ES2940682T3 - Una pala de turbina eólica y un método de fabricación de la pala de turbina eólica - Google Patents

Una pala de turbina eólica y un método de fabricación de la pala de turbina eólica Download PDF

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Abstract

Esta invención se refiere a un componente de pala de turbina eólica, a un método de fabricación de dicho componente de pala de turbina eólica ya una pala de turbina eólica que comprende el componente de pala de turbina eólica. El componente de pala de aerogenerador que comprende una pila de capas dispuestas en un primer grupo (30) y en un segundo grupo (31), donde las capas de cada grupo tienen el mismo ancho (W1, W2). Las capas de cada grupo se desplazan continuamente en una dirección de borde para formar un perfil de borde cónico. El primer grupo (30) de capas se puede disponer en relación con el segundo grupo (31), o en un orden alterno. Las capas del primer grupo (30) pueden tener además una primera longitud (L1) mayor que una segunda longitud (L2) de las capas del segundo grupo (31). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Una pala de turbina eólica y un método de fabricación de la pala de turbina eólica
Campo técnico
[0001] La presente invención se refiere a un componente de pala de turbina eólica para una pala de turbina eólica, el componente de pala de turbina eólica comprende una pluralidad de capas de material de fibra, donde dicha pluralidad de capas comprende un primer grupo de capas y al menos un segundo grupo de capas.
[0002] La presente invención también se refiere a una pala de turbina eólica que comprende dicho componente de pala de turbina eólica, y a un método de fabricación del componente de pala de turbina eólica.
Antecedentes
[0003] Es sabido que las tapas de larguero o los laminados principales se integran en la concha de pala de la turbina eólica durante el proceso de fabricación. Alternativamente, los laminados principales pueden fijarse a la concha de pala en un proceso posterior al moldeo. Los laminados principales están interconectados mediante una o varias almas a cortante, vigas en I o vigas cajón. Se sabe además que los laminados principales comprenden una pila laminada de uno o más materiales de fibra infundidos con una resina adecuada y finalmente curados.
[0004] US 2011/0243750 A1 divulga una tapa de larguero formada por una pila de capas individuales de un material de fibra que se cortan en longitudes individuales y se disponen para formar una pila que tiene un perfil de extremo ahusado en la dirección longitudinal (“lengthwise”) o longitudinal. Las capas individuales se cortan además para formar un perfil longitudinal uniforme con una anchura constante, o para formar un perfil longitudinal ahusado en el que la anchura se va estrechando desde la raíz de la pala hasta el extremo de punta.
[0005] US 2012/0082554 A1 divulga al menos dos porciones apiladas que comprenden cada una una pluralidad de capas individuales que tienen una anchura uniforme en una dirección longitudinal. Las porciones individuales apiladas se unen entre sí en la dirección longitudinal para formar la tapa de larguero. En una realización, las capas de cada porción apilada están desplazadas individualmente entre sí para formar un perfil de extremo en forma de zig-zag que se extiende uniformemente en una dirección de borde (“edgewise direction”). En una realización alternativa, uno o más dedos sobresalen de los extremos opuestos de cada capa de cada porción de pila en dirección longitudinal. Los dedos de caras opuestas forman una junta superpuesta que se extiende en la dirección de borde.
[0006] Esta solución proporciona una unión compleja que requiere una alineación y una laminación (“lay-up”) precisas de cada porción de pila.
[0007] US 2009/0169392 A1 divulga una tapa de larguero formada por una pila trapezoidal de capas individuales en el que la anchura de cada capa ahúsa de un lado al lado opuesto. En una realización alternativa, la pila comprende una pluralidad de capas de la misma anchura divididas en dos grupos que están desplazados en direcciones de borde opuestas con respecto a un perfil de sección transversal de forma rectangular relativamente ancho. Cada grupo se solapa parcialmente con la superficie extrema inclinada de un elemento de núcleo adyacente, de modo que los bordes solapados de ese grupo forman un perfil de borde que se extiende sustancialmente perpendicular a la superficie extrema inclinada. Los bordes opuestos de ese grupo forman un perfil de borde que se extiende paralelo a la dirección del espesor. Se forman arrugas en las partes superpuestas de las capas debido a la transición angular entre la piel exterior de la concha de pala y el extremo ahusado del elemento de núcleo. Además, se forman rebajes relativamente grandes en la superficie interior de la pala, ya que la tapa de larguero sólo se extiende parcialmente a lo largo del extremo ahusado del elemento de núcleo.
[0008] US 5755558 A divulga una estructura de larguero apilada que comprende un grupo de un material de fibra UD de alto módulo y otro grupo de un material de fibra US de bajo módulo, en el que las capas de cada grupo están desplazadas en la misma dirección de borde. Cada grupo de capas tiene una anchura de capa que difiere de la anchura de capa de los grupos adyacentes.
[0009] US 2012/0009070 A1 divulga una concha de pala de turbina eólica que comprende una pluralidad de elementos de concha precurados dispuestos en al menos dos capas separadas. Los elementos de concha de cada capa están angulados en distintas direcciones de borde.
Objeto de la invención
[0010] Un objeto de la invención es proporcionar un componente de turbina eólica, una pala de turbina eólica y un método que resuelva los problemas mencionados.
[0011] Otro objeto de la invención es proporcionar un componente de turbina eólica, una pala de turbina eólica y un método que ahorre materiales de fibra y reduzca los costes de fabricación.
[0012] Otro objeto de la invención es proporcionar un componente de turbina eólica, una pala de turbina eólica y un método que permita una laminación rápida y sencilla del material de fibra.
Descripción detallada de la invención
[0013] Un objeto de la invención se consigue mediante un componente de pala de turbina eólica para una pala de turbina eólica, el componente de pala de turbina eólica extendiéndose desde un primer extremo hasta un segundo extremo en una dirección longitudinal y además desde un primer borde hasta un segundo borde en una dirección de borde, el componente de pala de turbina eólica comprende una pluralidad de capas de material de fibra dispuestas en una pila que se extiende en una dirección de espesor, en la que la pila define un primer lado y un segundo lado en el que los bordes primero y segundo están dispuestos entre los lados primero y segundo, dicha pluralidad de capas comprende un primer grupo de capas y al menos un segundo grupo de capas, las capas de dicho primer grupo tiene una primera anchura local y las capas de dicho segundo grupo tiene una segunda anchura local, en la que las capas de al menos uno de dichos primer y segundo grupos están desplazadas continuamente en al menos una dirección de borde desde el primer lado hasta el segundo lado, en la que las capas de dicho primer grupo están desplazadas en una primera dirección de borde para formar un primer perfil de borde y las capas de dicho segundo grupo están desplazadas en una segunda dirección de borde para formar un segundo perfil de borde, caracterizado por que la primera dirección de borde es opuesta a la segunda dirección de borde.
[0014] Esto proporciona un componente de pala de turbina eólica con una configuración apilada alternativa que permite un proceso de laminación simplificado. La pila puede formarse ventajosamente utilizando un número reducido de rodillos con diferentes anchuras de un material de fibra en comparación con los métodos convencionales. Esto también reduce la cantidad de corte necesaria, ya que todas las capas de cada grupo tienen la misma anchura. Así, cualquier ajuste de la anchura puede realizarse en una etapa común para todas las capas de un grupo seleccionado. Las capas también pueden precortarse a la anchura deseada y suministrarse en rollos. Esto reduce aún más el número total de elementos necesarios para fabricar los componentes de las palas de la turbina eólica. Esto permite un uso optimizado de los materiales estructurales para minimizar la masa y el coste de la pala de la turbina eólica.
[0015] El componente de pala de turbina eólica está formado como un laminado principal que puede integrarse en la parte aerodinámica de la concha de pala durante la fabricación, o fabricarse por separado y fijarse posteriormente a la parte aerodinámica de la concha de pala. El componente de la pala de la turbina eólica tiene una longitud medida entre un primer extremo y un segundo extremo en una dirección longitudinal, una anchura medida entre un primer borde y un segundo borde en una dirección de borde, y un espesor medido entre un primer lado y un segundo lado en una dirección del espesor. La forma y las dimensiones del componente de la pala de la turbina eólica pueden adaptarse al perfil aerodinámico y/o a las dimensiones geométricas de la pala de la turbina eólica.
[0016] El componente de la pala de la turbina eólica está formado por una pluralidad de capas individuales, por ejemplo capas, de un material de fibra dispuestas en una configuración apilada. Las capas individuales se dividen en dos o más grupos, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de capas. Por ejemplo, cada grupo comprende dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete o más capas. Las capas individuales de cada grupo tienen una longitud local, una anchura local y un espesor local. El número de capas de cada grupo puede ser uniforme o variar entre sí. El número total de grupos puede seleccionarse en función de la rigidez estructural deseada y del perfil del componente de la turbina eólica.
[0017] Las capas individuales de al menos un grupo están continuamente desplazadas en una dirección de borde de un lado al lado opuesto. El desplazamiento de anchura de cada capa puede determinarse en relación con una capa de referencia, es decir, una capa seleccionada dentro de ese grupo o dentro de otro grupo. Por ejemplo, el desplazamiento de la anchura relativa puede aumentar uniformemente desde el primer lado hacia el segundo, o viceversa. Por ejemplo, el desplazamiento de la anchura relativa puede variar entre el primer lado y el segundo. Los primeros bordes individuales de las capas forman juntos un primer perfil de borde y los segundos bordes individuales de las capas forman juntos un segundo perfil de borde. Los perfiles de los bordes primero y segundo pueden orientarse en la misma dirección de borde general o en direcciones de borde opuestas. Esto reduce la formación de arrugas en el material de fibra y permite que los respectivos perfiles de los bordes coincidan con los correspondientes perfiles de los extremos de los elementos de núcleo adyacentes, de modo que el componente de la turbina eólica y los elementos de núcleo formen una transición sustancial continua o suave en la superficie interior de la pala. Esto también proporciona una interfaz mejorada entre el componente de la pala de la turbina eólica y la parte aerodinámica de la pala de la turbina eólica.
[0018] El desplazamiento de las capas individuales forma una junta ahusada que define una transición gradual entre el componente de la pala de la turbina eólica y el elemento de núcleo contiguo. Esto proporciona una transición óptima en la rigidez y reduce las concentraciones de tensión en esta unión ahusada.
[0019] Además, las capas de dicho primer grupo están desplazadas en una primera dirección de borde para formar un primer perfil de borde y las capas de dicho segundo grupo están desplazadas en una segunda dirección de borde para formar un segundo perfil de borde.
[0020] Preferiblemente, la pila comprende un primer grupo de capas y al menos un segundo grupo de capas. El número de capas del primer grupo y del segundo puede variar o ser el mismo. Las capas individuales del primer grupo pueden estar desplazadas en una primera dirección de borde de modo que los bordes individuales primero o segundo formen juntos un primer perfil de borde. Las capas individuales del segundo grupo pueden estar desplazadas en una segunda dirección de borde con respecto a la primera dirección de borde, de modo que los bordes individuales primero o segundo formen juntos un segundo perfil de borde. La pila puede comprender opcionalmente otros grupos en los que las capas individuales de estos otros grupos pueden estar desplazadas en una dirección de borde distinta de las primera y segunda direcciones de borde.
[0021] El desplazamiento de la anchura relativa del primer grupo y/o del segundo grupo puede seleccionarse en función del perfil aerodinámico y de las dimensiones geométricas de la pala de la turbina eólica. Por ejemplo, el desplazamiento de la anchura relativa del primer grupo puede ser igual al desplazamiento de la anchura relativa del segundo grupo. De este modo, los perfiles de los bordes primero y segundo pueden tener un ángulo igual o simétrico con respecto a la dirección del espesor. Por ejemplo, el desplazamiento de la anchura relativa del primer grupo puede diferir del desplazamiento de la anchura relativa del segundo grupo. De este modo, los perfiles de borde primero y segundo pueden tener ángulos diferentes con respecto a la dirección del espesor. Esto permite que los perfiles de borde respectivos formen una junta ahusada con una transición relativamente corta o larga medida en la dirección de borde.
[0022] Además, la primera dirección de borde es opuesta a la segunda dirección de borde.
[0023] Las capas individuales del primer grupo y del segundo grupo pueden estar desplazadas en direcciones de borde opuestas, de modo que el componente de la pala de la turbina eólica pueda formar un perfil de borde en forma de zig-zag. En este caso, el perfil en zig-zag puede estar definido por los perfiles de borde combinados del primer grupo o del segundo grupo. Esto permite que los perfiles de borde respectivos formen una junta ahusada relativamente corta con dos porciones de borde ahusadas, por ejemplo, una junta sustancialmente en forma de V.
[0024] Alternativamente, las capas individuales del primer grupo y del segundo grupo también pueden estar desplazadas en la misma dirección de borde, de modo que los perfiles de borde individuales primero o segundo pueden extenderse paralelos entre sí o en posiciones angulares diferentes. Las capas individuales del primer y del segundo grupo pueden estar desplazadas respecto al mismo punto de partida, es decir, las capas de referencia pueden estar alineadas. Esto permite que los perfiles de borde respectivos formen una junta ahusada alternativa con dos porciones de borde ahusadas, por ejemplo, una junta escalonada o en forma de diente de sierra.
[0025] Las capas individuales de los grupos primero y segundo también pueden estar desplazadas con respecto a puntos de partida diferentes, es decir, las capas de referencia pueden estar desplazadas. De este modo, el primer lado puede estar formado por las primeras capas más externas combinadas de los grupos primero y segundo, y el segundo lado puede estar formado por las segundas capas más externas combinadas de los grupos primero y segundo. Esto permite que las respectivas capas más externas formen un lado con una anchura total combinada mayor que la anchura local de cada capa más externa.
[0026] Alternativamente, las capas individuales del primer grupo y del segundo grupo también pueden estar desplazadas de forma continua en la misma dirección de borde, de manera que el desplazamiento de la anchura aumente de forma continua en la dirección del espesor. De este modo, los perfiles de borde individuales primero o segundo pueden tener una superficie de borde continua con diferentes porciones angulares. Esto permite que los respectivos perfiles de borde formen una junta ahusada relativamente larga con una única porción de borde ahusada.
[0027] Según una realización, una capa más externa de dicho primer grupo está alineada con una capa más externa de dicho segundo grupo en la dirección del espesor.
[0028] El primer grupo puede comprender una primera capa más externa orientada hacia el primer lado y una segunda capa más externa orientada hacia el segundo lado. Esta primera o segunda capa más externa puede utilizarse como referencia para compensar las demás capas del primer grupo. Del mismo modo, el segundo grupo puede incluir una primera capa más externa orientada hacia el primer lado y una segunda capa más externa orientada hacia el segundo lado. Esta primera o segunda capa más externa puede utilizarse como referencia para compensar las demás capas del segundo grupo.
[0029] La capa de referencia del primer grupo puede estar alineada con la capa de referencia del segundo grupo en la dirección del espesor. Alternativamente, las dos capas de referencia pueden estar desplazadas entre sí en la dirección de borde. Por ejemplo, la primera o la segunda capa más externa de los grupos primero y segundo pueden utilizarse como capas de referencia. Esto permite que una capa más externa del primer grupo se solape parcial o totalmente con una capa más externa adyacente del segundo grupo en la dirección de borde, o viceversa.
[0030] Además, un desplazamiento de anchura local entre la capa de referencia y una capa seleccionada del primer grupo puede ser igual o diferente a un desplazamiento de anchura local entre las capas correspondientes del segundo grupo. Por ejemplo, los desplazamientos de anchura local entre la primera y la segunda capas más externas del primer grupo y del segundo grupo pueden ser iguales. Lo mismo puede aplicarse a cualquier otra capa correspondiente entre el primer y el segundo grupo.
[0031] Según una realización, las capas del segundo grupo están desplazadas con respecto a una capa más externa del primer grupo.
[0032] Otra posibilidad es utilizar la primera o la segunda capa más externa del primer grupo como capa de referencia para compensar las capas del segundo grupo. Así, esta capa de referencia puede solaparse parcialmente con una capa más externa adyacente del segundo grupo. Opcionalmente, esta capa más externa adyacente puede alinearse además con la capa de referencia utilizada para compensar las capas del primer grupo. De este modo, se forma un desfase de anchura relativa mayor entre estas dos capas más externas adyacentes del primer y del segundo grupo.
[0033] Según una realización, las capas de al menos el primer o segundo grupo están dispuestas en un orden continuo en la dirección del espesor.
[0034] Las capas individuales del primer grupo pueden estar dispuestas en un orden continuo a lo largo del espesor de la pila. Además, las capas individuales del segundo grupo pueden estar dispuestas en un orden continuo a lo largo del espesor de la pila. De este modo, los grupos primero y segundo pueden disponerse adyacentes entre sí. Esto permite laminar (“laid up”) las capas de cada grupo en un proceso continuo.
[0035] Según una realización, las capas del primer grupo y las capas del segundo grupo están dispuestas en un orden alterno en la dirección del espesor.
[0036] En su lugar, las capas individuales del primer grupo y las capas individuales del segundo grupo pueden disponerse en un orden alterno a lo largo del espesor de la pila. Esto permite laminar las capas del primer y segundo grupo en un proceso alternado.
[0037] Según una realización, dicha pluralidad de capas forma una pila ahusada, en la que una anchura total de dicha pila ahusada se estrecha desde el primer lado hasta el segundo lado o un espesor total de dicha pila ahusada se estrecha desde una capa que define uno de dichos primer y segundo lados hasta una capa que define el otro de dichos primer y segundo lados.
[0038] El número total de capas individuales que definen la pila puede estar dispuesto para formar un perfil ahusado que se extiende en la dirección de borde y en la dirección del espesor. Este perfil ahusado puede definir una anchura total y un espesor total del componente de la pala de la turbina eólica. Por ejemplo, pero sin limitarse a ello, la pila puede comprender al menos diez capas, preferiblemente entre veinte y ochenta capas.
[0039] Por ejemplo, las capas individuales de los grupos primero y segundo pueden estar dispuestas para formar un perfil de sección transversal sustancialmente uniforme que tenga una anchura total sustancialmente uniforme a lo largo del espesor del componente de la pala de la turbina eólica. Por ejemplo, este perfil de sección transversal uniforme puede tener forma de paralelogramo. El espesor total del componente de la pala de la turbina eólica puede ahusarse en la dirección de borde desde una capa que define el primer lado hasta una capa que define el segundo lado, o viceversa. Aquí, el "paralelogramo" se define como cualquier forma geométrica que tenga lados primero y segundo paralelos y bordes primero y segundo paralelos. Esto permite un solapamiento sustancialmente uniforme entre las capas adyacentes de la pila.
[0040] Por ejemplo, las capas individuales de los grupos primero y segundo pueden estar dispuestas para formar un perfil transversal de forma trapezoidal en el que la anchura total puede ahusarse a lo largo del espesor del componente de la pala de la turbina eólica desde el primer lado hasta el segundo, o viceversa. Aquí, el "trapezoide" se define como cualquier forma geométrica que tenga lados primero y segundo paralelos y bordes primero y segundo no paralelos.
[0041] Esta pila ahusada puede formar una subparte de una pila ahusada general más grande del componente de la pala de la turbina eólica. Un tercer grupo de capas y un cuarto grupo de capas pueden estar dispuestos para formar al menos otra subparte de esta pila ahusada global. Dicha otra subparte puede estar situada en el primer o segundo lado de los grupos de capas primero y segundo mencionados. Las capas individuales de los grupos tercero y cuarto pueden tener cada una una anchura local que difiera de la anchura local del primer y/o segundo grupo de capas. Por ejemplo, las capas del tercer y/o cuarto grupo pueden tener una anchura mayor o menor que la anchura de las capas del primer y/o segundo grupo. Además, las capas del primer y segundo grupo pueden estar dispuestas en un orden alterno y/o las capas del tercer y cuarto grupo pueden estar dispuestas en un orden alterno. Esto permite adaptar la anchura local de las capas individuales de cada subparte al espesor total global de este componente de la pala de la turbina eólica. Esto también permite fabricar componentes de pala de turbina eólica relativamente gruesos o componentes de pala de turbina eólica con una zona de transición relativamente larga de borde.
[0042] Alternativamente, las capas individuales de los grupos primero y segundo pueden estar dispuestas para formar una mitad de un perfil simétrico del componente de la pala de la turbina eólica, donde la otra mitad de este perfil simétrico puede estar formada por una copia transformada de los grupos primero y segundo. La copia transformada puede estar formada por rotación, escalado, reflexión o cualquier combinación de los mismos. La anchura total de este componente de pala de turbina eólica puede ahusarse a lo largo del espesor del componente de pala de turbina eólica desde una línea central hacia el primer lado y/o hacia el segundo lado. Así, un solapamiento máximo entre capas adyacentes puede estar situado hacia el primer o el segundo lado, mientras que un solapamiento mínimo entre capas adyacentes puede estar situado hacia la línea central.
[0043] Según una realización, dicha primera anchura local es igual a dicha segunda anchura local, o dicha primera anchura local difiere de la segunda anchura local.
[0044] Las capas individuales del primer grupo pueden tener cada una una primera anchura, una primera longitud y un primer espesor. Además, las capas individuales del segundo grupo pueden tener cada una una segunda anchura, una segunda longitud y un segundo espesor.
[0045] Las capas del primer y del segundo grupo pueden tener la misma anchura local, es decir, la primera anchura puede ser igual a la segunda. Alternativamente, las capas del primer grupo y las del segundo grupo pueden tener anchuras locales diferentes, es decir, la primera anchura es mayor o menor que la segunda. Esto permite adaptar la anchura local de las capas de cada grupo al perfil aerodinámico y al perfil geométrico de la pala de la turbina eólica.
[0046] Según una realización, las capas de dicho primer grupo tienen además una primera longitud local y las capas de dicho segundo grupo tienen además una segunda longitud local, en la que o bien dicha primera longitud local es igual a dicha segunda longitud local o bien dicha primera longitud local difiere de la segunda longitud local.
[0047] Las capas individuales de al menos un grupo pueden estar alineadas en el primer extremo o en el segundo extremo. Alternativamente, las capas individuales pueden estar desplazadas de forma continua en una dirección longitudinal con respecto a una capa de referencia. El desplazamiento longitudinal de cada capa puede determinarse con respecto a la capa de referencia anterior o a otra capa de referencia. Por ejemplo, el desplazamiento longitudinal relativo puede aumentar uniformemente o variar del primer lado al segundo lado, o viceversa. Los extremos individuales del primer lado y del segundo lado de estas capas pueden formar conjuntamente un perfil de extremo ahusado orientado en la misma dirección longitudinal. De este modo, se forma otra junta ahusada entre el componente de la pala de la turbina eólica y una parte adyacente de la concha de pala. Esto reduce aún más el riesgo de que se formen arrugas en las capas laminadas durante la fabricación y reduce aún más el riesgo de delaminación en las juntas ahusadas. Esto también permite ahusar el espesor total del componente de la pala de la turbina eólica, por ejemplo de forma escalonada o gradual, en la dirección longitudinal hacia el extremo de punta y/o la raíz de la pala.
[0048] Las capas individuales del primer grupo y las capas individuales del segundo grupo pueden tener cada una la misma longitud local, es decir, la primera longitud puede ser igual a la segunda. Alternativamente, las capas del primer grupo y las capas del segundo grupo pueden tener diferentes longitudes locales, es decir, la primera longitud puede ser mayor o menor que de la segunda longitud. Esto permite adaptar la longitud local de las capas de cada grupo al perfil aerodinámico y al perfil geométrico de la pala de la turbina eólica.
[0049] En una configuración especial, las capas del primer grupo pueden tener una primera longitud que se extienda más allá de la segunda longitud de las capas del segundo grupo. Las capas del segundo grupo pueden tener además una segunda anchura que se extienda más allá de la primera anchura del primer grupo. Opcionalmente, las capas de un tercer grupo pueden tener una tercera longitud que se extienda menos que la segunda longitud y pueden tener además una tercera anchura que se extienda más allá de la segunda anchura. Esto permite que el componente de la pala de la turbina eólica se extienda más hacia la región del extremo de punta y tenga así una longitud total mayor. Esto permite además que la anchura total y/o el espesor total del componente de la pala de la turbina eólica se ahúsen, por ejemplo de forma escalonada, a medida que se extiende más hacia la región del extremo de punta.
[0050] En esta configuración especial, las capas del primer grupo, del segundo grupo y, opcionalmente, del tercer grupo pueden estar alineadas además con respecto a una línea central común en la dirección de borde o desplazadas hacia el primer o el segundo extremo del componente de la pala de la turbina eólica. Alternativa o adicionalmente, las capas del primer grupo, el segundo grupo y opcionalmente el tercer grupo pueden estar alineadas centralmente en la dirección longitudinal o desplazadas hacia el primer o segundo extremo del componente de la pala de la turbina eólica.
[0051] En una configuración especial alternativa, las capas de uno o más grupos seleccionados pueden estar desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal. Por ejemplo, las capas de un grupo pueden estar desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal con respecto a las capas de otro grupo. Por ejemplo, las capas de un grupo pueden estar desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal, mientras que las capas de otro grupo pueden estar desplazadas sólo en la dirección de borde. Por ejemplo, las capas de todos los grupos pueden estar desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal.
[0052] El espesor local de las capas de cada grupo puede ser el mismo. Alternativamente, el espesor local de las capas del primer grupo puede ser menor que el espesor local de las capas del segundo grupo, o viceversa. Esto permite además adaptar el perfil del componente de la pala de la turbina eólica al perfil aerodinámico y a las dimensiones geométricas de la pala de la turbina eólica.
[0053] Un objeto de la invención se consigue además mediante un método de fabricación de un componente de pala de turbina eólica como el descrito anteriormente, que comprende las etapas de:
• laminar (“laying up”) un primer grupo de capas de un material de fibra en un molde, donde cada capa de dicho primer grupo tiene una primera anchura local,
• laminar además al menos un segundo grupo de capas del material de fibra, donde cada capa de dicho al menos segundo grupo tiene una segunda anchura local,
• infundir dicho material de fibra con una resina,
• curar sustancialmente dicha resina para formar un componente de pala de turbina eólica,
caracterizada por que la laminación de al menos uno de dichos primer y segundo grupos de capas comprende desplazar continuamente las capas subsiguientes de dicho al menos uno de los grupos primero y segundo de capas en una dirección de borde con respecto a una capa de referencia de dicho al menos uno de los grupos primero y segundo de capas.
[0054] Esto permite simplificar el proceso de laminación de las capas que forman el componente de la pala de la turbina eólica utilizando un número reducido de rollos con material de fibra. Esto también reduce el número total de elementos utilizados para fabricar el componente de la pala de la turbina eólica en comparación con los métodos convencionales. De este modo, se requiere una cantidad mínima de corte para formar cada capa individual de ese grupo, ya que cualquier ajuste de anchura puede realizarse en una etapa común. La presente invención también minimiza la masa y el coste de la pala de la turbina eólica mediante un uso optimizado de los materiales estructurales durante la fabricación.
[0055] El componente de la pala de la turbina eólica puede laminarse en un molde separado y, opcionalmente, infundirse con resina y luego curarse. El componente curado de la pala de la turbina eólica puede colocarse y fijarse al resto de la estructura de la concha de pala en una etapa posterior. Alternativamente, el componente de la turbina eólica puede laminarse directamente en un rebaje formado en una estructura de la concha de pala dispuesta en un molde de pala.
[0056] La laminación de la pila puede realizarse simplemente desplazando las capas individuales en la dirección de borde o en la dirección de la cuerda (“chordwise direction”) para formar el perfil transversal deseado. Esto puede hacerse manualmente a mano o mediante el equipo automatizado de laminación. En los métodos convencionales, el rollo con material de fibra tiene que cambiarse para cada capa con el fin de proporcionar el perfil ahusado de la sección transversal. El perfil transversal ahusado también puede formarse en algunos métodos convencionales cortando individualmente cada capa en anchura. La presente invención mejora las propiedades de infusión del componente de la pala de la turbina eólica y proporciona una interfaz mejorada entre la parte aerodinámica y el componente de la pala de la turbina eólica.
[0057] Según una realización, al menos uno de dichos primer y segundo grupo de capas se lamina en una etapa continua.
[0058] Cada grupo de capas puede laminarse en un orden continuo y, por tanto, en etapas continuas individuales. De este modo, el primer grupo de capas puede laminarse en una primera etapa y el segundo grupo de capas puede laminarse en una segunda etapa. Esto permite una laminación rápida y sencilla de cada grupo individual de capas. Las capas individuales de cada grupo pueden simplemente cortarse en longitud durante la laminación, o suministrarse como elementos precortados. Una primera capa puede laminarse inicialmente y funcionar como capa de referencia para compensar las capas posteriores. Las capas siguientes pueden laminarse simplemente desplazándolas en la dirección de borde con respecto a la capa de referencia.
[0059] Según una realización, dichos primer y segundo grupo de capas se laminan en orden alterno.
[0060] Los grupos de capas primero y segundo también pueden laminarse en orden alterno y, por tanto, en una etapa combinada.
[0061] Por ejemplo, una primera capa del primer grupo puede laminarse inicialmente en el molde y funcionar como primera capa de referencia para compensar las capas posteriores del primer grupo. A continuación, puede laminar una primera capa del segundo grupo sobre la primera capa del primer grupo y funcionar como una segunda capa de referencia para compensar las capas posteriores del segundo grupo. Opcionalmente, esta segunda capa de referencia puede estar desplazada en la dirección de borde con respecto a la primera capa de referencia. Una segunda capa del primer grupo puede laminarse después sobre la primera capa del segundo grupo y desplazarse con respecto a la primera capa de referencia. A continuación, se puede laminar una segunda capa del segundo grupo sobre la segunda capa del primer grupo y desplazarla con respecto a la segunda capa de referencia. Y así sucesivamente. Este proceso puede repetirse hasta que se hayan laminado todas las capas del primer y del segundo grupo.
[0062] Por ejemplo, una primera capa del primer grupo puede laminarse inicialmente en el molde y funcionar como capa de referencia común para desplazar las capas posteriores del primer y segundo grupo. A continuación, puede laminarse una primera capa del segundo grupo sobre la primera capa del primer grupo y desplazarse en la dirección de borde con respecto a esta capa de referencia común. A continuación, una segunda capa del primer grupo puede laminarse sobre la primera capa del segundo grupo y desplazarse con respecto a la capa de referencia común. A continuación, se puede laminar una segunda capa del segundo grupo sobre la segunda capa del primer grupo y desplazarla con respecto a la capa de referencia común. Y así sucesivamente. Este proceso puede repetirse hasta que se hayan laminado todas las capas del primer y del segundo grupo.
[0063] Las capas posteriores del primer grupo pueden estar desplazadas continuamente en la primera dirección de borde durante la laminación. Del mismo modo, las capas posteriores del segundo grupo pueden estar desplazadas continuamente en la dirección de borde durante la laminación. Las primera y la segunda dirección de borde pueden estar orientadas en direcciones de borde opuestas. Alternativamente, cada una de las capas posteriores de los primer y segundo grupo puede desplazarse en la misma dirección de borde general, pero con diferentes desplazamientos de anchura, durante la laminación. Alternativamente, cada capa posterior de un grupo puede desplazarse en una dirección de borde mientras que cada capa posterior del otro grupo puede alinearse en la dirección del espesor, es decir, tener un desplazamiento de anchura cero, durante la laminación. De este modo se forma una pila con un perfil de sección transversal en forma de trapecio o paralelogramo.
[0064] Según una realización, las capas de un grupo que tienen la mayor longitud local de dicha pila y/o la menor anchura local de dicha pila se laminan en una subetapa inicial.
[0065] Las capas individuales dentro de cada grupo pueden colocarse en un orden predeterminado, como se ha descrito anteriormente.
[0066] Los grupos individuales pueden disponerse de modo que el grupo de capas que tenga la mayor anchura local pueda laminarse en el molde o el rebaje en una primera subetapa. El grupo de capas con la segunda mayor anchura local puede laminarse en una subetapa posterior sobre estas capas. Este proceso puede repetirse hasta que el grupo de capas con la menor anchura local se lamine en el molde o rebaje en una última subetapa. Los grupos también pueden laminarse en orden inverso, de modo que las capas más estrechas se laminen al principio y las más anchas al final. De este modo, las capas pueden formar una pila con un perfil de sección transversal ahusado.
[0067] Adicional o alternativamente, los grupos individuales pueden disponerse de manera que el grupo de capas que tenga la mayor longitud local pueda laminarse en el molde o rebaje en una primera subetapa. El grupo de capas con la segunda mayor longitud local puede laminarse en una subetapa posterior sobre estas capas. Este proceso puede repetirse hasta que el grupo de capas con la menor longitud local se lamine en el molde o el rebaje en una última subetapa. Los grupos también pueden laminarse en orden inverso, de modo que las capas más cortas se laminen inicialmente y las más largas, finalmente. De este modo, las capas pueden formar una pila con un perfil longitudinal ahusado.
[0068] Según una realización, al menos una capa de dicho primer grupo o segundo grupo está laminada en un ángulo inclinado con respecto a la dirección longitudinal de otra capa del primer grupo o segundo grupo, y/o al menos una capa de dicho primer grupo o segundo grupo está laminada en una dirección curva con respecto a la dirección longitudinal.
[0069] En otra realización especial, uno o más grupos de capas pueden colocarse en un ángulo predeterminado con respecto a la dirección longitudinal. Alternativamente, las capas de un mismo grupo pueden colocarse en ángulos predeterminados con respecto a la dirección longitudinal. Este ángulo puede medirse desde el primer extremo hacia el segundo extremo, o viceversa.
[0070] Por ejemplo, el grupo individual de capas y/o las capas dentro de un grupo pueden estar anguladas individualmente en relación con la dirección longitudinal de modo que exista un desplazamiento angular entre los grupos adyacentes. Al menos un grupo o capa puede extenderse en paralelo a la dirección longitudinal mientras que los demás grupos o capas pueden colocarse en un ángulo uniformemente creciente a lo largo de la dirección del espesor. Alternativamente, un grupo o capa puede formar un ángulo hacia el primer borde mientras que al menos otro grupo o capa puede formar un ángulo hacia el segundo borde. El ángulo puede variar alternativamente a lo largo de la dirección del espesor. Por ejemplo, pero sin limitarse a ello, el desplazamiento angular puede ser de 0,5°, 1 °, 1,5°, 2° o incluso mayor o menor. Esto proporciona un perfil general en el que la anchura total varía a lo largo de la dirección longitudinal.
[0071] En otra realización especial, uno o más grupos de capas pueden extenderse en una dirección de curvatura relativa a la dirección longitudinal. La curvatura puede medirse desde el primer extremo hacia el segundo extremo, o viceversa.
[0072] Por ejemplo, los grupos individuales de capas y/o las capas individuales dentro de un grupo pueden estar curvadas individualmente o tener la misma curvatura en relación con la dirección longitudinal. Al menos un grupo o capa puede extenderse paralelamente a la dirección longitudinal mientras que los otros grupos o capas pueden estar curvados hacia el primer o segundo borde. Alternativa o adicionalmente, al menos un grupo o capa puede estar curvado hacia el primer borde mientras que al menos otro grupo o capa puede estar curvado hacia el segundo borde. Esto proporciona un perfil general adecuado para palas de turbinas eólicas torsionadas o precurvadas.
[0073] La curvatura o colocación angular anterior puede seleccionarse en función de la posición a lo largo de la dirección de la cuerda del componente de la pala de la turbina eólica y/o del perfil aerodinámico de la pala de la turbina eólica.
[0074] Un objeto de la invención también se consigue mediante una pala de turbina eólica para una turbina eólica, que se extiende desde una raíz de pala hasta un extremo de punta en una dirección longitudinal y además desde un borde de ataque hasta un borde de salida en una dirección de la cuerda, la pala de turbina eólica comprende una concha de pala que forma un lado de presión y un lado de succión y una estructura portadora de carga dispuesta entre el lado de presión y el lado de succión, en la que dicha estructura portadora de carga comprende al menos un laminado principal situado en el lado de presión y al menos un laminado principal situado en el lado de succión, caracterizada por que al menos uno de dichos laminados principales en los lados de presión y succión está configurado como un componente de pala de turbina eólica tal como se ha descrito anteriormente.
[0075] Esto proporciona una pala de turbina eólica con al menos un laminado principal dispuesto en el lado de presión y en el lado de succión, respectivamente. Cada laminado principal se extiende en la dirección longitudinal y además en la dirección de la cuerda. Los laminados principales se fabrican preferentemente, como se ha descrito anteriormente, y proporcionan una transición mejorada entre el laminado principal y la parte aerodinámica de la concha de pala.
[0076] A lo largo del primer lado del laminado principal puede extenderse una piel exterior que comprenda varias capas exteriores de un material de fibra. Sobre esta piel exterior pueden disponerse varios elementos de núcleo y la pila de capas del laminado principal. La pila se extiende en la dirección del espesor, por ejemplo perpendicular a la cuerda o a la línea de caída. A lo largo del segundo lado del laminado principal puede extenderse una piel interior compuesta por varias capas interiores del material de fibra. Esto proporciona una estructura de sándwich que puede infundirse con resina y finalmente curarse. Esto proporciona una estructura laminada principal integrada con propiedades de infusión mejoradas que, a su vez, reduce el riesgo de que se formen arrugas en las capas laminadas.
[0077] Alternativamente, los elementos de núcleo pueden estar espaciados para formar un rebaje que reciba el laminado principal. La piel interior puede extenderse a lo largo de las superficies extremas de estos elementos de núcleo adyacentes y más allá a lo largo de la piel exterior. La pila de capas del laminado principal puede disponerse después dentro de este rebaje y, a continuación, infundirse con resina y finalmente curarse. Esto permite fabricar la pala de la turbina eólica en un proceso de dos etapas.
Descripción de los dibujos
[0078] La invención se explica en detalle a continuación con referencia a las realizaciones mostradas en los dibujos, en las que
Fig. 1 muestra una turbina eólica,
Fig. 2 muestra una realización de ejemplo de la pala de turbina eólica, que no entra en el ámbito de las reivindicaciones,
Fig. 3 muestra una primera realización del componente de pala de turbina eólica integrado en la concha de pala,
Fig. 4 muestra una segunda realización del componente de pala de turbina eólica,
Fig. 5 muestra el componente de la pala de la turbina eólica unido a una parte aerodinámica de la concha de pala,
Fig. 6 muestra una primera realización de la pila que comprende un primer grupo de capas y un segundo grupo de capas dispuestas en un orden continuo, que no entra en el ámbito de las reivindicaciones, Fig. 7 muestra una segunda realización del primer grupo y del segundo grupo,
Fig. 8 muestra una tercera realización del primer grupo y del segundo grupo,
Fig. 9 muestra una cuarta realización del primer grupo y del segundo grupo,
Fig. 10 muestra una quinta realización del primer grupo y del segundo grupo, que no entra en el ámbito de las reivindicaciones,
Fig. 11 muestra una sexta realización del primer grupo y del segundo grupo, que no entra en el ámbito de las reivindicaciones,
Fig. 12 muestra una séptima realización del primer grupo y del segundo grupo,
Fig. 13 muestra una octava realización de la pila en la que el primer grupo de capas y el segundo grupo de capas están dispuestos en un orden alterno, que no entra en el ámbito de las reivindicaciones, Fig. 14 muestra una novena realización del primer grupo y del segundo grupo,
Fig. 15a-b muestran dos primeras realizaciones alternativas de un componente de pala de turbina eólica formado por al menos dos subpartes,
Fig. 16a-b muestran dos segundas realizaciones alternativas del componente de pala de turbina eólica formado por al menos dos subpartes,
Fig. 17 muestra una décima realización del componente de pala de turbina eólica,
Fig. 18 muestra una undécima realización del componente de pala de turbina eólica,
Fig. 19 muestra una duodécima realización del componente de pala de turbina eólica,
Fig. 20 muestra una decimotercera realización del componente de pala de turbina eólica,
Fig. 21 muestra una decimocuarta realización del componente de pala de turbina eólica, y
Fig. 22 muestra una decimoquinta realización del componente de pala de turbina eólica.
Lista de referencias
[0079]
1. Turbina eólica
2. Torre de turbina eólica
3. Góndola
4. Buje
5. Palas de turbina eólica
6. Rodamiento de pitch
7. Raíz de la pala
8. Extremo de punta
9. Borde de ataque
10. Borde de salida
11. Concha de pala
12. Lado de presión
13. Lado de succión
14. Porción de raíz de la pala
15. Parte aerodinámica de la pala
16. Parte de transición
17. Longitud de la pala de la turbina eólica
18. Longitud de cuerda de la pala de una turbina eólica
19. Espesor de la pala
20. Elementos de núcleo
21. Piel interior
22. Piel exterior
23. Laminado principal
24. Primer lado
25. Segundo lado
26. Primer borde
27. Segundo borde
28. Superficies finales de los elementos de núcleo
29. Parte aerodinámica de la concha de pala
30. Primer grupo de capas
31. Segundo grupo de capas
32. Primera capa exterior
33. Segunda capa más externa
34. Desplazamiento en anchura
35. Primer perfil de borde
36. Segundo perfil de borde
37. Laminado principal
38. Subpartes del laminado principal
39. Mitades del laminado principal
40. Línea central
41. Tercer grupo de capas
42. Primer extremo
43. Segundo extremo
44. Dirección longitudinal
W1 Primera anchura local
W2 Segunda anchura local
W3 Tercera anchura local
L1 Primera longitud local
L2 Segunda longitud local
L3 Tercera longitud local
[0080] Los números de referencia enumerados se muestran en los dibujos mencionados, donde no todos los números de referencia se muestran en la misma figura con fines ilustrativos. La misma pieza o posición que se ve en los dibujos está numerada con el mismo número de referencia en diferentes figuras.
Descripción detallada de los dibujos
[0081] La fig. 1 muestra una turbina eólica 1 moderna que comprende una torre de turbina eólica 2, una góndola 3 dispuesta en la parte superior de la torre de turbina eólica 2 y un rotor que define un plano del rotor. La góndola 3 está unida a la torre de la turbina eólica 2, por ejemplo, mediante una unidad de rodamiento de orientación (“yaw bearing unit”). El rotor comprende un buje 4 y varias palas de turbina eólica 5. Aquí se muestran tres palas de turbina eólica, pero el rotor puede comprender más o menos palas de turbina eólica 5. El buje 4 está conectado a un tren motriz, por ejemplo un generador, situado en la turbina eólica 1 a través de un eje de rotación.
[0082] El buje 4 comprende una interfaz de montaje para cada pala de turbina eólica 5. Una unidad de rodamiento de pitch 6 (“pitch bearing”) está conectada opcionalmente a esta interfaz de montaje y además a una raíz de pala de la pala de la turbina eólica 5.
[0083] La fig. 2 muestra una vista esquemática de la pala de la turbina eólica 5 que se extiende en dirección longitudinal desde una raíz de pala 7 hasta un extremo de punta 8. La pala de la turbina eólica 5 se extiende además en una dirección de la cuerda desde un borde de ataque 9 hasta un borde de salida 10. La pala de la turbina eólica 5 comprende una concha de pala 11 con dos superficies laterales opuestas que definen un lado de presión 12 y un lado de succión 13 respectivamente. La concha de pala 11 define además una porción de raíz de pala 14, una porción de pala aerodinámica 15 y una porción de transición 16 entre la porción de raíz de pala 14 y la porción de pala aerodinámica 15.
[0084] La porción de raíz de la pala 14 tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica (indicada con líneas discontinuas). La porción de raíz de la pala 14, junto con una estructura portadora de carga, por ejemplo, un laminado principal combinado con un alma a cortante o una viga de cajón, están configurados para añadir resistencia estructural a la pala de la turbina eólica 5 y transferir las cargas dinámicas al buje 4. La estructura portante se extiende entre el lado de presión 12 y el lado de succión 13 y más allá en la dirección longitudinal.
[0085] La porción de pala aerodinámica 15 tiene una sección transversal con forma aerodinámica (indicada por líneas discontinuas) diseñada para generar sustentación. El perfil de la sección transversal de la concha de pala 11 se transforma gradualmente del perfil circular o elíptico al perfil aerodinámico en la porción de transición 16.
[0086] La pala de la turbina eólica 5 tiene una longitud longitudinal 17 de al menos 35 metros, preferiblemente de al menos 50 metros. La pala de la turbina eólica 5 tiene además una longitud de cuerda 18 en función de la longitud 17, en la que la longitud de cuerda máxima se encuentra entre la porción aerodinámica de la pala 15 y la porción de transición 16. La pala de la turbina eólica 5 tiene además un espesor de pala 19 en función de la longitud de cuerda 18, en el que el espesor de pala 19 se mide perpendicularmente a la cuerda entre el lado de presión 12 y el lado de succión 13.
[0087] La fig. 3 muestra una primera realización de un componente de pala de turbina eólica integrado en la concha de pala 11. La carcasa de la pala 11 comprende una estructura de sándwich con una serie de elementos de núcleo 20 dispuestos entre una piel interior 21 que define una superficie interior de la pala y una piel exterior 22 que define una superficie exterior de la pala. Cada piel 21,22 incluye varias capas de un material de fibra.
[0088] El componente de pala de turbina eólica está formado por un laminado principal 23 unido a los elementos de núcleo 20, en el que las pieles interior y exterior 21,22 se extienden sobre un primer lado 24 y un segundo lado 25 del componente de pala de turbina eólica, respectivamente. El componente de pala de turbina eólica comprende además un primer borde 26 y un segundo borde 27. El laminado principal 23 está formado por una pila de capas que se extienden en una dirección de espesor, como se indica en las figuras 6 a 14. Cada borde 26, 27 forma un perfil de borde definido por los bordes locales combinados primero y segundo de cada capa de la pila.
[0089] En este caso, el laminado principal 23 tiene un perfil de sección transversal en forma de trapecio, en el que la anchura total de la pila se ahúsa desde el primer lado 24 hasta el segundo lado 25 aparentemente en la dirección del espesor. Los bordes primero y segundo 26, 27 forman cada uno un perfil de borde ahusado con una superficie de borde orientada hacia el elemento de núcleo 20 adyacente. El elemento de núcleo adyacente 20 comprende un borde 28 que tiene un perfil de borde ahusado con una superficie de borde orientada hacia el laminado principal 23. Los bordes opuestos 26, 27, 28 forman juntos dos juntas ahusadas que se extienden en direcciones de borde opuestas.
[0090] La fig. 4 muestra una segunda realización del componente de pala de turbina eólica, en la que el espesor total del componente de pala de turbina eólica se ahúsa desde un lado 24, 25 hacia el lado opuesto 24, 25 parece en la dirección de borde. Aquí, el laminado principal 23' tiene un perfil de sección transversal en forma de paralelogramo. Los bordes opuestos 26', 27', 28' forman juntos dos uniones ahusadas que se extienden en la misma dirección de borde.
[0091] La fig. 5 muestra el componente de la pala de la turbina eólica fijado a una parte aerodinámica 29 de la concha de pala 11. Los elementos de núcleo 20 están dispuestos de forma que forman un rebaje para recibir el laminado principal 23", tal como se ilustra. Aquí, la piel interior 21' se extiende a lo largo de los elementos de núcleo 20 y más allá a lo largo de los bordes respectivos 28 y la piel exterior 22 en el rebaje.
[0092] A continuación, el laminado principal 23" se lamina en el rebaje tras el curado de la pieza aerodinámica 29. Una vez colocado el laminado principal 23", éste se infunde con resina y finalmente se cura. El laminado principal 23" también puede formarse como un elemento precurado que se coloca en el rebaje y luego se fija a la pieza aerodinámica 29.
[0093] La fig. 6 muestra una primera realización, no cubierta por las reivindicaciones, de la pila que comprende un primer grupo 30 de capas y un segundo grupo 31 de capas dispuestas en un orden continuo. Los grupos primero y segundo 30, 31 comprenden cada uno un número de capas de un material de fibra. Los grupos primero y segundo 30, 31 de capas están dispuestos uno respecto al otro. La pila define un espesor total y una anchura total del componente de la pala de la turbina eólica.
[0094] Los grupos primero y segundo 30, 31 comprenden cada uno una primera capa exterior 32 orientada hacia el primer lado 24 y una segunda capa exterior 33 orientada hacia el segundo lado 25. Una capa del primer grupo 30 funciona como capa de referencia para compensar las otras capas del primer grupo 30. Del mismo modo, una capa del segundo grupo 31 funciona como capa de referencia para compensar las otras capas del segundo grupo 31. En este caso, las primeras capas más externas 32 de cada grupo 30, 31 se utilizan como capas de referencia que se alinean además entre sí en la dirección del espesor.
[0095] El desplazamiento de la anchura local 34 de cada capa desplazada del primer grupo 30 aumenta continuamente desde el primer lado 24 hasta el segundo lado 25, como se ilustra en la fig. 6. De forma similar, el desplazamiento de la anchura local 34 de cada capa desplazada del segundo grupo 30 aumenta continuamente desde el primer lado 24 hasta el segundo 25. Del mismo modo, el desplazamiento de anchura local 34 de cada capa de desplazamiento del segundo grupo 30 se incrementa continuamente desde el primer lado 24 hasta el segundo lado 25. Aquí, los desplazamientos de anchura local 34 del primer grupo 30 son iguales a los desplazamientos de anchura local 34 del segundo grupo 31.
[0096] Las capas individuales del primer grupo 30 forman un primer perfil de borde 35 definido por los primeros bordes locales y los segundos bordes locales combinados. Del mismo modo, las capas individuales del segundo grupo 31 forman un segundo perfil de borde 36 definido por los primeros bordes locales y los segundos bordes locales combinados. Aquí, tanto el primer como el segundo perfil de borde se extienden en la misma dirección de borde, como se ilustra en la fig. 6.
[0097] La fig. 7 muestra una segunda realización del primer grupo 30 y del segundo grupo 31, en la que las capas del segundo grupo 31 están desplazadas en una dirección de borde con respecto a las capas del primer grupo 30.
[0098] Aquí, la primera capa más externa 32 del segundo grupo 31 funciona como capa de referencia. La primera capa más externa 32 del segundo grupo 31 está además alineada en la dirección del espesor con la segunda capa más externa del primer grupo 30.
[0099] Los desplazamientos locales de anchura 34 del primer grupo 30 son iguales a los desplazamientos locales de anchura 34 del segundo grupo 31, pero en direcciones diferentes. Los perfiles de los bordes primero y segundo 35, 36' se extienden así en direcciones de borde opuestas.
[0100] La fig. 8 muestra una tercera realización del primer grupo 30 y del segundo grupo 31, en la que la segunda capa más externa 33 del primer grupo 30 funciona como capa de referencia para el desplazamiento de las capas individuales del segundo grupo 31. De este modo, todas las capas del segundo grupo 31 se desplazan en la dirección de borde con respecto a la capa de referencia, como se ilustra en la fig. 8.
[0101] Aquí, la primera capa más externa 32 del primer grupo 30 funciona como capa de referencia para las demás capas del primer grupo 30. Por lo tanto, existe un desplazamiento de anchura local 34' entre las dos capas de referencia, como se ilustra en la fig. 8.
[0102] Aquí, la primera capa más externa 32 del segundo grupo 31 sólo se solapa parcialmente con la segunda capa más externa 33 del primer grupo 30. Mientras que en la fig. 7, la primera capa más externa 32 del segundo grupo 31 se solapa totalmente con la segunda capa más externa 33 del primer grupo 30.
[0103] La fig. 9 muestra una cuarta realización del primer grupo 30 y del segundo grupo 31, en la que las capas del segundo grupo 31 están desplazadas en una dirección de borde opuesta con respecto a las capas del primer grupo 30.
[0104] La primera capa más externa del segundo grupo 31 funciona como capa de referencia para compensar las demás capas del segundo grupo 31. Del mismo modo, la primera capa más externa del primer grupo 30 funciona como capa de referencia para compensar las otras capas del primer grupo 30. Las dos capas de referencia están aquí alineadas en la dirección del espesor. Aquí, entre la segunda capa más externa 33 del primer grupo 30 y la primera capa más externa del segundo grupo 31 se produce un mayor desplazamiento de anchura local 34". De este modo, se reduce aún más el solapamiento entre estas dos capas más externas 32, 33.
[0105] La fig. 10 muestra una quinta realización, no cubierta por las reivindicaciones, del primer grupo 30' y del segundo grupo 31', en la que el número de capas del primer grupo 30' difiere del número del segundo grupo 31'. Aquí, el número de capas del primer grupo 30' es menor que el número de capas del segundo grupo 31'.
[0106] Alternativa o adicionalmente, la capa de referencia del segundo grupo 31' está alineada con una capa intermedia del primer grupo 30'. De este modo, la primera capa más externa del segundo grupo 31' se solapa parcialmente con la segunda capa más externa 33 del primer grupo 30'. La fig. 11 muestra una sexta realización, no contemplada en las reivindicaciones, del primer grupo y del segundo grupo, en la que los desplazamientos locales de anchura del primer grupo 30 difieren de los desplazamientos locales de anchura del segundo grupo 31'.
[0107] Aquí, las capas del primer grupo 30 tienen un primer desplazamiento de anchura local 34a medido con respecto a su capa de referencia. Las capas del primer grupo 30 forman un primer perfil de borde 35" dispuesto en una primera posición angular con respecto a la dirección del espesor.
[0108] Del mismo modo, las capas del segundo grupo 31 tienen un segundo desplazamiento de anchura local 34b medido con respecto a su capa de referencia. Las capas del segundo grupo 31 forman un segundo perfil de borde 36" dispuesto en una segunda posición angular con respecto a la dirección del espesor.
[0109] Como se indica en la fig. 11, el primer desplazamiento de anchura local 34a es mayor que el segundo desplazamiento de anchura local 34b. Esta diferencia en los desplazamientos de anchura hace que los perfiles de borde primero y segundo 35", 36" se sitúen en posiciones angulares diferentes con respecto a la dirección del espesor. En cambio, los grupos primero y segundo 30, 31 de la fig. 6 tienen desplazamientos de anchura iguales y, por tanto, los perfiles de borde primero y segundo 35, 36 de los mismos se colocan en posiciones angulares paralelas.
[0110] La fig. 12 muestra una séptima realización del primer grupo 30 y del segundo grupo 31", en la que las capas del primer grupo 30 y las capas del segundo grupo 31" tienen anchuras locales diferentes.
[0111] Aquí, todas las capas del primer grupo 30 tienen una primera anchura local y todas las capas del segundo grupo 31" tienen una segunda anchura local, como se ilustra en la fig. 12 y más adelante en las figs. 17-18. Cada grupo 30, 31" de capas está continuamente desplazado en una dirección de borde seleccionada para formar los perfiles de borde 35, 36 primero y segundo deseados. Mientras que en los laminados principales convencionales, las capas se cortan individualmente en diferentes anchuras para formar los perfiles de borde deseados, como los divulgados en US 2009/0169392 A1.
[0112] La fig. 13 muestra una octava realización, no contemplada en las reivindicaciones, de la pila en el que el primer grupo 30' de capas y el segundo grupo 31" de capas están dispuestos en orden alterno. Aquí, la primera capa más externa 32 del segundo grupo 31" está dispuesta encima de la primera capa más externa 32 del primer grupo 30'. Una capa posterior del primer grupo 30' se dispone encima de la primera capa más externa 32 del segundo grupo 31" Una capa posterior del segundo grupo 31" se dispone encima de esta capa posterior del primer grupo 30', y así sucesivamente.
[0113] En este caso, las capas de los grupos primero y segundo 30', 31" están desplazadas en la misma dirección de borde general, preferiblemente con desplazamientos locales de anchura iguales, como se ilustra en la fig. 6. El primer grupo 30' de capas está además desplazado en el sentido de un eje entre el borde de ataque y salida con respecto al segundo grupo 31" de capas, como se ilustra. El primer grupo 30' de capas está además desplazado en la dirección de borde con respecto al segundo grupo 31" de capas, como se ilustra, de modo que las capas forman capas parcialmente superpuestas.
[0114] Aquí, los grupos primero y segundo 30', 31" forman una pila con un perfil de sección transversal en forma de paralelogramo. La anchura total de esta pila está definida por las anchuras locales combinadas de las capas parcialmente superpuestas. Además, la pila tiene un primer lado 24' definido por las primeras capas combinadas más externas 32 de los grupos primero y segundo 30', 31" El segundo lado 25' está definido por las segundas capas más externas 33 combinadas de los grupos primero y segundo 30', 31" Aquí, la pila tiene un solapamiento uniforme entre las capas correspondientes de los grupos primero y segundo 30', 31", como se ilustra.
[0115] De este modo, la pila puede formarse utilizando capas que tengan una anchura menor que la anchura total deseada, simplemente desplazando las capas dentro del primer y/o segundo grupo y desplazando aún más los respectivos grupos entre sí.
[0116] La fig. 14 muestra una novena realización del primer grupo 30’ y del segundo grupo 31", en la que el segundo grupo 31" de capas está desplazado en una dirección de borde opuesta con respecto al primer grupo 30’ de capas.
[0117] Aquí, los grupos primero y segundo 30’, 31" forman una pila con un perfil de sección transversal en forma de trapecio. La anchura total de esta pila está definida por las anchuras locales combinadas de las capas parcialmente superpuestas. Además, la pila tiene un primer lado 24" definido por las primeras capas combinadas más externas 32 de los grupos primero y segundo 30', 31 ". El segundo lado 25" está definido por las segundas capas más externas 33 combinadas de los grupos primero y segundo 30', 31". Aquí, la pila tiene un solapamiento mínimo entre las segundas capas más externas 33 de los grupos primero y segundo 30', 31" y un solapamiento máximo entre las primeras capas más externas 32 de los grupos primero y segundo 30', 31".
[0118] La capa más inferior de esta pila, por ejemplo, la primera capa más externa 32 del primer grupo 30', funciona como capa de referencia para compensar las demás capas de la pila, como se ilustra en la fig. 14.
[0119] Aquí, la anchura total de la pila se ahúsa desde el segundo lado 25" hasta el primer lado 24" en la dirección del espesor. Sin embargo, la dirección de estrechamiento también puede invertirse, de modo que la anchura total de la pila se ahúsa desde el primer lado 24" hasta el segundo lado 25" en la dirección del espesor.
[0120] Las fig. 15a-b muestran dos primeras realizaciones alternativas de un componente de pala de turbina eólica formado como un laminado principal 37, en el que tanto la fig. 15a como la fig. 15b muestran el laminado principal 37 con un perfil transversal general formado por una serie de subpartes 38 dispuestas unas respecto a otras.
[0121] Aquí, las subpartes individuales 38 están dispuestas unas respecto a otras en la dirección del espesor, como se indica en la fig. 15a. Opcionalmente, las subpartes individuales 38 están dispuestas unas respecto a otras en la dirección del espesor y/o en la dirección de borde, como se indica en la fig. 15b. Alternativa o adicionalmente, las subpartes individuales 38 también pueden estar dispuestas unas respecto a otras en la dirección longitudinal (no mostrada).
[0122] Los grupos primero y segundo 30, 31 de capas descritos en relación con las figs. 6-14 forman una subparte del laminado principal 37.
[0123] Aquí, los grupos primero y segundo 30, 31 forman una mitad simétrica del laminado principal 37, como se ilustra en la fig. 15b, mientras que la otra mitad 39 está formada por una copia transformada de los grupos primero y segundo 30, 31. Las dos mitades están dispuestas con respecto a una línea central 40. La línea central 40 se extiende entre los bordes primero y segundo o los lados primero y segundo del laminado principal 37. Alternativamente, el laminado principal 37 comprende cuatro subpartes simétricas, como se ilustra en la fig. 15b. Los grupos primero y segundo 30, 31 forman una subparte, mientras que las otras tres subpartes 38' están formadas por una copia transformada de los grupos primero y segundo 30, 31.
[0124] Aquí, los grupos primero y segundo 30, 31 forman una subparte en la que al menos otra subparte 38" está dispuesta con respecto a los grupos primero y segundo 30, 31. Esta subparte 38" tiene una configuración que difiere de la configuración de los grupos primero y segundo 30, 31, como se ilustra en la fig. 15a. La subparte 38" está formada por un tercer grupo de capas y un cuarto grupo de capas dispuestos en orden continuo o en orden alterno, como se ilustra en las figs. 6 y 13. Aquí, una subparte 38" está dispuesta tanto en el primer lado como en el segundo lado 24, 25 de los grupos primero y segundo 30, 31.
[0125] La fig. 16a-b muestra dos segundas realizaciones alternativas del componente de la pala de la turbina eólica, en las que el laminado principal 37' tiene un perfil de sección transversal general diferente formado por las subpartes individuales 38.
[0126] Los grupos primero y segundo 30, 31 de capas pueden formar una mitad del laminado principal 37' mientras que la otra mitad 39' tiene la misma configuración general, pero diferentes dimensiones, como se ilustra en la fig. 16a. La otra mitad 39' está formada por un tercer grupo de capas y un cuarto grupo de capas dispuestos en orden continuo o en orden alterno. Las dos mitades están dispuestas con respecto a una línea central 40'.
[0127] Aquí, las capas de los grupos tercero y cuarto tienen una anchura local menor que la anchura local de los grupos primero y segundo 30, 31 de capas. Formando así un perfil más estrecho que las capas de los grupos primero y segundo 30, 31. La otra mitad 39' y los grupos primero y segundo 30, 31 de capas están dispuestos de manera que la anchura total del laminado principal 37' se ahúsa continuamente a lo largo del espesor del laminado principal 37'.
[0128] Una subparte 38m está dispuesta en el segundo lado 35, mientras que otra subparte 38"" está dispuesta en el primer lado 34 de los grupos primero y segundo 30, 31, como se ilustra en la fig. 16b. Aquí, las capas de los grupos que forman dicha subparte 38m tienen una anchura local menor que la anchura local de los grupos primero y segundo 30, 31 de capas. Así, la subparte 38m tiene un perfil más estrecho que las capas de los grupos primero y segundo 30, 31. Aquí, las capas de los grupos que forman dicha otra subparte 38"" tienen una anchura local mayor que la anchura local de los grupos primero y segundo 30, 31 de capas. Así, la subparte 38"" tiene un perfil más ancho que las capas de los grupos primero y segundo 30, 31.
[0129] De forma similar a las subpartes 38" de la fig. 15, las subpartes 38m, 38"" tienen opcionalmente un espesor relativo menor que el espesor relativo de la subparte formada por los grupos primero y segundo 30, 31.
[0130] La fig. 17 muestra una décima realización del componente de pala de turbina eólica, en la que los respectivos grupos de capas tienen diferentes longitudes locales y diferentes anchuras locales.
[0131] Todas las capas del primer grupo 30 tienen una primera longitud local, L1, mientras que todas las capas del segundo grupo 31 tienen una segunda longitud local, L2. Además, todas las capas de un tercer grupo 41 opcional tienen una tercera longitud, L3. Aquí, las capas del primer y segundo grupo 30, 31 de capas se extienden más allá de la longitud local del tercer grupo 41, por lo que la primera y segunda longitudes L1, L2 son mayores que la tercera longitud L3. Además, las capas del primer grupo 30 de capas se extienden más allá de la longitud local del segundo grupo 31, por lo que la primera longitud L1 es mayor que la segunda longitud L2.
[0132] Además, las capas del primer grupo 30 tienen todas una primera anchura local, W 1, mientras que las capas del segundo grupo 31 tienen todas una segunda anchura local, W2. Además, las capas de un tercer grupo opcional 41 tienen todas una tercera anchura, W3. Aquí, las capas de los grupos segundo y tercero 31,41 de capas se extienden más allá de la anchura local del primer grupo 30, por lo que las anchuras segunda y tercera W2 , W3 son mayores que la primera anchura W1. Además, las capas del tercer grupo 41 de capas se extienden más allá de la anchura local del segundo grupo 31, por lo que la tercera anchura W3 es mayor que la segunda anchura W2.
[0133] Como se ilustra en la fig. 17, los respectivos grupos 30, 31, 41 están alineados centralmente con respecto a una línea central longitudinal (no mostrada) del primer grupo 30.
[0134] La fig. 18 muestra una undécima realización del componente de pala de turbina eólica, en la que los respectivos grupos de capas están desplazados hacia el primer o segundo borde 26, 27. Aquí, los grupos primero, segundo y tercero 30, 31,41 están desplazados hacia el primer borde 26. Alternativamente, los grupos primero, segundo y tercero 30, 31,41 están desplazados hacia el segundo borde 27.
[0135] En las realizaciones de las figuras 17 y 18, los grupos primero, segundo y tercero 30, 31,41 se alinean además en relación con el primer extremo 42, alternativamente con el segundo extremo 43. Alternativamente, los grupos primero, segundo y tercero 30, 31,41 pueden estar alineados centralmente en relación con una línea central de borde (no mostrada).
[0136] La fig. 19 muestra una doceava realización del componente de pala de turbina eólica, en la que las capas individuales de un grupo 30, 31,41 están desplazadas tanto en la dirección longitudinal como en la dirección de borde. De este modo, se forma una pila que tiene un perfil ahusado tanto en la dirección longitudinal como en la dirección de borde.
[0137] Las capas individuales pueden estar desplazadas de forma continua hacia el segundo extremo 43 y el segundo borde 27. Alternativamente, las capas individuales pueden estar desplazadas hacia el primer extremo 42 y/o el primer borde 26.
[0138] La fig. 20 muestra una decimotercera realización del componente de la pala de la turbina eólica, en la que las capas individuales de un grupo están desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal, mientras que las capas individuales de otro grupo sólo están desplazadas en la dirección de borde.
[0139] En este caso, las capas del primer grupo 30 están desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal, mientras que las capas del segundo o tercer grupo, 31,41 están desplazadas sólo en la dirección de borde. Alternativamente, las capas del segundo o tercer grupo, 31,41 también pueden estar desplazadas tanto en la dirección de borde como en la dirección longitudinal, pero desplazadas de forma diferente a las capas del primer grupo 30.
[0140] Aquí, las capas del primer grupo 30 tienen una anchura local mayor que la de las capas del segundo o tercer grupo 31,41. Sin embargo, las capas del segundo o tercer grupo 31,41 pueden tener la misma anchura local que las capas del primer grupo 30.
[0141] La fig. 21 muestra una decimocuarta realización del componente de pala de turbina eólica, en la que los respectivos grupos 31,41 están desplazados angularmente con respecto a la dirección longitudinal 44. Las capas de los grupos 31,41 están desplazadas angularmente hacia el primer borde 26, alternativamente hacia el segundo borde 27. Las capas del grupo 30 se extienden paralelas a la dirección longitudinal 44.
[0142] Aquí, la anchura total aumenta uniformemente desde el primer extremo 42 hasta el segundo extremo 43.
[0143] La fig. 22 muestra una decimoquinta realización del componente de la pala de turbina eólica, en la que los respectivos grupos 31,41 se extienden en dirección curva hacia el primer borde 26, alternativamente hacia el segundo borde 27.
[0144] Las capas del grupo 30 se extienden paralelas a la dirección longitudinal 44. Sin embargo, todas las capas de los grupos 30, 31,41 pueden extenderse en la misma dirección curva.
[0145] Alternativa o adicionalmente, las capas individuales dentro de un grupo 30, 31,41 pueden disponerse de forma similar a las realizaciones mostradas en las figs. 21 y 22.
[0146] Las realizaciones mencionadas pueden combinarse de cualquier manera sin apartarse de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un componente de pala de turbina eólica para una pala de turbina eólica (5), extendiéndose el componente de pala de turbina eólica desde un primer extremo (42) a un segundo extremo (43) en una dirección longitudinal y además desde un primer borde (26) a un segundo borde (27) en una dirección de borde, el componente de pala de turbina eólica comprende una pluralidad de capas de material de fibra dispuestas en una pila que se extiende en una dirección de espesor, en la que la pila define un primer lado (24) y un segundo lado (25) donde los bordes primero y segundo (26, 27) están dispuestos entre los lados primero y segundo (24, 25), dicha pluralidad de capas comprende un primer grupo (30) de capas y al menos un segundo grupo (31) de capas, las capas de dicho primer grupo (30) tiene una primera anchura local (W1 ) y las capas de dicho segundo grupo (31) tiene una segunda anchura local (W2 ), donde las capas de al menos uno de dichos primer y segundo grupos (30, 31) están desplazadas continuamente en al menos una dirección de borde desde el primer lado (24) hacia el segundo lado (25), donde las capas de dicho primer grupo (30) están desplazadas en una primera dirección de borde para formar un primer perfil de borde (35) y las capas de dicho segundo grupo (31) están desplazadas en una segunda dirección de borde para formar un segundo perfil de borde (36), caracterizado por que la primera dirección de borde es opuesta a la segunda dirección de borde.
2. Un componente de pala de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizado por que una capa más externa (32, 33) de dicho primer grupo (30) está alineada con una capa más externa (32, 33) de dicho segundo grupo (31) en la dirección del espesor.
3. Un componente de pala de turbina eólica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que las capas del segundo grupo (31) están desplazadas con respecto a una capa más externa (32, 33) del primer grupo (30).
4. Un componente de pala de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las capas de al menos el primer grupo (30) o el segundo grupo (31) están dispuestas en un orden continuo en la dirección del espesor.
5. Un componente de pala de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las capas del primer grupo (30) y las capas del segundo grupo (31) están dispuestas en orden alterno en la dirección del espesor.
6. Un componente de pala de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicha pluralidad de capas forma una pila ahusada, en el que una anchura total de dicha pila ahusada se ahúsa desde el primer lado (24) hasta el segundo lado (25) o un espesor total de dicha pila ahusada se ahúsa desde una capa que define uno de dichos primer y segundo lados (24, 25) hasta una capa que define el otro de dichos primer y segundo lados (24, 25).
7. Un componente de pala de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicha primera anchura local (W1 ) es igual a dicha segunda anchura local (W2 ), o dicha primera anchura local (W1 ) difiere de la segunda anchura local (W2 ).
8. Un componente de pala de turbina eólica según la reivindicación 7, caracterizado por que las capas de dicho primer grupo (30) tienen además una primera longitud local (L1 ) y las capas de dicho segundo grupo (31) tienen además una segunda longitud local (L2 ), donde o dicha primera longitud local (L1 ) es igual a dicha segunda longitud local (L2 ) o dicha primera longitud local (L1 ) difiere de la segunda longitud local (L2 ).
9. Un método de fabricación de un componente de pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende las etapas de:
- laminar un primer grupo (30) de capas de un material de fibra en un molde, donde cada capa de dicho primer grupo (30) tiene una primera anchura local (W1 ),
- laminar además al menos un segundo grupo (31) de capas del material de fibra, donde cada capa de dicho al menos segundo grupo (31) tiene una segunda anchura local (W2 ),
- infundir dicho material de fibra con una resina,
- curar sustancialmente dicha resina para formar un componente de pala de turbina eólica, donde la laminación de al menos uno de dichos primer y segundo grupo (30, 31) de capas comprende desplazar continuamente las capas subsiguientes de dicho al menos uno de los grupos primero y segundo (30, 31) de capas en una dirección de borde con respecto a una capa de referencia de dicho al menos uno de los grupos primero y segundo (30, 31) de capas.
10. Un método según la reivindicación 9, caracterizado por que al menos uno de dichos primer y segundo grupo (30, 31) de capas se lamina en una etapa continua.
11. Un método según la reivindicación 9, caracterizado por que dichos primer y segundo grupo (30, 31) de capas se laminan en orden alterno.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que las capas de un grupo que tienen la mayor longitud local de dicha pila y/o la menor anchura local de dicha pila se laminan en una etapa inicial.
13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que al menos una capa de dicho primer grupo (30) o segundo grupo (31) está laminada en un ángulo inclinado con respecto a la dirección longitudinal de otra capa del primer grupo (30) o segundo grupo (31), y/o al menos una capa de dicho primer grupo (30) o segundo grupo (31) está laminada en una dirección curva con respecto a la dirección longitudinal.
14. Una pala de turbina eólica (5) para una turbina eólica, que se extiende desde una raíz de pala (7) hasta un extremo de punta (8) en una dirección longitudinal y además desde un borde de ataque (9) hasta un borde de salida (10) en una dirección de la cuerda, la pala de turbina eólica (5) comprende una concha de pala (11) que forma un lado de presión (12) y un lado de succión (23) y una estructura portadora de carga dispuesta entre el lado de presión (12) y el lado de succión (13), en la que dicha estructura portadora de carga comprende al menos una lámina principal (23) situada en el lado de presión (12) y al menos una lámina principal (23) situada en el lado de succión (13), en la que al menos una de dichas láminas principales (23) en los lados de presión y succión (12, 13) está configurada como un componente de pala de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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