y la segunda sección de espesor tienen un límite de superficie común entre la primera superficie y la segunda superficie del componente de pala de turbina eólica. Por lo tanto, se ve que las dos secciones de espesor están superpuestas una encima de la otra.

Ventajosamente, las secciones ahusadas de la primera sección de espesor y el segundo espesor coinciden en el límite de superficie común. En otras palabras, las dos secciones ahusadas formadas por los dos límites comunes convergen en un punto de vértice común.

En una realización, la primera sección de espesor y/o la segunda sección de espesor comprende un ahusamiento escalonado entre capas que comprenden el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo. Por consiguiente, se ve que la transición gradual a través del procedimiento de colocación se proporciona como una transición similar a una junta de doble traslape entre los dos tipos de fibras.

Sin embargo, en una segunda realización preferida, la primera sección de espesor y/o la segunda sección de espesor comprende un ahusamiento continuo entre capas que comprenden el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo. Por consiguiente, se ve que la transición gradual a través del procedimiento de colocación se proporciona como una transición similar a una unión de doble bisel entre los dos tipos de fibras. Además, está claro que las capas individuales que comprenden fibras necesitan ahusarse en las secciones de los extremos de las mismas.

Preferiblemente, el componente de turbina eólica es una estructura portante de carga, tal como un mástil o una tapa de mástil.

Según una realización ventajosa, el primer tipo de fibras de refuerzo son fibras de vidrio. El segundo tipo de fibras de refuerzo pueden ser, por ejemplo, fibras de carbono o un híbrido de fibras de carbono y fibras de vidrio.

En una realización, el componente de pala de turbina eólica comprende una primera sección, en donde el material compuesto fibroso está reforzado principalmente por las fibras de refuerzo de primer tipo, y una segunda sección, en donde el material compuesto fibroso está reforzado principalmente por el segundo tipo de fibras de refuerzo, y en donde el cambio gradual está dispuesto entre la primera sección y la segunda sección.

El primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo están preferiblemente dispuestas de modo que el primer tipo de fibras de refuerzo estén ubicadas lo más cerca del extremo de raíz de la pala de turbina eólica y el segundo tipo de fibras de refuerzo estén ubicadas lo más cerca del extremo de punta de la pala, de modo que el módulo elástico aumenta hacia la punta.

En otra realización ventajosa, la pala de turbina eólica comprende además una transición gradual que comprende una sección ahusada entre el primer tipo de fibras de refuerzo y las fibras de refuerzo del tercer tipo embebidas en una matriz de polímero adicional, diferente de la matriz de polímero común. El refuerzo de tercer tipo puede ser, por ejemplo, fibras de vidrio.

La matriz de polímero común puede ser ventajosamente un éster de vinilo o epoxi endurecido o curado. La matriz de polímero adicional puede ser un poliéster endurecido o curado. En consecuencia, es posible prefabricar una primera parte con menor resistencia y rigidez usando material más barato y fabricando la parte portadora de carga con fibras más rígidas y una matriz más resistente.

Ventajosamente, el componente que comprende las fibras de refuerzo del tercer tipo embebidas en la matriz de polímero adicional comprende un laminado de extremo de raíz. Por consiguiente, la transición al primer tipo de fibras puede establecerse entre el laminado del extremo de raíz y la tapa del mástil de la pala de turbina eólica. El componente que comprende las fibras del tercer tipo puede comprender adicionalmente una parte de la carcasa aerodinámica de la pala de turbina eólica. La tapa del mástil se puede adherir, p. ej., a través de la matriz de polímero común, a la carcasa aerodinámica.

En el mismo aspecto, la invención también proporciona, según la reivindicación 14, un método de fabricación de un componente de pala de turbina eólica de una pala de turbina eólica que tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta, en donde el componente de pala de turbina eólica comprende un espesor entre una primera superficie y una segunda superficie, en donde el método comprende las etapas de:

a) construir una primera sección de espesor mediante:

i) disponer varias primeras capas de fibras comprendiendo fibras de refuerzo de un primer tipo, y

ii) disponer varias segundas capas de fibras comprendiendo fibras de refuerzo de un segundo tipo, en donde

las primeras capas y las segundas capas están dispuestas de modo que las primeras capas de fibras a lo largo de un primer límite común se ahúsan hacia la primera superficie del componente de pala de la turbina eólica en una primera dirección, y las segundas capas de fibras se ahúsan hacia la segunda superficie de la componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

b) construir una segunda sección de espesor mediante:

i) disponer varias primeras capas de fibras adicionales que comprenden fibras de refuerzo del primer tipo, y

ii) disponer varias segundas capas de fibras adicionales que comprenden fibras de refuerzo del segundo tipo, en donde

las primeras capas de fibras adicionales y las segundas capas de fibras adicionales están dispuestas de modo que las primeras capas de fibras adicionales a lo largo de un segundo límite común se ahúsan hacia la segunda superficie del componente de pala de turbina eólica en la primera dirección, y las segundas capas de fibras adicionales se ahúsan hacia la primera superficie del componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

c) suministrar una resina de polímero común a la primera sección de espesor y la segunda sección de espesor, y

d) curar o endurecer la resina de polímero común para embeber el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo en una matriz de polímero común.

Por consiguiente, se proporciona una transición gradual mediante un doble ahusamiento con fibras de refuerzo del primer tipo intercaladas entre fibras de refuerzo del segundo tipo o viceversa. Aunque esto aumenta la complejidad del procedimiento de colocación de fibras, esta realización proporciona una transición de rigidez más fuerte del componente de turbina eólica, ya que los dos tipos de fibras de refuerzo y el límite entre las fibras están embebidos en la misma matriz de polímero. Además, la transición puede ser más corta que los componentes de turbinas eólicas de la técnica anterior que tienen una única sección ahusada.

La resina de polímero se puede suministrar simultáneamente con las etapas a) y b), p.ej., a través de preimpregnados. Sin embargo, ventajosamente, las capas de fibras están dispuestas en forma seca y posteriormente se suministra una resina líquida. La resina puede, por ejemplo, inyectarse mediante un método VARTm .

Preferiblemente, la primera sección de espesor comprende una pluralidad de capas de fibras, que se desplazan mutuamente en la primera dirección de la pala de turbina eólica en donde el primer límite común está formado por límites entre primeras capas de fibras primeras y segundas capas de fibras.

De manera similar, la segunda sección de espesor puede comprender una pluralidad de capas de fibra adicionales, que se desplazan mutuamente en la primera dirección de la pala de turbina eólica en donde el segundo límite común está formado por límites entre las primeras capas de fibra adicionales y las segundas capas de fibra adicionales.

Ventajosamente, los extremos de la pluralidad de capas de fibra se ahúsan en el límite común. Por consiguiente, el límite común se proporciona como un ahusamiento continuo, que proporciona la transición más fuerte. Por lo tanto, las primeras capas de fibras y las segundas capas de fibras pueden formar un límite común correspondiente a una unión de doble bisel. En una realización alternativa, los extremos de la pluralidad de capas no son ahusados. Por consiguiente, las secciones ahusadas forman juntas traslapadas, preferiblemente una junta traslapada doble.

Según otro aspecto, que no forma parte de la presente invención, se proporciona un método de fabricación de una parte de una pala de turbina eólica, comprendiendo el método las etapas de:

colocar un material de fibra primaria en un molde;

infundir dicho material de fibra primaria con una resina primaria;

curar sustancialmente dicha resina primaria en dicho material de fibra primaria para formar un elemento de pala curado;

colocar un material de fibra secundaria encima de al menos una parte de dicho elemento de pala curado;

infundir dicho material de fibra secundaria con una resina secundaria diferente a dicha resina primaria, en el que dicha resina secundaria tiene un nivel de resistencia más alto que dicha resina primaria; y

curar dicha resina secundaria en dicho material de fibra secundaria para formar una sección reforzada integrada en dicho elemento de pala curado.

Por lo tanto, se ve que la parte de la pala curada puede fabricarse primero con un material de fibra primaria y un material de matriz de resistencia relativamente baja y, por lo tanto, de acuerdo con un método de producción de costo relativamente bajo, mientras que la sección de refuerzo integrada crítica puede disponerse posteriormente con material de fibra secundaria y un material de matriz de mayor resistencia. Además, la producción de la parte de pala curada puede fabricarse con una forma especial, p. ej. con un rebaje, de modo que el material de fibra secundaria pueda disponerse más fácilmente sin arrugarse. El nivel de resistencia se refiere preferiblemente a la resistencia a la tracción.

Se observa que los dos aspectos usan términos ligeramente diferentes. Sin embargo, preferiblemente se aplica lo siguiente:

Ventajosamente, el elemento de pala curado comprende una parte de la carcasa aerodinámica de la pala. Además, el elemento de pala curado puede comprender ventajosamente un laminado de extremo de raíz. Ventajosamente, la sección reforzada integrada forma al menos una tapa de mástil o viga de mástil de la turbina eólica.

Preferiblemente, dicha resina primaria comprende una resina de resistencia relativamente baja, p. ej., poliéster.

Preferiblemente, dicha resina secundaria comprende una resina de resistencia relativamente alta, p.ej., éster de vinilo, epoxi, poliuretano, una resina híbrida.

Preferiblemente, dicha resina primaria y/o dicha resina secundaria comprenden resinas curadas a temperatura ambiente.

Preferiblemente, dicho material de fibra primaria es diferente a dicho material de fibra secundaria. Preferiblemente, dicho material de fibra secundaria comprende fibras que tienen un mayor nivel de rigidez que las fibras de dicho material de fibra primaria.

Preferiblemente, dichas fibras de dicho material de fibra secundaria tienen un módulo elástico o un nivel de rigidez al menos un 20% mayor que dichas fibras de dicho material de fibra primaria.

Preferiblemente, dichas fibras de dicho material de fibra primario tienen un módulo elástico de menos de 50.000 MPa, y en donde dichas fibras de dicho material de fibra secundario tienen un módulo elástico superior a 53.000 MPa y más preferiblemente superior a 60.000 MPa.

Preferiblemente, dicho material de fibra primaria es un material de fibra de vidrio, p. ej., E-vidrio, H-vidrio.

Preferiblemente, dicho material de fibra secundaria se selecciona de uno o más de los siguientes: H-vidrio, fibra de carbono, fibra de acero.

Se entenderá que el material de fibra secundaria se puede proporcionar como un híbrido de cualquier combinación de materiales de rigidez relativamente altas. Un híbrido de carbono y vidrio puede ser particularmente ventajoso.

Preferiblemente, el método comprende la etapa de, después de colocar dicho material de fibra primaria, aplicar una bolsa de vacío primaria sobre dicho material de fibra primaria, y en donde dicha etapa de infundir dicho material de fibra primaria con una resina primaria comprende un proceso de infusión de vacío. Por lo tanto, la parte curada de la pala puede prefabricarse en una primera etapa utilizando, por ejemplo, Moldeo por T ransferencia de Resina Asistido al Vacío (VARTM).

Preferiblemente, el método comprende la etapa de, después de curar dicha resina primaria, retirar dicha bolsa de vacío primaria antes de colocar dicho material de fibra secundaria.

Preferiblemente, el método comprende la etapa de, después de colocar dicho material de fibra secundaria, aplicar una bolsa de vacío secundaria sobre dicho material de fibra secundaria, y en donde dicha etapa de infundir dicho material de fibra secundaria con una resina secundaria comprende un proceso de infusión al vacío. Por lo tanto, la sección reforzada integrada crítica se fabrica posteriormente mediante un proceso de moldeo correspondiente.

Preferiblemente, el método comprende la etapa de, después de curar dicha resina secundaria, retirar dicha bolsa de vacío secundaria.

Preferiblemente, el método comprende la etapa de, después de curar dicha resina primaria en dicho material de fibra primaria para formar un elemento de pala curado, retirar dicho elemento de pala curado de dicho molde y transferir dicho elemento de pala curado a un soporte secundario. Dado que el material de fibra secundaria está dispuesto en la parte de la pala curada, no es necesario que la parte de la pala todavía ocupe el molde. En cambio, es posible mover la parte de la pala curada al soporte y continuar el proceso de colocación allí. Esto puede ser particularmente relevante, si la parte curada de la pala, por ejemplo, forma parte de la carcasa aerodinámica de la pala. Por lo tanto, el tiempo de moldeado puede reducirse, lo que puede incrementar el rendimiento de la instalación de fabricación. Esto es particularmente relevante para palas relativamente largas, p. ej. palas con una longitud de pala de al menos 60 metros, ya que el proceso de colocación tarda una gran parte del tiempo total de fabricación. Por consiguiente, es eficaz si parte del procedimiento de colocación y la infusión posterior pueden trasladarse al soporte secundario. El soporte secundario puede comprender un molde secundario, una mesa de soporte, una cuna de soporte, un marco, etc., p. ej., un sistema de posmoldeo como se describe en el documento WO 2013/113817.

Preferiblemente, dicha etapa de colocar dicho material de fibra primaria comprende disponer dicho material de fibra primaria en dicho molde para definir un rebaje para recibir una sección de refuerzo, y en donde dicha etapa de colocar dicho material de fibra secundaria comprende disponer dicho material de fibra secundaria en dicho rebaje. Por lo tanto, el material secundario puede disponerse dentro de dicho rebaje, lo que simplificará el procedimiento de colocación y garantizará que se obtenga una transición adecuada desde la parte de pala curada a la sección de refuerzo formada integralmente.

Preferiblemente, dichas etapas de colocación de material de fibra están dispuestas de manera que dicho elemento de pala curado comprenda al menos una parte de una carcasa de pala de turbina eólica, y dicha sección reforzada en dicho elemento de pala curado comprenda una sección laminada principal de dicha carcasa de pala de turbina eólica. Además, el elemento de pala curado puede comprender un laminado de extremo de raíz.

Preferiblemente, el método comprende la etapa de tratar una superficie de dicha al menos una parte de dicho elemento de pala curado antes de dicha etapa de colocar dicho material de fibra secundaria, en donde dicha etapa de tratamiento actúa para aumentar la unión entre dicha sección reforzada y dicha elemento de pala curado después de dicha etapa de curado de dicha resina secundaria. Esto puede mejorar la unión mecánica entre las dos partes. Preferiblemente, dicha etapa de tratamiento comprende un pulido de la superficie, una aplicación de imprimación, una aplicación de capa despegable durante la infusión (para dejar un patrón de superficie) y la aplicación de una capa de adhesión (p. ej., un tejido impregnado con una solución preimpregnada).

Adicional o alternativamente, dicha etapa de colocar dicho material de fibra secundaria comprende disponer dicho material de fibra secundaria para formar una pestaña estructural de dicho elemento de pala curado, p.ej., una pestaña adhesiva, en donde dicha etapa de curar dicho material de fibra secundaria forma una pestaña estructural reforzada de dicho elemento de pala curado.

Preferiblemente, dicha etapa de colocar dicho material de fibra secundaria para formar una pestaña estructural comprende disponer dicho material de fibra secundaria en donde se aplica un lado primario de dicho material de fibra secundaria sobre al menos una parte de dicho elemento de pala curado, en donde un extremo secundario de dicho material de fibra secundaria se encuentra libre de dicho elemento de pala curado.

Según dicho otro aspecto, también se proporciona un método de fabricación de una pala de turbina eólica:

proporcionar un primer elemento de pala; y

proporcionar un segundo elemento de pala, en donde al menos uno de dichos primer y segundo elementos de pala comprenden un elemento de pala curado que comprende una sección reforzada fabricada según el método anterior, y

ensamblar dichos elementos primero y segundo de pala para formar una pala de turbina eólica.

Además, también se proporciona una parte de una pala de turbina eólica, preferiblemente una carcasa de pala de turbina eólica, fabricada según el método anterior.

Finalmente, se proporciona una turbina eólica que tiene al menos una pala de turbina eólica fabricada según el método Está claro que la invención es particularmente adecuada para grandes estructuras. Por consiguiente, la invención se refiere preferiblemente a palas de turbina eólicas, así como a estructuras intermedias que tienen una longitud total de al menos 30 metros, 40 metros, 45 metros, 50 metros, 55 metros o 60 metros.

Descripción detallada del invento

Las realizaciones se describen a continuación, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 muestra una turbina eólica,

La Fig. 2 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica según la invención.

La Fig. 3 muestra la colocación de material de fibra para formar un elemento de pala curado.

La Fig. 4 muestra la colocación de material de fibra para formar una sección reforzada integrada en el elemento de pala curado de la Fig. 3,

La Fig. 5 muestra una sección transversal del elemento de pala curado y la sección reforzada integrada.

La Fig. 6 muestra una vista esquemática de una parte de la carcasa de la pala que comprende el elemento de pala curado y la sección reforzada integrada.

La Fig. 7 muestra una vista esquemática de la colocación de fibras de una primera sección de espesor de un componente de pala.

La Fig. 8 muestra una vista esquemática de la colocación de fibras de una segunda sección de espesor de un componente de pala, y

Las Figs. 9a-d muestran diferentes variaciones de realizaciones según la invención.

La Fig. 1 ilustra una turbina eólica convencional moderna contra el viento según el denominado "concepto danés" con una torre 4, una góndola 6 y un rotor con un árbol de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, cada una con una raíz 16 de pala lo más cercana al buje y una punta 14 de pala lo más alejada del buje 8. El rotor tiene un radio indicado como R.

La Fig. 2 muestra una vista esquemática de una primera realización de una pala 10 de turbina eólica según la invención. La pala 10 de turbina eólica tiene la forma de una pala de turbina eólica convencional y comprende una región 30 de raíz lo más cercana al buje, una región 34 perfilada o aerodinámica lo más alejada del buje y una región 32 de transición entre la región 30 de raíz y la región 34 aerodinámica. La pala 10 comprende un borde 18 de ataque que mira en la dirección de rotación de la pala 10, cuando la pala está ensamblada en el buje, y un borde 20 de salida que mira en la dirección opuesta del borde 18 de ataque.

La región 34 aerodinámica (también llamada región perfilada) tiene una forma de pala ideal o casi ideal con respecto a la generación de sustentación, mientras que la región 30 de la raíz debido a consideraciones estructurales tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica, lo que, por ejemplo, la hace más fácil y segura de montar la pala 10 en el buje. El diámetro (o la cuerda) de la región 30 de la raíz puede ser constante a lo largo de toda el área 30 de la raíz. La región 32 de transición tiene un perfil de transición que cambia gradualmente de la forma circular o elíptica de la región 30 de la raíz al perfil aerodinámico de la región 34 aerodinámica. La longitud de la cuerda de la región 32 de transición aumenta normalmente al aumentar la distancia r desde el buje. La región 34 aerodinámica tiene un perfil aerodinámico con una cuerda que se extiende entre el borde 18 de ataque y el borde 20 de salida de la pala 10. La anchura de la cuerda disminuye al aumentar la distancia r desde el buje.

Un hombro 40 de la pala 10 se define como la posición en la que la pala 10 tiene su mayor longitud de cuerda. El hombro 40 se proporciona normalmente en el límite entre la región 32 de transición y la región 34 del perfil aerodinámico.

Debería señalarse que las cuerdas de las diferentes secciones de la pala normalmente no se encuentran en un plano común, ya que la pala puede estar torcida y/o curvada (es decir, predoblada), proporcionando así al plano de la cuerda un recorrido correspondiente torcido y/o curvo, siendo este el caso más frecuente para compensar la velocidad local de la pala que depende del radio desde el buje.

La pala se fabrica normalmente a partir de una parte 36 de carcasa del lado de presión y una parte 38 de carcasa del lado de succión que están pegadas entre sí a lo largo de las líneas de unión en el borde 18 de ataque y el borde 20 de salida de la pala.

A continuación, se explica la invención con respecto a la fabricación de la parte 36 de carcasa del lado de presión o la parte 38 de carcasa del lado de succión.

Las Figs. 3 y 4 ilustran el proceso de colocación implicado en la fabricación de una parte de la carcasa de pala de una pala de turbina eólica y muestran una parte de una sección transversal longitudinal de un molde de pala.

El proceso implica las etapas de colocar un material de fibra primaria en un molde 50. El material de fibra primaria comprende varias capas 52 de revestimiento exterior, que forman una parte exterior de la parte de la carcasa de la pala. Las capas 52 de revestimiento exterior pueden estar hechas, por ejemplo, de fibras de vidrio orientadas biaxialmente. Una pluralidad de capas 54 de refuerzo, preferiblemente hechas de fibras de vidrio, están dispuestas encima de las capas 52 de revestimiento exterior. Las capas 54 de refuerzo están hechas preferiblemente de fibras de vidrio dispuestas unidireccionalmente que se extienden sustancialmente en la dirección longitudinal de la parte de la carcasa de la pala para proporcionar rigidez en la dirección de la envergadura de la pala terminada. Los extremos de la pluralidad de capas de refuerzo están preferiblemente ahusados y dispuestos para formar una sección 56 ahusada. Varias capas 58 de revestimiento interiores están dispuestas encima de las capas de refuerzo. Las capas de revestimiento interiores también pueden estar hechas de fibras de vidrio orientadas biaxialmente. Las capas 58 de revestimiento interiores pueden, como se muestra en la Fig. 3, colocarse sobre los extremos de las capas 54 de refuerzo de modo que las capas de revestimiento interiores formen parte de la sección 56 ahusada.

Posteriormente, están dispuestas varias entradas de resina (no mostradas) y salidas de vacío (no mostradas) encima del material de fibra primaria, y finalmente se dispone una bolsa de vacío (no mostrada) encima. Después, el material de fibra primaria se infunde con una resina primaria, ventajosamente una resina de poliéster, mediante un proceso VARTM, y la resina se cura para formar un elemento 60 de pala curado. En la realización mostrada, las capas 56 de revestimiento exterior forman parte de la carcasa aerodinámica de la pala de turbina eólica acabada, mientras que las capas 54 de refuerzo de fibra forman parte de un laminado de raíz de la pala de turbina eólica.

En una segunda etapa, el material de fibra que forma parte de la estructura portante de carga, p.ej., se coloca una tapa de mástil sobre el elemento 60 de pala curado como se muestra en la Fig. 4. La segunda etapa implica colocar un material de fibra secundaria encima de al menos una parte del elemento 60 de pala curado. El material de fibra secundaria comprende varias capas 62 de refuerzo de fibra. Las capas 62 de refuerzo de fibra pueden estar hechas ventajosamente de fibras de carbono dispuestas unidireccionalmente o de esteras híbridas que comprenden fibras de vidrio y fibras de carbono. Finalmente, encima las capas 62 de refuerzo de fibra están dispuestas varias capas 64 de revestimiento interior adicionales. Posteriormente, están dispuestas varias entradas de resina (no mostradas) y salidas de vacío (no mostradas) encima del material de fibra secundaria, y finalmente una bolsa de vacío (no se muestra) está dispuesta encima. Después, el material de fibra secundaria se infunde con una resina secundaria, ventajosamente una resina de éster de vinilo, mediante un proceso VARTM, y la resina se cura para formar una sección 70 reforzada integrada en el elemento 60 de pala curado. La sección reforzada integrada puede fabricar ventajosamente parte del mástil, tapa del mástil o laminado principal de la pala de turbina eólica terminada. La resina secundaria tiene un nivel de resistencia más alto que dicha resina primaria.

Los extremos de las capas 62 de refuerzo de fibra del material de fibra secundaria también se ahúsan de modo que se obtenga una transición gradual entre las fibras de refuerzo del material de fibra primaria y las fibras de refuerzo del material de fibra secundaria. Además, se obtiene una transición gradual entre la resina primaria y la resina secundaria con mayor nivel de resistencia.

El elemento 60 de pala curado puede, como se muestra en la Fig. 4, permanece en el molde 50 durante la segunda etapa. Sin embargo, según una realización ventajosa, el elemento 60 de pala curado se retira de dicho molde 50 y se transfiere a un soporte secundario, p.ej., una cuna de apoyo, donde se lleva a cabo la segunda etapa.

La Fig. 5 muestra una sección transversal a través del molde en una parte de la región aerodinámica de la pala terminada y la Fig. 6 muestra una vista en perspectiva de una parte de la carcasa de pala, que está formada por el elemento 60 de pala curado, que comprende un parte de la carcasa aerodinámica y un laminado de raíz, y la sección 70 reforzada integrada, que forma una tapa de mástil o laminado principal de la parte de la carcasa de la pala. Se ve que el elemento 60 de pala curado también puede comprender varios materiales 66 de núcleo multicapa dispuestos en los lados laterales de la sección 70 reforzada integrada.

Se ve además que se puede formar un rebaje en el elemento 60 de pala curado, y que el material de fibra secundaria puede disponerse en dicho rebaje. Este método proporciona una ventaja sobre los métodos de la técnica anterior, ya que la etapa menos crítica de formar la carcasa aerodinámica y la parte más crítica de formar la estructura portante de carga pueden separarse. Al formar un rebaje en la carcasa aerodinámica, el material de fibra secundaria puede disponerse más fácilmente sin que las capas de fibra se arruguen y formen áreas mecánicamente débiles. Además, como se mencionó anteriormente, las dos etapas se pueden realizar en diferentes estaciones de trabajo, lo que significa que las dos etapas se pueden llevar a cabo en secuencia y se puede aumentar el rendimiento, ya que es posible trabajar en dos partes diferentes de la carcasa de la pala simultáneamente.

Si bien el método de fabricación de dos etapas proporciona una ventaja sobre los métodos de fabricación de la técnica anterior, se ha constatado que la transición a modo de junta de bisel entre las fibras de vidrio y las fibras de carbono o el híbrido de carbono y vidrio puede, en algunas circunstancias, no proporcionar una resistencia suficiente. Por lo tanto, aunque no se muestra en las figuras, suele ser necesario un sobre laminado o engrosamiento local. Además, no es necesariamente ventajoso tener una transición entre ambos tipos de fibras y tipos de resina en la misma sección ahusada.

Por consiguiente, la invención también proporciona un método de fabricación de un componente de pala de turbina eólica, en particular una tapa de mástil o laminado principal, de una pala de turbina eólica. El proceso de colocación de fibras involucrado en el método de fabricación se ilustra en las Figs. 7 y 8.

La pala de turbina eólica tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta de la pala de turbina eólica. Como antes, se forma una tapa 170 de mástil disponiendo material de fibra secundaria en un rebaje de un elemento 160 de pala curado. El método implica una primera etapa mostrada en la Fig. 7 de construir una primera sección 171 de espesor disponiendo varias primeras capas 173 de fibra que comprenden fibras de refuerzo del primer tipo, preferiblemente fibras de vidrio, y que dispongan varias segundas capas 174 de fibras que comprendan fibras de refuerzo de un segundo tipo, preferiblemente esteras híbridas de carbono-vidrio o fibras de carbono. Las primeras capas 173 de fibra y las segundas capas 174 de fibra tienen extremos ahusados y están dispuestas de modo que las primeras capas 173 de fibra a lo largo de un primer límite común o sección 175 ahusada se ahúsan hacia la primera superficie 172 del componente de pala de turbina eólica en la dirección longitudinal de la pala, y las segundas capas 174 de fibra se ahúsan hacia la segunda superficie 182 del componente 170 de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la dirección longitudinal.

Después, como se muestra en la Fig. 8, se construye una segunda sección 181 de espesor disponiendo varias primeras capas 183 de fibra adicionales que comprenden las fibras de refuerzo de primer tipo, y disponiendo varias capas 184 de segundas fibras adicionales que comprenden el segundo tipo de fibras de refuerzo. Las primeras capas 183 de fibra adicionales y las segundas capas 184 de fibra adicionales tienen extremos ahusados y están dispuestas de modo que las primeras capas 183 de fibra y las segundas capas 184 de fibra adicionales estén dispuestas de modo que las primeras capas 183 de fibra adicionales a lo largo de un segundo límite común o segundo sección 185 ahusada se ahúsa hacia la segunda superficie 182 del componente 170 de pala de turbina eólica en la dirección longitudinal, y las segundas capas 184 de fibra adicionales se ahúsan hacia la primera superficie 172 del componente 170 de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la dirección longitudinal. La primera sección 171 de espesor y la segunda sección de espesor están apiladas a lo largo de un límite 186 común. Además, pueden disponerse varias capas 164 de revestimiento interior encima de las capas que comprenden fibras de refuerzo de primer tipo y fibras de refuerzo de segundo tipo.

Posteriormente, están dispuestas varias entradas de resina (no mostradas) y salidas de vacío (no mostradas) encima del material de fibra secundaria, y finalmente se dispone una bolsa de vacío (no mostrada) encima. Después, el material de fibra secundaria que comprende la sección 171 de primer espesor y la sección 181 de segundo espesor se infunden con una resina secundaria, ventajosamente una resina de éster de vinilo, mediante un proceso VARTM, y la resina se cura para formar el componente 170 de pala de turbina eólica, que tiene el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo embebidas en una matriz de polímero común.

Por consiguiente, se ve que la transición gradual es proporcionada por una sección 171, 181 de espesor de doble ahusamiento combinada con fibras de refuerzo del primer tipo intercaladas entre fibras de refuerzo del segundo tipo o viceversa. Aunque esto aumenta la complejidad del procedimiento de colocación de fibras, esta realización proporciona una transición de rigidez más fuerte del componente de turbina eólica entre los dos tipos de fibras, y además la transición puede ser más corta que los componentes de turbina eólica de la técnica anterior que tienen una única sección ahusada. Además, está claro que el doble ahusamiento se proporciona durante la colocación y que el material de refuerzo se impregna con una resina de polímero y después se cura o endurece de modo que los dos tipos de fibras de refuerzo se embeben en una matriz de polímero común.

Como antes, las primeras capas de fibras y las segundas capas de fibras comprenden ventajosamente fibras dispuestas unidireccionalmente para proporcionar rigidez en la dirección longitudinal/envergadura de la pala. Las capas de revestimiento interiores pueden comprender fibras de vidrio orientadas biaxialmente.

Si bien la realización mostrada se ha mostrado con una junta traslapada doble ahusada con dos tipos de fibras embebidas en una matriz común, también se puede lograr una transición fuerte mediante una transición de doble junta traslapada entre los dos tipos de fibras.

En general, se ve que se proporciona un componente de pala de turbina eólica que tiene tres tipos diferentes de zonas de fibra-resina. La primera zona puede comprender fibras de vidrio embebidas en una resina de poliéster, la segunda zona comprende fibras de vidrio embebidas en una resina de éster de vinilo y la tercera zona comprender material de fibra híbrida de vidrio-carbono o fibras de carbono embebidas en la resina de éster de vinilo.

Aunque la realización preferida se muestra en las Figs. 7 y 8, se reconoce que la transición de tres partes anterior se puede lograr de diversas formas utilizando el método de fabricación en dos etapas mencionado anteriormente según la invención. Las transiciones pueden conseguirse, por ejemplo, mediante dos secciones ahusadas simples como se muestra en las Figs. 9a y 9b, donde la Fig. 9a muestra una transición "corta" y la Fig. 9b muestra una transición larga. La realización preferida con dos secciones de espesor ahusado también puede estar provista de una transición "corta" como se muestra en la Fig. 9c o una transición "larga" como se muestra en la Fig. 9d.

Ventajosamente, las diversas secciones ahusadas se pueden estrechar con una relación de espesor a longitud de 1:5-1:50, ventajosamente alrededor de 1:20.

Lista de referencias numéricas

2 turbina eólica

4 torre

6 góndola

14 punta de la pala

16 raíz de la pala

18 borde de ataque

20 borde de salida

22 eje de paso

30 región raíz

32 región de transición

34 región aerodinámica

36 carcasa del lado de presión

38 carcasa del lado de succión

40 hombro

50 molde

52 capas de revestimiento exteriores

54 capas de refuerzo

56 sección ahusada

58 capas de revestimiento interiores

60, 160 elemento de pala curado

62 capas de refuerzo

64, 164 capas de revestimiento interiores

66 material de núcleo multicapa

70, 170 sección reforzada integrada/tapa de mástil/laminado principal

171 primera sección de espesor

172 primera superficie

173 primeras capas de fibra que comprenden fibras de refuerzo del primer tipo

174 segundas capas de fibras que comprenden fibras de refuerzo de segundo tipo 175 primer límite común/primera sección ahusada común

181 primera sección de espesor

182 segunda superficie

183 primeras capas de fibra adicionales que comprenden fibras de refuerzo del primer tipo 184 segundas capas de fibra adicionales que comprenden fibras de refuerzo de segundo tipo 185 segundo límite común/segunda sección ahusada común

186 límite de superficie común

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pala (10) de turbina eólica que tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta,

- en donde la pala (10) de turbina eólica comprende al menos un componente de pala de turbina eólica hecho de material compuesto fibroso y que comprende fibras de refuerzo de un primer tipo de refuerzo que tienen un primer módulo elástico, y un segundo tipo de fibras de refuerzo y un segundo módulo elástico,

- en donde el componente de pala de turbina eólica comprende un espesor entre una primera superficie (172) y una segunda superficie (182),

- en donde la proporción entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo cambia gradualmente en una primera dirección de la pala de turbina eólica de modo que el módulo elástico cambia gradualmente en dicha primera dirección,

- en donde dicho cambio gradual en la primera dirección es proporcionado por:

- una primera sección de espesor, donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un primer límite (175) común entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la primera superficie (172) del componente de pala de turbina eólica en la primera dirección, y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la segunda superficie (182) del componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

- una segunda sección de espesor, donde el primer tipo de fibras de refuerzo a lo largo de un segundo límite (185) común entre el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la segunda superficie (182) del componente de turbina eólica en la primera dirección y el segundo tipo de fibras de refuerzo se ahúsan hacia la primera superficie (172) del componente de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

- en donde el primer tipo de fibras y el segundo tipo de fibras son dos tipos de fibras de refuerzo y J Z están embebidas en una matriz de polímero común.

2. Una pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en donde la primera dirección es la dirección longitudinal de la pala.

3. Una pala de turbina eólica según la reivindicación 1 o 2, en donde la primera sección de espesor y la segunda sección de espesor están superpuestas una encima de la otra y tienen un límite (186) de superficie común entre la primera superficie (172) y la segunda superficie (182) del componente de pala de la turbina eólica.

4. Una pala de turbina eólica según la reivindicación 3, en donde las secciones ahusadas de la primera sección de espesor y la segunda sección de espesor coinciden en el límite de superficie común.

5. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la primera sección de espesor y/o la segunda sección de espesor comprenden un ahusamiento escalonado entre capas que comprende el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo.

6. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la primera sección de espesor y/o la segunda sección de espesor comprenden un ahusamiento continuo entre capas que comprenden el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo.

7. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente de turbina eólica es una estructura portante de carga, como un mástil o una tapa de mástil.

8. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer tipo de fibras de refuerzo son fibras de vidrio.

9. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo tipo de fibras de refuerzo son fibras de carbono o un híbrido de fibras de carbono y fibras de vidrio.

10. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pala de turbina eólica comprende adicionalmente una transición gradual que comprende una sección ahusada entre el primer tipo de fibras de refuerzo y un tercer tipo de fibras de refuerzo embebidas en una matriz de polímero adicional, diferente de la matriz de polímero común.

11. Una pala de turbina eólica según la reivindicación 10, en donde el refuerzo de tercer tipo son fibras de vidrio.

12. Una pala de turbina eólica según la reivindicación 10 o reivindicación 11, en donde la matriz de polímero adicional es un poliéster endurecido o curado.

13. Una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la matriz de polímero común es un éster de vinilo o epoxi endurecido o curado.

14. Un método para fabricar un componente de pala de turbina eólica de una pala (10) de turbina eólica que tiene una dirección longitudinal entre un extremo de raíz y un extremo de punta, en donde el componente de pala de turbina eólica comprende un espesor entre una primera superficie (172) y una segunda superficie (182), comprendiendo el método las etapas de:

a) construir una primera sección de espesor mediante:

i) la disposición de varias primeras capas de fibras que comprenden fibras de refuerzo de un primer tipo, y ii) la disposición de varias segundas capas de fibra que comprenden fibras de refuerzo de un segundo tipo, siendo el primer tipo de fibras y el segundo tipo de fibras dos tipos de fibras de refuerzo, en donde

- las primeras capas y las segundas capas están dispuestas de modo que las primeras capas de fibra a lo largo de un primer límite (175) común se ahúsan hacia la primera superficie del componente de pala de turbina eólica en una primera dirección, y las segundas capas de fibra se ahúsan hacia la segunda superficie del componente de pala de turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

b) construir una segunda sección de espesor mediante:

i) disponer varias primeras capas de fibras adicionales comprendiendo fibras de refuerzo del primer tipo, y ii) disponer varias segundas capas de fibras adicionales comprendiendo fibras de refuerzo del segundo tipo, en donde

- las primeras capas de fibra adicionales y las segundas capas de fibra adicionales están dispuestas de modo que las primeras capas de fibra adicionales a lo largo de un segundo límite (185) común se ahúsan hacia la segunda superficie del componente de pala de turbina eólica en la primera dirección, y las segundas capas de fibra adicional se ahúsan hacia la primera superficie del componente de pala de la turbina eólica en una dirección opuesta a la primera dirección, y

c) suministrar una resina de polímero común a la primera sección de espesor y la segunda sección de espesor, y d) curar o endurecer la resina de polímero común para embeber el primer tipo de fibras de refuerzo y el segundo tipo de fibras de refuerzo en una matriz de polímero común.

15. Un método según la reivindicación 14, en donde la primera sección de espesor comprende una pluralidad de capas de fibra, en donde el primer límite común está formado por límites entre primeras capas de fibras y segundas capas de fibras que se desplazan mutuamente en la primera dirección de la pala de turbina eólica y en donde los extremos de la pluralidad de capas de fibra en el límite común están ventajosamente ahusados.