Viga estructural de la pala de un aerogenerador eólico y proceso de fabricación de la misma.

Viga estructural de la pala de un aerogenerador eólico constituida por cuerpo-raíz y un cuerpo-tronco con forma de cajón de sección decreciente hacia la punta de la pala,

constituido por varias pilas formadas cada una de ellas por varias capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintética, situadas en sus zonas superior e inferior, intercaladas entre varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintética dispuestas a lo largo de todosu perímetro, incluyendo al menos entre dos pilas una capa de material de refuerzo en cada una de las zonas laterales envuelta porun film adhesivo de resina. La invención también comprende un procedimiento para la fabricación de la viga estructural que, entreotras etapas, comprende la aplicación de las capas mencionadas sobre un molde y el curado de la viga.

VIGA ESTRUCTURAL DE LA PALA DE UN AEROGENERADOR EoLICO Y PROCESO DE FABRICACION DE LA MISMA

CAMPO DE LA INVENCION 5

La presente invenciOn se refiere a una viga estructural fabricada en material compuesto, a base de fibra de vidrio, fibra de carbono y resina sintetica y mas en particular a la viga estructural de una pala de un aerogenerador eOlico asi como al proceso de fabricación de la misma.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los componentes estructurales de las palas de los aerogeneradores eolicos han de estar diseriados para soportar las tensiones derivadas de sus

condiciones de trabajo continuo, siendo deseable que tengan el menor peso posible. Es por esto que se vienen utilizando materiales compuestos para su fabricaciOn.

No se conocen sin embargo palas de aerogeneradores eOlicos cuyo componente estructural este especificamente diseliado para poder ser objeto 20 de una fabricación mecanizada eficiente. En este sentido, se conocen

antecedentes en el sector aeronautic° como los mencionados seguidamente .

En el documento PCT WO 84/04905 se describe un proceso de fabricaciOn para un revestimiento de un ala de avion en material compuesto, en el que el desmoldeo se realiza aplicando presión neumatica en unas bolsas de

aire previstas a tal efecto, quedando conformado el revestimiento final tras su curado previo a temperatura. La complejidad de este proceso y el control que es necesario realizar en la presión neumatica del molde quedan resueltos con la presente invencion, como se vera mas adelante.

El documento PCT WO 96/06776 describe un proceso de fabricación

para conformar un revestimiento de material compuesto para la pala del rotor de un helicOptero. En este proceso el desmoldeo se produce igualmente aplicando presión sobre un mandril inflable.

El documento US 5632602 describe el proceso seguido para el recubrimiento de resina sintetica reforzada con fibra de una pala de rotor. Este proceso se realiza mediante laminaciOn directa sin desmoldeo.

En el documento JP 6074142 se describe asimismo un metodo manual 5 de embandado de fibra y resina sobre un elemento viga, para reforzar la resistencia del mismo en la dirección longitudinal. En el documento US 4273601 describe un metodo de embandado de resina reforzada con filamentos de fibras, sin proceso de desmoldeo. Finalmente, el documento US-A-4728263 describe una viga estructural 10 de acuerdo con el preambulo de la reivindicaciOn 1.

SUMARIO DE LA INVENCION

En un primer aspecto, la presente invenciOn propone un disefio

especifico de la viga estructural de una pala de un aerogenerador eolico y, en un segundo aspecto, un procedimiento de fabricaciOn de la misma susceptible de una mecanizaciOn con un alto grado de automatizaciOn.

La viga estructural que se propone esta formada, al igual que en la tecnica conocida por un primer cuerpo o cuerpo raiz con una primera parte

próxima al buje del aerogenerador con forma cilindrica, una tercera parte con forma de cajOn y una segunda parte con formas de transición y un segundo cuerpo, al que Ilamaremos cuerpo-tronco.

Segun la presente invenciOn, en su primer aspecto, este cuerpo-tronco que tiene forma de cajOn de sección decreciente hacia la punta de la pala esta 25 constituido por varias pilas formadas cada una de ellas por varias capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica situadas en sus zonas superior e inferior intercaladas entre varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica dispuestas a lo largo de todo su perimetro, incluyendo ademas una capa de material de refuerzo a la flexion en cada una de las zonas laterales

yun film de resina que envuelve el conjunto anterior. SegOn la invencion, en su segundo aspecto, el proceso de fabricación de esa viga comprende las siguientes etapas:

a) PreparaciOn de un molde con la forma del hueco de la viga dotado de

medios para facilitar las operaciones subsiguientes; b) IntroducciOn del cuerpo-ralz en el molde; c) AplicaciOn sucesiva sobre la zona del molde correspondiente al cuerpo5 tronco de:

- varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica

recubriendo, a modo de vendaje, toda la superficie del molde, formando una capa inicial sobre la que posteriormente se aplicara el carbono,

- varias capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica en la 10 cara superior del molde,

- varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica recubriendo, a modo de vendaje, toda la superficie del molde y evitando que con el posterior giro las capas de carbono se despeguen y caigan; d) Giro de 1800 del molde;

e) RepeticiOn de la etapa c) con la cara inferior del molde;

f) Aplicacion de una capa de material de refuerzo a la flexion en cada una de las zonas laterales del molde, previa colocacion en estas zonas de unas laminas de resina que las fijan verticalmente, envolviendola posteriormente con

film adhesivo de resina; 20 g) Repetición de las etapas c) a e) una pluralidad de veces; h) Curado de la viga mediante la aplicaciOn de flujos de aire caliente a las superficie exterior de la viga y al interior del molde; i) Enfriamiento hasta temperatura de desmoldeo, desmoldeo y enfriamiento de la viga hasta temperatura ambiente.

Esteproceso de fabricación, como se Vera en mayor detalle mas adelante, permite que la aplicaciOn de las capas de los materiales compuestos mencionados pueda ser efectuada por maquinas especializadas, tales como bobinadoras de fibra de vidrio y maquinas de encintado autornatico para el

material de fibra de carbono.

Otrascaracteristicas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la descripciOn detallada que sigue de una realizacion ilustrativa de su objeto en relaciOn con las fig uras que se acompatian.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra esquematicamente las distintas partes que componen una pala de un aerogenerador eolico. La Figura 2 representa un corte en sección longitudinal de una pala de un aerogenerador eolico.

La Figura 3 muestra esquernaticamente la configuración de la viga estructural de la pala de un aerogenerador eOlico segun la presente invencion.

La Figura 4 representa esquematicamente los componentes utilizados en una realizacion del proceso de fabricación de la viga estructural de la pala de un aerogenerador eOlico segOn la presente invenciOn.

La Figura 5 muestra en esquema el molde utilizado en una realizaciOn del proceso de fabricación de la viga estructural de la pala de un aerogenerador eOlico segOn la presente invencion.

La Figura 6 muestra la configuracion de las telas de fibra de vidrio aplicadas sobre el molde.

La Figura 7 muestra la configuraciOn de las telas de fibra de carbono laminadas sobre los extremos superior e inferior del molde.

La Figura 8 muestra esquematicamente el proceso de aplicacion de la bobinadora.

La Figura 9 representa esquernaticamente una bobinadora de fibra de vidrio de utilidad para la realizacion del proceso de fabricación de la viga estructural de la pala de un aerogenerador eolico segian la presente invencion.

La Figura 10 representa los elementos utilizados en la etapa de curado. La Figura 11 muestra esquematicamente el flujo de aire caliente en el interior del molde durante el proceso de curado.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

SegOnse muestra en las Figuras 1 y 2 una pala de aerogenerador eOlico conocida en la tecnica esta constituida por una viga estructural 1, una concha superior o extrados 44 y una concha inferior o intradOs 45.

La viga estructural 1 esta formada por un primer cuerpo O cuerpo-ralz 2 y

un segundo cuerpo o cuerpo-tronco 3. El cuerpo-raiz 2 esta formado por una primera parte 4 de forma cilindrica, una segunda parte 5 de transicion y una tercera parte 6 con forma de cajOn.

Elcuerpo tronco 3 tiene forma de cajon con una secciOn decreciente hacia la punta de la pala, teniendo que soportar su cara superior 7, que esta en contacto con el extradOs 44, y su cara inferior 9, que esta en contacto con el intradOs 45, tensiones superiores a sus caras laterales 11 y 13, durante la vida OM de la pala.

Segimla presente invenciOn, la viga estructural 1 esta formada por un cuerpo-raiz 2 estructurado de manera apropiada para cumplir las funciones de fijacion de la pala al buje del aerogenerador y de soporte y transmisiOn de las cargas maximas a las que se ve sometida la pala por la acción del viento, y por un cuerpo-tronco 3 constituido, como se muestra en la Figura 3, por varias pilas

formadas cada una de ellas por varias capas... [Seguir leyendo]

1. Viga estructural (1) de la pala de un aerogenerador eolico constituida por un primer cuerpo 6 cuerpo-raiz (2) realizado en un material compuesto con una 5 primera parte (4) , próxima al buje del aerogenerador, con forma cilindrica, una tercera parte (6) con forma de caj6n y una segunda parte (5) con formas de transiciOn entre las de la primera y la tercera parte, y un segundo cuerpo o cuerpo-tronco (3) con forma de cajon de secciOn decreciente hacia la punta de la pala, caracterizada porque el cuerpo-tronco (3) esta 10 constituido por varias pilas (26) formadas cada una de ellas por varias capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica (14) , situadas en sus zonas superior (7) e inferior (9) , intercaladas entre varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica (15) dispuestas a lo largo de todo su perimetro, incluyendo al menos entre dos pilas (26) una capa de

material de refuerzo (16) en cada una de las zonas laterales (11, 13) envuelta por un film adhesivo de resina.

2. Viga estructural (1) de la pala de un aerogenerador eolico segiln la reivindicaciOn 1 caracterizada porque las mencionadas capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica (14) estan formadas por una

pluralidad de telas (49) de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica dispuestas una al lado de otra, sin solapes entre ellas, con las fibras de carbono orientadas en la misma direcciOn del eje (12) de la viga (1)

3. Viga estructural (1) de la pala de un aerogenerador eolico segOn la reivindicacion 1 caracterizada porque las mencionadas capas de fibra de 25 vidrio impregnadas con resina sintetica (15) estan formadas por una pluralidad de telas (8) de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica dispuestas una al lado de la otra, con una zona de solape entre ellas, con las

fibras de vidrio orientadas en direcciones formando angulos de +1-45° con la direccion del eje (12) de la viga (1) .

4. Procedimiento para la fabricacion de una viga estructural (1) de la pala de un aerogenerador eOlico constituida por un primer cuerpo 6 cuerpo-raiz (2) realizado en un material compuesto con una primera parte (4) , próxima al

buje del aerogenerador, con forma cilindrica, una tercera parte (6) con forma de cajon y una segunda parte (5) con formas de transicion entre las de la primera y la tercera parte, y un segundo cuerpo o cuerpo-tronco (3) con forma de cajon de secciOn decreciente hacia la punta de la pala,

caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

a) Preparación de un molde (21) , con la forma del hueco de la viga (1) , dotado de medios de giro sobre su eje y de unos medios de apoyo en el suelo consistentes en unos soportes retractiles (57, 58, 59) dispuestos espaciadamente respecto al cuerpo del molde (21) y un soporte (10) articulado

al extern° del molde (21) correspondiente a la punta de la pala;

b) IntroducciOn del cuerpo-raiz (2) en el molde (21) y fijación empotrada del

extremo (13) del molde correspondiente a la primera parte del cuerpo raiz al

sistema de desmoldeo (18) ; c) Aplicacion sucesiva sobre la zona del molde (21) correspondiente al

cuerpo-tronco (3) de:

- varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica (15) en toda la superficie del molde (21) ,

- varias capas de fibra de carbono impregnadas con resina sintetica (14) en la cara superior del molde (21) , 20 -varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica (15) en toda la superficie del molde (21) ; d) Giro de 180° del molde (21) , previa retirada de los soportes retractiles (57, 58, 59) ; e) Repetición de la etapa c) con la cara inferior del molde;

f) AplicaciOn de una capa de material de refuerzo (16) sobre cada una de las zonas laterales del molde (21) previa colocacion en estas zonas de unas laminas de resina que las fijan verticalmente y envoltura del conjunto con un film adhesivo de resina;

g) RepeticiOn de las etapas c) a e) una pluralidad de veces; 30 h) Curado de la viga (3) mediante la aplicaciOn de flujos de aire caliente a las superficie exterior de la viga y al interior del molde (21) ;

i) Enfriamiento hasta temperatura de desmoldeo, desmoldeo y enfriamiento

de la viga hasta temperatura ambiente.

5. Procedimiento para la fabricación de una viga estructural (1) de la pale de un aerogenerador eolico segOn la reivindicacion 4 caracterizado porque el

molde (21) Ileva un tratamiento en su superficie en base a liquidos desmoldeantes, para facilitar la operaciOn de desmoldeo de la viga (1) .

6. Procedimiento para la fabricacion de una viga estructural (1) de la pale de un aerogenerador eolico segOn la reivindicacion 4 caracterizado porque los soportes retractiles (57, 58, 59) del molde (21) permiten el paso de la

bobinadora (47) , ocultandose durante el proceso de bobinado.

7. Procedimiento para la fabricaciOn de una viga estructural (1) de la pale de un aerogenerador eOlico segt:m la reivindicacion 4 caracterizado porque la viga

(3) y el molde (21) permanecen on una balsa de vacio cerrada (31) conectada a una bomba de vacio durante la preparacion del curado,

alcanzandose en su interior una presiOn de vacio de entre —0, 7 y —0, 8 bar, manteniendose durante todo el proceso de curado en una presiOn minima de —0, 7 bar.

8. Procedimiento para la fabricacion de una viga estructural (1) de la pale de un aerogenerador eOlico segim la reivindicaciOn 4 caracterizado porque el 20 interior de la zona cuerpo-tronco (3) se cura gracias a unos canales internos que posee el molde (21) , en los cuales se introduce aire caliente (34) a traves de un conduct° de impulsiOn (32) del molde (21) , estando dicho conducto taladrado de modo que el aire caliente de curado pase a los conductos de extracciOn (33) , calentando la superficie interior del cuerpo

tronco (3) .

9. Procedimiento para la fabricación de una viga estructural (1) de la pale de un aerogenerador eolico segOn la reivindicaciOn 4 caracterizado porque el interior de la zona cuerpo-tronco (3) se cura en una posición en la cual el apoyo del molde (21) se realize mediante dos tornillos niveladores quo se

atornillan al molde, situados en unas zonas del molde preparadas para dicha función, estando dichos tornillos niveladores anclados a unas estufas de curado (25) , en su zona interna.

10. Procedimiento para la fabricaciOn de una viga estructural (1) de la pala de un aerogenerador eOlico segiln la reivindicaciOn 4 caracterizado porque la viga (1) , una vez ha sido desmoldeada por completo, es Ilevada a unos puestos de enfriamiento en los que se asegura que su forma final sea la deseada.

FIG. 1

44

FIG. 2

FIG. 3

FIG. 4

FIG. 5

FIG. 6

FIG. 7

FIG. 8

FIG. 9

2830

FIG. 10

FIG.11

Resu men

Viga estructural de la pala de un aerogenerador eOlico constituida por cuerpo-raiz y un cuerpo-tronco con forma de cajon de semi& decreciente hacia 5 la punta de la pala, constituido por varias pilas formadas cada una de ellas por varias capas de fibra de carbono irnpregnadas con resina sintetica, situadas en sus zonas superior e inferior, intercaladas entre varias capas de fibra de vidrio impregnadas con resina sintetica dispuestas a lo largo de todo su perimetro, incluyendo al menos entre dos pilas una capa de material de refuerzo en cada

una de las zonas laterales envuelta por un film adhesivo de resina.

La invenciOn tambien comprende un procedimiento para la fabricaciOn de la viga estructural que, entre otras etapas, comprende la aplicaciOn de las capas mencionadas sobre un molde y el curado de la viga.