WO2005100781A1 - Pala para generadores eólicos - Google Patents

Abstract

Pala para generadores eólicos, que esta subdividida transversalmente en dos o más módulos independientes (1-2) constituidos por paredes o cáscaras aerodinámicas externas (4) y una estructura longitudinal interna (3) de refuerzo. Los módulos disponen de medios de conexión situados en coincidencia con las secciones extremas de la estructura longitudinal de refuerzo (3) y están constituidos por orejetas (5-7, 6-8), que sobresalen en porciones coincidentes dotadas de orificios (9) enfrentables para recibir elementos de unión.

Description

PALA PARA GENERADORES EOLICOS .

La presente invención se refiere a una pala para generadores eólicos, que esta subdividida transversalmente en dos o más tramos independientes que disponen en las secciones extremas enfrentables de medios de conexión.

Cada día los generadores eólicos se diseñan para obtener mayores potencias. Entre los componentes que intervienen en la potencia del aerogenerador están las palas que conforman el rotor. La aerodinámica y las dimensiones de las palas son fundamentales para aumentar la potencia del generador. Por este motivo cada día se fabrican palas de mayor longitud.

Debido a que los generadores eólicos se suelen montar en lugares de difícil acceso, el transporte de las palas suele presentar grandes problemas, especialmente por su longitud.

Para resolver el problema expuesto ya es conocido subdividir transversalmente las palas en dos o más tramos o módulos independientes, los cuales disponen en las secciones enfrentables de medios de unión.

En este sentido puede citarse la EP 1244873, en la cual se describe una pala para un rotor de generador eólico subdividida transversalmente en secciones que se unen entre sí mediante una infinidad de placas que conectan los bordes enfrentables de secciones consecutivas. La unión de las placas con los bordes de las secciones a conectar puede realizarse mediante pernos colocados en las superficies de dichas secciones, a lo largo de sus bordes. Este sistema presenta el problema del elevado número de conexiones existentes, las cuales debe tenerse en cuenta que hay que realizarlas en campo, con medios limitados. Por otro lado, la mayor parte de los puntos de unión están situados fuera de la armadura interior resistente, lo cual hace que la resistencia de tales puntos de unión sea reducida, exigiendo por tal motivo un elevado número de puntos de unión. Por la DE 3109566 se conoce una pala para rotor de aerogeneradores que esta subdividida en al menos dos segmentos que se unen mediante tornillos de expansión. La colocación de estos tornillos resulta también difícil, teniendo en cuenta las condiciones en las que debe llevarse a cabo las operaciones de montaje.

La US 4389162 describe una pala para rotores de aerogeneradores subdividida transversalmente en varias secciones. El medio de unión consiste en un elemento longitudinal de gran resistencia a tracción, por ejemplo un cable, que discurre por el interior de las diferentes secciones de la pala y se amarra a anclajes situados en las secciones extremas. Este sistema presenta los mismos problemas de montaje citados y además exige una especial constitución de los diferentes componentes.

La presente invención tiene por objeto una pala para generadores eólicos compuesta por una estructura longitudinal interna de refuerzo y por conchas o cascaras aerodinámicas externas unidas a la estructura, estando la pala subdividida transversalmente en dos o más secciones o módulos que se fijan entre sí mediante un número reducido de uniones de fácil ejecución, lo cual facilita el montaje de las palas en campo, tanto por las características de las uniones como por el reducido número de las mismas, permitiendo la intercambiabilidad de módulos.

Mediante la subdivisión de las palas en módulos de determinada longitud, se facilita el transporte hasta el lugar de montaje del aerogenerador.

Por otro lado, al reducir el número de uniones y al estar estas constituidas de modo que puedan ejecutarse fácilmente en campo, se reducen los tiempos de montaje. Todo ello hace que con la presente invención, no solo se resuelvan los problemas logísticos, sino que permita cumplir el objetivo de la optimización logística. La estructura longitudinal interna de refuerzo puede estar compuesta por una viga estructural de cajón y por cascaras o conchas aerodinámicas externas unidas a dos de las paredes opuestas de la viga estructural, estando unas y otras compuestas a base de resinas reforzadas con fibras de diferente naturaleza. La pala, compuesta por viga y cascaras, queda subdivida transversalmente en módulos dotados en sus bordes enfrentados de medios de conexión.

Los medios de conexión van dispuestos en coincidencia con las secciones extremas de la estructura longitudinal interna de refuerzo y están constituidos por orejetas que sobresalen axialmente de los bordes de dichas secciones extremas en posiciones coincidentes, de modo que al acoplar módulos consecutivos, las orejetas de los mismos queden adosadas o enfrentadas para recibir elementos de unión. Preferentemente las orejetas disponen de un orificio extremo que, en el caso de que las orejetas queden adosadas al acoplar los módulos, dichos orificios quedan alineados en cada pareja de orejetas adosadas para recibir un tornillo o bulón de unión. Cuando las orejetas quedan enfrentadas, sin adosar, sobre cada pareja de orejetas enfrentadas se disponen placas intermedias dotadas de orificios alineables con los de dichas orejetas, para la introducción de tornillos o bulones de unión. En ambos casos los tornillos o bulones quedarán situados en dirección perpendicular al eje de los módulos, de modo que una vez montada la pala trabajarán a cortadura.

Los módulos que conforman la pala presentan, a partir del borde libre y preferentemente en la zona donde irán dispuestos los medios de conexión, de escotaduras que determinan al acoplar cada dos módulos consecutivos, una abertura de acceso a través de la que se disponen y/o manipulan los tornillos o remaches de unión. Esta abertura puede estar practicada en las cascaras, cerca del borde libre de los módulos, para acceder al montaje de los tornillos de fijación. Las principales características de la unión descrita es la intercambiabilidad y la facilidad de ensamblaje en campo, cualidades que solo pueden darse teniendo pocos puntos de unión. En este sentido, las orejetas pueden disponerse paralelas a uno u otro de los ejes de las secciones extremas, en cuyo caso los medios de conexión pueden estar constituidos por un máximo de seis orejetas, fijadas en tramos en los que coinciden y van unidos la estructura longitudinal interna de refuerzo y las conchas o cascaras, y en tramos de dicha estructura que discurren entre las conchas o cascaras. La existencia de orejetas en unos y otros tramos permite absorber todas las componentes de las cargas de unión.

Como alternativa, las orejetas pueden disponerse en posición no paralela a ninguno de los ejes de las secciones extremas, en cuyo caso podría ser suficiente disponer cuatro orejetas, mediante las que también podrían ser absorbidas todas las componentes de las cargas de unión.

En cualquiera de los casos, al ser la estructura longitudinal interna de refuerzo el principal responsable de la integridad estructural de la pala, los elementos de unión deben disponerse de forma que den continuidad a la estructura de refuerzo de cada uno de los módulos a unir.

La unión entre las orejetas y los módulos pueden realizarse mediante tornillos. Estas uniones se realizan en las plantas de fabricación, quedando por tanto el módulo constituido por la sección de pala y las diferentes orejetas ensambladas. Posteriormente y ya en campo, se practicaría la unión entre ambos módulos, mediante los bulones o tornillos pasadores que constituyen los elementos de unión.

Por último, la superficie aerodinámica se cierra, entre módulos consecutivos, con un carenado no estructural o más bien estructuralmente secundario. La unión de dicho carenado a los módulos es atornillada. Para ello, en la planta de fabricación de instala en cada uno de los módulos, a partir de las secciones extremas y por su superficie interior, una pletina que contiene las tuercas de unión. De este modo, cuando se practica la unión en campo, el operario solo tendrá que presentar el carenado e introducir los tornillos desde el exterior, sin necesidad de sujetar las tuercas.

Las características y ventajas de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra un ejemplo de realización no limitativo. En los dibujos:

La figura 1 muestra en perspectiva los extremos acoplables de dos módulos, dotados de medios de conexión constituidos de acuerdo con la invención.

La figura 2 es una planta superior de los módulos de la figura 1, una vez unidos y con el carenado que cierra la superficie aerodinámica de los mismos.

La figura 3 es una sección transversal de una unión entre módulos consecutivos, tomada según la línea de corte III-III de la figura 2. La figura 4 es una sección longitudinal del carenado que cierra la superficie aerodinámica, tomada según la línea de corte IV-IV de la figura 1.

La figura 5 es una sección longitudinal de una de las orejetas que entran a formar parte de los medios de conexión de la invención.

La figura 6 es una vista similar a la figura 1, mostrando una variante de ejecución.

La figura 7 es una vista similar al a figura 2, correspondiente a la variante de ejecución de la figura 6. La figura 8 es una vista similar a la figura 3, pero tomada a lo largo de la línea de corte VIII-VIII de la figura 7.

La figura 9 es una perspectiva esquemática de la sección extrema de uno de los módulos, con una disposición de orejetas diferente respecto de la mostrada en la figura 1. La figura 10 es una vista similar a la figura 9, mostrando una variante de ejecución, en la disposición de las orejetas .

En las palas para generadores eólicos que están subdivididas transversalmente en módulos, la primera cuestión que se plantea es en cuantos módulos debe dividirse la pala, en función de diversos factores, entre los que pueden considerarse los medios de fabricación, las posibilidades de transporte, etc. Las palas pueden ser divididas por ejemplo en tres módulos, aunque en función de otros factores podría decidirse una subdivisión en un mayor número de módulos, de menor longitud o menor número de módulos de mayor longitud.

En la figura 1 se muestran en perspectiva las secciones extremas enfrentables de dos módulos consecutivos 1 y 2 de una pala para generador eólico. Estas palas están compuestas fundamentalmente por una estructura interna de refuerzo, en forma de viga estructural 3 en el ejemplo descrito, y por unas conchas o cascaras aerodinámicas 4 que van unidas a la viga 3, pudiendo estar una y otras compuestas a base de resinas reforzadas con fibras de diferente naturaleza.

Las secciones extremas van dotadas de medios de conexión que están constituidos por orejetas que van fijadas a cada tramo o módulo 1 y 2 y sobresalen axialmente, referenciándose con los números 5 y 6 en el módulo 1 y con los números 7 y 8 en el módulo 2, estando todas las orejetas dispuestas en coincidencia con las secciones extremas de la viga estructural 3, quedando unas y otras orejetas en ambos módulos dispuestas en posiciones coincidentes. En el caso representado en la figura 1, los medios de conexión están compuestos por seis orejetas, cuatro de las cuales, las referenciadas con los números 5 y 7, van fijadas en tramos de la viga estructural 3 coincidentes con las conchas o cascaras 4, situadas dos a cada lado siguiendo la trayectoria de dichos tramos, mientras que las otras dos orejetas, referenciadas con los números 6 y 8, van fijadas una a cada lado en los tramos de la viga estructural 3 que discurren entre paredes opuestas de la concha o carcasa 4, como prolongación de dichos tramos. Todas las orejetas van dotadas, en la porción que sobresale respecto del borde los módulos, de un orificio 9. Además las orejetas van transversalmente desplazadas y son de longitud tal que al adosar entre sí las secciones extremas de los módulos 1 y 2 quedan parcialmente superpuestas, de modo que los orificios 9 de orejetas adosadas queden en alineación para recibir un tornillo o perno de unión 10, figura 3, que será perpendicular al eje del módulo y trabajará a cortadura.

Las orejetas 7, según se aprecia en la figura 3 se bifurcan en la porción extrema en dos ramas 11 entre las que se introduce la orejeta 5 del módulo opuesto 1, quedando los orificios 9 de las ramificaciones alineados con el orificio 9 de las orejetas 5 para el paso del perno o tornillo de unión 10. Según se aprecia en la figura 1, las orejetas 5 y 7 son de contorno aproximadamente rectangular y se adosan por la superficie interna de la viga estructural, fijándose a la pared de dicha viga y cascaras 4 mediante tornillos 12, de cabeza avellanada, figura 3, para evitar que sobresalgan de la superficie aerodinámica, fijación que se lleva a cabo en fábrica.

Las orejetas 6 son planas y dobles, fijadas cada una por una de las superficies de las paredes correspondientes de la viga estructural, también mediante tornillos. En cuanto a las orejetas 8, según se muestra en la figura 5, que es una sección longitudinal de una de estas orejetas, presentan un quiebro transversal intermedio 13 y se adosan y fijan a la pared correspondiente de la viga estructural por el tramo 14, mediante tornillos, discurriendo el tramo extremo 15 de cada pareja de orejetas adosados entre sí para introducirse entre la pareja de orejetas opuestas, quedando los orificios 9 de unas y otras enfrentados para introducir los bulones o tornillos de unión.

En el ejemplo representado en la figura 1, uno de los módulos, el referenciado con el número 2, presenta a partir del borde libre una escotadura 16 que determina, al acoplar entre sí los módulos 1 y 2, una abertura a través de la cual pueden introducirse los tornillos y tuercas que componen los elementos de unión entre las diferentes orejetas. La abertura para acceso a los elementos de unión podría estar situada en la cascara, cerca del borde libre del módulo. Además los dos módulos pueden presentar a partir de las secciones extremas libres un escalón periférico 17 que define, al acoplar dichos módulos, un asiento periférico en el que se dispone una banda que cierra la superficie aerodinámica y define un carenado estructuralmente secundario. La unión de este carenado 18 a los módulos se lleva a cabo mediante tornillos avellanados 19, figuras 2 y 4, para lo cual en la planta de fabricación se instala en cada uno de los módulos, por la superficie interior de los mismos y a partir de su borde libre, una pletina 20 que contiene las tuercas 21 de unión. De este modo, cuando se practica la unión en campo, el operario solo tiene que presentar el carenado 18 e introducir los tornillos 19 desde el exterior, sin necesidad de tener que sujetar las tuercas 21. En la realización mostrada en la figura 6, las orejetas 5 y 7 son de menor longitud y de posición enfrentada, de modo que al adosar los módulos 1 y 2 dichas orejetas queden situadas en el mismo plano con los orificios 9 de orejetas enfrentadas separados una cierta distancia. En este caso la unión se lleva a cabo mediante placas intermedias 23 y 24, la primera de las cuales se pone por el exterior y la segunda por el interior, estando dimensionadas estas placas para acoplarse sobre las orejetas enfrentadas 5 y 7, orejetas que en este caso son de igual constitución, de configuración plana. Las placas 23 y 24 disponen de orificios 25 y 26 que quedan enfrentados a los orificios 9 de las orejetas 5 y 7, respectivamente, para recibir los tornillos o bulones de unión 10', tal y como se aprecia en las figuras 7 y 8. Este sistema permitirá reducir el coste de las orejetas hembra 7 de la figura 1, que resulta elevado al fabricarse por mecanizado. En la realización de la figura 6 no hay orejetas macho y hembra, ya que las orejetas 5 y 7 son de igual configuración. Como se ha indicado, la unión entre las placas intermedias 23 y 24 a las orejetas se realiza también mediante bulones o pasadores. A pesar de que en este caso parece que se dobla el número de puntos de unión, en realidad no es así, ya que la unión de las placas intermedias a unos módulos puede realizarse en planta.

Por lo demás, la realización de la figura 6, en cuanto a la fijación de las orejetas 5, 6, 7 y 8, así como la disposición de la banda 18 que conforma el carenado, son coincidentes con lo descrito con relación a la figura 1.

Si se desea evitar uniones cerca de la superficie aerodinámica se pueden colocar cuatro orejetas en los tramos de la viga estructural 3 que discurren entre las conchas o cascaras 4, tal y como se indica con la referencia 8 en la figura 9. En coincidencia con los tramos coincidentes de la viga estructural 3 y las cascaras 4 se dispondrán otras dos orejetas, una a cada lado, no representadas en el dibujo.

Tanto en el caso de las figuras 1 y 6 como en el caso de la figura 9 es necesario disponer orejetas en los tramos coincidentes de la viga estructural 3 con las cascaras 4, así como en los tramos de la viga estructura 3 que discurren entre dichas cascaras, debido al paralelismo entre orejetas, incapaces de absorber todas las componentes de las cargas de unión. Sin embargo, modificando ligeramente la geometría de la viga 3, de forma que las orejetas 8 no sean paralelas, pueden resolverse el sistema de unión con solo cuatro puntos que se muestran en la figura 10. En este caso se disponen solo cuatro orejetas 28, de las cuales se representa solo una en el dibujo. Estas cuatro orejetas no son paralelas a ninguno de los ejes de la sección extrema de los módulos, pudiendo utilizarse en esta realización un sistema de orejetas similares a las 6, 8 de la figura 1, con igual sistema de anclaje o sujeción a las vigas, mediante tornillos no avellanados, pues no interfieren con la superficie aerodinámica.

En la realización de la figura 6, los dos módulos 1 y 2 disponen a partir del borde de las secciones extremas de escotaduras 16 que determinan, al adosar dichos módulos, una abertura sobre la que se acoplan las placas 23 y 24, placas que disponen de una abertura central 29, enfrentada en ambas placas, para la introducción de los tornillos y tuercas de unión.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Pala para generadores eólicos, que está subdividida transversalmente en dos o más módulos independientes (1-2) que incluyen paredes o cascaras aerodinámicas externas (4) y una estructura longitudinal interna de refuerzo, cuyos módulos están dotados en sus secciones extremas de medios de conexión que incluyen orejetas

(5-7, 6-8) unidas a la estructura longitudinal interna de refuerzo y disponen de un orificio (9) , para recibir medios de conexión, caracterizada porque las orejetas citadas sobresalen axialmente de las secciones extremas, en posiciones coincidentes, aproximadamente paralelas al eje de los módulos, para recibir entre los orificios de cada pareja de orejetas enfrentadas medios de conexión que incluyen tornillos o bulones perpendiculares al eje de los módulos, cuyos tornillos trabajan a cortadura.

2.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque las orejetas (5—7, 6-8), de secciones enfrentables de módulos consecutivos van transversalmente desplazadas en su porción extrema una distancia aproximadamente igual al grueso de una de dichas orejetas, de modo que al adosar dos módulos consecutivos queden superpuestas cada dos orejetas enfrentadas, con los orificios alineados para recibir un tornillo o bulón de unión.

3.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque las orejetas (5—7) de secciones adyacentes de módulos consecutivos situadas en coincidencia con la concha o cascara no sobresalen respecto del borde de dicha concha y van dispuesto de modo que las orejetas enfrentadas queden situadas en un mismo plano, con los orificios (9) separados una cierta distancia, estando los medios de unión constituidos por placas intermedias (23-24) que se adosan sobre cada pareja de orejetas (5) enfrentadas y disponen de orificios (26-27) alineables con los de dichas orejetas para recibir tornillos o bulones de sujeción (10 ' ) .

4.- Pala según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las conchas o cascaras y la estructura longitudinal interna de refuerzo, disponen en los tramos coincidentes, a partir del borde libre, de escotaduras (16) enfrentables que definen, al adosar módulos consecutivos, aberturas de acceso a través de las que se disponen los tornillos o bulones que entran a formar parte de los elementos de unión entre orejetas enfrentadas.

5.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque los bordes enfrentables de módulos consecutivos presentan en la pared o cascara un rebaje periférico externo

(17) que determina, al adosar y unir dichos módulos, un asiento periférico en el que se dispone una banda o carenado

(18) que cierra la superficie aerodinámica y se fija al fondo de ambos rebajes mediante tornillos (19) .

6.- Pala según la reivindicación 5, caracterizada porque los módulos citados llevan fijados por su superficie interna, a partir de las secciones o secciones extremas, una pletina (20) que es portadora de tuercas (21) para el enroscado de los tornillos (19) de fijación de la banda o carenado.

7.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque las orejetas van adosadas a la superficie interna de los módulos, a partir del borde o bordes libres de los mismos, y unidos a dichos módulos mediante tornillos (12) .