Pala de rotor para una central de energía eólica, central de energía eólica y procedimiento para fabricar una pala de rotor.

Pala de rotor (1) para una central de energía eólica, que se extiende desde una raíz de la pala del rotor

(2) esencialmente hacia una punta de la pala del rotor (3), que incluye una cubierta formada por una o de varias partes (10, 10', 14), fabricada por un material compuesto de fibras y al menos un larguero (9-9"'), dispuesto en la pala del rotor (1) esencialmente en la dirección de una extensión longitudinal de la pala del rotor (1), en la que el larguero (9-9"'), de los que al menos hay uno, presenta capas de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de una extensión longitudinal del larguero (9-9"'), caracterizada porque el grosor del larguero (9-9"'), de los que al menos hay uno, desciende en un segmento del lado de la raíz de la pala hacia la raíz de la pala (2), cuya longitud es de al menos un 3% de la longitud total del larguero (9-9"'), presentando la cubierta (10, 10', 14) al menos una capa (13, 13') de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1), extendiéndose la capa (13, 13') en al menos un segmento a lo largo de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) desde un borde anterior del perfil (5, 45) hasta un borde posterior del perfil (6, 46) de la pala de rotor (1).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11152375.

Solicitante: Senvion SE.

Inventor/es: BENDEL,Urs, EYB,ENNO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con el eje de rotación dispuesto... > F03D1/06 (Rotores)

PDF original: ES-2536489_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Pala de rotor para una central de energía eólica, central de energía eólica y procedimiento para fabricar una pala de rotor La invención se refiere a una pala de rotor para una central de energía eólica, que se extiende desde una raíz de la pala del rotor esencialmente hasta una punta de la pala del rotor, que incluye una cubierta en una o de varias partes, formada, al menos parcialmente por un material compuesto de fibras y al menos un larguero, dispuesto en la pala del rotor esencialmente en la dirección de una extensión longitudinal de la pala del rotor, en la que el larguero, de los que al menos hay uno, presenta capas de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de una extensión longitudinal del larguero. La invención se refiere además a una central de energía eólica, así como a un procedimiento para fabricar una pala de rotor para una central de energía eólica Usualmente se fabrican las palas del rotor para centrales de energía eólica en dos cubiertas, que son una cubierta para el lado de aspiración de la pala del rotor y una cubierta para el lado de presión de la pala del rotor. Las semicubiertas se ensamblan y se pegan a continuación.

Las cubiertas de palas de rotor se basan usualmente, al menos en parte, en materiales compuestos de fibras. Para ello se utilizan en una posible forma constructiva varias capas de delgada napa de fibras. Éstas pueden insertarse primeramente en seco en un molde y a continuación dotarse de una resina mediante una técnica de infusión de resina. Alternativamente pueden utilizarse los llamados "prepregs" (de "Pre-impregnated Fibers") , es decir, fibras preimpregnadas. Al respecto se trata de un semiacabado plano, en el que las fibras ya están embutidas en una capa de resina. Tras formar la cubierta a partir de prepregs, se somete la cubierta a una depresión y se calienta, con lo que la resina de las capas de prepregs se une para formar una masa de resina con unión de materiales.

Usualmente se utilizan para las cubiertas napas de fibras orientadas de manera distinta. La orientación de las fibras en las capas que se utilizan para estructurar la cubierta es usualmente de +/-45º, es decir, en una parte +45º y en otra parte -45º. Tales napas de fibras se denominan también capas "2AX45".

Cuando en el marco de la presente invención se habla numéricamente de grados como 0° o 45°, entonces se incluye en cada caso tanto en la descripción del estado de la técnica como también en la descripción de la invención que existen tolerancias y desviaciones específicas de la fabricación respecto a una posición exacta de 0° o 45° dentro de unos pocos grados y que la invención las incluye. Son tolerancias de fabricación localmente usuales hasta 2°y hasta 5°.

Los materiales de compuesto de fibras presentan, debido a las fibras de vidrio, fibras de carbono o fibras de plástico allí embutidas, una elevada resistencia a la tracción en la dirección de la orientación de las fibras. La utilización de capas "2AX45" para la cubierta de una pala de rotor trae por lo tanto como consecuencia que la cubierta presente una resistencia relativamente baja frente a cargas en la dirección del impacto. Con ello la cubierta es flexible por ejemplo frente a ráfagas de viento, con las que la pala del rotor se desvía del plano de la pala del rotor. Entonces se dobla la pala del rotor preferiblemente en una dirección perpendicular a un plano dispuesto entre el borde anterior y el borde posterior del perfil de la pala del rotor. En una sección del perfil de la pala del rotor se denomina este plano también "cuerda".

Para absorber estas fuerzas, presentan las cubiertas largueros, que discurren en una dirección longitudinal de la pala del rotor; ver por ejemplo el documento DE 10 2007 056 930. Éstos aportan en particular una resistencia a la flexión de la pala del rotor y constituyen, en combinación con nervios dispuestos y fijados igualmente en el interior de la pala del rotor, la estructura de soporte de la pala del rotor. Los largueros que absorben y transmiten estas fuerzas presentan napas de fibras, que tienen una orientación en la dirección 0°, es decir, en paralelo al eje longitudinal de la 50 pala del rotor.

Los largueros discurren en la pala del rotor usualmente como largueros principales en el lado interior de la cubierta en el lado de aspiración y en el lado de presión de la pala del rotor. Opcionalmente están previstos a menudo largueros adicionales en el borde anterior y dado el caso en el borde posterior de la pala de rotor, que igualmente 55 discurren en la dirección longitudinal de la pala del rotor. Estos largueros opcionales absorben fuerzas de flexión sobre la pala del rotor en el plano de la cuerda de la pala del rotor.

Un larguero principal en la pala del rotor de una central de energía eólica se forma usualmente bien según la técnica de infusión de resina o bien a partir de capas de prepreg, para lograr la rigidez longitudinal necesaria para la pala del

rotor. La rigidez longitudinal necesaria resulta de las cargas que actúan sobre la pala del rotor y por ejemplo los parámetros de la marcha libre de la torre, es decir, de la distancia entre la punta de la pala del rotor y la pared exterior de la torre. En función del tamaño de la pala del rotor se aloja un número distinto de capas. Así se utilizan por ejemplo en una pala de rotor de 50 m de longitud hasta 90 capas de refuerzos de fibras de vidrio.

Usualmente se utilizan al construir los largueros de palas de rotor capas individuales reforzadas con fibras, que presentan fibras de refuerzo o bien una napa de las correspondientes fibras, que presentan un espesor de capa de unos 0, 7 milímetros, para un peso de la capa de fibras de aprox. 980 g/m2 de tejido roving de fibra de vidrio. El laminado endurecido procedente de esta napa tiene, para un contenido en volumen de fibras de aprox. 50%, un módulo de elasticidad en dirección longitudinal de aprox. 39.000 N/mm2. El laminado está formado entonces preferiblemente por resina epoxi. De esto resulta para un espesor de capa de 0, 7 mm una rigidez longitudinal de aprox. 27.300 N/mm como producto del módulo de elasticidad con el espesor de la capa individual.

Alternativamente puede presentar el larguero principal también capas individuales reforzadas con fibra de carbono, por ejemplo con un espesor de 0, 45 mm por cada capa individual para un peso por unidad de superficie de fibras de aprox. 500 g/m2 de tejido roving de fibra de carbono y un módulo de elasticidad en dirección longitudinal en el laminado de aprox. 128.200 N/mm2. La correspondiente capa tiene una resistencia de aprox. 57.690 N/mm. Aisladamente se emplean también capas más gruesas con un espesor de hasta 1, 5 mm.

Los largueros principales y dado el caso los largueros en el borde anterior y en el borde posterior de una pala de rotor presentan usualmente en la zona de la raíz de la pala y dentro de la pala del rotor un grosor de 3 cm a 8 cm y una anchura de 5cm hasta 1m. Puesto que las fuerzas de flexión acumuladas a lo largo de la pala del rotor desde la punta de la pala del rotor hasta la raíz de la pala del rotor se derivan hacia el buje del rotor, el grosor del larguero hacia la raíz de la pala del rotor es constante. Hacia la punta de la pala del rotor desciende paulatinamente el grosor de los largueros al estrecharse el espacio disponible y debido a las menores fuerzas de flexión acumuladas.

La utilización de capas individuales reforzadas con fibra para fabricar largueros tiene la ventaja de que resulta una elevada solidez y resistencia a la tracción de la estructura de soporte, pero los largueros, en particular cuando están fabricados a partir de fibras de vidrio y/o tejidos roving de fibra de carbono, son muy caros.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Pala de rotor (1) para una central de energía eólica, que se extiende desde una raíz de la pala del rotor (2) esencialmente hacia una punta de la pala del rotor (3) , que incluye una cubierta formada por una o de varias 5 partes (10, 10, 14) , fabricada por un material compuesto de fibras y al menos un larguero (9-9") , dispuesto en la pala del rotor (1) esencialmente en la dirección de una extensión longitudinal de la pala del rotor (1) , en la que el larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, presenta capas de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de una extensión longitudinal del larguero (9-9") , caracterizada porque el grosor del larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, desciende en un segmento del lado de la raíz de la pala hacia la raíz de la pala (2) , cuya longitud es de al menos un 3% de la longitud total del larguero (9-9") , presentando la cubierta (10, 10, 14) al menos una capa (13, 13) de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) , extendiéndose la capa (13, 13) en al menos un segmento a lo largo de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) desde un borde anterior del perfil (5, 45) hasta un borde posterior del perfil (6, 46) de la pala de rotor (1) .

2. Pala de rotor (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la longitud del segmento del lado de la raíz de la pala del larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, es de al menos un 10%, en particular de al menos un 15%, en particular de al menos un 20% de la longitud total del larguero (9-9") .

3. Pala de rotor (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el segmento, de los que al menos hay uno, a lo largo de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) en la que se extiende la capa (13, 13) de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) desde un borde anterior del perfil (5, 45) hasta un borde posterior del perfil (6, 46) de la pala del rotor (1) , es de al menos un 10%, en particular de al menos un 30% de la longitud de la pala de rotor

(1) .

4. Pala de rotor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el segmento, de los que al menos hay uno, se extiende a lo largo de la extensión longitudinal de la pala de rotor (1) en la que la capa (13, 13) de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal la pala del rotor (1) desde un borde anterior del perfil (5, 45) hasta un borde posterior del perfil (6, 46) de la pala del rotor (1) , abarca al menos una zona del 15% al 30%, en particular al menos del 10% al 50%, en particular al menos del 8% al 80% de la longitud de la pala de rotor (1) .

5. Pala de rotor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, presenta una o varias capas envolventes (21, 21, 31, 31, 41, 41) de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal del larguero (9-9") , que cubre o cubren esencialmente por completo una cara superior y/o una cara inferior del larguero (9-9") .

6. Pala de rotor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la cubierta (10, 10, 14) o una parte de la cubierta de la pala del rotor presenta un núcleo (11) que presenta una escotadura (12) extendida en la dirección de la extensión longitudinal de la pala de rotor, en la que está dispuesto el larguero (9-9") , de los que al menos hay uno.

7. Pala de rotor (1) según la reivindicación 6, caracterizada porque el núcleo (11) y el larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, están unidos con la capa (13, 13) , de las que al menos hay una, del material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala del rotor (1) , que se extiende al menos por segmentos desde el borde anterior del perfil (5, 45) hasta el borde posterior del perfil (6, 46) de la pala del rotor (1) .

8. Pala de rotor (1) según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque el núcleo (11) con el larguero (99") , de los que al menos hay uno, dispuesto en su escotadura (12) , está embutido por ambos lados en la cubierta (10, 14) formada por una o varias partes.

9. Pala de rotor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el larguero (9-9") , de los que al menos hay uno, está dispuesto en un lado interior de la cubierta (10, 10, 14) formada por una o varias partes.

10. Pala de rotor (1) según la reivindicación 9, caracterizada porque el larguero (9-9") , de los que al 11

menos hay uno, está unido con la capa (13, 13) del material compuesto de fibras, de las que al menos hay una, con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala del rotor (1) , que se extiende al menos por segmentos desde el borde anterior del perfil (5, 45) hasta el borde posterior del perfil (6, 46) de la pala del rotor (1) .

11. Central de energía eólica con al menos una pala de rotor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Procedimiento para fabricar una pala de rotor (1) para una central de energía eólica, que se extiende desde una raíz de la pala del rotor (2) esencialmente hasta una punta de la pala del rotor (3) , fabricándose una 10 cubierta (10, 10, 14) formada por una o varias partes, al menos en parte, por un material compuesto de fibras y estando fabricado al menos un larguero (9-9") , dispuesto en la pala del rotor (1) esencialmente en la dirección de extensión longitudinal de la pala de rotor (1) , por capas de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal del larguero (9-9") y ensamblándose con la cubierta (10, 10, 14) compuesto por una o varias partes caracterizado porque el grosor del larguero (9-9") , de los que al 15 menos hay uno, se reduce en un segmento del lado de la raíz de la pala en dirección hacia la raíz de la pala (2) , cuya longitud es de al menos un 3% de la longitud total del larguero (9-9") , dotándose la cubierta (10, 10, 14) de al menos una capa (13, 13) de un material compuesto de fibras con fibras orientadas unidireccionalmente en la dirección de la extensión longitudinal de la pala del rotor (1) , extendiéndose la capa (13, 13) en al menos un segmento a lo largo de la extensión longitudinal de la pala del rotor (1) desde un borde anterior del perfil (5, 45)

hasta un borde posterior del perfil (6, 46) de la pala del rotor (1)