ES3055141T3

ES3055141T3 - Method of manufacturing a composite laminate structure

Info

Publication number: ES3055141T3
Application number: ES17705660T
Authority: ES
Inventors: Lars Nielsen; Klavs Jespersen
Original assignee: LM Wind Power AS
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2026-02-10
Anticipated expiration: 2037-02-21
Also published as: CA3015015A1; CN109070498B; BR112018017300B1; EP3419816A1; WO2017144449A1; BR112018017300A2; MA43666A; US10723090B2; CN109070498A; EP3419816B1; US20190039337A1; DK3419816T3

Abstract

La presente divulgación proporciona un método (500) para fabricar una estructura laminada compuesta de una pieza de pala de aerogenerador mediante moldeo por transferencia de resina, preferiblemente por vacío. En el moldeo por transferencia de resina, el material de refuerzo de fibra se impregna con resina líquida en una cavidad de molde. La cavidad de molde comprende una pieza de molde rígida cuya superficie define la superficie de la pieza de pala de aerogenerador. El método comprende el apilamiento alternado sobre la pieza de molde rígida de: - i. varias capas unidireccionales de refuerzo de fibra (42, 46) que comprenden fibras conductoras de electricidad, como fibras de carbono (42a, 42b), y - ii. una capa de tejido que mejora el flujo (70) para mejorar el flujo de la resina durante la infusión de las capas de refuerzo de fibra, comprendiendo la capa de tejido que mejora el flujo una capa de estructura abierta (71) hecha de un primer material, en donde la capa de tejido que mejora el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal, La capa de tejido que mejora el flujo comprende además filamentos o haces (72) de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que están dispuestos y configurados para proporcionar una trayectoria conductora desde primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa de refuerzo de fibra en un primer lado de la capa que mejora el flujo hasta segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa de refuerzo de fibra en un segundo lado de la capa que mejora el flujo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta

[0003] Campo de la invención

[0004] La presente divulgación se refiere al campo de la fabricación de estructuras laminadas compuestas y, más específicamente, a la fabricación de partes de palas de turbina eólica. La presente divulgación se refiere a un procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica y una parte de la pala de turbina eólica, así como una tela (“fabric”) que potencia el flujo de resina.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Una pala de turbina eólica normalmente comprende una estructura laminada compuesta como estructura de soporte de carga. La estructura laminada compuesta se fabrica típicamente usando material de refuerzo de fibra embebido en una matriz polimérica. La estructura laminada está formada típicamente por una pluralidad de capas de fibra apiladas. Actualmente, las capas de fibra se seleccionan en su mayoría de fibras de vidrio y fibras de carbono.

[0007] La estructura de soporte de carga se fabrica típicamente infundiendo capas de fibra apiladas con resina y curando o endureciendo la resina para formar una estructura compuesta. Para ayudar al flujo de resina durante la infusión, puede ser necesario una tela que potencie el flujo entre las capas de fibra. Este es en particular el caso de las fibras de carbono debido al pequeño tamaño de las fibras y, por ende, al tamaño insuficiente de los huecos entre las fibras para dejar que la resina fluya. Sin embargo, la colocación de un medio de flujo convencional aísla o separa cada una de las capas de fibra entre sí. El medio de flujo convencional que aísla las capas de fibra da como resultado una reducción significativa de la conductividad entre cada una de las capas de fibra de carbono. Por tanto, cuando un rayo impacta contra la estructura de soporte de carga, a pesar de la presencia de un sistema de protección contra rayos, la corriente del rayo no se puede disipar fácilmente en la estructura de soporte de carga.

[0008] El documento GB 2381493 A divulga el preámbulo de la reivindicación 1, a saber, un medio de flujo para potenciar el flujo de adhesivo líquido a través de una preforma compuesta, comprendiendo el medio de flujo: un material estructural que define una estructura para introducir adhesivo líquido a través de la preforma, y al menos un material adicional para potenciar las propiedades de la preforma.

[0009] El documento US 2008/277053 A divulga un procedimiento de fabricación de estructuras laminadas reforzadas con fibras por estratificación de un número de capas con refuerzo de fibras seca colocándolas una encima de la otra en un molde, infundiendo un polímero líquido o viscoso curable en el molde después de que las capas se hayan estratificado en el molde y curando el polímero. Una capa que potencia el flujo para potenciar el flujo de polímero durante la infusión del polímero se coloca entre dos capas con refuerzo de fibras cuando se estratifica la serie de capas con refuerzo de fibras seca. Se utiliza una capa sólida percurada, donde la capa sólida curada puede comprender una estructura tejida.

[0010] El documento US 2017/0218918 A1 divulga una pala de turbina eólica que incluye una estructura de refuerzo alargada que tiene una pluralidad de tiras de polímero reforzado con fibra dispuestas en una estructura de apilamiento. Al menos un par contiguo de la pluralidad de tiras incluye una capa de promoción de infusión, en el que la capa de promoción de infusión es una tela que comprende una pluralidad de hilos retorcidos.

[0011] Por tanto, existe la necesidad de una solución que proporcione tanto flujo para la resina que se va a infundir como conductividad a través de capas de fibra apiladas.

[0012] Breve explicación de la invención

[0013] Un objetivo de la presente divulgación es proporcionar un procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica y una parte de una pala de turbina eólica que supere o mejore al menos una de las desventajas de la técnica anterior o que proporcione una alternativa útil.

[0014] La presente divulgación se refiere a un procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica por medio de moldeo por transferencia de resina, preferentemente moldeo por transferencia de resina asistido por vacío. En un moldeo por transferencia de resina, el material con refuerzo de fibras se impregna con resina líquida en una cavidad de molde. La cavidad de molde comprende una parte de molde rígida que tiene una superficie de molde que define una superficie de la parte de pala de turbina eólica.

[0015] El procedimiento comprende apilar de forma alterna sobre la parte de molde rígida:

[0016] i. un número de capas con refuerzo de fibras que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

[0017] ii. una capa de tela que potencia el flujo para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras, comprendiendo la capa de tela que potencia el flujo una capa de estructura abierta hecha de un primer material, en el que la capa de tela que potencia el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal.

[0018] La capa con refuerzo de fibras comprende fibras unidireccionales. El procedimiento comprende sellar una segunda parte de molde contra la parte de molde rígida para formar la cavidad de molde. El procedimiento comprende opcionalmente evacuar la cavidad de molde. El procedimiento comprende suministrar una resina a la cavidad de molde y curar o endurecer la resina para formar la estructura laminada compuesta. La capa de tela que potencia el flujo comprende además filamentos o haces de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria (“path”) conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras en un primer lado de la capa que potencia el flujo hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en un segundo lado de la capa que potencia el flujo. Los filamentos o haces del segundo material se disponen en un ángulo entre 15 y 75 grados definido con respecto a la dirección transversal. La combinación de capas con refuerzo de fibras unidireccionales y telas que potencian el flujo con filamentos o haces de fibras eléctricamente conductores dispuestos en ángulo en relación con las fibras unidireccionales es en particular ventajosa, puesto que los filamentos o haces de fibras en ángulo pueden entrar en contacto con muchas de las capas con refuerzo de fibras eléctricamente conductoras de las capas con refuerzo de fibras y, por tanto, proporcionar una trayectoria conductora y una igualación de potencial de las fibras de refuerzo eléctricamente conductoras.

[0019] Por tanto, la presente divulgación proporciona un procedimiento para fabricar una estructura compuesta mejorada que permite tanto promover el flujo de resina por medio de la capa de tela que potencia el flujo durante la infusión como mantener la conductividad a través del grosor de la estructura compuesta bajo impactos de rayos proporcionando, en la capa de tela que potencia el flujo, filamentos o haces de fibras hechos de un material eléctricamente conductor. El tiempo de infusión se puede disminuir significativamente y se puede lograr una humectación apropiada de las capas de fibra utilizando las capas de tela que potencian el flujo. La presente divulgación también proporciona de forma ventajosa la capacidad de fabricar estructuras compuestas que tienen un laminado de fibra de carbono más grueso o capas de material híbrido que comprenden fibras de carbono y todavía proporcionan un riesgo minimizado de falla o deslaminación provocada por impactos de rayos.

[0020] La presente divulgación se refiere a una parte de pala de turbina eólica que comprende una estructura laminada compuesta, en la que la estructura laminada compuesta comprende capas apiladas de forma alterna de:

[0021] i. un número de capas con refuerzo de fibras que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

[0022] ii. una capa de tela que potencia el flujo para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras.

[0023] La capa con refuerzo de fibras comprende fibras unidireccionales. La capa de tela que potencia el flujo comprende una capa de estructura abierta hecha de un primer material, en la que la capa de tela que potencia el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal. Las capas apiladas de forma alterna se incluyen en un material de matriz polimérica. La capa de tela que potencia el flujo comprende además filamentos o haces de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor. Los filamentos o haces están dispuestos y configurados para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras en un primer lado de la capa que potencia el flujo hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en un segundo lado de la capa que potencia el flujo. Los filamentos o haces del segundo material se disponen en un ángulo entre 15 y 75 grados definido con respecto a las fibras orientadas de forma unidireccional de las capas con refuerzo de fibras.

[0024] La presente divulgación también se refiere a una pala de turbina eólica que comprende la parte de turbina eólica divulgada en el presente documento.

[0025] Está claro que los aspectos mencionados anteriormente de la invención se pueden combinar de cualquier manera y están vinculados por el aspecto común de potenciar el flujo y mantener la conductividad a través de la estructura laminada compuesta.

[0026] Cabe destacar que las ventajas enunciadas con respecto al procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica se aplican a la parte de pala de turbina eólica y a la pala de turbina eólica.

[0027] Breve descripción de las figuras

[0028] Los modos de realización de la invención se describirán con más detalle en lo que sigue con respecto a las figuras adjuntas. Las figuras muestran una manera de implementar la presente invención y no se han de interpretar como limitantes de otros posibles modos de realización que entren dentro del alcance del conjunto de reivindicaciones adjuntas.

[0029] La fig.1 muestra una turbina eólica,

[0030] la fig.2 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica de acuerdo con la divulgación, la fig.3 muestra una vista esquemática de una sección transversal de una pala de turbina eólica, la fig. 4a muestra esquemáticamente una laminación o disposición de capas de fibra de ejemplo para una estructura compuesta de ejemplo de acuerdo con la divulgación,

[0031] la fig. 4b muestra esquemáticamente otra laminación o disposición de capas de fibra de ejemplo para una estructura compuesta de ejemplo de acuerdo con la divulgación,

[0032] la fig. 4c muestra esquemáticamente una capa de tela que potencia el flujo de ejemplo de acuerdo con la divulgación,

[0033] la fig.5 muestra un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica de acuerdo con esta divulgación.

[0034] Descripción detallada de la invención

[0035] Las estructuras laminadas compuestas de partes de pala de turbina eólica se pueden fabricar por medio de moldeo por transferencia de resina, preferentemente moldeo por transferencia de resina asistido por vacío. En el moldeo por transferencia de resina, el material con refuerzo de fibras se impregna con resina líquida en una cavidad de molde. La cavidad de molde se forma típicamente entre una parte de molde rígida que tiene una superficie de molde que define una superficie de la parte de pala de turbina eólica y una parte de molde flexible. La resina se dispersa en todas las direcciones en la cavidad de molde a medida que un frente de flujo se mueve hacia el área sin resina.

[0036] A lo largo de los años, la industria de palas de turbina eólica ha avanzado hacia la fabricación de partes de pala cada vez más largas que requieren laminados más gruesos. Sin embargo, los laminados gruesos hacen que sea más difícil obtener una humectación apropiada de las capas de fibra, y se incrementa la probabilidad de que se formen bolsas de aire en el laminado, lo que a su vez puede dar lugar a puntos débiles mecánicos en el laminado. Por tanto, es especialmente importante promover el flujo de resina en un laminado más grueso añadiendo capas de flujo con frecuencia en la pila de fibras. Sin embargo, la presencia de medios de flujo o material de flujo adicionales da como resultado un aislamiento eléctrico entre las capas de fibra y, por tanto, disminuye la conductividad a través del grosor del laminado. La disminución de la conductividad puede dar lugar a una reducción de la disipación de la corriente a través del grosor de laminado, lo que daría como resultado una falla y deslaminación del laminado cuando, por ejemplo, la estructura compuesta se golpea por una corriente de rayo. Para evitar dichos daños bajo alta corriente mientras se mantiene una distribución de resina óptima, la presente divulgación propone añadir una capa de tela que potencia el flujo según la invención entre las capas de fibra que resuelve el problema de la distribución de resina durante la infusión y mantiene la conductividad a través del grosor del laminado.

[0037] Como se analiza en el presente documento, promover el flujo normalmente es a costa de la conductividad, y es difícil hallar un término medio entre el flujo y la conductividad, especialmente para el laminado grueso. La presente divulgación logra este equilibrio disponiendo o apilando de forma alterna capas con refuerzo de fibras que son conductoras y una capa de tela que potencia el flujo que se conforma o tiene una estructura abierta para promover el flujo de resina a través de las capas de fibra. La capa de tela que potencia el flujo también comprende filamentos o haces de un material conductor, que crean una trayectoria conductora para que se disipe una corriente cuando discurre desde una primera capa con refuerzo de fibras hasta una segunda capa con refuerzo de fibras por medio de la capa de tela que potencia el flujo conductora, y esto a través del grosor de la estructura laminada compuesta.

[0038] Como se usa en el presente documento, el término "capa de tela que potencia el flujo" se refiere a una capa que tiene una mayor permeabilidad con respecto a la resina en comparación con la capa con refuerzo de fibras, por ejemplo, para un grosor comparable, y que, por tanto, promueve o potencia el flujo de resina a través del grosor de las capas de fibra apiladas y/o a lo largo de la longitud y anchura de las capas de fibra apiladas.

[0039] La presente divulgación se refiere a un procedimiento de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica por medio de moldeo por transferencia de resina, preferentemente moldeo por transferencia de resina asistido por vacío. En un moldeo por transferencia de resina, el material con refuerzo de fibras se impregna con resina líquida en una cavidad de molde. La cavidad de molde comprende una parte de molde rígida que tiene una superficie de molde que define una superficie de la parte de pala de turbina eólica.

[0040] El procedimiento comprende apilar de forma alterna sobre la parte de molde rígida:

[0041] iii. un número de capas con refuerzo de fibras que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

[0042] iv. una capa de tela que potencia el flujo para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras.

[0043] Las capas con refuerzo de fibras comprenden fibras orientadas de forma unidireccional. La capa de tela que potencia el flujo comprende una capa de estructura abierta hecha de un primer material. De acuerdo con algunos aspectos de esta divulgación, la capa de estructura abierta de la capa de tela que potencia el flujo es una capa de malla o tejida. Adicionalmente o de forma alternativa, la capa de estructura abierta puede ser una capa perforada. La capa de tela que potencia el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal. Por ejemplo, la capa de tela que potencia el flujo está en forma de una malla biaxial.

[0044] El procedimiento comprende sellar una segunda parte de molde contra la parte de molde rígida para formar la cavidad de molde. El procedimiento comprende opcionalmente evacuar la cavidad de molde. El procedimiento comprende suministrar una resina a la cavidad de molde y curar o endurecer la resina para formar la estructura laminada compuesta.

[0045] La capa de tela que potencia el flujo divulgada comprende además filamentos o haces de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras en un primer lado de la capa que potencia el flujo hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en un segundo lado de la capa que potencia el flujo. Por ejemplo, una pila se forma apilando sucesivamente una primera capa con refuerzo de fibras, una capa de tela que potencia el flujo que tiene un primer y un segundo lado, y una segunda capa con refuerzo de fibras. El material eléctricamente conductor de los filamentos o haces comprendidos en la capa de tela que potencia el flujo está en contacto con fibras eléctricamente conductoras de la primera capa con refuerzo de fibras en el primer lado de la capa de tela que potencia el flujo, y con fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en el segundo lado. Esto crea una trayectoria conductora entre la primera capa con refuerzo de fibras y la segunda capa con refuerzo de fibras por medio de la capa de tela que potencia el flujo (por ejemplo, desde el primer lado hasta el segundo lado), de modo que, cuando una alta corriente impacta en la estructura laminada, la alta corriente puede seguir la trayectoria conductora y, por tanto, disiparse en el grosor de la estructura laminada. De esta manera, se minimiza el riesgo de falla o deslaminación de la estructura laminada en dichas condiciones.

[0046] De acuerdo con algunos aspectos de la esta divulgación, el primer material puede ser el mismo o muy similar al segundo material. De acuerdo con un aspecto preferente de esta divulgación, el primer material es diferente del segundo material.

[0047] En uno o más modos de realización, el segundo material comprende metal o carbono. El metal comprende preferentemente cobre. El metal también se puede seleccionar de metales tales como hierro, plata, oro, cinc, níquel, platino. La capa de tela que potencia el flujo comprende además filamentos metálicos o haces de fibras metálicas que pueden conducir la corriente. El carbono puede ser grafito de carbono. En uno o más modos de realización, el segundo material se selecciona de un material que tiene una propiedad de resistividad de entre 1,5x10<-8>a 5x10<-6>Ohm·metro, tal como a temperatura ambiente, por ejemplo, 15-25 grados Celsius. Por ejemplo, la plata presenta una propiedad de resistividad de 1,59x10<-6>Ohm·metro a temperatura ambiente.

[0048] De acuerdo con algunos aspectos de esta divulgación, el primer material comprende material eléctricamente no conductor, o un material eléctricamente menos conductor que el segundo material o el material de las fibras de refuerzo de fibras. El primer material puede ser, por ejemplo, un dieléctrico. En uno o más modos de realización, el primer material se selecciona de un grupo que comprende vidrio y un material polimérico.

[0049] De acuerdo con algunos aspectos de esta divulgación, la capa de tela que potencia el flujo se asegura a una capa con refuerzo de fibras de modo que las etapas a.i. y a.ii. se pueden llevar a cabo simultáneamente. Por ejemplo, la capa de tela que potencia el flujo se puede coser a la capa con refuerzo de fibras.

[0050] [0032]De acuerdo con algunos aspectos de esta divulgación, los filamentos o haces de fibras se tejen en la capa de estructura abierta para formar la capa de tela que potencia el flujo. Por ejemplo, los haces de fibras pueden estar en forma de hilo. A continuación, el hilo se puede tejer en la capa de estructura abierta. Por ejemplo, se puede coser con un hilo de metal o carbono la capa de estructura abierta de una malla de vidrio. En general, es necesario que el hilo sea accesible desde ambos lados de la tela que potencia el flujo para proporcionar la trayectoria conductora. El hilo puede ser adicional a la malla de estructura abierta o puede reemplazar uno o más hilos o haces de fibras de la malla de estructura abierta.

[0052] En uno o más modos de realización, los filamentos o haces se disponen en un ángulo definido con respecto a la dirección transversal. Por ejemplo, la capa de estructura abierta de una malla define una dirección transversal y una dirección longitudinal, y los filamentos o haces se pueden disponer en un ángulo con respecto a la dirección transversal o la dirección longitudinal. Los filamentos o haces se disponen en un ángulo entre 15 y 75 grados con respecto a la dirección transversal (tal como 35-40 grados) o con respecto a la dirección longitudinal. Al disponer los filamentos o haces eléctricamente conductores en un ángulo, se garantiza que entrará en contacto con muchos de los haces de fibras o estopas de las capas de fibras (que típicamente se orientan de forma unidireccional en el laminado y preferentemente se orientan en la dirección longitudinal de la pala).

[0054] La infusión de la pluralidad de capas de fibra apiladas con una resina se puede realizar usando infusión a vacío o VARTM (moldeo por transferencia de resina asistida por vacío) que se emplea típicamente para fabricar estructuras compuestas, tales como palas de turbina eólica que comprenden un material de matriz reforzado con fibra. Durante el proceso de llenado del molde, se genera un vacío, entendiéndose el vacío en este sentido como una presión baja o una presión negativa, por medio de salidas de vacío en la cavidad de molde, con lo que el polímero líquido se introduce en la cavidad de molde por medio de los canales de entrada para llenar la cavidad de molde. Desde los canales de entrada, el polímero se dispersa en todas las direcciones en la cavidad de molde debido a la presión negativa a medida que un frente de flujo se mueve hacia los canales de vacío. Por tanto, es importante situar los canales de entrada y los canales de vacío de forma óptima para obtener un llenado completo de la cavidad de molde.

[0056] Sin embargo, a menudo es difícil garantizar una distribución completa del polímero en toda la cavidad de molde y, en consecuencia, esto a menudo da como resultado los denominados puntos secos, es decir, áreas con material de fibra que no están suficientemente impregnadas con resina. Por tanto, los puntos secos son áreas donde el material de fibra no está impregnado y donde puede haber bolsas de aire, que son difíciles o imposibles de retirar controlando la presión de vacío y una posible sobrepresión en el lado de entrada. En las técnicas de infusión a vacío que emplean una parte de molde rígida y una parte de molde elástica en forma de bolsa de vacío, los puntos secos se pueden reparar después del proceso de llenado del molde perforando la bolsa en la respectiva ubicación y extrayendo aire, por ejemplo, por medio de una aguja de jeringa. El polímero líquido se puede inyectar opcionalmente en la respectiva ubicación, y esto se puede hacer, por ejemplo, también por medio de una aguja de jeringa. Este es un proceso tedioso y que requiere mucho tiempo. En el caso de partes de molde grandes, el personal tiene que estar de pie sobre la bolsa de vacío. Esto no es deseable, especialmente no lo es cuando el polímero no se ha endurecido, ya que puede dar como resultado deformaciones en el material de fibra insertado y, por tanto, un debilitamiento local de la estructura, lo que puede provocar, por ejemplo, efectos de pandeo.

[0058] En la mayoría de los casos, la resina o polímero aplicado es poliéster, éster vinílico o resina epoxídica pero también puede ser PUR o pDCPD. Las resinas epoxídicas tienen ventajas con respecto a diversas propiedades, tales como la contracción durante el curado (que a su vez da lugar potencialmente a menos arrugas en el laminado), propiedades eléctricas y resistencias mecánicas y a la fatiga. El poliéster y los ésteres vinílicos tienen la ventaja de que proporcionan mejores propiedades de unión frente a los recubrimientos de gel. De este modo, se puede aplicar un recubrimiento de gel a la superficie exterior de la concha durante la fabricación de la concha aplicando un recubrimiento de gel al molde antes de que el material con refuerzo de fibras se disponga en el molde. Por tanto, se pueden evitar diversas operaciones posteriores al moldeado, tales como pintar la pala. Además, los poliésteres y ésteres vinílicos son más económicos que las resinas epoxídicas. En consecuencia, se puede simplificar el proceso de fabricación y se pueden reducir los costes.

[0060] A menudo, las estructuras compuestas comprenden un material de núcleo cubierto con un material reforzado con fibra, tal como una o más capas poliméricas reforzadas con fibra. El material de núcleo se puede usar como un espaciador entre dichas capas para formar una estructura intercalada y típicamente se hace de un material rígido ligero para reducir el peso de la estructura compuesta. Para garantizar una distribución eficaz de la resina líquida durante el proceso de impregnación, el material de núcleo puede estar provisto de una red de distribución de resina, por ejemplo, al proporcionar canales o ranuras en la superficie del material de núcleo.

[0062] Como, por ejemplo, las palas para turbinas eólicas se han vuelto cada vez más grandes con el paso del tiempo y ahora pueden tener más de 60 metros de largo, el tiempo de impregnación en relación con la fabricación de dichas palas se ha incrementado, ya que se tiene que impregnar más material de fibra con polímero. Además, el proceso de infusión se ha vuelto más complicado, ya que la impregnación de grandes miembros de concha, tales como las palas, requiere el control de los frentes de flujo para evitar puntos secos, el control puede incluir, por ejemplo, un control relacionado con el tiempo de los canales de entrada y los canales de vacío. Esto incrementa el tiempo requerido para introducir o inyectar el polímero. Como resultado, el polímero tiene que permanecer líquido durante un tiempo más largo, normalmente también dando como resultado un incremento del tiempo de curado.

[0063] De forma alternativa, infundir la pluralidad de capas de fibra apiladas con una resina se puede realizar usando moldeo por transferencia de resina (RTM) que es similar a VARTM. En RTM, la resina líquida no se introduce en la cavidad de molde debido a un vacío generado en la cavidad de molde. En su lugar, la resina líquida se fuerza hacia la cavidad de molde por medio de una sobrepresión en el lado de entrada.

[0064] En uno o más modos de realización, la estructura laminada compuesta es una estructura de soporte de carga tal como un larguero, una tapa de larguero, un laminado principal o importante. La capa de tela que potencia el flujo se dispone para potenciar el flujo en una dirección de flujo deseada correspondiente a la dirección longitudinal, la dirección transversal y/o la dirección en ángulo, en la que las fibras de la capa con refuerzo de fibras se alinean sustancialmente en una dirección longitudinal de la estructura laminada compuesta.

[0065] De acuerdo con algunos aspectos, el material con refuerzo de fibras es un material híbrido que comprende fibras de vidrio y fibras de carbono.

[0066] De acuerdo con algunos aspectos, el número de capas con refuerzo de fibras de la etapa a.i) está entre 3-10. Por ejemplo, se introduce una capa de tela que potencia el flujo cada 3-10 capas con refuerzo de fibras, tal como cada 10-40 mm dependiendo del grosor de cada capa con refuerzo de fibras.

[0067] La presente divulgación se refiere a una parte de pala de turbina eólica que comprende una estructura laminada compuesta, en la que la estructura laminada compuesta comprende capas apiladas de forma alterna de:

[0068] iii. un número de capas con refuerzo de fibras que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

[0069] iv. para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras.

[0070] Cada capa con refuerzo de fibras comprende fibras orientadas de forma unidireccional. Comprendiendo la capa de tela que potencia el flujo una capa de estructura abierta hecha de un primer material, en la que la capa de tela que potencia el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal. Las capas apiladas de forma alterna se incluyen en un material de matriz polimérica. La capa de tela que potencia el flujo comprende además filamentos o haces de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor. Los filamentos o haces están dispuestos y configurados para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras en un primer lado de la capa que potencia el flujo hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en un segundo lado de la capa que potencia el flujo.

[0071] La parte de pala de turbina eólica como se divulga en el presente documento permite que una pala de turbina eólica esté protegida contra cualquier riesgo de deslaminación provocado por un rayo, puesto que la energía de un impacto de rayo se puede dispersar a través de todo el grosor de la estructura laminada.

[0072] La presente divulgación también se refiere a una turbina eólica que comprende una parte de pala de turbina eólica de acuerdo con esta divulgación.

[0073] La fig. 1 ilustra una turbina eólica a barlovento moderna convencional de acuerdo con el denominado "concepto danés" con una torre 4, una góndola 6 y un rotor con un eje de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, teniendo cada una una raíz de pala 16 más cercana al buje y una punta de pala 14 más alejada del buje 8. El rotor tiene un radio indicado como R.

[0074] La fig.2 muestra una vista esquemática de un primer modo de realización de una pala de turbina eólica 10 de acuerdo con la invención. La pala de turbina eólica 10 tiene la conformación de una pala de turbina eólica convencional y comprende una región de raíz 30 más cercana al buje, una región perfilada o una de perfil alar 34 más alejada del buje y una región de transición 32 entre la región de raíz 30 y la región de perfil alar 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que está orientado hacia la dirección de rotación de la pala 10, cuando la pala está montada en el buje, y un borde de salida 20 que está orientado hacia la dirección opuesta del borde de ataque 18.

[0075] [0049]La fig. 3 muestra una vista esquemática de una sección transversal de una pala de turbina eólica a lo largo de la línea I-I mostrada en la fig. 2. Como se menciona previamente, la pala 10 comprende una parte de concha de lado de presión 36 y una parte de concha de lado de succión 38. La parte de concha de lado de presión 36 comprende una estructura de soporte de carga 41, tal como una tapa de larguero o un laminado principal, que constituye una parte de soporte de carga de la parte de concha de lado de presión 36. La estructura de soporte de carga 41 comprende una pluralidad de capas con refuerzo de fibras 42, tales como fibras unidireccionales alineadas a lo largo de la dirección longitudinal de la pala para proporcionar rigidez a la pala. La parte de concha de lado de succión 38 también comprende una estructura de soporte de carga 45 que comprende una pluralidad de capas con refuerzo de fibras 46. La parte de concha de lado de presión 38 también puede comprender un material de núcleo de intercalación 43 típicamente hecho de madera de balsa o polímero espumado e intercalado entre un número de capas de película reforzadas con fibras. El material de núcleo de intercalación 43 se usa para proporcionar rigidez a la concha para garantizar que la concha mantenga sustancialmente su perfil aerodinámico durante la rotación de la pala. De forma similar, la parte de concha de lado de succión 38 también puede comprender un material de núcleo de intercalación 47.

[0077] La estructura de soporte de carga 41 de la parte de concha de lado de presión 36 y la estructura de soporte de carga 45 de la parte de concha de lado de succión 38 se conectan por medio de una primera alma a cortante 50 y una segunda alma a cortante 55. En el modo de realización mostrado, las almas a cortante 50, 55 se conforman como almas sustancialmente en forma de I. La primera alma a cortante 50 comprende un cuerpo de alma a cortante y dos bridas de pie de alma. El cuerpo de alma a cortante comprende un material de núcleo de intercalación 51, tal como madera de balsa o polímero espumado, cubierto por un número de capas de película 52 hechas de un número de capas de fibra, tal como un número de fibras unidireccionales o capas de fibra. La segunda alma a cortante 55 tiene un diseño similar con un cuerpo de alma a cortante y dos bridas de pie de alma, comprendiendo el cuerpo de alma a cortante un material de núcleo de intercalación 56 cubierto por un número de capas de película 57 hechas de un número de capas de fibra, tal como un número de fibras unidireccionales o capas de fibra.

[0079] Las conchas de pala 36, 38 pueden comprender además un refuerzo de fibra en el borde de ataque y el borde de salida. Típicamente, las partes de concha 36, 38 se unen entre sí por medio de bridas de cola en los que se pueden usar cuerdas de relleno adicionales (no mostradas). Adicionalmente, las palas muy largas pueden comprender partes en sección con tapas de larguero adicionales que se conectan por medio de una o más almas a cortante adicionales.

[0081] La fig. 4a muestra esquemáticamente una vista en sección transversal despiezada de una laminación o disposición de capas de ejemplo para la fabricación de una estructura compuesta de ejemplo de acuerdo con la divulgación. La laminación de ejemplo muestra una pila que alterna una capa con refuerzo de fibras 42, 46 con una capa de tela que potencia el flujo 62. La capa con refuerzo de fibras 42, 46 comprende fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono. La capa con refuerzo de fibras puede comprender, por ejemplo, un número de hebras de fibra de vidrio 42c, 42d y un número de estopas de fibra de carbono 42a, 42b. Las hebras de fibra de vidrio 42c, 42d y las estopas de fibra de carbono 42a, 42b se pueden disponer sobre un sustrato de fibra de carbono 42e. La capa con refuerzo de fibras 42, 46 puede comprender fibras unidireccionales, es decir, fibras alineadas de forma unidireccional a lo largo de, por ejemplo, una dirección longitudinal de la estructura compuesta.

[0083] La capa de tela que potencia el flujo 62 comprende una capa de estructura abierta hecha de un primer material ilustrado por los elementos 62x, 62y, 62z. La capa de tela que potencia el flujo 62 comprende además filamentos o haces de fibras 62a, 62b hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor. Los filamentos o haces de fibras 62a, 62b se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras 42 en un primer lado de la capa de tela que potencia el flujo 62 hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras 46 en un segundo lado de la capa que potencia el flujo 62. Los filamentos o haces de fibras 62a, 62b se pueden asegurar en la capa de estructura abierta hecha de un primer material y se disponen de modo que sean accesibles desde ambos lados de la capa de tela que potencia el flujo 62. Los elementos 62x, 62y, 62z. ilustran una sección transversal de la capa de estructura abierta. La capa de estructura abierta puede formar una malla sobre la que se pueden coser o tejer los filamentos o haces de fibras 62a, 62b. Su disposición una con respecto a la otra se ha de realizar de modo que se maximice una superficie de contacto con la capa con refuerzo de fibras para garantizar la conductividad. La capa de estructura abierta se hace, por ejemplo, de un primer material que es menos conductor que el segundo material. Por ejemplo, el primer material puede ser vidrio o material polimérico, mientras que el segundo material puede ser metal o carbono.

[0085] La fig. 4b muestra esquemáticamente una vista en sección transversal despiezada de otra laminación o disposición de capas de ejemplo para la fabricación de una estructura compuesta de ejemplo de acuerdo con la divulgación. La laminación de ejemplo muestra una pila que alterna una capa con refuerzo de fibras 421, 461 con una capa de tela que potencia el flujo 62. La capa con refuerzo de fibras 42, 46 comprende fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono. La capa con refuerzo de fibras se puede hacer, por ejemplo, de una capa de fibra de carbono pura, por ejemplo, que tenga estopas de fibra de carbono. La capa con refuerzo de fibras comprende fibras unidireccionales, preferentemente orientadas en la dirección longitudinal de la pala.

[0087] [0055]La capa de tela que potencia el flujo 62 comprende una capa de estructura abierta hecha de un primer material ilustrado por los elementos 62x, 62y, 62z. La capa de tela que potencia el flujo 62 comprende además filamentos o haces de fibras 62a, 62b hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor. Los filamentos o haces de fibras 62a, 62b se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras 42 en un primer lado de la capa que potencia el flujo 62 hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras 46 en un segundo lado de la capa de tela que potencia el flujo 62. Los filamentos o haces se disponen en un ángulo definido con respecto a la dirección transversal. La capa de estructura abierta puede formar una malla sobre la que se pueden coser los filamentos o haces de fibras 62a, 62b.

[0088] Aunque las laminaciones de ejemplo de las figs. 4a-b muestran una capa de tela que potencia el flujo entre cada tercera capa con refuerzo de fibras, se puede concebir que una capa de tela que potencia el flujo se coloque entre cada de cinco a diez o incluso más capas con refuerzo de fibras. El espaciado entre las capas de tela que potencia el flujo se debe disponer para garantizar una humectación apropiada del material con refuerzo de fibras sin provocar, por ejemplo, áreas secas. La fig.4c muestra esquemáticamente una vista superior de una capa de tela que potencia el flujo 70 de ejemplo. La capa de tela que potencia el flujo 70 comprende una capa de estructura abierta 71 hecha de un primer material y tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal. El primer material comprende material eléctricamente no conductor, tal como fibras de vidrio o material polimérico. La capa de estructura abierta 71 está en forma de una capa de malla, más específicamente una malla biaxial que tiene una dirección longitudinal L y una dirección transversal T. La capa de tela que potencia el flujo 70 comprende además filamentos o haces 72 de fibras hechas de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor, tal como metal o carbono. Los filamentos o haces 72 se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora entre las capas con refuerzo de fibras. Los filamentos o haces 72 se integran, tal como se tejen o cosen, en la capa de estructura abierta 71. Los filamentos o haces 72 se disponen en un ángulo definido con respecto a la dirección transversal T. El ángulo está entre 15 y 75 grados, preferentemente entre 35 y 40 grados con respecto a la dirección transversal o la dirección longitudinal. Por ejemplo, los filamentos o haces 72 en forma de un hilo conductor se pueden coser en la capa de estructura abierta 71 en una trama transversal de /-30 grados. La disposición angular de los filamentos o haces garantiza que entren en contacto con un gran número de las fibras conductoras de las capas de fibra y, por tanto, mejora la conducción de una corriente que entre posiblemente en la estructura laminada compuesta.

[0089] Cuando la estructura laminada compuesta es una estructura de soporte de carga de la pala de turbina eólica, las fibras de las capas con refuerzo de fibras se pueden alinear a lo largo de una dirección longitudinal del laminado que puede ser paralela a la dirección longitudinal L o la dirección transversal T.

[0090] La fig.5 muestra un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 500 de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica de acuerdo con esta divulgación. La parte de pala de turbina eólica se fabrica por medio de moldeo por transferencia de resina, preferentemente moldeo por transferencia de resina asistido por vacío, donde el material con refuerzo de fibras se impregna con resina líquida en una cavidad de molde. La cavidad de molde comprende una parte de molde rígida que tiene una superficie de molde que define una superficie de la parte de pala de turbina eólica. El procedimiento 500 comprende apilar de forma alterna S1 en la parte de molde rígida:

[0091] i. un número de capas con refuerzo de fibras que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

[0092] ii. una capa de tela que potencia el flujo para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras, comprendiendo la capa de tela que potencia el flujo una capa de estructura abierta hecha de un primer material, en el que la capa de tela que potencia el flujo comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal.

[0093] Cada capa con refuerzo de fibras puede comprender fibras unidireccionales. La capa de tela que potencia el flujo comprende además filamentos o haces de fibras hechos de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras en un primer lado de la capa de tela que potencia el flujo hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras en un segundo lado de la capa de tela que potencia el flujo. Los filamentos o haces se disponen en un ángulo definido con respecto a la dirección transversal.

[0094] El procedimiento 500 comprende sellar S2 una segunda parte de molde, de forma ventajosa, una parte de molde flexible, tal como una bolsa de vacío, contra la parte de molde rígida para formar la cavidad de molde. El procedimiento 500 puede comprender opcionalmente evacuar S3 la cavidad de molde. El procedimiento 500 comprende suministrar S4 una resina a la cavidad de molde. El procedimiento 500 comprende curar S5 o endurecer la resina para formar la estructura laminada compuesta.

[0095] La invención se ha descrito con referencia a un modo de realización preferente. Sin embargo, el alcance de la invención no se limita al modo de realización ilustrado, y se pueden llevar a cabo alteraciones y modificaciones sin desviarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento (500) de fabricación de una estructura laminada compuesta de una parte de pala de turbina eólica por medio de moldeo por transferencia de resina, preferentemente moldeo por transferencia de resina asistido por vacío, donde un material con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) se impregna con resina líquida en una cavidad de molde, en el que la cavidad de molde comprende una parte de molde rígida que tiene una superficie de molde que define una superficie de la parte de pala de turbina eólica, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:

a. apilar de forma alterna (S1) en la parte de molde rígida:

i. un número de capas con refuerzo de fibras unidireccionales (42, 46; 421, 461) que comprenden fibras eléctricamente conductoras, tales como fibras de carbono, y

ii. una capa de tela que potencia el flujo (62, 70) para potenciar un flujo de la resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461), comprendiendo la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) una capa de estructura abierta (62x, 62y, 62z, 71) hecha de un primer material, en el que la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal,

b. sellar (S2) una segunda parte de molde contra la parte de molde rígida para formar la cavidad de molde

c. opcionalmente evacuar (S3) la cavidad de molde,

d. suministrar (S4) una resina a la cavidad de molde

e. curar o endurecer (S5) la resina para formar la estructura laminada compuesta,

en el que la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) comprende además filamentos o haces (62a, 62b; 72) de fibras hechas de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que se disponen y configuran para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) en un primer lado de la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) en un segundo lado de la capa de tela que potencia el flujo (62, 70);caracterizada por quelos filamentos o haces del segundo material se disponen en un ángulo entre 15 y 75 grados definido con respecto a la dirección transversal.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo material comprende metal o carbono, comprendiendo el metal cobre.

3. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo material se selecciona de un material que tiene una propiedad de resistividad de entre 1,5x10<-8>a 5x10<-6>Ohm·metro.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer material comprende material eléctricamente no conductor, por ejemplo, en el que el primer material se selecciona de un grupo de fibras de vidrio y un material polimérico.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa de estructura abierta (62x, 62y, 62z, 71) es una capa de malla o tejida, por ejemplo, en forma de una malla biaxial.

6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa de estructura abierta (62x, 62y, 62z, 71) es una capa perforada.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los filamentos o haces de fibras se tejen en la capa de estructura abierta (62x, 62y, 62z, 71).

8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los filamentos o haces del segundo material se disponen en un ángulo entre 35 y 40 grados con respecto a la dirección transversal.

9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estructura laminada compuesta es una estructura de soporte de carga de la pala de turbina eólica, y en el que la capa de tela que potencia el flujo se dispone para potenciar el flujo en una dirección de flujo deseada

correspondiente a la dirección longitudinal, la dirección transversal y/o la dirección en ángulo, en el que las fibras de la capa con refuerzo de fibras se alinean sustancialmente en una dirección longitudinal de la estructura de soporte de carga.

10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estructura de soporte de carga es una tapa de larguero integrada en una concha de la pala de turbina eólica.

11. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) es un material híbrido que comprende fibras de vidrio y fibras de carbono.

12. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el número de capas con refuerzo de fibras de la etapa a.i) está entre 3-10.

13. Una parte de pala de turbina eólica que comprende una estructura laminada compuesta, en la que la estructura laminada compuesta comprende capas apiladas de forma alterna de:

ii. una capa de tela que potencia el flujo (62, 70) para potenciar un flujo de una resina durante la infusión de las capas con refuerzo de fibras, comprendiendo la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) una capa de estructura abierta (62x, 62y, 62z, 71) hecha de un primer material, en el que la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) comprende una dirección longitudinal y una dirección transversal, en la que las capas apiladas de forma alterna se incluyen en un material de matriz polimérica en la que la capa de tela que potencia el flujo (62, 70) comprende además filamentos o haces (62a, 62b; 72) de fibras hechas de un segundo material, que es un material eléctricamente conductor y que están dispuestos y configurados para proporcionar una trayectoria conductora desde las primeras fibras eléctricamente conductoras de una primera capa con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) en un primer lado de la capa que potencia el flujo (62, 70) hasta las segundas fibras eléctricamente conductoras de una segunda capa con refuerzo de fibras (42, 46; 421, 461) en un segundo lado de la capa que potencia el flujo (62, 70),caracterizada por quelos filamentos o haces (62a, 62b; 72) del segundo material se disponen en un ángulo entre 15 y 75 grados definido con respecto a la dirección transversal.

14. Una pala de turbina eólica que comprende una parte de pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 13.