ÁLABE DE TURBINA EÓLICA.

Un álabe de turbina eólica modular (10), comprendiendo el álabe una raíz (20) en un extremo para la conexión a un eje,

extendiéndose un larguero (30) desde la raíz (20) hacia una punta en el extremo opuesto, y al menos dos paneles de revestimiento (60) que se soportan por el larguero (30) y que forman una sección de álabe cerrada, en el que el larguero (30) comprende una pluralidad de vigas (33) dispuestas lado a lado, teniendo cada viga (33) al menos un alma longitudinal (32) con una pestaña (31) en cada borde longitudinal, caracterizado por que el larguero (30) comprende una pluralidad de unidades de larguero (35a) dispuestas de extremo a extremo a lo largo de la longitud del larguero (30).

La presente invención se refiere a los álabes de turbinas eólicas y a los procedimientos para fabricar los álabes de turbinas eólicas.

El enfoque actual para fabricar álabes de turbinas eólicas es producir de cada uno de los álabes, bien sea como dos mitades de carcasa y un larguero, o como dos mitades de carcasa con un cordón de larguero integral y almas cortantes. En ambos casos, las dos mitades de carcasas están unidas entre sí a lo largo de sus bordes principal y secundario para formar un álabe completo.

Los álabes están fabricados por lo general de plástico reforzado con fibra usando infusión de resina o técnicas de pre-impregnación. En ambos casos, los álabes se producen en instalaciones intensivas con mucha mano de obra y capital y después se transportan a la ubicación de la turbina eólica o parque eólico.

Las limitaciones del enfoque actual se relacionan principalmente con la escala de los álabes de turbinas eólicas que suelen ser de 40 m de longitud o más. A medida que el tamaño de los álabes aumenta, también lo hacen los costes asociados y la probabilidad de defectos de fabricación, como los álabes se hacen más grande, de alta calidad, son notoriamente difíciles de fabricar. Por otro lado, para compensarla probabilidad de defectos, los álabes presentan una sobre-ingeniería conllevando a una masa de álabe relativamente mayor. Esto a su vez conlleva a mayores cargas en la turbina, instalación más difícil y mayores costes de material.

En la práctica, los álabes más grandes son más deseables que los álabes pequeños, puesto que trazan un envolvente mayor y por lo tanto, capturan una mayor proporción de la energía eólica disponible. Esto significa que menos turbinas eólicas son necesarias para la misma capacidad de generación de energía.

Entendiendo lo anterior, mientras más grandes sean los álabes, más difícil y costoso son de transportar. Esto se ve agravado por el hecho de que muchas las turbinas eólicas se encuentran en zonas montañosas, que pueden ser inaccesibles por carretera. En ocasiones, los álabes se cortan por la mitad para reducir la longitud total de la estructura que tiene que transportarse, haciéndose posteriormente una unión en campo en el sitio de la turbina eólica. Sin embargo, esto no es una solución satisfactoria, puesto que implica, el corte a la mitad de un componente estructuralmente sonoro y costoso, por el contrario.

Numerosos enfoques se ha propuesto para abarcar este problema.

Los documentos EP 1 584 817 y WO 2006/002621 describen un álabe de turbina eólica subdividido en dos o más módulos. Cada modulo tiene una estructura de refuerzo en forma de una sección cajeada. Un número de salientes sobresalen desde el extremo de la viga y se diseñan para coincidir con los salientes correspondientes en un modulo adyacente.

También algo relevante para la presente invención es el documento WO 03/087572 que describe un álabe de turbina eólica que no tiene una construcción modular. Este documento describe un larguero que tiene dos mitades una encima de la otra. Cuando se conforma el larguero, se insertan separadores entre las dos secciones de larguero para asegurar que las dos partes del álabe se alineen de forma correcta.

El documento WO 95/20104, que se considera como la técnica anterior más cercana a la materia objeto de las reivindicaciones 1 y 10, describe un álabe de turbina eólica que comprende un larguero modular que se extiende a lo largo de toda la longitud del álabe de turbina eólica. El larguero comprende una pluralidad de vigas cajeadas dispuestas lado a lado.

La presente invención se refiere a una mejora del diseño modular del álabe tipificado por los documentos EP 1 584 817 y WO 2006/002621.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un larguero para un álabe de turbina eólica, comprendiendo el larguero tres o más vigas dispuestas lado a lado, teniendo cada viga un alma longitudinal con una pestaña en cualquiera de sus bordes longitudinales.

Un larguero conformado por vigas es ventajoso ya que las vigas se pueden normalizar, asegurar su calidad, son baratas de producir, cuyos elementos son simples de transportar y se pueden conectar entre sí para formar una forma más compleja que aquella requerida convencionalmente para un larguero de álabe de turbina eólica.

Una o más vigas pueden ser una sección cajeada cerrada, puesto que esto proporciona rigidez estructural adicional. Como alternativa, una o más vigas son una viga de sección abierta. Esto es ventajoso puesto que reduce el número de almas, y por tanto la cantidad de material utilizado, en el larguero. Una variedad de diferentes tipos de vigas se pueden utilizar también para apartar las propiedades del larguero a los requisitos particulares.

Preferiblemente, al menos uno de la una o más viga con secciones abiertas es una viga tipo o una viga con sección de canal que tiene propiedades estructurales fácilmente calculables. Nuevamente, se puede utilizar una variedad de tipos de vigas.

En un ejemplo preferido, la pluralidad de vigas se adhiere entre sí para facilitar el montaje. Como alternativa, o adicionalmente, la pluralidad de vigas con secciones abiertas se conecta entre sí mediante fijaciones mecánicas, nuevamente para facilitar el montaje.

Las pestañas comprenden preferiblemente plástico reforzado con fibra preformado. Estas pueden ser partes preimpregnadas o pre-coladas, pero preferiblemente sometidas a pultrusión. Esto es ventajoso puesto que la pultrusión de componentes compuesto es un proceso eficiente casi con el 100% de los materiales. El coste de los desechos de material asociado con la fabricación del álabe de turbina eólica puede por tanto reducirse significativamente. Las partes se pueden curar o semicurar.

Preferiblemente, las almas comprenden plástico reforzado con fibra multiaxial que es adecuado para soportar cargas torsionales. Como alternativa, las almas pueden comprender plástico reforzado con fibra multiaxial sometido a pultrusión.

Las pestañas y las almas se adhieren preferiblemente entre sí. Como alternativa o adicionalmente, las pestañas y las almas se conectan entre sí por fijaciones mecánicas.

En un ejemplo preferido, el larguero comprende una pluralidad de unidades de larguero dispuestas de extremo a extremo a lo largo de la longitud del larguero. Esto alivia los problemas y los fletes de transportar un larguero con longitud total. Preferiblemente, las unidades de larguero tienen una longitud de modo que puedan adaptarse fácilmente a las soluciones logísticas globales normalizadas.

De forma preferida, las unidades de larguero se conectan en principio entre sí en sus almas para facilitar el montaje. Aunque las pestañas de las unidades de larguero adyacentes también se pueden conectar entre sí, no es necesario ara la integridad estructural del larguero. De hecho, no conectar las pestañas puede ser ventajoso en ciertas circunstancias. Si las pestañas no se conectan, se pueden utilizar materiales diferentes para las pestañas de secciones adyacentes sin ningún problema de desajuste térmico caudado por la conexión de las pestañas. Esto es particularmente útil para permitir que el plástico reforzado con fibra de carbono costoso se limite sólo a las partes críticas del álabe tales como la sección media y permitir el uso de material más económico para su uso en los extremos del larguero.

Preferiblemente, las almas de las unidades adyacentes se superponen y se unen entre sí.

Para juntas tales como aquellas de los documentos EP 1 584 817 y WO 2006/002621, las conexiones entre los elementos adyacentes se realizan de forma axial, predominantemente en la parte de larguero o cordón de larguero que transporta la carga principal de la estructura. En el caso del documento EP1584817, este requiere una cantidad significante de material estructural adicional para reforzar la conexión axial y evitar la no coincidencia por flexión entre los conectores metálicos y el material compuesto subyacente. En el caso del documento WO2006/002621 se necesitan material adicional, terminaciones complejas y múltiples dimensiones precisas para realizar la junta en el elemento de refuerzo que transporta la carga principal. Esto hace que el álabe de desplace localmente en la región de la junta conllevando a un pobre comportamiento aerodinámico y aumentando también el peso y el coste del álabe.

Realizando la conexión a través de... [Seguir leyendo]

1. Un álabe de turbina eólica modular (10), comprendiendo el álabe una raíz (20) en un extremo para la conexión a un eje, extendiéndose un larguero (30) desde la raíz (20) hacia una punta en el extremo opuesto, y al menos dos paneles de revestimiento (60) que se soportan por el larguero (30) y que forman una sección de álabe cerrada, en el que el larguero (30) comprende una pluralidad de vigas (33) dispuestas lado a lado, teniendo cada viga (33) al menos un alma longitudinal (32) con una pestaña (31) en cada borde longitudinal, caracterizado por que el larguero

(30) comprende una pluralidad de unidades de larguero (35a) dispuestas de extremo a extremo a lo largo de la longitud del larguero (30).

2. Un álabe de turbina eólica modular (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las unidades de larguero adyacentes (35a) se conectan en principio entre sí en sus almas (32).

3. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que al menos una de las unidades de larguero (35b') es curva.

4. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la curvatura es de tal manera que la punta del álabe (10) está más próxima a barlovento cuando el álabe se monta en el eje en un configuración descargada.

5. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en el que la curvatura es de tal manera que la punta del álabe (10) está detrás del resto del álabe (10) en la dirección de giro.

6. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que al menos una unidad de larguero curvo (35b') se encuentra próxima a la punta del álabe.

7. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que al menos una unidad de larguero curvo (35b') se encuentra entre dos unidades de larguero sustancialmente rectas (35a).

8. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las secciones adyacentes del larguero (35a) se conectan entre sí mediante fijaciones mecánicas (36).

9. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las secciones adyacentes del larguero (35a) se unen entre.

10. Un larguero modular (30) para un álabe de turbina eólica (10), caracterizado por que el larguero (30) comprende una pluralidad de unidades de larguero (110) dispuestas de extremo a extremo, en el que cada unidad de larguero (110) comprende, al menos en la región (111) adyacente a una unidad adyacente (112), una pluralidad de almas cortantes (119, 121) que se superponen con la unidad de larguero adyacente (112), estando las unidades conectadas en principio entre sí por medio de las almas cortantes de superposición.

11. Un larguero (30) de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además bloques de apoyo (124) para soportar la junta entre las almas cortantes (119, 121).

12. Un larguero (30) de acuerdo con la reivindicación 11 en el que las almas adyacentes (119, 121) se unen entre sí por medio de los bloques de apoyo (124).

13. Un larguero (30) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 en el que cada unidad de larguero (1109 comprende una sola sección de viga cajeada que tiene un par de almas cortantes (117), y al menos un alma cortante auxiliar (119) se extiende entre las almas cortantes de la sección de viga cajeada en una dirección por lo general paralela, y al menos en la porción de la unidad de larguero (111) adyacente a una unidad adyacente (112).

14. Un álabe de turbina eólica (10) que comprende un larguero modular (30) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13.

15. Un álabe de turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 14 que comprende una pluralidad de paneles de revestimiento (130) que forman la superficie externa de la sección de álabe, estando los paneles de revestimiento

(130) integrados con el larguero (30)