MÉTODO DE ENSAYO PARA PALAS DE AEROGENERADORES.
Métodos de ensayo para palas de aerogeneradores. Sirven para determinar la distribución de una propiedad física y comprenden los siguientes pasos:
a) instalar dentro de la pata un primer cable de fibra óptica (13) en los bordes de ataque y salida y un segundo y tercer cables de fibra óptica (14, 15) centrados, dejando un extremo libre; b) aplicar una carga a la pala (9) en un banco de ensayos (10) situado en la fábrica de palas; c) obtener la distribución de las deformaciones producidas por dicha carga con un equipo externo apropiado conectado a dicho extremo para medir las deformaciones usando la dispersión de luz de Rayleigh; d) determinar la distribución de dicha propiedad física a partir de dicha distribución de las deformaciones; e) comparar la distribución de dicha propiedad física con su distribución de diseño. Otro objeto es un método de instalación de dichos cables.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100532.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: RIEZU CORPAS,Miguel, ROJAS DÍAZ,Ramón, SAAVEDRA BAO,Rubén.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D11/00
- G01B11/16 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS. › G01B 11/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios ópticos (instrumentos de los tipos cubiertos por el grupo G01B 9/00 en sí G01B 9/00). › para la medida de la deformación de un sólido, p. ej. galga extensiométrica óptica.
- G01M11/08 G01 […] › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › G01M 11/00 Ensayo de aparatos ópticos; Ensayo de aparatos y estructuras por métodos ópticos, no previstos en otro lugar. › Ensayos de las propiedades mecánicas.
- G01M5/00 G01M […] › Examen de la elasticidad de estructuras, p. ej. flechas de puentes o alas de aviones (G01M 9/00 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
MÉTODOS DE ENSAYO PARA PALAS DE AEROGENERADORES
CAMPO DE LA INVENCION
5 Esta invención se refiere a ensayos realizados a palas de aerogeneradores y más en particular a ensayos usando una tecnología para realizar medidas distribuidas de deformación con una alta resolución espacial en fibras ópticas utilizando la dispersión de luz de Rayleigh.
10 ANTECEDENTES
15 2 o 25 3º La certificación de una pala de un aerogenerador requiere actualmente la realización de varios ensayos estáticos en la pala para confirmar su capacidad para soportar las cargas esperadas, particularmente ensayos estáticos de resistencia para comprobar el comportamiento de la pala bajo las cargas extremas especificadas, ensayos de fatiga para comprobar la capacidad de la pala para soportar las cargas operacionales durante su vida estimada y otros ensayos para caracterizar propiedades físicas de la pala tales como el peso, el centro de gravedad o las frecuencias y modos naturales. Estos ensayos se llevan a cabo usualmente en un banco de ensayo en el que la pala se atornilla a una estructura rígida y se le aplican cargas estáticas ó dinámicas mediante diferentes métodos. La mayoría de actuales sistemas de ensayo se basan en la utilización de un conjunto de galgas extensiométricas para determinar la distribución de la deformación a lo largo de las palas. Con el incremento del tamaño de las palas, la cantidad necesaria de galgas extensiométricas está aumentando rápidamente lo que implica grandes esfuerzos para estimar adecuadamente la distribución mencionada. Con dos a cuatro cables eléctricos por galga, el volumen del cableado, su complejidad y la vulnerabilidad a interferencias electro-magnéticas llegan a ser muy importantes y problemáticos. Adicionalmente, la naturaleza discreta de este tipo de medidas implica pérdidas de información en el caso de un comportamiento no lineal en el área entre dos galgas extensiométricas.
WO 2010/086466 a nombre del solicitante describe un sistema de
medición de deformaciones en palas de aerogeneradores durante ensayos
estáticos que comprende un equipo para medir la deformación en una pluralidad
de posiciones en fibras ópticas mono-modo usando la dispersión de luz de
5 Rayleigh, que incluye un interrogador OBR (quot;Optical Backscattering
Reflectometerquot;) , un dispositivo de interfase y un Sistema de Adquisición,
estando dichas fibras ópticas unidas a la pala sometida a dichos ensayos para
obtener medidas de la deformación de la pala durante dichos ensayos con una
alta resolución espacial.
1 o Algunas propiedades físicas de la pala, como la distribución longitudinal
de la masa o la distribución de la rigidez de flexión en diferentes zonas de la
pala no pueden ser bien caracterizadas utilizando la tecnología basada en
galgas extensiométricas mencionada anteriormente debido a su baja resolución
espacial. Por otro lado no se conocen métodos de ensayo con tal finalidad
15 usando la tecnología divulgada en WO 2010/086466.
Sin embargo, un buen conocimiento de dichas propiedades físicas en la
planta de fabricación sería muy útil a fin de establecer controles de calidad
estadísticos sobre toda la población para detectar cambios locales de la rigidez
y/o la masa, generados por defectos o errores durante el proceso de
2 o producción. Sería también muy útil en muchas otras etapas de la vida de las
palas.
Existe por lo tanto una necesidad de nuevos métodos de ensayo para
determinar las propiedades físicas de las palas y esta invención se destina a su
atención.
25
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos de ensayo
de propiedades físicas de una pala de aerogenerador para ser realizados en la
30 fábrica de palas con fines de control de calidad.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar métodos de ensayode propiedades físicas de una pala de aerogenerador para ser realizados fuera
de la fabrica de palas para detectar cambios de dichas propiedades físicas
durante su vida útil.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método de
instalación de cables de fibra óptica mono-modo dentro de una pala de
5 aerogenerador para que puedan ser utilizados durante todo el tiempo de vida
útil de la pala de aerogenerador.
En un aspecto, estos y otros objetos se cumplan mediante un método de
ensayo para determinar la distribución de una propiedad física a lo largo de una
pala de aerogenerador que comprende los siguientes pasos: a) instalar dentro
1º de la pala un primer cable de fibra óptica mono-modo a lo largo de los bordes
de ataque y salida y un segundo y tercer cables de fibra óptica mono-modo en
ambos lados de la pala a lo largo de una sección longitudinal central, dejando
en dichos cables un extremo libre para su conexión con un equipo externo; b)
aplicar una o más cargas a la pala en un banco de ensayos situado en la fábrica
15 de palas que comprende un primer y segundo soportes fijos y medios para rotar
la pala; e) obtener la distribución de las deformaciones producidas por dicha
carga o cargas a lo largo de la pala con un equipo externo apropiado conectado
al extremo libre de por lo menos uno de dichos cables para medir las
deformaciones usando la dispersión de luz de Rayleigh; d) determinar la
2º distribución de dicha propiedad física a partir de dicha distribución de las
deformaciones; e) comparar la distribución de dicha propiedad física con su
distribución de diseño.
En realizaciones de la presente invención, dicha propiedad física es la
rigidez a flexión en batimiento; la pala se coloca en dicho banco de ensayos en
2 5 posición de batimiento y la carga se aplica en una sección de la pala entre
dichos soportes; las medidas de las deformaciones se llevan a cabo a lo largo
del segundo y tercer cables. Se logra con ello un método de ensayo para la
obtención de la distribución de la rigidez de flexión en batimiento al final del
proceso de fabricación de palas con fines de control de calidad.
3º En realizaciones de la presente invención, dicha propiedad física es la
rigidez a flexión en arrastre, la pala se coloca en dicho banco de ensayos enposición de arrastre y la carga se aplica en una sección de la pala entre dichos
soportes, las medidas de las deformaciones se llevan a cabo a lo largo del
primer cable. Se logra con ello un método de ensayo para la obtención de la
distribución de la rigidez de flexión en arrastre al final del proceso de fabricación
de palas con fines de control de calidad.
5 En realizaciones de la presente invención, dicha propiedad física es la
distribución longitudinal de la masa; la pala se coloca en dicho banco de
ensayos en la posición de batimiento sometida a su propio peso y se llevan
cabo unas primeras medidas de las deformaciones a lo largo de dicho segundo
cable; se gira la pala 180° en dicho banco de ensayos y se llevan a cabo unas
1 o segundas medidas de las deformaciones a lo largo de dicho tercer cable; la
distribución longitudinal de la masa de la pala se determina a partir de una
distribución de la rigidez a flexión en batimiento obtenida previamente y de las
primeras y segundas distribuciones de deformaciones resultantes de dichas
primeras y segundas medidas de las deformaciones, teniendo en cuenta que,
15 con respecto a la primera distribución, la segunda distribución está producida
por el doble del peso propio de la pala. Se logra con ello un método de ensayo
para la obtención de la distribución longitudinal de la masa de la pala al final del
proceso de fabricación de palas con fines de control de calidad.
En realizaciones de la presente invención, el método de ensayo también
2 o comprende (respecto al ensayo rigidez a flexión en batimiento) de los
siguientes pasos: f) aplicar una carga a la pala en un banco de ensayos
apropiado situado fuera de la fábrica de palas; g) obtener la distribución de
deformaciones producida por dicha carga a lo largo de la pala con un equipo
externo apropiado conectado al extremo libre de dichos segundo y tercer cables
2 5 para medir las deformaciones usando la dispersión de luz de Rayleigh; h)
determinar a distribución de la rigidez a flexión en batimiento a partir de dicha
distribución de deformaciones; i) comparar la distribución de la rigidez a flexión
en batimiento con la determinada en la fábrica de palas. Se logra con ello un
método de ensayo para la obtención de la distribución de la rigidez de flexión en
3 o batimiento fuera de la fábrica de...
Reivindicaciones:
1. Método de ensayo para determinar la distribución de una propiedad
física a lo largo de una pala de aerogenerador (9) , caracterizado porque
5 comprende los siguientes pasos:
a) instalar dentro de la pala un primer cable (13) de fibra óptica mono-
modo a lo largo de los borde de ataque y salida y un segundo y tercer cables
(14, 15) de fibra óptica mono-modo en ambos lados de la pala (9) a lo largo de
una sección longitudinal central, dejando en dichos cables (13, 14, 15) un
1 o extremo libre para su conexión con un equipo externo;
b) aplicar una o más cargas a la pala (9) en un banco de ensayos (10)
situado en la fábrica de palas que comprende un primer y un segundo soportes
fijos (11, 12) y medios para rotar la pala (9) ;
e) obtener la distribución de las deformaciones producidas por dicha
15 carga o cargas a lo largo de la pala (9) con un equipo externo apropiado
conectado al extremo :libre de por lo menos uno de dichos cables (13, 14, 15)
para medir las deformaciones usando la dispersión de luz de Rayleigh;
d) determinar la distribución de dicha propiedad física a partir de dicha
distribución de las deformaciones;
2 o e) comparar la distribución de dicha propiedad física con su distribución
de diseño.
2. Método de ensayo según la reivindicación 1, en el que:
- dicha propiedad física es la rigidez a flexión en batimiento;
2 5 -la pala (9) se coloca en dicho banco de ensayos (1 O) en posición de
batimiento (9') y la carga se aplica en una sección de la pala entre dichos
soportes (11, 12) ;
- las medidas ele las deformaciones se llevan a cabo a lo largo del
segundo y tercer cables (14, 15) .
30
3. Método de ensayo según la reivindicación 1, en el que: -dicha propiedad física es la rigidez a flexión en arrastre;
- la pala (9) se coloca en dicho banco de ensayos (1 O) en posición de
arrastre (9quot;) y la carga se aplica en una sección de la pala entre dichos soportes
(11' 12) ;
- las medidas de las deformaciones se llevan a cabo a lo largo del primer
5 cable (13) .
4. Método de ensayo según la reivindicación 1, en el que:
- dicha propiedad física es la distribución longitudinal de la masa;
- la pala (9) se coloca en dicho banco de ensayos (10) en posición de
1 o batimiento sometida a su propio peso y se llevan cabo unas primeras medidas
de las deformaciones a lo largo de dicho segundo cable (14) ;
- se gira 180° la pala (9) en dicho banco de ensayos (1 O) y se llevan a
cabo unas segundas medidas de las deformaciones a lo largo de dicho tercer
cable (15) ;
15 -la distribución longitudinal de la masa de la pala se determina a partir de
una distribución de la rigidez a flexión en batimiento obtenida previamente y de
las primeras y segundas distribuciones de deformaciones resultantes de dichas
primeras y segundas medidas de las deformaciones, teniendo en cuenta que,
con respecto a la primera distribución, la segunda distribución está producida
2 o por el doble del peso propio de la pala (9) .
5. Método de ensayo según la reivindicación 2, que también comprende
los siguientes pasos:
f) aplicar una carga (F') a la pala (9) en un banco de ensayos (1 O')
2 5 apropiado situado fuera de la fábrica de palas;
g) obtener la distribución de deformaciones producida por dicha carga (F')
a lo largo de la pala (9) usando un equipo externo apropiado conectado al
extremo libre de dichos segundo y tercer cables (14, 15) para medir las
deformaciones usando la dispersión de luz de Rayleigh;
3 o h) determinar la distribución de la rigidez a flexión en batimiento a partir
de dicha distribución de deformaciones;i) comparar la distribución de la rigidez a flexión en batimiento con la
determinada en la fábrica de palas.
6. Método de ensayo según la reivindicación 3, que también comprende
5 los siguientes pasos:
f) aplicar una carga (F') a la pala (9) en un banco de ensayos (1 O)
apropiado situado fuera de la fábrica de palas;
g) obtener la distribución de deformaciones producida por dicha carga (F')
a lo largo de la pala (9) usando un equipo externo apropiado conectado al
10 extremo libre de dicho primer cable (13) para medir las deformaciones usando la
dispersión de luz de Rayleigh;
h) determinar a distribución de la rigidez a flexión en arrastre a partir de
dicha distribución de deformaciones;
i) comparar la distribución de la rigidez a flexión en arrastre con la
15 determinada en la fábrica de palas.
7. Método de ensayo según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el
que dichos pasos se llevan a cabo en cualquier lugar fuera de la fábrica de
palas antes de montar la pala en un aerogenerador.
20
8. Método de ensayo según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el
que dichos pasos se llevan a cabo con la pala (9) montada en un
aerogenerador, siendo por tanto el banco de ensayos (1 O') el propio
aerogenerador, utilizando un dispositivo externo para la aplicación de la carga
2 5 (F') en una sección cercana a la punta de la pala (9) .
9. Método de ensayo según la reivindicación 8, en el que dicho
dispositivo externo es una cuerda (33) atada a una sección de la pala (9)
cercana a su punta que esta accionada por un motor (31) colocado en el suelo y
3 o
guiada por una polea (33) fijada a la torre del aerogenerador.10. Método de instalación de cables (13, 14, 15) de fibra óptica mono-
modo dentro de una pala de aerogenerador (9) ensamblada mediante la unión
de una viga interior (23) y dos conchas (21, 25) , estando destinados dichos
cables para la medición de deformaciones usando la dispersión de luz de
5 Rayleigh, comprendiendo el método pasos de:
- prefijar cada uno de dichos cables (13, 14, 15) a la viga (23) o a una de
las conchas (21, 25) mediante medios apropiados de prefijado (17) por el lado
que no se utilizará durante el ensamblaje de la pala para disponer el adhesivo
(27) usado en las uniones concha-concha y concha-viga;
1 o -disponer dichos cables prefijados (13, 14, 15) de manera que se
asegure que serán cubiertos totalmente por el adhesivo (27) usado en las
uniones concha-concha y concha-viga cuando la pala esté totalmente
ensamblada con la excepción de uno de sus extremos que deberá estar
disponible para una conexión con un equipo externo.
15
11. Método de ensayo según la reivindicación 1O, en el que dichos
medios de prefijado (17) son gotas de unos medios adhesivos de curado rápido
compatibles con el adhesivo (27) usado en las uniones concha-concha y
concha-viga.
20
12. Uso de un método según las reivindicaciones 10-11 para instalar
dentro de una pala de aerogenerador (9) un primer cable (13) de fibra óptica
mono-modo a lo largo del borde de ataque y del borde de salida y un segundo y
tercer cables (14, 15) de fibra óptica mono-modo a lo largo de ambos lados de
25 la viga dejando los cables (13, 14, 15) con un extremo libre para su conexión
con un equipo externo.
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