ES2900538T3 - Paleta seccional para una turbina eólica, viga de conexión y refuerzo de extremo para la paleta seccional y método para fabricar la viga de conexión y el refuerzo de extremo - Google Patents
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Abstract
Paleta seccional (1) para una turbina eólica, que comprende al menos una primera sección de paleta (2) y una segunda sección de paleta (3), cuyas secciones de la paleta (2; 3) se extienden en dirección opuesta a una unión de paleta (4), en donde cada sección de paleta (2; 3) comprende una cavidad (8) en dirección longitudinal, en donde la primera sección de paleta (2) y la segunda sección de paleta (3) pueden conectarse estructuralmente mediante al menos una viga de conexión (7) o un puente de mástil, cuya viga (7) se extiende en las cavidades (8) de ambas secciones de paleta (2; 3), en donde cada sección de paleta (2; 3) se proporciona en su primer extremo cerca de la unión de paleta (4) de un primer refuerzo de extremo (5) y cada sección de paleta (2; 3) se proporciona en su segundo extremo de un segundo refuerzo de extremo (6), en donde el primer y el segundo refuerzos de extremo (5; 6) tienen cada uno, una forma que coopera con la sección de paleta, la viga de conexión (7) es hueca en ambos extremos y en donde el segundo refuerzo de extremo (6) se dispone para recibir el extremo hueco (7-1) de la viga de conexión (7) para conectar estructuralmente la viga de conexión (7) a la sección de paleta, caracterizado porque se proporciona un borde (6-1) en el refuerzo de extremo (6), cuyo borde (6-1) se dispone para una unión duradera del lado interno del extremo hueco (7-1) de la viga de conexión (7) y el primer refuerzo de extremo (5) se proporciona de una abertura (5-1) para el paso parcial de la viga de conexión (7), en donde el borde de la abertura (5-1) y la viga de conexión (7) se disponen para una unión duradera entre sí.
Description
DESCRIPCIÓN
Paleta seccional para una turbina eólica, viga de conexión y refuerzo de extremo para la paleta seccional y método para fabricar la viga de conexión y el refuerzo de extremo
La invención se refiere a una paleta seccional para una turbina eólica, que comprende al menos una sección de paleta y una segunda sección de paleta, cuyas secciones de paleta se extienden en dirección opuesta a una unión de paleta, en donde cada sección de paleta comprende una cavidad en dirección longitudinal, en donde la primera sección de paleta y la segunda sección de paleta pueden conectase estructuralmente mediante al menos una viga de conexión o un puente de mástil, cuya viga se extiende en las cavidades de ambas secciones de paleta.
Una paleta seccional de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce a partir de la Patente Europea EP2288807.
La paleta seccional que se conoce, hace uso de una transferencia de carga gradual entre el puente del mástil y la paleta principal al ajustar gradualmente los materiales en el puente del mástil y la paleta principal.
Es un objeto de la invención proporcionar una paleta seccional alternativa de acuerdo con el preámbulo, que tiene una transferencia de carga diferente entre la viga de conexión y la paleta principal.
La paleta seccional de acuerdo con la invención tiene la característica de que cada sección de paleta se proporciona en su primer extremo cerca de la unión de paleta, de un primer refuerzo de extremo y cada sección de paleta se proporciona en su segundo extremo de un segundo refuerzo de extremo, en donde cada primer y segundo refuerzos de extremo tiene una forma que coopera con la sección de paleta, la viga de conexión es hueca en ambos extremos y en donde el segundo refuerzo de extremo se dispone para recibir el extremo hueco de la viga de conexión para conectar estructuralmente la viga de conexión a la sección de paleta. Estas características proporcionan una mejor alternativa de conexión de la sección de paleta a la viga de conexión en la paleta seccional que se conoce a partir de documento EP2288807. En la paleta seccional que se conoce a partir de documento EP2288807 se usa una conexión de unión atornillada para conectar una barrera aislante en la sección de paleta a una barrera aislante en la viga de conexión. Con estas características, la conexión de la viga de conexión a la sección de paleta se logra mediante la conexión de la superficie interna del extremo hueco de la viga de conexión a la sección de paleta. De esta forma, la carga de la conexión se distribuye sobre la superficie interna.
Una paleta seccional de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 también se conoce a partir de los documentos US2012/027608 y US2010/143143.
La paleta seccional de acuerdo con la invención tiene la característica de que se proporciona un borde en el segundo refuerzo de extremo, cuyo borde se dispone para una unión duradera del lado interno del extremo hueco de la viga de conexión y el primer refuerzo de extremo se proporciona de una abertura para el paso parcial de la viga de conexión, en donde el borde de la abertura y la viga de conexión se disponen para una unión duradera entre sí. Los posibles métodos de unión duradera son, por ejemplo, atornillar o unir. En caso de que la paleta seccional comprenda, por ejemplo, una primera y segunda sección de paleta, los cuatro refuerzos correspondientes y la viga de conexión llevarán los momentos de flexión que actúan sobre la paleta seccional en funcionamiento en sentido lateral y plano (Mx y My respectivamente), cuyos momentos de flexión se introducen por la parte de la punta de la paleta seccional. Los cuatro refuerzos son capaces de soportar estos momentos de flexión al crear un momento en sentido inverso debido a la distancia de los dos pares de refuerzos en la primera sección de paleta, así como también en la segunda sección de paleta, al ejercer cada uno, una fuerza de reacción normal en cada refuerzo que es perpendicular a la superficie seccional de la paleta.
Preferentemente, el borde y la viga de conexión encajan entre sí de manera ajustada. Estas características mejoran en gran medida la distribución de la carga en los bordes de ambos refuerzos de extremo.
En una modalidad más preferida de la paleta seccional de acuerdo con la invención, los segundos refuerzos de extremo en las secciones de paleta adyacentes se disponen para conectarse estructuralmente entre sí mediante una o más varillas, y los primeros refuerzos de extremo se disponen para pasar a través de cada una de las varillas. Estas características proporcionan una segunda trayectoria portadora de carga entre las dos secciones de paleta, que puede portar carga centrífuga y también puede servir como una conexión a prueba de fallos si falla la primera trayectoria portadora de carga.
En otra modalidad preferida de la paleta seccional de acuerdo con la invención, la paleta seccional comprende canales o tubos cuadrados, que se ubican entre el primer refuerzo y el segundo refuerzo de cada sección de paleta. En funcionamiento normal, estos tubos o canales cuadrados no tienen una función portadora de carga, pero sirven como zonas de trituración en funcionamiento a prueba de fallos. Para actuar como zonas de trituración, los tubos o canales se fabrican preferentemente de varillas de fibra de vidrio. Con mayor preferencia, para absorber adicionalmente las fuerzas de trituración que actúan sobre los tubos o canales, estos tubos o canales comprenden
además uno o más buses de trituración de metal. Estos tubos funcionan además para fines de manipulación y procesamiento.
Preferentemente, el primer y el segundo refuerzos de extremo de una sección de paleta se conectan entre sí mediante dos almas planas, que se colocan sustancialmente transversales al plano longitudinal de la sección de paleta y en donde el lado interno de las almas forma las paredes laterales de la cavidad. Estas características proporcionan una cavidad con las paredes laterales planas, en donde puede insertarse una forma de viga de conexión adecuadamente. Preferentemente, las almas siguen la forma exterior de la sección de paleta superior e inferior.
La invención también se refiere a una viga de conexión para el uso en una paleta seccional para una turbina eólica. La viga de conexión de acuerdo con la invención tiene la característica de que la viga de conexión se forma por cuatro lados longitudinales en forma de viga, que se unen estructuralmente entre sí. Esto permite una producción rápida de la viga de conexión, ya que los lados longitudinales en forma de viga o las vigas pueden prefabricarse y cortarse a la forma exacta de la sección de paleta. El tipo de material de las vigas y la resistencia de las vigas pueden adaptarse a la resistencia total determinada de la paleta.
Preferentemente, los lados longitudinales o las vigas se fabrican a partir de las fibras UD impregnadas con resina, en donde las vigas se interconectan mediante fibras multiaxiales que se impregnan con resina.
Más específicamente, la resina es del tipo epoxi, poliéster, viniléster o PU y las fibras son del tipo fibra de vidrio o fibra de carbono.
La viga de conexión transfiere preferentemente el momento de carga desde la punta de la paleta seccional a la sección interna de la paleta por medio de los refuerzos de extremo.
La invención también se refiere a un refuerzo de extremo para su aplicación en una paleta de turbina eólica de acuerdo con la invención, con la característica de que el refuerzo de extremo se compone por placas duraderas que se conectan entre sí.
Finalmente, la invención se refiere a un método para producir el refuerzo de extremo de acuerdo con la invención, en donde el método comprende las siguientes etapas:
a) . Dividir el diseño general del refuerzo de extremo en múltiples capas con un grosor predeterminado;
b) . Cortar cada capa de un material en lámina predeterminado;
c) . Se conecta las capas entre sí.
Preferentemente, cada capa se corta de un material en lámina mediante el uso de técnicas de corte por chorro de agua.
Preferentemente, el material en lámina se compone por uno de los siguientes materiales: fibra de vidrio con resina epoxi, resina de poliéster, resina de éster de vinilo o resina de PU.
Preferentemente, las capas posteriores se conectan entre sí mediante unión.
La invención se aclarará ahora con más detalle con referencia a las siguientes figuras, en las que:
La Figura 1 muestra una vista isométrica de la modalidad preferida de la paleta seccional de acuerdo con la invención;
La Figura 2 muestra una vista isométrica de la paleta seccional de acuerdo con la Figura 1, en donde la viga de conexión se instala;
La Figura 3 muestra una vista despiezada de la paleta seccional de acuerdo con la Figura 1 y la Figura 2;
Las Figuras 4A y 4B muestran la viga de conexión con más detalle;
La Figura 5 muestra el segundo refuerzo de extremo con más detalle;
La Figura 6A;...; 6J muestra los diferentes segmentos que forman parte del segundo refuerzo de extremo modular; La Figura 7 muestra una vista lateral del segundo refuerzo de extremo, en donde las capas o segmentos como se muestra en la figura 6A;..; 6J se apilan juntos
Los mismos componentes se designan en las diferentes figuras con los mismos números de referencia.
La Figura 1 muestra una vista isométrica de la modalidad preferida de la paleta seccional 1 de acuerdo con la invención. La paleta seccional 1 comprende una primera sección de paleta 2 y una segunda sección de paleta 3. Cada sección de paleta 2; 3 tiene en su primer extremo cerca de la unión de paleta 4 un primer refuerzo 5. Además, cada sección de paleta 2; 3 tiene en su segundo extremo un segundo refuerzo de extremo 6. Los primeros refuerzos de extremo 5 y los segundos refuerzos de extremo 6 tienen cada uno una forma que coopera con la cubierta exterior e interior de la sección de paleta 2; 3. La cubierta exterior e interior de cada sección de paleta se omite en esta figura
para mostrar las partes que se mencionan anteriormente. Los primeros refuerzos de extremo 5 se proporcionan ambos de una cavidad o abertura 5-1 para la transferencia de una viga de conexión 7. Los segundos refuerzos de extremo 6 se proporcionan ambos de un borde 6-1, dicho borde 6-1 se dispone para su unión a la superficie interna 7-1 de un extremo de la viga de conexión 7. El espacio entre el primer refuerzo de extremo 5 que incluye la cavidad 5-1 y el segundo refuerzo de extremo 6 en cada sección de paleta 2; 3 define una cavidad 8 que se dispone para recibir la viga de conexión 7.
La viga de conexión 7 se ha representado por separado de las secciones de paleta 2; 3. Sin embargo, en estado ensamblado, la viga de conexión 7 de la paleta seccional 1 se dispone en las cavidades 8 de ambas secciones de paleta 2; 3. En estado de ensamblado, la viga de conexión 7 de la paleta seccional 1 junto con los refuerzos de extremo 5; 6 funciona como una primera trayectoria portadora de carga.
En el estado de ensamblado de la paleta seccional 1, los segundos refuerzos de extremo 6 también se conectan preferentemente por las varillas 9, cuyas varillas funcionan como una segunda trayectoria portadora de carga. Las varillas 9 se insertan en los orificios predeterminados en ambos segundos refuerzos de extremo 6 y se fijan, preferentemente atornillados, en los lados exteriores de las secciones de paleta 2; 3. Los tubos o canales cuadrados 10, que se ubican entre el primer refuerzo 5 y el segundo refuerzo 6 de cada sección de paleta 2, 3 no tienen una función portadora de carga en funcionamiento normal, pero sirven como zonas de trituración en funcionamiento a prueba de fallos. Para actuar como zonas de trituración, los tubos o canales 10 son preferentemente varillas de fibra de vidrio. Con mayor preferencia, para absorber adicionalmente las fuerzas de trituración que actúan sobre los tubos o canales 10, estos tubos o canales 10 comprenden además uno o más buses de trituración de metal. Estos tubos funcionan además para fines de manipulación y procesamiento.
La segunda trayectoria portadora de carga transporta cargas centrífugas y actúa como un sistema a prueba de fallos en donde las varillas centrífugas 9 evitan que la parte de la punta (sección de paleta 3) de la paleta seccional 1 salga de la posición radial, por lo tanto, suprime el movimiento radial de la sección de paleta 3 con relación a sección de paleta 2.
Como se mencionó anteriormente, la viga de conexión 7 es hueca en ambos extremos y se recibe en los bordes 6-1 de ambos segundos refuerzos de extremo 6. Al conectar la superficie interna del extremo hueco 7-1 a la superficie exterior del borde 6-1, la carga de momento en la conexión de la sección de paleta se distribuye sobre la superficie tanto del borde 6-1 como del extremo hueco 7-1 junto con la superficie interna de los refuerzos de extremo 5.
La Figura 2 muestra una vista isométrica de la paleta seccional 1 de acuerdo con la Figura 1, en donde la viga de conexión 7 se instala tanto en la cavidad de la primera como en la segunda sección de paleta 2; 3. En esta figura, todas las partes de la paleta seccional se muestran transparentes para mostrar la ubicación de la viga de conexión 7.
La Figura 3 muestra una vista despiezada de la paleta seccional 1 de acuerdo con la Figura 1 y la Figura 2. Dos almas planas 11; 12 se colocan sustancialmente transversales al plano longitudinal de cada sección de paleta 2; 3. Las almas 11; 12 se encuentran más al centro de cada sección de paleta 2; 3 que al tubo o los canales 10. Las almas 11; 12 se unen estructuralmente en un extremo cerca de una pared lateral 6-2 del borde 6-1 de cada segundo refuerzo de extremo 6. Las almas 11; 12 se unen estructuralmente en el segundo extremo cerca de una superficie 5 2 cerca de la abertura 5-2 de cada primer refuerzo de extremo 5. Las almas posicionadas 11; 12 forman parte de una pared de la cavidad 8 para recibir de forma adecuada la viga de conexión 7. Preferentemente las almas 11; 12 siguen la forma exterior de la parte superior e inferior de la sección de paleta 2; 3.
Las Figuras 4A y 4B muestran la viga de conexión 7 con más detalle, en donde la viga de conexión en la figura 4B se muestra transparente. La viga o eje de conexión 7 se fabrica preferentemente de cuatro paredes laterales alargadas 7-2; 7-3, que se colocan de manera que formen una estructura en forma de caja. Las paredes laterales 7 2 son preferentemente planas y deben colocarse junto a las almas 11; 12 de la cavidad 8 en cada sección de paleta 2; 3. Las paredes laterales alargadas 7-2; 7-3 son preferentemente vigas de UD prefabricadas. Esto tiene la ventaja de que la rigidez y la resistencia longitudinales necesarias pueden ajustarse. También puede cambiarse el material de las vigas. Preferentemente, se aplica un material biaxial circunferencialmente a las paredes laterales alargadas 7 2; 7-3 con el propósito de crear una caja de torsión rígida adecuada. Preferentemente se aplica un epoxi, poliéster, viniléster de fibra de vidrio o de carbono impregnado con resina de PU. Una vez más, el tipo y la cantidad de material que se usan pueden adaptarse a las capacidades necesarias de soporte de carga de torsión específicas del sitio.
Las vigas prefabricadas 7-2; 7-3 y el material biaxial que se aplica circunferencialmente dan como resultado una viga o eje de conexión modular sin arrugas para el uso dentro del diseño de unión dividida modular de la paleta seccional.
La carga de la punta de la segunda sección de paleta 3 se transfiere preferentemente a la sección de paleta interna 2 por medio de los refuerzos de extremo. Durante la instalación de la paleta seccional, las paredes laterales 7-2; 7-3
se unen preferentemente a las vigas de la paleta (no se muestran en las figuras) y pueden funcionar como una tercera trayectoria portadora de carga.
La Figura 5 muestra el segundo refuerzo de extremo 6 con más detalle. El segundo refuerzo de extremo 6 tiene un perfil exterior que sigue una forma interna en sección transversal de la paleta seccional. El segundo refuerzo de extremo tiene una forma tridimensional compleja, como el borde 6-1, las paredes laterales planas 6-2, las cavidades cuadradas 6-3 y los agujeros pasantes. Por tanto, es costoso de fabricar. Tradicionalmente, un experto en la técnica daría forma al segundo refuerzo de extremo 6 a partir de una pieza sólida de material. La presente invención se dirige a un método diferente para fabricar del segundo refuerzo de extremo 6. La forma compleja en 3D del segundo refuerzo de extremo 6 se simplifica con las láminas estándar disponibles 2D que se cortan con chorro de agua. El material en láminas típico es fibra de vidrio epoxi o poliéster. El grosor típico del material es de 10 a 50 milímetros. Después de fabricar, las láminas se juntan mediante uniones o atornillado para formar el segundo refuerzo de extremo complejo 6 en forma de 3D.
Las figuras 6A;..; 6J muestran las diferentes láminas que se cortan con chorro de agua del material de la placa que forman parte del segundo refuerzo de extremo modular 6. Las láminas 6-10;... ; 6-14 forman el lado exterior del segundo refuerzo 6. Las láminas 6-15;...; 6-19 forman el borde que se coloca en el lado exterior del segundo extremo 6.
La Figura 7 muestra una vista lateral del segundo refuerzo de extremo 6, en donde las capas o láminas como se muestran en la Figura 6A;...; 6J se apilan juntas. Los segmentos 6-10;..; 6-19 varían en grosor y dependen de las cargas reales en el lateral. El método que se muestra para fabricar un refuerzo de extremo 5; 6 permite una fabricación adaptativa, más barata y más rápida de este componente de la paleta seccional y también puede introducirse para producir refuerzos para diseños de paleta tradicionales. El método que se muestra también permite la creación rápida de prototipos.
La fabricación del segundo refuerzo de extremo 6 como se muestra en las Figuras 5, 6 y 7 y como se describió anteriormente también puede usarse en consecuencia para producir el primer refuerzo de extremo 5 y los refuerzos intermedios. Los refuerzos intermedios no se muestran en las figuras.
El diseño de la paleta seccional de acuerdo con la invención se hace modular. Dentro del diseño modular, los componentes portadores de carga son adaptables. Por lo tanto, el proceso de diseño y fabricación se configura de tal manera que pueda modificarse de manera rápida y rentable.
La paleta seccional para una turbina eólica, la viga de conexión y el refuerzo de extremo para la paleta seccional y el método para fabricar la viga de conexión y el refuerzo de extremo de acuerdo con la invención no se limitan expresamente a la modalidad que se muestra, sino que se extienden a todas las modalidades concebibles que caen dentro de las siguientes reivindicaciones.
Claims (12)
1. Paleta seccional (1) para una turbina eólica, que comprende al menos una primera sección de paleta (2) y una segunda sección de paleta (3), cuyas secciones de la paleta (2; 3) se extienden en dirección opuesta a una unión de paleta (4), en donde cada sección de paleta (2; 3) comprende una cavidad (8) en dirección longitudinal, en donde la primera sección de paleta (2) y la segunda sección de paleta (3) pueden conectarse estructuralmente mediante al menos una viga de conexión (7) o un puente de mástil, cuya viga (7) se extiende en las cavidades (8) de ambas secciones de paleta (2; 3), en donde cada sección de paleta (2; 3) se proporciona en su primer extremo cerca de la unión de paleta (4) de un primer refuerzo de extremo (5) y cada sección de paleta (2; 3) se proporciona en su segundo extremo de un segundo refuerzo de extremo (6), en donde el primer y el segundo refuerzos de extremo (5; 6) tienen cada uno, una forma que coopera con la sección de paleta, la viga de conexión (7) es hueca en ambos extremos y en donde el segundo refuerzo de extremo (6) se dispone para recibir el extremo hueco (7-1) de la viga de conexión (7) para conectar estructuralmente la viga de conexión (7) a la sección de paleta, caracterizado porque se proporciona un borde (6-1) en el refuerzo de extremo (6), cuyo borde (6-1) se dispone para una unión duradera del lado interno del extremo hueco (7-1) de la viga de conexión (7) y el primer refuerzo de extremo (5) se proporciona de una abertura (5-1) para el paso parcial de la viga de conexión (7), en donde el borde de la abertura (5-1) y la viga de conexión (7) se disponen para una unión duradera entre sí.
2. Paleta seccional (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los segundos refuerzos de extremos (6) en las secciones de paleta adyacentes (2; 3) se disponen para conectarse estructuralmente entre sí mediante una o más varillas (9), y el primer refuerzo de extremo (5) se dispone para pasar a través de cada una de las varillas (9).
3. Paleta seccional (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer y segundo refuerzos de extremo (5; 6) de una sección de paleta (2; 3) se conectan entre sí mediante dos almas planas (11; 12), que se posicionan sustancialmente transversal al plano longitudinal de la sección de paleta (2; 3) y en donde el lado interno de las almas (11; 12) forma las paredes laterales de la cavidad (8).
4. Paleta seccional (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende tubos o canales cuadrados (10), que se ubican entre el primer refuerzo (5) y el segundo refuerzo (6) de cada sección de paleta (2; 3).
5. Viga de conexión (7) para usar en una paleta seccional (1) para una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la viga de conexión (7) se forma por cuatro lados longitudinales en forma de viga (7-2; 7-3), que se unen estructuralmente entre sí.
6. Viga de conexión (7) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde los lados longitudinales o las vigas (7-2; 7 3) se fabrican a partir de fibras UD que se impregnan con resina, en donde las vigas se interconectan mediante fibras multiaxiales que se impregnan con resina.
7. Viga de conexión (7) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la resina es del tipo epoxi, poliéster, viniléster o PU y las fibras son del tipo fibra de vidrio o fibra de carbono.
8. Refuerzo de extremo (5; 6) para la aplicación en una paleta de turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el refuerzo de extremo (5; 6) se compone de placas duraderas que se conectan entre sí.
9. Método para producir el refuerzo de extremo (5; 6) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el método comprende las siguientes etapas:
a) . Dividir el diseño general del refuerzo de extremo (5;6) en múltiples capas (6-10;...; 6-19) con un grosor predeterminado;
b) . Cortar cada capa de un material en lámina predeterminado;
c) . Conectar las capas (6-10;...; 6-19) entre sí.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde en la etapa b) cada capa (6-10;...; 6-19) se corta de un material en lámina mediante el uso técnicas de corte por chorro de agua.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde el material en lámina se compone por uno de los siguientes materiales: fibra de vidrio con resina epoxi, resina de poliéster, resina de éster de vinilo o resina de PU.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde las capas posteriores (6-10;...; 6-19) se unen entre sí mediante unión.
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