Pala reforzada para aerogenerador.

Una pala de aerogenerador que comprende

una cubierta que tiene una sección con un perfil aerodinámico,

y

por lo menos un elemento con forma de placa conectado dentro de la cubierta para aumentar la resistencia de la pala y que se extiende sustancialmente a lo largo de la cuerda del perfil de la pala.

Pala reforzada para aerogenerador La presente invención está relacionada con una pala reforzada para una turbina eólica o aerogenerador y, en particular, con una pala de aerogenerador que comprende una cubierta que tiene una sección con un perfil aerodinámico, y por lo menos un elemento con forma de placa conectado dentro de la cubierta y que se extiende substancialmente a lo largo de la cuerda del perfil con el fin de aumentar la fortaleza de la pala y para impedir o reducir las deformaciones de la superficie de la pala ocasionadas por cargas en la estructura de la pala en sentido del borde (edgewise) y del flap (flapwise) .

Una pala de aerogenerador normalmente consiste en una cubierta aerodinámica y una jácena interna, tal como una viga o un mástil, la jácena puede ser una sola viga, pero a menudo se utilizan dos jácenas, y junto con la cubierta se puede decir que las jácenas forman un perfil de cajón. La cubierta aerodinámica comprende típicamente un laminado de plástico reforzado con fibra, fibra de vidrio y/u otros materiales.

La sección o secciones de la cubierta aerodinámica en las que se colocan las jácenas internas usualmente se refuerzan de alguna manera y en consecuencia a menudo son bastante gruesas. Las otras piezas o secciones de la cubierta aerodinámica son típicamente sólo una piel o laminado delgados, tal como una construcción tipo sándwich con pieles delgadas y un material de núcleo. Una pala se proporciona típicamente por encolado o adhesión o conectando de otro modo dos piezas de cubierta entre sí.

En funcionamiento, la pala se ve sometida a cargas en sentido del flap, en sentido del borde y de torsión. Por dirección en sentido del flap se entiende una dirección substancialmente perpendicular a un eje transversal a través de una sección transversal del lado más ancho de la pala. Como alternativa, la dirección en sentido del flap puede interpretarse como la dirección (o la dirección opuesta) en la que la sustentación aerodinámica actúa sobre el perfil. La dirección en sentido del borde es perpendicular a la dirección en sentido del flap. Las cargas en sentido del borde, aunque típicamente son más pequeñas que las cargas en sentido del flap, potencialmente pueden ocasionar daños a la pala, especialmente daños por fatiga y en última instancia llevar a un fallo de la pala.

Cuando la pala está sometida a carga en sentido del borde, la sección de la cubierta entre un borde de salida de la pala y la jácena interna se deforma afuera del plano "neutro" (o inicial) de la superficie, véase la Fig. 1. Esta deformación induce esfuerzos de despegue en el borde de salida de la pala y en consecuencia esto puede conducir a un fallo por fatiga en la unión adhesiva del borde de salida en la que se conectan entre sí las dos partes de cubierta. Esto puede ocasionar en última instancia que la pala se rompa. Por otra parte, se pone en riesgo la eficacia aerodinámica de la pala también dado que ya no se mantiene la forma del perfil de pala.

Las cargas en sentido del borde pueden hacer que el borde de salida de la pala se deforme en un patrón estable post-pandeo, véase la Fig. 2. Esto es ocasionado por la flexión de la pala desde el borde de ataque hacia el borde de salida. El material de la pala en el borde de ataque está sometido a tensión y en el borde de salida a compresión. Como el borde de salida es relativamente delgado, no puede soportar sustanciales fuerzas de compresión antes de que flecte fuera de su plano neutro. Cuando sucede esto, parte de la carga en el borde de salida se transfiere y se distribuye a través de parte de la cubierta alejándose más del borde de salida, hasta que se establece el equilibrio de las fuerzas. Aunque esta deformación no conduce inmediatamente a un fallo, disminuye el margen de seguridad de la carga de fallo general de la pala y también aumenta el esfuerzo de despegue y de cizalladura en el borde de salida.

Por otra parte, las cargas en sentido del borde puede inducir fuerzas de compresión en una sección de borde de ataque de la pala, y por lo tanto en el borde de ataque a menudo se proporciona una construcción tipo sándwich para aumentar la resistencia contra el pandeo, es decir, impedir que la superficie de la sección tenga pandeo fuera de su plano.

Sometida a cargas en sentido del flap, la sección de la cubierta aerodinámica entre el borde de salida y la jácena interna se deforma hacia fuera del plano de la posición "neutra" de la superficie de una manera similar a la descrita anteriormente para las cargas en sentido del borde. Esta deformación también induce esfuerzos de cizalladura y de despegue en el borde de salida de la pala. La sección se deformará hasta un estado de "el menor nivel de energía", es decir, una situación en donde tanto como sea posible del esfuerzo en la pala se distribuye a otras secciones de la pala. Cuando una parte de la cubierta se deforma de esta manera, se le suele hacer referencia como un "panel ineficaz". La distribución de los esfuerzos en otras partes de la pala significa que estas partes se ven sometidas a una mayor carga. Esto tendrá como resultado una mayor deflexión de la punta de la pala. Por otra parte, las deformaciones de la superficie de la pala ponen en peligro la eficacia aerodinámica de la pala, porque ya no se mantiene la forma diseñada del perfil.

Con cargas en sentido del flap, se produce una presión de aplastamiento (véase la Fig. 3) en el perfil de cajón de la pala debido a su curvatura longitudinal. Este efecto se denomina a menudo ovalamiento (se hace referencia al artículo "Structural testing and numerical simulation of a 34 m composite wind turbine blade" de F. M. Jensen et. al. publicado por Elsevier en Composite Structures 76 (2006) 52-61) . La presión de aplastamiento carga la jácena interna a compresión (véase la Fig. 4) . Las cargas en sentido del flap también inducen unas fuerzas de cizalladura

en un plano en la jácena interna. Durante el funcionamiento de la pala, se producen fuerzas de cizalladura transversales en la pala, como se muestra en la sección transversal de la pala (véase la Fig. 5) . Las fuerzas de cizalladura son generadas por las cargas en sentido del flap y en sentido del borde porque la pala tiene una geometría y distribución del material asimétricos. Las fuerzas de cizalladura transversales distorsionan el perfil como se muestra en la Fig. 5. La distorsión del perfil reduce la resistencia de la pala a la presión de aplastamiento y puede ocasionar que la pala se chafe de repente.

En el documento DE-A-3037 677 se describe una pala de aerogenerador que tiene unas placas internas de conexión.

Actualmente, existe de este modo la necesidad de una pala de aerogenerador en la que se eviten o minimicen las deformaciones de la cubierta y en donde la estructura de pala se fortalezca sin aumentar el peso total. También es deseable proporcionar mejoras en una pala con por lo menos una jácena interna que conduzcan a un aumento de la resistencia contra el pandeo por la presión de aplastamiento y la cizalladura en el plano con el fin de transportar las cargas en la pala.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con mayor resistencia contra las deformaciones de la cubierta.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con mayor fortaleza y rigidez globales.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con menor peso.

También es un objeto de la presente invención proporcionar una pala de aerogenerador con mejor fiabilidad de las uniones entre partes de cubierta.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con una mejor transferencia de fuerzas en la transición entre la pala y la raíz circular.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador que se pueda producir con menor coste de fabricación en comparación con las soluciones existentes.

Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador con una mayor resistencia contra la presión de aplastamiento.

Un nuevo objeto es proporcionar una pala de aerogenerador capaz de trabajar bajo cargas aerodinámicas fuertes y de optimizar eficiencia aerodinámica, p. ej., la producción de energía de la pala.

Otro objeto es proporcionar una pala de aerogenerador en donde se reduzcan las cargas inerciales dinámicas que aplica la pala en las otras partes estructurales de la construcción del aerogenerador.

También un objeto de la presente invención es proporcionar alternativas a la técnica anterior.

En particular, puede verse como un objeto de la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Una pala de aerogenerador que comprende una cubierta que tiene una sección con un perfil aerodinámico, y por lo menos un elemento con forma de placa conectado dentro de la cubierta para aumentar la resistencia de la pala y que se extiende sustancialmente a lo largo de la cuerda del perfil de la pala.

2. Una pala de aerogenerador según la reivindicación 1, en donde el por lo menos un elemento con forma de placa se conecta a una superficie interior de la cubierta en el borde de salida o el borde de ataque de la pala.

3. Un aerogenerador según la reivindicación 2, en donde el por lo menos un elemento con forma de placa se conecta a la superficie interior de la cubierta en el borde de salida de la pala.

4. Una pala de aerogenerador según la reivindicación 3, en donde la cubierta tiene una sección de raíz cilíndrica para el montaje de la pala en el árbol del aerogenerador, y en donde el por lo menos un elemento con forma de placa se conecta a la superficie interior de la cubierta en el borde de salida junto con por lo menos una parte de la transición entre la cubierta con el perfil aerodinámico y la sección de raíz.

5. Una pala de aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una jácena y en donde el por lo menos un elemento con forma de placa se conecta a la por lo menos una jácena interna.

6. Una pala de aerogenerador según la reivindicación 5 dependiente de la reivindicación 4, en donde el por lo menos un elemento con forma de placa se conecta a la superficie interior de la cubierta en la sección de raíz con una distancia mínima entre la conexión en el borde de salida y la conexión en la por lo menos una jácena.

7. Una pala de aerogenerador según la reivindicación 5, en donde una conexión entre uno del por lo menos un elemento con forma de placa y el respectivo de la por lo menos una jácena interna se ubica con una distancia más corta a la cubierta que es más de 0, 16 veces la distancia total entre la parte superior de la cubierta y la parte inferior de la cubierta a lo largo de una extensión transversal de la respectiva jácena que comprende la conexión.

8. Un aerogenerador según la reivindicación 5 o 6, que comprende una primera y una segunda jácena, y en donde uno del por lo menos un elemento con forma de placa se conecta con la primera y la segunda jácena.

9. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el por lo menos un elemento con forma de placa comprende un material textil o de tela de alta resistencia a la tensión sin la capacidad de resistir las fuerzas de compresión.

10. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde por lo menos una parte del elemento con forma de placa tiene una construcción laminada.

11. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8 o 10, en donde el elemento con forma de placa comprende uno o más refuerzos.

12. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8 o 11, en donde el elemento con forma de placa está provisto de uno o más recortes.

13. Un método para aumentar la fortaleza de una pala de aerogenerador que tiene una cubierta con una sección que tiene un perfil aerodinámico, el método comprende la etapa de colocar y conectar por lo menos un elemento con forma de placa dentro de la cubierta para la extensión sustancialmente a lo largo de la cuerda del perfil de la pala.

14. Un método según la reivindicación 13, en donde la etapa de colocación y conexión incluye la conexión de por lo menos un elemento con forma de placa a la superficie interior de la cubierta en el borde de ataque de la pala.

15. Un método según la reivindicación 14, en donde la cubierta tiene además una sección de raíz cilíndrica para el montaje de la pala en el árbol del aerogenerador, y en donde el método comprende además la etapa de conectar el por lo menos un elemento con forma de placa a la superficie interior de la cubierta en el borde de salida a lo largo de por lo menos una parte de la transición entre la sección de la cubierta con el perfil aerodinámico y la sección de raíz.