MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA CARGA DE ELEMENTOS DE FIJACIÓN UTILIZADOS EN UNIONES DE PIEZAS.

Métodos de medición de la carga de elementos de fijación (31) utilizados en uniones de piezas (11,

13) de una máquina en explotación y en particular en uniones atornilladas de bridas de segmentos de la torre de un aerogenerador y en uniones atornilladas de componentes de las palas de un aerogenerador que comprenden los siguientes pasos: a) Medir mediante ensayos en laboratorio la respuesta en frecuencia de resonancia de dicho elemento de fijación (31) en dicha unión en respuesta a un impacto aplicado sobre él para una pluralidad de cargas; b) Medir in situ la frecuencia de resonancia del elemento de fijación (31) en respuesta a un impacto aplicado sobre él y obtener la carga soportada por el elemento de fijación utilizando las medidas obtenidas en la etapa a).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901822.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHONOLOGY S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: REDIN MIQUELEIZ, JUAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01L1/10 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › G01L 1/00 Medida de fuerzas o tensiones, en general (medida de la fuerza producida por un choque G01L 5/00). › midiendo las variaciones de frecuencia de elementos vibrantes sometidos a una tensión, p. ej. cuerdas en tensión (utilizando calibres de sujeción de resistencia G01L 1/22).
  • G01L5/24 G01L […] › G01L 5/00 Aparatos o métodos para la medida de fuerzas, p. ej. de la fuerza producida por un choque, para la medida del trabajo, de la potencia mecánica o del par, adaptados a fines especiales. › para determinar el valor del par o del momento de torsión para el apretado de una tuerca o de otro órgano sometido a una tensión análoga.

Fragmento de la descripción:

Métodos de medición de la carga de elementos de fijación utilizados en uniones de piezas.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a métodos de medición de la carga de elementos de fijación utilizados en uniones de piezas y más particularmente a métodos de medición no destructivos de la precarga de tornillos en uniones atornilladas de aerogeneradores.

Antecedentes

Como es bien conocido una unión entre dos o más piezas mediante un elemento de fijación tal como un tornillo es efectiva si no permite la separación de las piezas. Hay pues que asegurar que el nivel de carga del elemento de fijación es el adecuado para garantizar esa efectividad, lo que hace necesario disponer de métodos de medición in-situ de dicha carga.

Esa necesidad es particularmente sentida en la industria eólica dada la presencia de numerosas uniones atornilladas en toda la máquina. De hecho, los programas de mantenimiento de los aerogeneradores contemplan la revisión del par de apriete de los tornillos utilizados en las uniones atornilladas lo que implica un coste importante y no es una medida fidedigna de la precarga, además de que puede empeorarla.

Entre los métodos conocidos no-destructivos de medición de la carga de un elemento de fijación cabe citar los que se basan en la incorporación al elemento de fijación de galgas extensiométricas que permiten medir sus deformaciones y calcular a partir de ellas las cargas imputadas.

Otros métodos conocidos no-destructivos incorporan un transductor ultrasónico en un extremo del elemento de fijación que se va a medir, normalmente en su cabeza, que permite medir sus deformaciones y calcular a partir de ellas las cargas soportadas. Estos métodos exigen una medición de carga cero además de la medición realizada en el estado de carga deseado con el fin de determinar la carga del elemento y emplean una medición directa o indirecta del tiempo de salida y retorno de la propagación de una onda ultrasónica longitudinal. Este tipo de métodos también se utilizan en determinadas herramientas de apriete del elemento de fijación para determinar el momento final del proceso de apriete cuando la deformación ha alcanzado el nivel prefijado.

Aunque los métodos ultrasónicos están reemplazando a los métodos que utilizan galgas extensiométricas tienen varios inconvenientes relacionados en términos generales con distintos factores que dificultan el correcto posicionamiento y funcionamiento del transductor acústico. Así por ejemplo, el transductor ultrasónico instalado permanentemente en el elemento de fijación no debe aflojarse, debe resistir las condiciones ambientales y en especial la temperatura a la que está sometido el elemento de fijación.

Los inconvenientes y costes de los métodos no-destructivos mencionados condicionan su aplicabilidad en determinados entornos como, en particular, el de la industria eólica que demanda métodos no-destructivos simples y de bajo coste.

La presente invención está orientada a la atención de esa demanda.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar métodos no destructivos de medición de la carga de bajo coste de elementos de fijación utilizados en uniones de dos o más piezas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar métodos no destructivos de medición de la carga de elementos de fijación utilizados en uniones de dos o más piezas fáciles de ejecutar.

Esos y otros objetos se consiguen mediante un método para medir la carga de un elemento de fijación utilizado en una unión de al menos dos piezas de una máquina en explotación, que comprende los siguientes pasos:

a) Medir mediante ensayos en laboratorio la respuesta en frecuencia de resonancia de dicho elemento de fijación en dicha unión en respuesta a un impacto aplicado sobre él para una pluralidad de cargas.

b) Medir in situ la frecuencia de resonancia del elemento de fijación en respuesta a un impacto aplicado sobre él y obtener la carga soportada por el elemento de fijación utilizando las medidas obtenidas en la etapa a).

En una realización preferente, en el paso a) se realizan mediciones para, al menos, 10 cargas. Se consigue con ello una caracterización suficiente de la relación carga/frecuencia de resonancia del elemento de fijación en la unión en cuestión.

En otra realización preferente, se utiliza un equipo de medida de la frecuencia de resonancia capaz de detectar variaciones de carga del elemento de fijación de cómo mínimo un 20%. Se consigue con ello un alto nivel de fiabilidad del método.

En otra realización preferente, las uniones a las que se aplica el método son uniones atornilladas presentes en aerogeneradores. Se consigue con ello reducir los costes de mantenimiento de los aerogeneradores.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista esquemática de una unión atornillada de dos piezas.

La Figura 2 ilustra esquemáticamente la ejecución del método objeto de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En los aerogeneradores modernos hay muchas uniones atornilladas, particularmente de las bridas de los distintos segmentos de las torres metálicas y de las distintas piezas que componen sus palas. De hecho, la tendencia actual a palas de mayor tamaño junto con las técnicas de fabricación multi-panel están implicando aumentos considerables del número de uniones atornilladas.

Como los aerogeneradores deben estar funcionando el mayor tiempo posible soportando cargas muy variables y condiciones ambientales muy diversas es importante asegurar el correcto estado de carga de los elementos de fijación de las uniones atornilladas para evitar daños irreparables mediante métodos de medida in-situ no destructivos que, en su caso, puedan dar lugar a acciones correctoras inmediatas.

Siguiendo la Figura 1 puede observarse que una unión atornillada a la que resulta aplicable la presente invención comprende dos piezas 11, 13 unidas por el conjunto del tornillo 21 y la tuerca 23. En el caso de los aerogeneradores y como ya hemos apuntado las piezas 11, 13 pueden ser elementos componentes de su torre o de sus palas.

La idea básica de la invención, ilustrada en la Figura 2, es la utilización de la frecuencia de resonancia del tornillo 21 en respuesta a un impacto controlado como elemento de medida de la carga del tornillo en lugar de la deformación, el elemento utilizado en la técnica anterior. El impacto controlado, es decir un impacto cuya energía está definida para garantizar que la intensidad de la respuesta sea adecuada para su captación (la respuesta en frecuencia no está afectada por esa energía) se proporciona al tornillo 21 mediante un percutor 31 y la respuesta en frecuencia, es decir las oscilaciones por segundo a las que vibra el tornillo 21, se capta mediante un sensor 33. Esa frecuencia de resonancia depende de la modificación de la masa involucrada y de la rigidez en función de la precarga del tornillo 21 en la unión en cuestión y por tanto puede ser utilizada para medirla.

En una realización preferente de la invención, el método de medición de la carga implica dos pasos básicos:

a) Caracterizar la respuesta en frecuencia de los elementos de fijación de interés.

b) Medir in-situ la frecuencia de resonancia y obtener la carga utilizando los datos de relación entre cargas/respuestas obtenida en el paso a).

El paso a) se lleva a cabo en laboratorio para los elementos de fijación de interés, es decir, en el caso que nos ocupa para los tornillos utilizados en las uniones del aerogenerador que deben monitorizarse y ello para un conjunto de cargas comprendido en un rango predeterminado que se considere suficientemente representativo de las condiciones extremas a las que pueda estar sometida la unión. Se considera que el número mínimo de cargas para las que debe obtenerse la frecuencia de resonancia es de 10. Lógicamente un número mayor de cargas proporcionará una caracterización más precisa de cada tornillo. El resultado del paso es pues un mapa de frecuencias de cada uno de los elementos de fijación de interés.

El paso b) se...

 


Reivindicaciones:

1. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) utilizado en una unión de al menos dos piezas (11, 13) de una máquina en explotación, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

a) Medir mediante ensayos en laboratorio la respuesta en frecuencia de resonancia de dicho elemento de fijación (21) en dicha unión en respuesta a un impacto aplicado sobre él para una pluralidad de cargas;

b) Medir in situ la frecuencia de resonancia del elemento de fijación (21) en respuesta a un impacto aplicado sobre él y obtener la carga soportada por el elemento de fijación (21) utilizando las medidas obtenidas en la etapa a).

2. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) según la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso a) se realizan mediciones para, al menos, 10 cargas.

3. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque se utiliza un equipo de medida de la frecuencia de resonancia capaz de detectar variaciones de carga del elemento de fijación (21) de una magnitud mínima predeterminada.

4. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) según la reivindicación 3, caracterizada porque dicha magnitud mínima predeterminada es un 20% de variación de carga.

5. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dicha máquina es un aerogenerador.

6. Método para medir la carga de un elemento de fijación (21) según la reivindicación 5 porque dicha unión es una de las siguientes:

- una unión atornillada de bridas de segmentos de la torre del aerogenerador;

- una unión atornillada de componentes de las palas del aerogenerador.


 

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