ES2955442A2 - Carena para pala modular - Google Patents

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ES2955442A2 ES202390006A ES202390006A ES2955442A2 ES 2955442 A2 ES2955442 A2 ES 2955442A2 ES 202390006 A ES202390006 A ES 202390006A ES 202390006 A ES202390006 A ES 202390006A ES 2955442 A2 ES2955442 A2 ES 2955442A2
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Abstract

Carena para pala modular de un aerogenerador que comprende una zona de unión (1) dispuesta entre dos módulos (2, 3) consecutivos de la pala modular (100). La carena (200) está constituida con diferentes piezas, la carena del lado de succión (12), la carena del lado de presión (13) y complementos auxiliares, como lengüetas (15, 16), para facilitar su unión entre piezas. La carena del borde de ataque (19) y la carena del borde de salida (20) están constituidas de material elastómero, preferentemente silicona, que está soportado en un marco rígido (21) de fibra de vidrio para que puedan absorber las deformaciones sufridas por la pala durante su operación. Los elementos de fijación usados para unir las carenas entre sí y con el retranqueo (11, 11') de la concha de la pala (100) son remaches o elementos similares. Todas las carenas incorporan los elementos metálicos necesarios para equipotenciarse uniéndose al cable bajante de rayo.

Description

DESCRIPCIÓN
CARENA PARA PALA MODULAR
Campo de la invención
La presente invención se centra en las palas de los aerogeneradores y más concretamente en las palas constituidas por dos o más módulos que se ensamblan in situ y se envuelven con una carena para cubrir aerodinámicamente el hueco existente debido a la unión.
Antecedentes
Las palas generalmente se fabrican con materiales compuestos, como por ejemplo fibra de carbono y sufren deformaciones durante su operación, deformaciones que pueden ser fuertes en casos de condiciones extremas. La punta se flexiona debido al empuje del viento y la pala se torsiona, deformando su perfil. Esto perjudica particularmente a la carena que cubre el hueco que se origina en una pala modular.
Estudiando el estado de la técnica en la búsqueda de un mayor rendimiento aerodinámico de la pala, se llega a la conclusión que la modificación del perfil es una de las soluciones más adoptadas para evitar las sobrecargas en operación. Esto se logra principalmente flexibilizando los elementos que componen el perfil de la pala. Tal es el caso de la solicitud de patente WO2018100401A1 que utilizan una piel flexible externa que se complementa con una estructura de soporte interna. La piel flexible externa se desliza sobre el borde de salida sin formar arrugas o discontinuidades. La estructura soporte interna está unida a la viga de la pala y a unos ejes giratorios que cambian la geometría de la pala en función de unos sensores de carga y controladores de giro. La solicitud de patente DE102010047918A1 flexibiliza el borde de salida con actuadores neumáticos unidos a una parte fija del ala y unidos a un borde de salida flexible simplificando al máximo los actuadores y los componentes mecánicos. La solicitud de patente DE10233102A1 describe un borde de salida flexible conectado a un medio de presión como puede ser aire comprimido. El borde de salida se forma con un fluropolímero soldable a la pala por su extremo más ancho siendo el resto del elemento un soporte estable pero flexible. Y por último, la patente US 2008107540 muestra cómo se pegan con adhesivo elementos de amortiguación en el borde de ataque, en el borde de salida, e incluso en las web internas de la pala. Los elementos incluyen un material laminado hecho de una capa viscoelástica y una capa rígida adherida a la capa viscoelástica. Se disponen de manera externa o interna y cubren la práctica totalidad de la pala.
Todas estas soluciones están previstas para grandes longitudes de la pala, no para una carena que cubre un hueco preestablecido. Los requerimientos de la carena no precisan de complejos elementos complementarios de las patentes mencionadas. Estos complejos elementos complementarios se añaden al borde de salida de la pala, aumentan su respuesta aerodinámica y minimizan el ruido.
Descripción
Es un objeto de la invención cubrir con una carena el hueco existente en la unión de una pala modular. El hueco tiene una forma concreta y un tamaño tal que pueda permitir el acceso a un operario o sus herramientas durante el montaje realizado in situ. La carena está constituida con diferentes piezas y cada una de ellas tiene su tamaño, forma y complementos auxiliares, como lengüetas, para facilitar su unión entre piezas así como con la concha de la pala. Todo ello garantizando la continuidad aerodinámica en el perfil y el cierre hermético mediante remaches o elementos similares.
Es otro objeto de la invención sustituir algunas de las carenas utilizadas para cubrir la zona de unión de la pala modular, dándole la particularidad a las nuevas carenas de poder absorber las deformaciones sufridas por la pala durante su operación. Para ello, la carena borde de salida y la carena del borde de ataque están constituidas de material flexible, tipo elastómero, que absorba en mayor medida las citadas deformaciones sufridas en el sentido de la cuerda. El material elastómero son aquellos tipos de compuestos que incluyen no metales en su composición y que muestran un comportamiento elástico. La silicona como polímero inorgánico derivado del polisiloxano es el material preferente.
Es otro objeto de la invención incorporar los elementos metálicos necesarios para que toda la carena quede equipotenciada uniéndose al cable bajante de rayo. El problema de dejar elementos conductores aislados es la diferencia de potencial tan elevada que se crea entre los mismos debido a los fenómenos de inducción originados por el rayo a su paso por el sistema pararrayos.
La carena objeto de la invención debe estar perfectamente integrada, es decir, alineada con las conchas tanto en el sentido de la cuerda como en el sentido de la envergadura, dando una continuidad aerodinámica a la pala y cerrando un hueco muy pequeño respecto a la longitud total de la pala modular.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de la pala modular.
La figura 2 representa las deformaciones sufridas por la pala durante su operación.
La figura 3a muestra la unión de los dos módulos de la pala, sin carenado.
La figura 3b muestran una vista explosionada de la carena de la pala modular.
La figura 3c es una vista en perspectiva de la unión, únicamente con las carenas del borde de ataque y del borde de salida.
La figura 3d muestra la carena completamente montada sobre la unión de la pala modular de la figura 1.
Las figuras 4a, 4b, 4c y 4d muestran diferentes realizaciones de la invención centradas en la carena del borde de salida.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la carena con un detalle de la configuración de la carena del borde de salida.
La figura 6 es un detalle sobre la unión del borde de salida de la carena, sobre una sección practicada según el eje CD de la figura 5.
Descripción detallada
Tal y como se muestra en la figura 1 la pala modular (100) comprende una zona de unión (1) que separa la pala (100) en dos partes: la punta de la pala (2) y la raíz de la pala (3). La modularización de las palas se aplica a palas de gran tamaño donde el transporte de la pala enteriza se vuelve muy complejo o prácticamente imposible. Por el contrario, la zona de unión (1) es muy pequeña para no penalizar con más peso del debido a la pala modular (100). De todo ello resulta una zona de unión (1) muy pequeña frente a la longitud total de la pala (100). La zona de unión (1) de la pala modular (100) es envuelta con una carena (200) que cubre aerodinámicamente el hueco existente en la zona de unión (1). Para palas de alrededor de 70m, la carena (200) de la invención representa entre el 0,5 y el 1% de la longitud de la pala modular (100).
En la figura 2 se muestra el perfil de la pala y las deformaciones que sufre el borde de ataque (4) y el borde de salida (5) durante la operación de la pala. Los ejes de abscisas y de ordenadas muestran las deformaciones en mm. El perfil de punteado más claro (A) representa el perfil de la pala sin deformar y el perfil de punteado más oscuro (B) es cuando se deforma debido a las cargas que sufre la pala durante su operación. Para absorber dichas deformaciones la carena (200) de la invención comprende una carena de borde de ataque (19) de material elástico y una carena de borde de salida (20) de material elástico, tal y como se verá más adelante.
En la figura 3a se detalla la unión de la pala modular (100), señalando claramente los distintos puntos del perfil de una pala: el borde de ataque (4), el borde de salida (5), el lado de succión (6) y el lado de presión (7). La unión metálica se extiende por buena parte de la superficie del lado de succión (6) y del lado de presión (7). Dicha unión metálica está formada por una serie de pernos roscados en el interior de unos insertos que se cubren con unos elementos (8) llamados Xpacer ® y que son los encargados de pretensar los citados pernos. El hueco (9) presentado en el borde de ataque (4) y el hueco (10) del borde de salida (5) son de mayores dimensiones que el hueco que alberga los elementos Xpacer (8) para facilitar el acceso a la colocación y apriete de dichos elementos metálicos que componen la unión. Todos los huecos (9, 10) presentan un escalón o retranqueo (11, 11’) respecto a la superficie de la concha de la pala para encajar las diferentes piezas que componen la carena (200).
Después de completar la unión metálica, todos los huecos deben taparse. Para ello se cubre con una carena que comprende diferentes piezas: la carena de borde de ataque (19), la carena del lado de succión (12), la carena del lado de presión (13) y la carena del borde de salida (20). Esta última carena del borde de salida (20) está formada por dos piezas (20’, 20”) unidas por uno de sus laterales, tal y como se explicará más adelante. Las carenas del borde de ataque y de salida (19, 20) tienen un soporte en forma de marco rígido (21) perimetral. Las carenas del lado de succión (12) y del lado de presión (13) solo disponen de agujeros pasantes para recibir los elementos de fijación y unirse a la concha de la pala en sus extremos. Así se evitan los lugares donde se disponen los elementos Xpacer (8) y sus correspondientes pernos roscados en el interior de insertos. Las carenas del borde de ataque (19) y del borde de salida (20) tienen agujeros por toda su periferia. Además de las citadas carenas hay dos lengüetas (15) para completar la unión de la carena de borde de ataque (19) con la carena de lado de succión (12) y del lado de presión (13) y otras dos lengüetas (16) para completar la unión de las dos piezas (20’, 20”) de la carena de borde de salida (20) con la carena de lado de succión (12) y lado de presión (13), como se muestra de forma explosionada en la figura 3b.
En la figura 3c se muestra la carena de borde de ataque (19) y la carena de borde de salida (20) realizadas en su totalidad de material elástico. Estos elementos elásticos o elastómeros disponen de agujeros pasantes por toda su periferia que son atravesados por los elementos de fijación, preferentemente remaches, para su unión con las conchas de la pala (100).
El marco rígido (21) de la carena de borde de ataque (19) soporta el material elastómero, bien rodeando al menos dos laterales del elemento de material elastómero o bien se dispone debajo de dicho elemento de material elastómero, siendo dicho marco (21) apto para cubrir el retranqueado (11’) de la concha de la pala modular (100) mostrado en la figura 3a.
El material elastómero es preferentemente silicona y esta reforzado con un marco rígido (21) de fibra de vidrio, soporta temperaturas del rango de -40° a 50° y tiene resistencia a la humedad ambiental. Todas las carenas pueden pintarse con un gel-coat como el resto de la pala. Ambas carenas (19, 20) se unen a la pala con elementos de fijación preferentemente remaches o similares.
Para albergar dichos elementos de fijación se utilizan insertos o casquillos metálicos que se encuentran dispuestos en la periferia de las carenas (19, 20) atravesando solamente el marco rígido (21) o atravesando el propio material elastómero y el marco rígido (21). Dichos insertos o casquillos metálicos equipotencian las carenas (19, 20) de material elastómero al unirse al cable bajante del rayo.
Tal y como se muestra en las figuras 4, existen distintas configuraciones de la carena del borde de salida (20). Dependiendo del acceso a los elementos metálicos que conforman la unión de la pala modular, el hueco (10) del borde de salida (5) puede cambiar de tamaño. Para un acceso y montaje en el sentido de la cuerda (lateralmente a la pala, cuando está tendida horizontalmente) las carenas del borde de salida son como las mostradas en las figuras 4a, 4b y 4c. Para un acceso y montaje desde encima de la pala, la carena será más estrecha, como la mostrada en la figura 4d. En todos los casos representados, la carena del borde de ataque (19), la carena del lado de succión (12) y su homóloga del lado de presión (13) permanecerán sin variaciones de tamaño. En la primera realización, figura 4a, la carena del borde de salida está formada por un marco rígido (21) constituido de fibra de vidrio que abarca la práctica totalidad del hueco que tapa y por una parte central elástica (20a) de igual longitud y similar ancho que cada lateral del marco rígido (21) que incorpora doble línea de agujeros pasantes para recibir los elementos de fijación tipo remaches. En la realización de la figura 4b el marco rígido (21) tiene una anchura suficiente para albergar una única línea de agujeros por donde atraviesan los elementos de fijación que la unen a la concha de la pala. Así la parte central elástica (20b) es de mayor anchura que el marco rígido (21) que está constituido de una fina capa de fibra de vidrio. El marco rígido (21) cubre al menos dos laterales del material elastómero y en otras realizaciones no mostradas en las figuras puede cubrir todos los lados. El marco rígido (21) y el material elastómero se unen con adhesivo o elementos de sujeción tipo clips o similares.
En la realización de la figura 4c la carena del borde de salida (20) está formada en su totalidad por un material elastómero (20c) que abarca todo el hueco (10) que cubre. El marco rígido (21) se encuentra por debajo del material elastómero (20c). La realización de la figura 4d muestra una carena de borde de salida (20) constituida en su totalidad de material elástico (20d) y de anchura inferior que la carena rígida del lado de succión (12).
La figura 5 muestra en detalle la fijación de la carena del borde de salida (20) formada en su totalidad por material elastómero. En la carena del lado de succión (12) se incorpora la lengüeta (16) para unirse con la carena (20) y otra lengüeta (no mostrada) para unirse a la carena de borde de ataque (19). El marco rígido (21) se dispone por debajo del material elastómero de la citada carena (20). Los elementos de fijación tipo remache atraviesan la carena (20) de material elastómero y el marco rígido (21) de fibra de vidrio con insertos o casquillos metálicos perimetrales para fijarse en el retranqueado (11) de la concha de la pala. Por su parte, las carenas rígidas del lado de succión (12) y la de presión (13), incorporan una malla de cobre o de aluminio para equipotenciar dichas carenas al unirse al cable de rayo bajante. La malla metálica de cobre o de aluminio se entrelaza entre las láminas que conforman las carenas.
En la figura 3b se muestra que las carenas del borde de salida son dos: una carena superior (20’) y una carena inferior (20”) que se unen por sus extremos. La carena de borde de salida (20) en sus diferentes configuraciones tiene siempre un marco rígido (21) que soporta el material elastómero, bien rodeando perimetralmente al material elastómero (20a; 20b) o bien dispuesto sobre dicho material elastómero (20c; 20d). La unión por uno de sus laterales de la carena superior (20’) y la carena inferior (20”) conforma la carena final (20).
Cada mitad de las citadas carenas (20’, 20”) se une por un extremo a la carena del lado de succión (12) y a la carena del lado de presión (13) respectivamente, uniéndose ambas mitades por sus extremos libres, tal y como se aprecia en la figura 6. El espesor (24) de los marcos (21) de cada una de las mitades va disminuyendo hacia el extremo libre de la carena del borde de salida (20), uniéndose los extremos más delgados de los marcos (21) de cada mitad mediante un adhesivo (25) para que no se formen escalones.

Claims (15)

REI VINDICACIONES
1. Carena para pala modular de un aerogenerador que comprende una zona de unión (1) dispuesta entre dos módulos (2, 3) consecutivos de la pala modular (100), caracterizada porque la carena (200) comprende:
- una carena del lado de succión (12) rígida, apta para ser dispuesta en el lado de succión (6) de la pala modular (100), y una carena del lado de presión (13) rígida, apta para ser dispuesta en el lado de presión (7) de la pala modular (100), que comprenden entre sus láminas una malla metálica para equipotenciar la carena (200) en su conexión con el cable de rayo y una pluralidad de agujeros distribuidos en sus extremos para alojar unos elementos de fijación, preferentemente remaches, que permiten la unión a una concha de la pala modular (100),
- una carena de borde de ataque (19) que coopera con un extremo de la carena del lado de succión (12) y con un extremo de la carena del lado de presión (13), y una carena de borde de salida (20) que coopera con en el extremo opuesto de la carena del lado de succión (12) y con el extremo opuesto de la carena del lado de presión (13), comprendiendo la carena de borde de ataque (19) y la carena de borde de salida (20) un elemento de material elastómero y un marco rígido (21) de fibra de vidrio que soporta dicho elemento de material elastómero, comprendiendo cada marco rígido (21) agujeros periféricos que comprenden unos insertos o casquillos metálicos que son atravesados por unos elementos de fijación, preferentemente remaches, que permiten la unión de la carena (200) a la concha de la pala modular (100), siendo dichos insertos o casquillos metálicos aptos para equipotenciar la carena (200) en su conexión con el cable de rayo, y
- siendo la anchura de la carena (200) apta para cubrir una zona de unión (1) de la pala modular (100) de entre el 0,5 y el 1% de la longitud de la pala (100).
2. Carena para pala modular según la reivindicación 1, en donde la carena de borde de ataque (19) se une al extremo correspondiente de la carena del lado de succión (12) y al extremo correspondiente de la carena del lado presión (13) a través de una lengüeta (15) respectiva, y la carena de borde de salida (20) se une a los extremos opuestos correspondientes de la carena del lado de succión (12) y de la carena del lado de presión (13) a través de una lengüeta (16) respectiva.
3. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de material elastómero (20a, 20d) de cada carena del borde de salida (20) comprende una anchura inferior que la anchura de carena del lado de succión (12) o de la carena del lado de presión (13).
4. Carena para pala modular según la reivindicación 3, en donde el marco rígido (21) de la carena de borde de salida (20) rodea al menos dos laterales del elemento de material elastómero (20a), o se dispone debajo de dicho elemento de material elastómero (20d), siendo dicho marco (21) apto para cubrir el retranqueado (11) de la concha de la pala modular (100).
5. Carena para pala modular según la reivindicación 4, en donde cuando el marco (21) se dispone debajo del elemento de material elastómero (20d) los insertos o casquillos metálicos atravesados por los elementos de fijación se disponen en el marco (21) correspondiente y también atraviesan el elemento de material elastómero (20d).
6. Carena para pala modular según las reivindicaciones 1 o 2, en donde el elemento de material elastómero (22b; 22c) de cada carena del borde de salida (20) comprende una anchura mayor o igual que la anchura de la carena del lado de succión (12) o de la carena del lado de presión (13).
7. Carena para pala modular según la reivindicación 6, en donde el marco rígido (21) de la carena de borde de salida (20) rodea al menos dos laterales del elemento de material elastómero (22b) o se dispone debajo de dicho elemento de material elastómero (22c), siendo dicho marco (21) apto para cubrir el retranqueado (11) de la concha de la pala modular (100).
8. Carena para pala modular según la reivindicación 7, en donde el marco rígido (21) rodea al menos dos laterales del elemento de material elastómero (22b).
9. Carena para pala modular según la reivindicación 7, en donde cuando el marco (21) se dispone debajo del elemento de material elastómero (22c) los insertos o casquillos metálicos atravesados por los elementos de fijación se disponen en el marco (21) correspondiente y también atraviesan el elemento de material elastómero (20c).
10. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en donde la anchura de la carena de succión (12) y la carena de presión (13) es la misma.
11. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el marco rígido (21) de la carena de borde de ataque (19) rodea ambos laterales del elemento de material elastómero o se dispone debajo de dicho elemento de material elastómero, siendo dicho marco (21) apto para cubrir el retranqueado (11’) de la concha de la pala modular (100).
12. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el marco rígido (21) comprende una anchura suficiente para albergar los agujeros por donde atraviesan los insertos o casquillos metálicos que permiten la unión de dicho marco (21) a la concha de la pala modular (100).
13. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carena del borde de salida (20) está formada por dos mitades que se unen en sus extremos libres, comprendiendo cada mitad un marco (21) y un elemento de material elastómero (22a, 22b, 22c, 22d).
14. Carena para pala modular según la reivindicación 13, en donde el marco (21) de cada mitad de la carena del borde de salida (20) comprende un espesor (24) que va disminuyendo hacia el extremo libre de la carena del borde de salida (20), uniéndose los extremos más delgados de los marcos (21) de cada mitad mediante un adhesivo (25) para que no se formen escalones.
15. Carena para pala modular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las mallas metálicas de las carenas del lado de succión (12) y de las carenas del lado de presión (13) son de cobre.
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