Conexión de una pala de turbina eólica a un buje del rotor.

Una pala (140) del rotor para una turbina eólica (100) que comprende:

una sección de brida (1420) configurada para conectar la citada pala del rotor a un buje del rotor (130), te-niendo la citada sección de brida (1420) una pared lateral exterior (1411) que tiene un radio exterior (R1) que permanece constante a lo largo de una longitud completa en el sentido longitudinal de la citada sección de brida (1420), la citada sección de brida está formada de un material híbrido que comprende fibras de vi-drio (10) y fibras de carbono (15) embebidas en un material de matriz (20), en el que la citadas fibras de carbono están orientadas sustancialmente paralelas a un eje longitudinal de la citada pala del rotor y en el que la citada sección de brida (1420) comprende una conexión de perno transversal que comprende pernos transversales (1419) insertados en orificios radiales (1418) para formar una conexión de perno en T con los pernos (1419) insertados en orificios longitudinales (1415), que se caracteriza porque la longitud en el sentido longitudinal de las citadas fibras de carbono (15) es igual o mayor que una longitud en el sentido longitudinal de la citada conexión de perno transversal.

Conexión de una pala de turbina eólica a un buje del rotor

La presente invención se refiere, en general, a una pala del rotor de una turbina eólica y, más en particular, a una brida para conectar la pala del rotor a un buje de la turbina eólica.

Además del diseño aerodinámico de una pala del rotor de turbina eólica, la calidad y el peso de las palas del rotor son determinadas esencialmente por el diseño de la conexión de la pala al buje del rotor, es decir, la sección de raíz de la pala. Lo que hace que el diseño de la conexión de la pala al buje del rotor sea una tarea difícil es la transferencia de carga de la estructura de material compuesto de fibra de la pala del rotor a la estructura metálica del buje del rotor. Una transferencia de carga de este tipo es difícil, en principio, debido a las propiedades sustancialmente diferentes de los materiales involucrados. Además, las cargas del rotor están concentradas en la porción de raíz de la pala y del buje del rotor y las cargas exhiben un espectro de carga altamente dinámico. En las turbinas eólicas convencionales, la sección de raíz de las palas del rotor está hecha de plástico reforzado con fibra de vidrio.

Una pala del rotor de tipo monocasco convencional para una turbina eólica se describe, por ejemplo, en el documento US 4.412.784. Esta pala muestra las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se definen en las reivindicaciones adjuntas.

En los dibujos:

la figura 1 es una vista esquemática de una turbina eólica.

la figura 2 es una vista frontal de una pala del rotor de una turbina eólica.

la figura 3 es una vista de una sección de brida de una pala del rotor de una turbina eólica.

la figura 4 es una vista en sección transversal de una conexión de perno en T en una sección de brida de acuerdo con una realización de la presente invención.

la figura 5 es una vista en sección transversal de una conexión de perno en T entre la raíz de la pala y una porción de brida de un buje del rotor de acuerdo con una realización de la presente invención.

la figura 6 es una vista en sección transversal de una pared de la pala del rotor de acuerdo con una realización de la presente invención.

la figura 7 es una vista en sección transversal de una matriz híbrida de fibra vidrio / fibra de carbono como se emplea en una realización de acuerdo con la presente invención.

Se hará referencia a continuación en detalle a varias realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en las figuras. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, y no pretende ser una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización se pueden utilizar en, o junto con, otras realizaciones para producir otra realización adicional. Se pretende que la presente invención incluya tales modificaciones y variaciones.

La figura 1 es una vista esquemática de una turbina eólica convencional 100. La turbina eólica 100 incluye una torre 110 en la que está montada una góndola de máquina 120 en su extremo superior. Un buje 130 que tiene tres palas 140 del rotor montadas en el mismo está montado en un extremo lateral de góndola de máquina 120.

La configuración básica de una pala 140 del rotor se muestra en la figura 2. En ella, la pala 140 del rotor incluye una sección de raíz 141 usada para montar la pala 140 del rotor al buje 130. En posición opuesta a la sección de raíz 141, se encuentra dispuesto un extremo de punta 142 de la pala 240 del rotor. Una sección de cuerpo 143 de la pala 140 del rotor se extiende entre la sección de raíz 141 y el extremo de punta 142.

La figura 3 ilustra una sección de brida de una pala del rotor cuando se ve desde abajo, es decir, desde la raíz 141 a la punta 142 de la pala 140 del rotor. La sección de brida tiene una sección transversal esencialmente circular, una pared lateral exterior 1411 separada de un eje longitudinal de la pala 140 del rotor por un radio R1 y una pared lateral interior 1412 separada del eje longitudinal de la pala 140 del rotor por un radio R2. En consecuencia, el grosor de pared de la sección de brida está dada por R1 -R2. La sección de brida incluye, además, una serie de orificios longitudinales 1415. Los orificios longitudinales 1415 tienen una anchura WH y están espaciados uniformemente en un distancia DH a lo largo de una dirección circunferencial de la sección de brida. Cuando la pala 140 del rotor está montada en el buje 130 del rotor, los pernos se insertan en orificios longitudinales 1415 para formar una conexión de perno en T.

La figura 4 es una vista en sección transversal longitudinal de una sección de brida 1420 de la raíz 141 de la pala. Los orificios longitudinales 1415 se encuentran esencialmente en el medio entre la superficie de pared lateral exterior 1411 y la superficie de pared lateral interior 1412 de la pala 140 del rotor. Además, se proporciona un orificio radial 1418 en la pared lateral. Cuando la pala 140 del rotor está montada en el buje 130 del rotor, unos pernos transversales se insertan en orificios radiales 1418 para formar una conexión de perno en T con los pernos insertados dentro de los orificios longitudinales 1415.

La figura 5 es una vista en sección transversal de una conexión de perno transversal formada entre la sección de brida 1420 de la sección de raíz y una brida 1310 del buje 130 del rotor. En la misma, se inserta un perno transversal 1419 en el orificio radial 1418. El perno transversal 1419 comprende una rosca hembra que está alineada con el orificio longitudinal 1415. Además, una brida 1310 del buje 130 del rotor se apoya contra el borde inferior de la sección de brida 1420. La brida 1310 tiene un orificio pasante que se ajusta en el orificio longitudinal 1415 de la sección de brida 1420. El orificio pasante y el orificio longitudinal 1415 están alineados uno con el otro de manera que un perno 1416 se pueda insertar en el orificio pasante y en el orificio longitudinal 1415. El perno 1416 incluye una rosca macho 1417 que se ajusta en la rosca hembra del perno transversal 1419. El perno 1416 se fija al perno transversal 1419 por medio de una fijación roscada de manera que se establece una conexión de perno transversal. La pala 140 del rotor está fijada, por lo tanto, al buje 130 del rotor.

En la disposición de conexión por perno que se ha descrito más arriba, la brida 1310 del buje 130 del rotor, el perno transversal 1419 y el perno longitudinal 1416 están fabricados de acero. Sin embargo, la sección de brida 1420 está fabricada de una matriz de fibra reforzada 1410. De acuerdo con una realización de la presente invención, la matriz de fibra reforzada 1410 es un material híbrido que incluye fibras de vidrio y fibras de carbono embebidas en un material de matriz. De acuerdo con la realización ejemplar, el material de la matriz es al menos uno de entre una resina epoxi y una novolaca epoxi. De acuerdo con otra realización de la presente invención, el material de la matriz es una resina termoestable. Por ejemplo, las resinas termoestables tales como las resinas epoxídicas, las novolacas epoxídicas, los poliésteres, vinilésteres, poliimidas (tanto de tipo de condensación como de adición) , resinas fenólicas, y bismaleimidas son utilizables como materiales de matriz. En uso, una resina particular se selecciona de acuerdo con el propósito técnico específico de la matriz híbrida a la que se aplica. Por ejemplo, el sistema de resina se selecciona con respecto a un refuerzo de fibra en particular para producir una parte reforzada con fibra híbrida terminada con las propiedades mecánicas y ambientales deseadas. La resina normalmente se desgasifica bajo vacío después de la mezcla de un endurecedor / catalizador en la resina, para eliminar o eliminar todo el aire atrapado en la resina líquida. Las resinas ejemplares son capaces de proceder a través de un entorno de ciclo con presión de vacío de calor y tiempo sin formación de burbujas de gas o espacios vacíos. En un material de matriz de este tipo, las fibras de carbono y de vidrio son embebidas, en el que al menos las fibras de carbono están orientadas sustancialmente paralelas a un eje longitudinal de la pala del rotor. En otras palabras, las fibras de carbono están alineadas típicamente con la dirección longitudinal de la pala del rotor y la extensión longitudinal de las fibras de carbono es esencialmente paralela al eje central de la pala del rotor. En este contexto, se debe entender que el término "esencialmente paralelo" no significa que todas las fibras de carbono están completamente alineadas... [Seguir leyendo]

1. Una pala (140) del rotor para una turbina eólica (100) que comprende:

una sección de brida (1420) configurada para conectar la citada pala del rotor a un buje del rotor (130) , teniendo la citada sección de brida (1420) una pared lateral exterior (1411) que tiene un radio exterior (R1) 5 que permanece constante a lo largo de una longitud completa en el sentido longitudinal de la citada sección de brida (1420) , la citada sección de brida está formada de un material híbrido que comprende fibras de vidrio (10) y fibras de carbono (15) embebidas en un material de matriz (20) , en el que la citadas fibras de carbono están orientadas sustancialmente paralelas a un eje longitudinal de la citada pala del rotor y en el que la citada sección de brida (1420) comprende una conexión de perno transversal que comprende pernos transversales (1419) insertados en orificios radiales (1418) para formar una conexión de perno en T con los pernos (1419) insertados en orificios longitudinales (1415) , que se caracteriza porque la longitud en el sentido longitudinal de las citadas fibras de carbono (15) es igual o mayor que una longitud en el sentido longitudinal de la citada conexión de perno transversal.

2. Una pala (140) del rotor de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la longitud en el sentido longitudinal de las citadas fibras de carbono (15) es esencialmente igual a la longitud en el sentido longitudinal de la citada sección de brida (1420) .

3. Una pala (140) del rotor de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que la longitud en el sentido longitudinal de las citadas fibras de carbono (15) aumenta con la distancia desde el eje longitudinal de la citada pala del rotor.

4. Una pala (140) del rotor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que un grosor de pared de la citada sección de brida (1420) varía dentro de una sección estrechada progresivamente, la longitud en el sentido longitudinal de las citadas fibras de carbono (15) es esencialmente igual a la longitud en el sentido longitudinal de la sección estrechada progresivamente.

5. Una pala (140) del rotor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que las citadas fibras de 25 vidrio (10) están orientadas sustancialmente paralelas al eje longitudinal de la citada pala del rotor.

6. Una pala (140) del rotor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que una relación entre las citadas fibras de vidrio (10) y las citadas fibras de carbono (15) es esencialmente constante.

7. Una pala (140) del rotor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que las citadas fibras de

vidrio (10) y las citadas fibras de carbono (15) se proporcionan en forma de esteras de fibra apiladas alternati30 vamente.

8. Una pala (140) del rotor de acuerdo con la reivindicación 7, en la que cada estera de fibra enésima es una estera de fibra de carbono, en la que n es un número entero de 2 a 10.