ES2913285T3 - Refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador formada a partir de placas laminadas precuradas de grosores variables - Google Patents

Refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador formada a partir de placas laminadas precuradas de grosores variables Download PDF

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Abstract

Refuerzo longitudinal (46) para una pala de rotor (22) de un aerogenerador (10), incluyendo la pala de rotor (22) una raíz de la pala (24), una punta de la pala (26) y una carcasa (28) que se extiende entre la raíz de la pala (24) y la punta de la pala (26), comprendiendo el refuerzo longitudinal (46): un conjunto de placas laminadas precuradas (100) apiladas una encima de la otra, incluyendo el conjunto de placas laminadas precuradas (100) una placa precurada más exterior (100A), una placa precurada más interior (100G) situada frente a la placa precurada más exterior (100A) y una pluralidad de placas precuradas intermedias (100B-100F) apiladas directamente entre las placas precuradas más exteriores (100A) y las más interiores (100G), estando configurada la placa precurada más exterior (100A) para quedar colocada adyacente a una superficie interior (50) de la carcasa (28), en el que la placa precurada más exterior (100A) define un grosor de placa (112A) que difiere de un grosor de placa (112B) definido por la placa precurada más interior (100G) en por lo menos un 50%; en el que el grosor de placa de la pluralidad de placas precuradas intermedias (100B-100F) disminuye o aumenta continuamente a medida que el refuerzo longitudinal (46) se extiende entre la placa precurada más exterior (100A) y la placa precurada más interior (100G), en el que los extremos a lo largo de la envergadura de las placas (100A-100G) están desplazados entre sí de manera que el refuerzo longitudinal (46) define, en general, una distribución de grosores cónica a lo largo de la dirección a lo largo de la envergadura de la pala (22).

Description

DESCRIPCIÓN
Refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador formada a partir de placas laminadas precuradas de grosores variables
La presente descripción se refiere, en general, a aerogeneradores y, más particularmente, a un refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador formada a partir de placas laminadas precuradas que tienen grosores variables.
La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio ambiente disponibles en la actualidad, y los aerogeneradores han captado cada vez más atención en este sentido. Un aerogenerador moderno típicamente incluye una torre, un generador, un multiplicador, una góndola, y una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan la energía cinética del viento utilizando principios aerodinámicos conocidos y transmiten la energía cinética a través de la energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a un multiplicador o, si no se utiliza un multiplicador, directamente al generador. Después, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que puede enviarse a una red de suministro.
Las palas de rotor de un aerogenerador incluyen típicamente una carcasa formada a partir de un material laminado compuesto. En general, la carcasa es relativamente ligera y tiene unas propiedades estructurales (por ejemplo, rigidez, resistencia al pandeo y robustez) que no están configuradas para resistir los momentos de flexión y otras cargas ejercidas sobre la pala de rotor durante el funcionamiento. Además, las palas de los aerogeneradores son cada vez más largas para producir más energía. Como resultado, las palas deben ser más rígidas y, por lo tanto, más pesadas para mitigar las cargas sobre el rotor.
Para aumentar la rigidez, la resistencia al pandeo y la robustez de la pala de rotor, la carcasa se suele reforzar con uno o más componentes estructurales (por ejemplo, refuerzos longitudinales opuestos con un larguero configurado entre los mismos) que se acoplan a las superficies interiores de la carcasa. Los refuerzos longitudinales se construyen típicamente a partir de compuestos laminados (por ejemplo, compuestos laminados de fibra de vidrio y/o compuestos laminados de fibra de carbono) que incluyen capas de tela secas o no curadas que se colocan dentro del molde de la pala y posteriormente se infunden con resina. Dichos materiales, sin embargo, pueden ser difíciles de controlar durante el proceso de fabricación y/o son propensos a defectos y/o requieren mucha mano de obra debido a la manipulación de las telas no curadas y las dificultades para infundir grandes estructuras laminadas. Se han realizado intentos recientes para formar refuerzos longitudinales a partir de materiales compuestos laminados precurados y prefabricados que pueden producirse en placas relativamente gruesas y que, por lo general, son menos susceptibles a defectos. Sin embargo, el uso de tales placas laminadas precuradas relativamente gruesas para formar refuerzos longitudinales todavía presenta especiales dificultades para los fabricantes de palas. Por ejemplo, existen todavía dificultades para lograr la distribución deseada del grosor a lo largo de la envergadura para el refuerzo longitudinal, reducir costes/tiempo de mano de obra, reducir la tensión que se produce dentro de las placas individuales y/o adaptar las placas a la curvatura de la pala de rotor.
En US 2014/301859 A1, US 2014/003956 A1, y US 2013/149154 A1 se describen, por ejemplo, refuerzos longitudinales para una pala de aerogenerador.
En consecuencia, una configuración de refuerzo longitudinal formada a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que aborde uno o más de las actuales dificultades de fabricación descritas anteriormente sería bienvenida en la tecnología.
Varios aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden quedar claros a partir de la descripción.
La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
Varias características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan y forman parte de esta memoria, ilustran realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
En los dibujos:
La figura 1 ilustra una vista lateral de una realización de un aerogenerador de acuerdo con aspectos de la presente descripción;
La figura 2 ilustra una vista en perspectiva de una realización de una pala de rotor adecuada para utilizarse dentro del aerogenerador que se muestra en la figura 1 de acuerdo con aspectos de la presente descripción; La figura 3 ilustra una vista en sección transversal de la pala de rotor mostrada en la figura 2 según la línea 3-3; La figura 4 ilustra una vista en primer plano de una parte de la pala de rotor mostrada en la figura 3, que ilustra particularmente un refuerzo longitudinal de la pala de rotor formada a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas;
La figura 5 ilustra una vista en perspectiva de una parte de una de las placas laminadas precuradas que se muestran en la figura 4;
La figura 6 ilustra una vista esquemática a lo largo de una realización de un refuerzo longitudinal formado a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, ilustrando particularmente la placa más exterior del refuerzo longitudinal que define un grosor de placa máximo para el refuerzo longitudinal y la placa más interior del refuerzo longitudinal que define un grosor de placa mínimo para el refuerzo longitudinal; La figura 7 ilustra una vista esquemática a lo largo la envergadura de otra realización de un refuerzo longitudinal formada a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, ilustrando particularmente el grosor de las placas que disminuye constantemente a medida que el larguero se extiende desde su placa más exterior a su placa más interior;
La figura 8 ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de otra realización de un refuerzo longitudinal formado a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, ilustrando particularmente la placa más exterior del refuerzo longitudinal que define un grosor de placa mínimo para el refuerzo longitudinal y la placa más interior del larguero que define un grosor de placa máximo para el larguero;
La figura 9 ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de otra realización de un refuerzo longitudinal formado a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, ilustrando particularmente el grosor de las placas que aumenta constantemente a medida que el larguero se extiende desde su placa más exterior hasta su placa más interior;
La figura 10 ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de otra realización de un refuerzo longitudinal formado a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, ilustrando particularmente el refuerzo longitudinal que incluye placas más delgadas a lo largo de su parte exterior e interior y placas más gruesas entre su parte exterior e interior;
La figura 11 ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de una realización de un refuerzo longitudinal formado a partir de un conjunto de placas laminadas precuradas que tienen diferentes grosores, que ilustra particularmente el refuerzo longitudinal que incluye placas más gruesas a lo largo de una región interior del refuerzo longitudinal y placas más delgadas a lo largo de una región exterior del refuerzo longitudinal; y La figura 12 ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de una realización alternativa del refuerzo longitudinal mostrado en la figura 11, que ilustra particularmente las placas más gruesas y más delgadas superpuestas a lo largo de la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de rotor.
Se hará referencia en detalle ahora a unas realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se da a modo de explicación de la invención, no como limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la materia que pueden realizarse diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización pueden utilizarse con otra realización para producir todavía otra realización. Por lo tanto, se pretende que la presente invención cubra las modificaciones y variaciones que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En general, la presente descripción va dirigida a un refuerzo longitudinal de acuerdo con la reivindicación 1.
Además, en una realización particular de la presente descripción, la(s) placa(s) más exterior(es) del refuerzo longitudinal puede(n) definir un grosor de placa máximo para el refuerzo longitudinal mientras que la(s) placa(s) más interior(es) del refuerzo longitudinal puede(n) definir un grosor de placa mínimo para el refuerzo longitudinal. Alternativamente, la disposición de las placas laminadas precuradas puede invertirse de modo que la(s) placa(s) más exterior(es) del refuerzo longitudinal defina(n) el grosor de placa mínimo mientras que la(s) placa(s) más interior(es) del refuerzo longitudinal defina(n) el grosor de placa máximo.
En una realización no reivindicada, los grosores de las placas pueden variar a lo largo de la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de rotor. Por ejemplo, en una realización, el refuerzo longitudinal puede incluir placas más gruesas que se extiendan a lo largo de la(s) región(es) interior(es) de la pala de rotor y placas más delgadas que se extiendan a lo largo de la(s) región(es) exterior(es) de la pala.
Tal como se describirá a continuación, cada disposición de placa específica puede ofrecer ventajas únicas cuando se utilizan dichas placas para formar un refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador. Por ejemplo, el uso de placas laminadas precuradas que tienen grosores variables puede permitir que la distribución general del grosor a lo largo de la envergadura del refuerzo longitudinal se adapte específicamente para cumplir con los requisitos de diseño particulares para la pala de rotor que se fabrica. Además, una o más realizaciones de la presente descripción pueden permitir una reducción de costes/tiempo de mano de obra asociados a la fabricación de un refuerzo longitudinal y/o una reducción de la tensión experimentada dentro de las placas individuales que forman el refuerzo longitudinal y/o puede también permitir una mejora en la capacidad de las placas del refuerzo longitudinal más exteriores para adaptarse a la curvatura en el sentido de la cuerda de la pala de rotor.
Debe apreciarse que, en varias realizaciones, las placas laminadas precuradas de la presente descripción pueden corresponder a placas pultrusionadas. Tal como se entiende en general, los "compuestos pultrusionados" o "pultrusiones" generalmente abarcan materiales reforzados (por ejemplo, fibras o filamentos tejidos o trenzados) que se impregnan con una resina y se pasan a través de una matriz estacionaria caliente de manera que la resina se cura o experimenta una polimerización. Como tal, el proceso de fabricación de materiales compuestos pultrusionados se caracteriza típicamente por un proceso continuo de materiales compuestos que produce piezas compuestas que presentan una sección transversal constante (por ejemplo, una sección transversal rectangular). Sin embargo, en otras realizaciones, las placas laminadas precuradas que se describen aquí pueden formarse utilizando cualquier otro proceso adecuado, tal como un proceso de fabricación por prensado de banda.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, la figura 1 ilustra una vista lateral de una realización de un aerogenerador 10. Tal como se muestra, el aerogenerador 10 incluye, en general, una torre 12 que se extiende desde una superficie de apoyo 14 (por ejemplo, el suelo, una plataforma de hormigón o cualquier otra superficie de apoyo adecuada). Además, el aerogenerador 10 también puede incluir una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje giratorio 20 y por lo menos una pala de rotor 22 acoplada al buje 20 y extendiéndose hacia afuera del mismo. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en una realización alternativa, el rotor 18 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 puede quedar separada alrededor del buje 20 para facilitar el giro del rotor 18 para permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 20 puede acoplarse de manera giratoria a un generador eléctrico (no mostrado) dispuesto en el interior de la góndola 16 para permitir la producción de energía eléctrica.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, se ilustra una realización de una pala de rotor 22 adecuada para utilizarse en el aerogenerador 10 mostrado en la figura 1 de acuerdo con aspectos de la presente descripción. Específicamente, la figura 2 ilustra una vista en perspectiva de la pala de rotor 22. Además, la figura 3 ilustra una vista en sección transversal de la pala de rotor 22 según la línea 3-3 que se muestra en la figura 2.
Tal como se muestra, la pala de rotor 22 en general incluye una raíz de la pala 24 configurada para montarse o sujetarse de otro modo al buje 20 (figura 1) del aerogenerador 10 y una punta de la pala 26 dispuesta opuesta a la raíz de la pala 24. Además, la pala de rotor 22 puede incluir una carcasa 28 configurada para extenderse entre la raíz de la pala 24 y la punta de la pala 26 a lo largo de un eje longitudinal o transversal 30 de la pala 22. La carcasa 28, en general, puede servir de envoltura/cubierta exterior de la pala de rotor 22 y puede definir un perfil sustancialmente aerodinámico, por ejemplo, definiendo una sección transversal en forma de superficie aerodinámica simétrica o curvada. Tal como se muestra en la figura 3, la carcasa 28 también puede definir un lado de presión 32 y un lado de succión 34 que se extienden entre el extremo de ataque y de salida 36, 38 de la pala de rotor 22. Además, la pala de rotor 22 también puede presentar una envergadura 40 que define la longitud total entre la raíz de la pala 24 y la punta de la pala 26 y una cuerda 42 que define la longitud total entre el borde de ataque 36 y el borde de salida 38. Tal como se entiende en general, la cuerda 42 generalmente puede variar de longitud respecto a la envergadura 40 a medida que la pala de rotor 22 se extiende desde la raíz de la pala 24 hasta la punta de la pala 26.
En varias realizaciones, la carcasa 28 de la pala de rotor 22 puede estar formada por una pluralidad de componentes o secciones de carcasa. Por ejemplo, en una realización, la carcasa 28 puede fabricarse a partir de una primera mitad o sección de carcasa que define generalmente el lado de presión 32 de la pala de rotor 22 y una segunda mitad o sección de carcasa que define generalmente el lado de succión 34 de la pala de rotor 22, sujetándose entre sí dichas secciones de carcasa en el extremo de ataque y de salida 36, 38 de la pala 22. Alternativamente, la carcasa 28 puede estar formada por cualquier otro número y/o disposición adecuada de secciones de carcasa. Por ejemplo, en una realización, la carcasa 28 puede estar segmentada a lo largo del eje longitudinal 30 de la pala de rotor 22, estando formado cada segmento a lo largo de la envergadura a partir de una o más secciones de carcasa.
Además, la carcasa 28, en general, puede formarse a partir de cualquier material adecuado. Por ejemplo, en una realización, la carcasa 28 puede estar formada completamente en un material compuesto laminado, tal como un compuesto laminado reforzado con fibra de carbono o un compuesto laminado reforzado con fibra de vidrio. Alternativamente, una o más partes de la carcasa 28 pueden configurarse en capas y pueden incluir un material central, formado a partir de un material ligero tal como madera (por ejemplo, balsa), espuma (por ejemplo, espuma de poliestireno extruido) o una combinación de dichos materiales, dispuesto entre capas de material compuesto laminado.
Haciendo referencia en particular a la figura 3, la pala de rotor 22 también puede incluir uno o más componentes estructurales que se extienden longitudinalmente configurados para proporcionar mayor rigidez, resistencia al pandeo y/o robustez a la pala 22. Por ejemplo, la pala de rotor 22 puede incluir un par de refuerzos longitudinales que se extienden longitudinalmente 44, 46 configurados para acoplarse contra las superficies interiores opuestas 48, 50 del lado de presión y succión 32, 34 de la pala de rotor 22, respectivamente. Además, entre los refuerzos longitudinales 44, 46 pueden disponerse uno o más largueros 52 para formar una configuración a modo de viga. Los refuerzos longitudinales 44, 46, en general, pueden diseñarse para controlar las tensiones de flexión y/u otras cargas que actúan sobre la pala de rotor 22 en una dirección sustancialmente a lo largo de la envergadura (una dirección paralela a la envergadura 40 de la pala de rotor 22) durante el funcionamiento de un aerogenerador 10. De manera similar, los refuerzos longitudinales 44, 46 también pueden diseñarse para soportar la compresión a lo largo de la envergadura que se produce durante el funcionamiento del aerogenerador 10.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, se ilustra una vista en sección transversal en detalle de uno de los refuerzos longitudinales 46 mostrados en la figura 3 de acuerdo con aspectos de la presente descripción, ilustrando particularmente el refuerzo longitudinal 46 configurado o formado a partir de una pluralidad de placas laminadas precuradas 100. Además, la figura 5 ilustra una vista en sección transversal más detallada de una parte de una de las placas laminadas precuradas 100 mostradas en la figura 4.
En varias realizaciones, cada placa precurada 100 puede corresponder a una placa pultrusionada. En dichas realizaciones, durante el proceso de fabricación puede curarse uno o más materiales de fibra 102 (por ejemplo, fibras de vidrio o de carbono) para formar cada placa pultrusionada individual. Por ejemplo, las fibras 102 pueden impregnarse con por lo menos un material de resina 104 utilizando cualquier medio adecuado. En realizaciones particulares, el material de resina 104 puede incluir cualquier resina adecuada, incluyendo, entre otras, poliéster, poliuretano, tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET), éster de vinilo, epoxi o similar. Después, las fibras impregnadas 102 pueden pasarse a través de una matriz estacionaria caliente para curar o polimerizar la resina 104 para formar cada placa 100. Las placas 100 formadas individualmente pueden montarse o unirse después (por ejemplo, a través de un proceso de infusión secundario) para formar el refuerzo longitudinal resultante 46. Por ejemplo, tal como se muestra en la realización ilustrada de la figura 4, cada una de las placas laminadas precuradas 100 puede formar una sola capa 106 del refuerzo longitudinal 46. Las capas 106 pueden apilarse después una encima de la otra y unirse utilizando cualquier medio adecuado, tal como, por ejemplo, mediante infusión al vacío de las placas 100 entre sí o uniendo las placas 100 entre sí a través de un adhesivo, un material semi-impregnado, o un material pre-impregnado, para formar el refuerzo longitudinal 46.
Tal como se muestra particularmente en la figura 5, las fibras 102 incluidas dentro de cada placa 100 generalmente pueden quedar orientadas en una dirección de la fibra común 108. En varias realizaciones, la dirección de la fibra 108 puede extenderse paralela a la dirección longitudinal o a lo largo de la envergadura de la pala de rotor 22. Como tales, las fibras 102 contenidas en el interior de cada placa 104 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 pueden extenderse sustancialmente a lo largo de la longitud del refuerzo longitudinal 46 entre la raíz de la pala 24 y la punta de la pala 26.
Tal como se muestra en la figura 4, el conjunto de placas laminadas precuradas 100 que forman el refuerzo longitudinal 46 puede incluir una placa exterior 100A situada directamente junto a la superficie interior 50 de la carcasa 28 de la pala de rotor 22, una placa interior 100G situada frente a la placa exterior 100A (y, por lo tanto, dispuesta más alejada de la superficie interior 50 de la carcasa 28) y una pluralidad de placas intermedias (por ejemplo, placas 100B-100F) dispuestas entre la placa más exterior e interior 100A, 100G. Con fines de ilustración, el refuerzo longitudinal 46 se muestra en la figura 4 formado por siete placas laminadas precuradas 100. Sin embargo, en general, el refuerzo longitudinal 46 puede estar formado por cualquier número de placas laminadas precuradas 100, tal como menos de siete placas o más de siete placas.
Tal como se muestra particularmente en la figura 4, en varias realizaciones, las placas 100 pueden configurarse para definir grosores variables 112. Específicamente, tal como se describirá a continuación, por lo menos una de las placas 100 puede configurarse para definir un grosor de placa en una dirección perpendicular a la cuerda del perfil o del grosor de la pala de rotor 22 (indicado por la flecha 110 en las figuras 3 y 4) que varía del (de los) grosor(es) de las otras placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46.
En varias realizaciones, los grosores de las placas 100 pueden variar de manera que la(s) placa(s) 100 quede(n) dispuesta(s) lo más cerca posible de la superficie interior 50 de la carcasa 28 (por ejemplo, la placa más exterior 100a y, opcionalmente, una o más placas adyacentes, tal como las placas 100B y 100C) definen un grosor de placa 112A que difiere significativamente del grosor de placa 112B definido por la(s) placa(s) 100 situada(s) más alejada(s) de la superficie interior 50 de la carcasa 28 (por ejemplo, la placa más interior 100G y, opcionalmente, una o más placas adyacentes, tales como las placas 100E y 100F). 2. De acuerdo con la invención, el grosor de placa 112A de la(s) placa(s) 100 situada(s) más cerca de la superficie interior 50 puede diferir del grosor de placa 112B de la(s) placa(s) 100 situada(s) más alejada(s) de la superficie interior 50 en por lo menos un 50 %, tal como por lo menos aproximadamente un 60% o por lo menos aproximadamente un 70% o por lo menos aproximadamente un 80% o por lo menos aproximadamente un 90% y/o cualquier otro subrango entre éstos. Tal como se muestra en la figura 4, la(s) placa(s) 100 situada(s) más cerca de la superficie interior 50 es (son) más gruesa(s) que la(s) placa(s) 100 situada(s) más alejada(s) de la superficie interior 50. Sin embargo, tal como se describirá a continuación, en otras realizaciones, la(s) placa(s) 100 situada(s) más cerca de la superficie interior 50 puede(n) ser más delgada(s) que la(s) placa(s) 100 situada(s) más alejada(s) de la superficie interior 50.
Haciendo referencia ahora a la figura 6, se ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de una realización del refuerzo longitudinal 46 mostrado en la figura 4 de acuerdo con aspectos de la presente descripción. Tal como se muestra, las diversas placas laminadas precuradas 100 que forman el refuerzo longitudinal 46 generalmente pueden apilarse o montarse para disminuir de longitud a lo largo de la envergadura desde la placa más exterior 100A hasta la placa más interior 100G. Específicamente, en varias realizaciones, la placa más exterior 100A generalmente puede definir la mayor longitud a lo largo de la envergadura 114 (por ejemplo, una longitud igual o sustancialmente igual a la envergadura 40 de la pala de rotor 22 de modo que la placa 100A se extienda generalmente desde la raíz de la pala 24 hasta la punta de la pala 26) y la placa más interior 100B, en general, puede definir la menor longitud a lo largo de la envergadura 116 (por ejemplo, una longitud igual a entre aproximadamente un 0% y aproximadamente un 30% de la envergadura 40 de la pala de rotor 22). Además, tal como se muestra en la figura 6, los extremos a lo largo de la envergadura de las placas 100, de acuerdo con la invención, quedan desplazados entre sí de manera que el refuerzo longitudinal 46 define generalmente una distribución de grosores cónica a lo largo de la dirección longitud a lo largo de la envergadura de la pala 22. Específicamente, tal como se muestra, un grosor total 118 del refuerzo longitudinal 46 puede aumentar constantemente desde cero o sustancialmente cero en la raíz de la pala 24 hasta un grosor máximo del refuerzo longitudinal en una primera ubicación a lo largo de la envergadura 120 definida a lo largo del refuerzo longitudinal 46 (por ejemplo, a una distancia de la raíz 24 igual a entre aproximadamente un 10 % y aproximadamente el 25% de la envergadura 40) y puede permanecer sustancialmente constante desde la primera ubicación a lo largo de la envergadura 120 hasta una segunda ubicación a lo largo de la envergadura 122 definida a lo largo del refuerzo longitudinal 46 (por ejemplo, a una distancia de la raíz 24 igual a entre aproximadamente un 25% y aproximadamente un 40% de la envergadura 40), con el grosor 118 disminuyendo de manera constante desde el grosor máximo hasta cero o sustancialmente cero a medida que el refuerzo longitudinal 46 se extiende hacia afuera desde la segunda ubicación a lo largo de la envergadura 122 hacia la punta de la pala 26.
Debe apreciarse que, en otras realizaciones, el refuerzo longitudinal 46 puede estar configurado para definir cualquier otra distribución o perfil de grosores adecuado en su longitud a lo largo de la envergadura. Por ejemplo, en otra realización, el grosor 118 del refuerzo longitudinal 46 a lo largo de su longitud puede estrecharse hasta un punto en la placa más exterior 100G de modo que la distribución/perfil de grosores del refuerzo longitudinal 46 tenga una forma triangular o piramidal. Alternativamente, en lugar de definir una distribución/perfil de grosores que incluya una forma cónica lineal o recta, la distribución/perfil de grosores puede definir una forma curvilínea en la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de rotor 22.
Además, tal como se ha indicado anteriormente, las placas laminadas precuradas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 definen grosores de placa variables. Específicamente, en varias realizaciones, las placas 100 pueden apilarse o disponerse de modo que las placas más gruesas queden situadas lo más cerca posible de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 6, las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 definen tres grosores de placa diferentes (por ejemplo, grosores T1, T2 , T3), definiendo las tres placas exteriores (por ejemplo, 100A, 100B, 100C) el grosor de placa máximo (T1) del refuerzo longitudinal 46, definiendo las tres placas más interiores (por ejemplo, 100G, 100F, 100E) el grosor de placa mínimo (T2) para el refuerzo longitudinal 46 y definiendo la placa central (por ejemplo, 100D) un grosor de placa intermedio (T3) para el refuerzo longitudinal 46.
En otras realizaciones, los grosores de las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 pueden variar de cualquier otra manera adecuada que permita que la(s) placa(s) situada(s) más cerca de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28 sea(n) más gruesa(s) que la placa(s) situada(s) más lejos de la superficie interior 50. Por ejemplo, en una realización no reivindicada, en lugar de definir tres grosores de placa diferentes, las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 sólo pueden definir dos grosores diferentes. En dicha realización, las placas 100 pueden montarse de modo que las placas más gruesas queden colocadas lo más cerca posible de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28 y las placas más delgadas queden colocadas lo más alejadas de la superficie interior 50.
Alternativamente, el refuerzo longitudinal 46 puede formarse a partir de placas 100 que definan más de tres grosores de placa diferentes. Por ejemplo, en una realización, cada placa 100 puede configurarse para definir un grosor de placa que difiera de los grosores de placa de las otras placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46. En la figura 7, tal como se muestra, la placa más exterior 100A puede configurarse para definir un grosor de placa máximo (por ejemplo, grosor Ta) para el refuerzo longitudinal 46 y la placa más interior 100G puede configurarse para definir un grosor de placa mínimo (por ejemplo, grosor Tg) para el refuerzo longitudinal 46, disminuyendo los grosores de placa de las placas intermedias 100B-100F (por ejemplo, grosores Tb- Tf) de manera constante desde la placa más exterior 100A y la placa más interior 100G. Como tales, los grosores de las placas 100 pueden disminuir de manera continua a medida que el refuerzo longitudinal 46 se extiende en la dirección del grosor 118 de la pala de rotor 22 desde la placa más exterior 100A hasta la placa más interior 100G.
Debe apreciarse que, en varias realizaciones, el grosor de placa mínimo para las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 puede ser igual a menos de un 50 % del grosor de placa máximo para las placas 100. Por ejemplo, en una realización particular, el grosor de placa mínimo puede ser igual a menos de un 40 % del grosor de placa máximo, como menos de un 30 % del grosor de placa máximo o menos de un 20 % del grosor de placa máximo o menos de un 10 % del grosor de placa máximo y/o cualquier otro subrango entre ellos.
También debe apreciarse que, al montar las placas laminadas precuradas 100 de modo que la(s) placa(s) más exterior(es) del refuerzo longitudinal 46 corresponda(n) a la(s) placa(s) más gruesa(s) y la(s) placa(s) más interior(es) del refuerzo longitudinal 46 corresponda(n) hasta la(s) placa(s) más delgada(s), pueden obtenerse varias ventajas. Por ejemplo, dado que la(s) placa(s) más exterior(es) define(n) la(s) mayor(es) longitud(es) a lo largo de la envergadura, todo o una parte significativa tanto del grosor como de la envergadura del refuerzo longitudinal 46 puede obtenerse utilizando menos placas, reduciendo de este modo el tiempo de trabajo/costes asociados al montaje de las placas. Además, dado que las placas más gruesas suelen ser más susceptibles de agrietarse en sus extremos, el uso de placas más gruesas como placas más exteriores para el refuerzo longitudinal 46 puede garantizar que las placas terminen en regiones de baja tensión de la pala 22 (por ejemplo, en la raíz de la pala 24 y la punta de la pala 26 o adyacentes a éstas) a diferencia de las regiones de mayores tensiones de la pala 22 (por ejemplo, a lo largo de la parte de la envergadura 40 a través del cual se define el grosor máximo del refuerzo longitudinal 118). Además, el uso de placas más delgadas 100 como placa(s) más interior(es) para el refuerzo longitudinal puede permitir realizar ajustes más finos en el grosor total del refuerzo longitudinal, lo que permite adaptar específicamente la distribución de grosores a lo largo de la envergadura.
Haciendo referencia ahora a la figura 8, se ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de otra realización de un refuerzo longitudinal 46 formado a partir de una pluralidad de placas laminadas precuradas 100 que definen grosores variables de acuerdo con aspectos de la presente descripción. Tal como se muestra, a diferencia de las realizaciones descritas anteriormente con referencia a las figuras 6 y 7, las placas 100 pueden apilarse o disponerse de manera que las placas más delgadas queden situadas lo más cerca posible de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 8, las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 definen tres grosores de placa diferentes (por ejemplo, grosores T1, T2, T3), definiendo las tres placas exteriores (por ejemplo, 100A, 100B, 100C) el grosor de placa mínimo (T3) del refuerzo longitudinal 46, definiendo las tres placas más interiores (por ejemplo, 100G, 100F, 100E) el grosor de placa máximo (T2) para el refuerzo longitudinal 46 y definiendo la placa central (por ejemplo, 100D) un grosor de placa intermedio (T3) para el refuerzo longitudinal 46.
En otras realizaciones, los grosores de las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 pueden variar de cualquier otra manera adecuada que permita que las placas situadas más cerca de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28 sean más delgadas que la placa(s) situada(s) más lejos de la superficie interior 50. Por ejemplo, en una realización no reivindicada, en lugar de definir tres grosores de placa diferentes, las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 sólo pueden definir dos grosores diferentes. En dicha realización, las placas 100 pueden montarse de modo que las placas más delgadas queden situadas lo más cerca posible de la superficie interior 50 de la carcasa de la pala 28 y las placas más gruesas queden situadas más alejadas de la superficie interior 50.
Alternativamente, el refuerzo longitudinal 46 puede formarse a partir de placas 100 que definan más de tres grosores de placa diferentes. Por ejemplo, en una realización, cada placa 100 puede configurarse para definir un grosor de placa que difiera de los grosores de placa de las otras placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46. En la figura 9, tal como se muestra, la placa más exterior 100A puede configurarse para definir un grosor de placa mínimo (por ejemplo, grosor Ta) para el refuerzo longitudinal 46 y la placa más interior 100G puede configurarse para definir un grosor de placa máximo (por ejemplo, grosor Tg) para el refuerzo longitudinal 46, aumentando los grosores de placa de las placas intermedias 100B-100F (por ejemplo, grosores Tb-Tf) de manera constante desde la placa más exterior 100A y la placa más interior 100G. Como tales, los grosores de las placas 100 pueden aumentar de manera continua a medida que el refuerzo longitudinal 46 se extiende en la dirección del grosor 118 de la pala de rotor 22 desde la placa más exterior 100A hasta la placa más interior 100G.
Debe apreciarse que, al montar las placas laminadas precuradas 100 de modo que la(s) placa(s) más exterior(es) del refuerzo longitudinal 46 corresponda(n) a la(s) placa(s) más delgada(s) y la(s) placa(s) más interior(es) del refuerzo longitudinal 46 corresponda(n) a la(s) placa(s) más gruesa(s), pueden obtenerse varias ventajas únicas (por ejemplo, ventajas que difieren de las ventajas que se obtienen cuando se utilizan configuraciones similares a las que se muestran en las figuras 6 y 7). Por ejemplo, en comparación con placas más gruesas, las placas más delgadas pueden presentar una mayor flexibilidad a lo largo de la cuerda. Como tal, el uso de una o más placas más delgadas como la(s) placa(s) más exterior(es) para el refuerzo longitudinal 46 puede permitir adaptar más fácilmente la(s) placa(s) a la curvatura a lo largo de la cuerda de la pala de rotor 22. Esto puede ser particularmente cierto para las zonas de la pala de rotor 22 que definen curvaturas a lo largo de la cuerda significativamente altas (por ejemplo, en regiones exteriores de la pala de rotor 22 definidas más allá de un 50% de la envergadura 40 de la pala). Después de colocar las placas más delgadas para formar la curvatura del perfil aerodinámico, las placas más gruesas pueden añadirse como capas cortas, que normalmente se disponen en las regiones interiores de la pala de rotor 22 (por ejemplo, menos de un 50% de la envergadura de la pala 40 desde la raíz de la pala 24) que definen menos curvatura en el sentido de la cuerda. Además, las placas más delgadas pueden enrollarse y/o manipularse de otro modo más fácilmente. Como tal, puede ser deseable utilizar placas más delgadas para formar la(s) placa(s) más exterior(es) dado que las placas más largas y delgadas pueden transportarse más fácilmente que las placas más largas y gruesas.
Haciendo referencia ahora a la figura 10, se ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de una realización no reivindicada de un refuerzo longitudinal 46 formado a partir de una pluralidad de placas laminadas precuradas 100 que definen grosores variables de acuerdo con aspectos de la presente descripción. Tal como se muestra, a diferencia de las realizaciones descritas anteriormente con referencia a las figuras 6-9, las placas 100 pueden apilarse o disponerse de modo que las placas más delgadas queden situadas a lo largo de la parte exterior e interior del refuerzo longitudinal 46, con las placas más gruesas dispuestas más centralmente dentro del refuerzo longitudinal 46 a lo largo de su dirección de grosor 110. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 10, las dos placas más exteriores (por ejemplo, las placas 100A y 100B) y las dos placas más interiores (por ejemplo, las placas 100G y 100F) corresponden a las placas más delgadas (por ejemplo, definiendo un grosor de placa mínimo T1 del refuerzo longitudinal 46), con las placas intermedias (por ejemplo, placas 100C, 100D y 100E) dispuestas entre las placas más interiores y exteriores correspondientes a las placas más gruesas (por ejemplo, definiendo un grosor de placa máximo T2 del refuerzo longitudinal 46).
Debe apreciarse que, en otras realizaciones, los grosores de las placas 100 utilizadas para formar el refuerzo longitudinal 46 pueden variar de cualquier otra manera adecuada que permita que la(s) placa(s) situada(s) a lo largo de la parte exterior e interior del refuerzo longitudinal 46 sea(n) más delgada(s) que la(s) placa(s) situada(s) más central(es). Por ejemplo, en una realización, la(s) placa(s) más exterior(es) (por ejemplo, las placas 100A y 100B) puede(n) definir un grosor diferente al de la(s) placa(s) más interior(es) (por ejemplo, las placas 100G y 100F), siendo los grosores de dichas placas todavía menor que la(s) placa(s) situada(s) más central(es) (por ejemplo, placas 100C, 100D y 100E). De manera similar, no es necesario que la(s) placa(s) situada(s) central(es) defina(n) un grosor uniforme. Por ejemplo, en otra realización, las placas situadas en el centro (por ejemplo, las placas 100C, 100D y 100E) pueden definir grosores variables, siendo los grosores de dichas placas todavía mayores que las placas más exteriores e interiores.
También debe apreciarse que, al montar las placas laminadas precuradas 100 de la misma manera o de una manera similar a la que se muestra en la figura 10, pueden obtenerse varias ventajas. Por ejemplo, el uso de una o más placas más delgadas como la(s) placa(s) más exterior(es) para el refuerzo longitudinal 46 puede permitir que la(s) placa(s) se adapte(n) más fácilmente a la curvatura a lo largo de la cuerda de la pala de rotor 22 mientras que el uso de una o más placas más delgadas como la(s) placa(s) más interior(es) para el refuerzo longitudinal 46 puede permitir realizar ajustes más finos en el grosor total del refuerzo longitudinal. Además, al utilizar una o más placas más gruesas como placa(s) intermedia(s), el grosor del refuerzo longitudinal 46 puede obtenerse rápidamente utilizando menos placas.
Haciendo referencia ahora a la figura 11, se ilustra una vista esquemática a lo largo de la envergadura de una realización no reivindicada de un refuerzo longitudinal 46 formado a partir de una pluralidad de placas laminadas precuradas 100, 101 que definen grosores variables de acuerdo con aspectos de la presente descripción. Tal como se muestra, a diferencia de las realizaciones descritas anteriormente con referencia a las figuras 6-10, el grosor de las placas 100, 101 varía en la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de rotor 22 a diferencia de la dirección del grosor 110. Específicamente, en varias realizaciones, pueden apilarse una pluralidad de placas más gruesas 100 una encima de la otra para formar una parte interior 150 del refuerzo longitudinal 46 que se extiende hacia afuera desde la raíz de la pala 24 y pueden apilarse una pluralidad de placas más delgadas 101 una encima de la otra para formar una parte exterior 152 del refuerzo longitudinal 46 que se extiende hacia fuera desde la parte interior 150 del refuerzo longitudinal 46 hacia la punta de la pala 26. Tal como se muestra en la figura 11, las placas más gruesas 100 pueden definir generalmente un grosor de placa (T1) que es mayor que el grosor de placa (T2) de las placas más delgadas 101.
Debe apreciarse que, aunque las placas 100 más gruesas se muestran en la figura 11 definiendo un grosor de placa uniforme (T1), los grosores de dichas placas 100 también pueden variar a lo largo de la dirección del grosor 110 del refuerzo longitudinal 46, por ejemplo, variando los grosores de dichas placas 100 entre las placas más interiores y más exteriores. De manera similar, debe apreciarse que, aunque las placas 101 más delgadas se muestran en la figura 11 definiendo un grosor de placa uniforme (T2), los grosores de dichas placas 101 también pueden variarse a 10 largo de la dirección del grosor 110 del refuerzo longitudinal 46, por ejemplo, variando el grosor de dichas placas 101 entre las placas más interiores y más exteriores.
También debe tenerse en cuenta que la(s) ubicación(es) específica(s) a lo largo de la envergadura en la(s) que el refuerzo longitudinal pasa de las placas más gruesas 100 a las placas más delgadas 101 puede(n) variar generalmente dependiendo de las características deseadas del refuerzo longitudinal y/o la configuración de la pala de rotor 22 correspondiente. Sin embargo, en general, la ubicación de la transición puede seleccionarse de manera que las placas más delgadas 101 se extiendan a lo largo de la(s) región(es) exterior(es) de la pala de rotor 22 que tiene(n) la curvatura más alta a lo largo de la cuerda, lo que permite que dichas placas 101 se utilicen para adaptarse más fácilmente a la curvatura de la pala. Por ejemplo, en la realización mostrada en la figura 11, el refuerzo longitudinal 46 pasa de las placas más gruesas 100 a las placas más delgadas 101 en una(s) ubicación(es) de transición a lo largo de la extensión (por ejemplo, a lo largo de una línea de transición cónica 154) que varía desde aproximadamente un 40 % hasta aproximadamente un 60 % de la extensión 40 de la pala de rotor 22. Sin embargo, en otras realizaciones, la(s) ubicación(es) de transición a lo largo de la envergadura pueden definirse en una(s) ubicación(es) dentro un 40 % de la envergadura de la pala 40 o en una(s) ubicación(es) fuera de un 60 % de la envergadura de la pala 40. Además, debe apreciarse que, aunque el refuerzo longitudinal 46 ilustrado en la figura 11 se muestra como la transición de las placas más gruesas 100 a las placas más delgadas 101 en ubicaciones a lo largo de la envergadura más hacia afuera de la raíz de la pala 24 a medida que el refuerzo longitudinal 46 se extiende en la dirección del grosor 110 entre su placa más exterior y la más interior (por ejemplo, a lo largo de la línea de transición cónica 154), la transición entre las placas más gruesas 100 y las placas más delgadas 101 puede ser cónica en la dirección opuesta o puede producirse en una única ubicación a lo largo de la envergadura (por ejemplo, a lo largo de una línea de transición que se extiende paralela a la dirección del grosor 110).
Además, como alternativa no reivindicada a la transición de un extremo a otro mostrada en la figura 11, las placas 100, 101 pueden estar configuradas para superponerse entre sí en la dirección de la envergadura a medida que el refuerzo longitudinal 46 pasa de las placas más gruesas 100 a las placas más delgadas 101. Por ejemplo, la figura 12 ilustra una realización alternativa no reivindicada del refuerzo longitudinal 46 mostrado en la figura 11 que tiene placas más gruesas y más delgadas superpuestas o intercaladas 100, 101. Debe apreciarse que, con fines de ilustración, las placas más gruesas adyacentes 100 y las placas más delgadas adyacentes 101 del refuerzo longitudinal 46 se han mostrado separadas para ilustrar claramente la superposición entre las placas más gruesas y más delgadas 100, 101. Un experto en la materia debería apreciar fácilmente que las placas adyacentes más gruesas 100 y las placas adyacentes más delgadas 101 se apilarían una encima de la otra durante el montaje de modo que los espacios obvios mostrados en la figura 12 no estén presentes.
Tal como se muestra en la figura 12, las placas más gruesas 100 y las placas más delgadas 101 quedan intercaladas entre sí de manera que se define una región superpuesta 160 entre cada placa más delgada 101 y las placas más gruesas 100 adyacentes. Tal superposición de las placas más gruesas 100 y las placas más delgadas 101 a lo largo de la región de transición del refuerzo longitudinal 46 puede permitir que las cargas se transfieran entre dichas placas 100, 101 a través de un cizallamiento interlaminar, lo que puede aumentar la capacidad de carga del refuerzo longitudinal 46.
Debe apreciarse que las diversas configuraciones de placa mostradas en las figuras 6-12 se dan simplemente como ejemplos de disposiciones de apilamiento adecuadas utilizando placas laminadas precuradas de diferentes grosores. En otras realizaciones no reivindicadas, puede utilizarse cualquier otra disposición de apilamiento adecuada, incluyendo cualquier patrón adecuado de placas gruesas y delgadas. Por ejemplo, en una realización, las placas pueden alternarse entre placas gruesas y delgadas a medida que el refuerzo longitudinal se monta en la dirección del grosor.
Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir la invención, incluyendo el modo preferido, y también para permitir que cualquier experto en la materia ponga en práctica la invención. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la materia.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Refuerzo longitudinal (46) para una pala de rotor (22) de un aerogenerador (10), incluyendo la pala de rotor (22) una raíz de la pala (24), una punta de la pala (26) y una carcasa (28) que se extiende entre la raíz de la pala (24) y la punta de la pala (26), comprendiendo el refuerzo longitudinal (46):
un conjunto de placas laminadas precuradas (100) apiladas una encima de la otra, incluyendo el conjunto de placas laminadas precuradas (100) una placa precurada más exterior (100A), una placa precurada más interior (100G) situada frente a la placa precurada más exterior (100A) y una pluralidad de placas precuradas intermedias (100B-100F) apiladas directamente entre las placas precuradas más exteriores (100A) y las más interiores (100G), estando configurada la placa precurada más exterior (100A) para quedar colocada adyacente a una superficie interior (50) de la carcasa (28),
en el que la placa precurada más exterior (100A) define un grosor de placa (112A) que difiere de un grosor de placa (112B) definido por la placa precurada más interior (100G) en por lo menos un 50%;
en el que el grosor de placa de la pluralidad de placas precuradas intermedias (100B-100F) disminuye o aumenta continuamente a medida que el refuerzo longitudinal (46) se extiende entre la placa precurada más exterior (100A) y la placa precurada más interior (100G), en el que los extremos a lo largo de la envergadura de las placas (100A-100G) están desplazados entre sí de manera que el refuerzo longitudinal (46) define, en general, una distribución de grosores cónica a lo largo de la dirección a lo largo de la envergadura de la pala (22).
2. Refuerzo longitudinal (46) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el grosor de placa (112A) de la placa precurada más exterior (100A) corresponde a un grosor de placa máximo para el refuerzo longitudinal (46) y el grosor de placa (112B) de la placa precurada más interior (100G) corresponde a un grosor de placa mínimo para el refuerzo longitudinal (46).
3. Refuerzo longitudinal (46) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el grosor de placa (112A) de la placa precurada más exterior (100A) corresponde a un grosor de placa mínimo para el refuerzo longitudinal (46) y el grosor de placa (112B) de la placa precurada más interior (100G) corresponde a un grosor de placa máximo para el refuerzo longitudinal (46).
4. Refuerzo longitudinal (46) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada una de la pluralidad de placas laminadas precuradas (100) corresponde a una placa pultrusionada.
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