Pala de turbina eólica.

La raíz (1) de la pala o la estructura interna (17) de la pala comprenden medios de unión al buje dispuestos entre hojas de laminación (2,

3, 18, 19), consistentes en una pluralidad de insertos (4.1, 4.2, 4.3), destinados a recibir un elemento de fijación relacionado con el buje, que facilitan el acoplamiento de la pala al buje de la turbina eólica. Incorpora unas bandas de fibras (7) de configuración compacta, alargada y envolvente que abrazan los insertos (4.1, 4.2, 4.3) configurando unos conjuntos embebidos entre las hojas de laminación (2, 3, 18, 19), en el que las banda de fibras (7) aseguran una transmisión progresiva de esfuerzos entre pala y buje.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico de las palas de turbinas eólicas, más concretamente en lo que se refiere a los medios de unión de la pala al buje de la turbina.

Se describe una pala de turbina eólica que integra unos insertos dotados de taladros destinados a recibir los elementos de fijación que vinculan la pala al buje de la turbina, en el que se ha previsto la incorporación adicional de unas bandas de fibras que abrazan de forma envolvente los insertos y se disponen intercaladas en el laminado de la pala estableciendo una fijación segura y resistente de dichos insertos, facilitando asimismo una transmisión gradual de 15 esfuerzos entre pala y buje.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los últimos años, el mercado de generación de energía renovable ha reclamado el desarrollo 20 de turbinas eólicas cada vez más grandes para satisfacer las crecientes necesidades. Este desarrollo supone la aparición de problemas técnicos, derivados de las enormes estructuras que se construyen, en especial en las palas eólicas, mayormente construidas en plástico reforzado con fibra que precisan ser unidas al buje de la turbina eólica.

Sin embargo los plásticos reforzados con fibra no funcionan bien en condiciones de alta concentración de tensiones, como las que aparecen en la unión de la raíz de la pala al buje, ya que para ciertos tamaños de pala suelen aparecer problemas de fatiga, principalmente debido a la gran cantidad de ciclos de carga de la pala.

Las palas de una turbina eólica son generalmente de material compuesto laminado que está formado por varias capas de material reforzado unidas por una resina y curadas para consolidar la pala. Para asegurar la fijación de cada una de las palas al buje generalmente se adopta la solución de incorporar insertos metálicos interiormente roscados que se introducen durante la

fabricación de la pala, en combinación con tornillos de fijación del buje que roscan en estos insertos de la pala estableciendo una conexión del buje a la pala.

El documento US 4915590 es un ejemplo de este tipo de unión, ya que muestra varios insertos 5 embebidos internamente en la raíz de la pala, en disposición paralela al eje de la pala, en el que cada inserto incorpora un taladro roscado longitudinal destinado a recibir un tornillo del buje, de tal modo que los tornillos así introducidos en los insertos establecen la fijación entre la pala y el buje.

El documento US 7530168 se refiere a un método de fabricación de una pala de una turbina eólica y a la propia pala así obtenida, donde se detalla que la raíz de la pala comprende una pluralidad de insertos o casquillos provistos de un sector roscado interior destinado a recibir los tornillos que vinculan la pala al buje. En este caso se ha previsto que los insertos presenten dos tramos, o que estén formados por dos porciones unidas, en el que una de ellas es de 15 configuración tubular cilíndrica e integra el sector roscado interior y la otra es de configuración tubular achaflanada de sección progresivamente decreciente hasta su extremo distal.

En este documento se describe el procedimiento de conformado de la raíz de la pala que comprende las fases de: disponer un soporte que cuenta con unos rebajes separados 20 destinados a alojar los insertos, situar una primera capa de fibra sobre el soporte, ubicar los insertos en dichos rebajes, y disponer a continuación capas adicionales de fibra sobre los insertos, finalizando con la etapa de consolidación de la fibra.

En el documento ES 2382439 se muestra el tipo de insertos descrito anteriormente, en el que 25 aparecen separados sobre un arco circular de la pala, y asimismo se observan unos elementos distanciadores situados entre los insertos, estando conectados los distanciadores con los insertos mediante un laminado exterior y otro interior.

Por otro lado se conocen otras soluciones de unión entre pala y buje, como la mostrada en el 30 documento D6: US 2009/0263250, en la que se puede observar que la raíz de la pala presenta unos pasadores transversales dispuestos en posición radial o transversal al eje longitudinal de la pala, que cuentan con un taladro roscado paralelo al eje longitudinal de la pala en el que enrosca un perno, que a su vez atraviesa un sector del buje, estableciéndose el apriete entre el

buje y la pala mediante una tuerca acoplada en el perno. El empleo de estos pasadores transversales constituye una solución alternativa a los insertos longitudinales, y resulta especialmente adecuada para el caso de palas de escaso espesor.

En el caso del documento US 20070231146 se ha previsto asimismo el uso de pasadores transversales, en el que los pasadores transversales contiguos se encuentran situados a distinta distancia del borde de la raíz, contribuyendo así a una mejor reparto de tensiones.

Se conocen por otra parte diferentes geometrías de los insertos, como la mostrada en el 10 documento US2012/0207607, que presenta un extremo proximal en el que se define un taladro roscado y un extremo distal alargado de configuración acuñada prácticamente plana que facilita la operación de laminado de la raíz de la pala.

Las soluciones de unión entre buje y pala, arriba descritas, sin embargo son susceptibles de 15 optimizar, ya que en este tipo de uniones se generan unas tensiones puntuales durante la operación de la pala que redundan en problemas de fatiga que afectan a la vida de la pala.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una pala de turbina eólica que incorpora elementos de construcción laminada consistentes en una porción aerodinámica, una estructura interna o alma rigidizadora de la pala y una raíz, y unos medios de unión de la pala al buje de la turbina eólica, que comprenden una pluralidad de insertos provistos de taladros internos para el montaje de elementos de fijación que establecen el acoplamiento liberable de la pala al buje de la turbina 25 eólica. A diferencia de las soluciones descritas en el apartado anterior, los medios de unión de la pala al buje destacan fundamentalmente porque comprenden adicionalmente unas bandas de fibras, preferentemente unidireccionales, que abrazan los insertos y que se disponen intercaladas durante el laminado de la pala.

La incorporación de estas bandas de fibras abrazando los insertos entre hojas de laminación permite repartir la carga a la que se someten los insertos en un área más grande y reduce las tensiones locales, lo que redunda en una extensión del ciclo de vida de la pala y la posibilidad de fabricación de palas de mayor envergadura, así como facilita el proceso constructivo de

laminación de la pala.

Se ha previsto de modo general que los insertos incorporen un sector de agarre que constituye la zona del inserto destinada a ser abrazada por la banda de fibras.

La banda de fibras presenta una configuración alargada, compacta y envolvente y muestran un tramo superior, un tramo intermedio y un tramo inferior, en el que los tramos inferior y superior parten desde un lado posterior de la banda hasta el lado opuesto o anterior en el que se encuentra el tramo intermedio, de configuración normalmente curvada, que abraza al sector de 10 agarre del inserto, envolviéndolo parcialmente.

Las fibras se pueden distribuir desde la zona del inserto hasta el lado posterior, en distribución paralela, en abanico y/o complementariamente entrecruzadas.

Se ha previsto que estas bandas de fibras, en combinación con el inserto que abraza dicha banda de fibras, configuren unos conjuntos que quedarán embebidos en la pala en la operación de laminación posterior.

La integración de la banda de fibras con los insertos que propone esta invención facilita una 20 transmisión suave y gradual de los esfuerzos que aparecen durante el normal funcionamiento de la pala, entre el buje y la pala, más concretamente entre los elementos de fijación y los insertos, contribuyendo así a una mayor durabilidad de la pala.

La invención contempla por un lado una primera solución de unión de la pala al buje en la que 25 los medios de unión objeto de esta invención se vinculan a la raíz de la pala, concretamente a la envolvente externa de la raíz de la pala.

Por otro lado la invención contempla una segunda solución de unión de la pala al buje en la que los medios de unión objeto de esta invención se vinculan a la extremidad de la estructura 30 interna de la pala que se encuentra en la zona de la raíz de la pala.

De acuerdo con estas dos soluciones de unión se consideran varias realizaciones en lo que se

refiere a la configuración y posicionamiento de los insertos en la pala, así como de los elementos de fijación...

1.- Pala de turbina eólica que comprende:

- una porción aerodinámica,

- una raíz (1),

- una estructura interna (17) interior a la pala, y

- unos medios de unión de la pala al buje de una turbina destinados a quedar embebidos entre hojas de laminación (2, 3, 18, 19) que conforman parte de la pala, que comprenden:

una pluralidad de insertos (4.1, 4.2, 4.3), en el que cada uno de dichos insertos (4.1, 4.2, 4.3) comprenden al menos un cuerpo alargado (5.1, 5.2, 5.3) que está provisto de al menos un taladro (6.1, 6.2, 6.3) longitudinal que está destinado a recibir un elemento de fijación relacionado con el buje, que facilitan el acoplamiento entre la pala y el buje de la turbina eólica, así como están dotados de un sector de agarre (8.1, 8.2, 8.3), y

unas bandas de fibras (7) de configuración compacta, alargada y envolvente que abrazan los insertos (4.1, 4.2, 4.3) por el sector de agarre (8.1, 8.2, 8.3), configurando unos conjuntos formados cada uno de ellos por inserto (4.1, 4.2, 4.3) y banda de fibras (7) que quedan embebidos entre hojas de laminación (2, 3, 18, 19), en el que las bandas de fibras (7) comprenden un tramo superior (10), un tramo intermedio (12) y un tramo inferior (11), en el que los tramos inferior (11) y superior (10) parten desde un lado posterior de la banda de fibras (7) hasta el lado opuesto o anterior en el que se encuentra el tramo de unión (12), el cual constituye el tramo de las bandas de fibras (7) que abraza al sector de agarre (8.1, 8.2, 8.3) del inserto (4.1, 4.2, 4.3),

caracterizada porque las bandas de fibras (7) abrazan adicionalmente, entre el tramo superior (10) y el tramo inferior (11), a al menos una de las hojas de laminación (2, 19).

2.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque los medios de unión comprenden adicionalmente al menos un bloque intermedio (9) que es abrazado asimismo por cada banda de fibras (7) entre el tramo superior (10) y el tramo inferior (11).

3.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada porque el bloque intermedio (9) presenta una configuración en cuña.

4.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque 5 comprende adicionalmente unos bloques de inserción (13) situados entre los insertos

(4.1, 4.2, 4.3) que dan continuidad a los insertos (4.1, 4.2, 4.3) y a las bandas de fibras (7).

5.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque los 10 insertos (4.1, 4.2, 4.3) consisten en unos primeros insertos (4.1) dispuestos paralelos con

respecto al eje longitudinal de la raíz (1) de la pala, en el que el cuerpo (5.1) alargado es único, el taladro (6.1) es un taladro roscado ciego y el sector de agarre (8.1) consiste en un asidero definido en el lado del cuerpo (5.1) opuesto a la embocadura del taladro (6.1) roscado.

6.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 y 5 caracterizada porque el elemento de fijación es un tornillo destinado a enroscar en el taladro (6.1) roscado.

7.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque los 20 insertos (4.1, 4.2, 4.3) consisten en unos segundos insertos (4.2) dispuestos paralelos

con respecto al eje longitudinal de la raíz (1) de la pala, en el que el cuerpo (5.2) alargado es único, el taladro (6.2) es un taladro roscado ciego, y el sector de agarre (8.2) consiste en sendas extensiones laterales que se prolongan perpendicularmente a ambos lados del cuerpo (5.2).

8.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 y 7 caracterizada porque el elemento de fijación es un tornillo destinado a enroscar en el taladro (6.2) roscado.

9.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque los 30 insertos (4.1, 4.2, 4.3) consisten en unos terceros insertos (4.3) dispuestos

transversalmente al eje longitudinal de la pala que comprenden cuerpos alargados (5.3) consistentes en casquillos separados y enfrentados por sus extremos, en el que los taladros (6.3) son taladros pasantes, y el sector de agarre (8.3) está constituido por la propia superficie exterior cilíndrica de dichos cuerpos (5.3).

10.- Pala de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 y 9 caracterizada porque el elemento de fijación es un pasador (15) destinado a insertarse a través de los cuerpos (5.3).

11.- Pala de turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10

caracterizada porque las hojas de laminación (2, 3, 18, 19) son hojas de laminación (2,3) del cuerpo envolvente de la raíz (1) de la pala.

12.- Pala de turbina eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 10 caracterizada porque las hojas de laminación (2, 3, 18, 19) son hojas de laminación (18, 19) de la estructura interna (17) de la pala.