ES2952737T3

ES2952737T3 - Unión de pala de rotor de turbina eólica construida con materiales distintos

Info

Publication number: ES2952737T3
Application number: ES18807169T
Authority: ES
Inventors: Amir Riahi; Andrew Mitchell Rodwell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2023-11-03
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: CN112912616A; PL3874145T3; DK3874145T3; WO2020091786A1; US20220003202A1; EP3874145B1; EP3874145A1

Abstract

Una pala de rotor para una turbina eólica incluye un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala que se extienden en direcciones opuestas desde una unión en forma de cuerda. Cada uno de los segmentos de pala primero y segundo incluye al menos un miembro de carcasa que define una superficie aerodinámica. La pala del rotor también incluye una o más uniones de pasador para conectar el primer y segundo segmento de pala en la unión en forma de cuerda. La(s) junta(s) de pasador incluye uno o más tubos de junta de pasador recibidos dentro de las ranuras de junta de pasador. Las ranuras de la junta del pasador están aseguradas dentro de un bloque de soporte de carga. Además, se define un espacio entre la(s) ranura(s) de unión de pasador y el bloque de soporte de carga. Además, la pala del rotor incluye una cuña dentro del espacio entre la(s) ranura(s) de junta de pasador y el bloque de soporte de carga para retener la(s) ranura(s) de junta de pasador dentro del bloque de soporte de carga. Además, la cuña está construida con un material líquido que se endurece después de ser vertido en el espacio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Unión de pala de rotor de turbina eólica construida con materiales distintos

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere, en general, a turbinas eólicas, y más en particular a uniones de pala de rotor de turbina eólica construidas con materiales distintos con coeficientes de expansión térmica adaptados.

Antecedentes

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles en la actualidad, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una multiplicadora, una góndola y un rotor que tiene un buje rotatorio con una o más palas de rotor. Las palas de rotor captan energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos. Las palas de rotor transmiten la energía cinética en forma de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una multiplicadora o, si no se usa una multiplicadora, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.

[0003] Las palas de rotor, en general, incluyen una concha lateral de succión y una concha lateral de presión típicamente formadas usando procedimientos de moldeo que se unen entre sí en líneas de unión a lo largo de los bordes de ataque y de salida de la pala. Además, las conchas de presión y de succión son relativamente ligeras y tienen propiedades estructurales (por ejemplo, rigidez, resistencia al pandeo y fuerza) que no están configuradas para soportar los momentos de flexión y otras cargas ejercidas sobre la pala de rotor durante el funcionamiento. Por tanto, para incrementar la rigidez, la resistencia al pandeo y la fuerza de la pala de rotor, la concha de cuerpo típicamente se refuerza usando uno o más componentes estructurales (por ejemplo, tapas de larguero opuestas con un alma a cortante configurada entre ellas) que se acoplan con las superficies laterales de presión y de succión interiores de las mitades de concha. Las tapas de larguero y/o el alma a cortante se pueden construir con diversos materiales, incluyendo, pero sin limitarse a, compuestos laminados de fibra de vidrio y/o compuestos laminados de fibra de carbono.

[0004] Además, a medida que las turbinas eólicas continúan incrementando su tamaño, las palas de rotor también continúan incrementando su tamaño. Como tal, las palas de rotor modernas se pueden construir en segmentos que se unen entre sí en una o más uniones. Además, determinadas palas de rotor articuladas pueden utilizar pasadores en las uniones para transferir las cargas desde la punta de pala hasta la raíz de pala. Además, las reacciones de los pasadores se transfieren a diversos bloques de soporte en las localizaciones de unión por medio de uno o más casquillos. A menudo, los bloques de soporte se pueden construir con compuestos de polímero, mientras que los casquillos dentro de los bloques de soporte que reciben los pasadores, en general, están construidos con metal.

[0005] En determinados casos, las palas de rotor de las turbinas eólicas se deben diseñar para soportar una amplia gama de temperaturas, por ejemplo, de aproximadamente -40 grados Celsius (°C) a aproximadamente 60 °C. En dichos casos, los materiales distintos en las uniones de pala de rotor pueden provocar tensiones inducidas térmicamente y/o problemas para mantener las holguras requeridas entre los componentes. Más específicamente, los diferentes coeficientes de expansión térmica entre los materiales distintos pueden afectar a la integridad estructural de la unión. En el documento US 2017/268482 A1 se divulga una pala de rotor segmentada para una turbina eólica.

[0006] En consecuencia, la presente divulgación se refiere a procedimientos para unir materiales distintos en una pala de rotor que abordan los problemas mencionados anteriormente.

Breve descripción

[0007] Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción.

[0008] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a una pala de rotor para una turbina eólica. La pala de rotor incluye un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala que se extienden en direcciones opuestas desde una unión en sentido de la cuerda (“chord-wise"). Cada uno de los primer y segundo segmentos de pala incluye al menos un miembro de concha que define una superficie de perfil alar. La pala de rotor también incluye una o más uniones de pasador (“pin joints") para conectar los primer y segundo segmentos de pala en la unión en sentido de la cuerda. La(s) unión(es) de pasador incluye(n) uno o más tubos de unión de pasador recibidos dentro de la(s) ranura(s) de unión de pasador. Además, la(s) ranura(s) de unión de pasador se asegura(n) dentro de un bloque de soporte de carga. Además, la(s) ranura(s) de unión de pasador están construidas con un primer material que tiene un primer coeficiente de expansión térmica, mientras que el bloque de soporte de carga está construido con un segundo material que tiene un segundo coeficiente de expansión térmica. Además, los primer y segundo coeficientes de expansión térmica son iguales o están dentro de más o menos un 20 % para mantener el contacto (tal como, por ejemplo, una unión por interferencia) entre la una o más ranuras de unión de pasador y el bloque de soporte de carga durante los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica.

[0009] En un modo de realización, el primer material puede ser un material metálico y el segundo material puede ser un material compuesto. En otro modo de realización, la(s) ranura(s) de unión de pasador puede(n) ser casquillos. Aún en otro modo de realización, los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica pueden incluir cambios de temperatura que varían de aproximadamente -40 grados Celsius (°C) a aproximadamente 60 °C.

[0010] En otros modos de realización, el material compuesto puede incluir una resina termoestable o una resina termoplástica. Además, el material compuesto se puede reforzar opcionalmente con uno o más materiales de fibra para lograr un contenido de fibra predeterminado. Por ejemplo, en dichos modos de realización, el contenido de fibra predeterminado puede ser mayor a un 55 %, tal como de un 56 % a un 60 %. En otro modo de realización, el/los material(es) de fibra puede(n) incluir, por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras de madera, fibras de bambú, fibras cerámicas, nanofibras, fibras metálicas o combinaciones de las mismas. En modos de realización adicionales, el material metálico puede incluir acero, aluminio o titanio.

[0011] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para fabricar un conjunto de unión de una pala de rotor de una turbina eólica. El procedimiento incluye formar una o más ranuras de unión de pasador de un primer material que tiene un primer coeficiente de expansión térmica. El procedimiento también incluye formar al menos un bloque de soporte de carga de un segundo material de modo que un segundo coeficiente de expansión térmica del bloque de soporte de carga sea igual a o dentro de más o menos un 20 % del primer coeficiente de expansión térmica para mantener el contacto entre la(s) ranura(s) de unión de pasador y el bloque de soporte de carga durante los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica. Además, el bloque de soporte de carga tiene una o más aberturas. Además, el procedimiento incluye colocar la una o más ranuras de unión de pasador dentro de la(s) abertura(s) del bloque de soporte de carga del primer segmento de pala y/o el segundo segmento de pala.

[0012] En un modo de realización, formar el bloque de soporte de carga del material compuesto para que tenga el segundo coeficiente de expansión térmica puede incluir reforzar el material compuesto con un contenido de fibra y/o resina que incrementará o bien disminuirá un coeficiente original de expansión térmica del material compuesto en un porcentaje predeterminado. Se debe entender que el procedimiento puede incluir, además, cualquiera de las etapas y/o rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0013] Aún en otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un conjunto de bloque de soporte no reivindicado. El conjunto de bloque de soporte incluye un bloque de soporte que define una o más aberturas. El conjunto de bloque de soporte también incluye una o más ranuras de unión de pasador recibidas dentro de la una o más aberturas del bloque de soporte. La(s) ranura(s) de unión de pasador se construye(n) con un material metálico que tiene un primer coeficiente de expansión térmica, mientras que el bloque de soporte se construye con un material compuesto que tiene un segundo coeficiente de expansión térmica. Los primer y segundo coeficientes de expansión térmica son sustancialmente iguales para mantener el contacto entre la una o más ranuras de unión de pasador y el bloque de soporte durante los cambios de temperatura de funcionamiento del conjunto de bloque de soporte. Se debe entender que el bloque de soporte puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0014] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0015] Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista en planta de un modo de realización de una pala de rotor que tiene un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 3 ilustra una vista en perspectiva de una sección de un modo de realización del primer segmento de pala de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una sección del segundo segmento de pala en la unión en sentido de la cuerda de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 5 ilustra un conjunto de un modo de realización de la pala de rotor de la turbina eólica que tiene el primer segmento de pala unido al segundo segmento de pala de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 6 ilustra una vista en perspectiva explosionada de un modo de realización de las múltiples estructuras de soporte del conjunto de la pala de rotor de la turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 7 ilustra una vista en sección transversal de un modo de realización de un bloque de soporte de una pala de rotor de una turbina eólica en una unión en sentido de la cuerda de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 8 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una ranura de unión de pasador de un bloque de soporte de una pala de rotor de una turbina eólica en una unión en sentido de la cuerda de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 9 ilustra una vista en perspectiva de otro modo de realización de un bloque de soporte de una pala de rotor de una turbina eólica en una unión en sentido de la cuerda de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 10 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para fabricar un conjunto de bloque de soporte de una pala de rotor articulada de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0016] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, ilustrándose uno o más de sus ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención que se define por las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización se pueden usar con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones como entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0017] En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente invención. En el modo de realización ilustrado, la turbina eólica 10 es una turbina eólica de eje horizontal. De forma alternativa, la turbina eólica 10 puede ser una turbina eólica de eje vertical. Además, como se muestra, la turbina eólica 10 puede incluir una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12, un generador 18 situado dentro de la góndola 16, una multiplicadora 20 acoplada al generador 18, y un rotor 22 que está acoplado de forma rotatoria a la multiplicadora 20 con un eje de rotor 24. Además, como se muestra, el rotor 22 incluye un buje rotatorio 26 y al menos una pala de rotor 28 acoplada a y que se extiende hacia afuera desde el buje rotatorio 26. Como se muestra, la pala de rotor 28 incluye una punta de pala 17 y una raíz de pala 19.

[0018] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista en planta de una de las palas de rotor 28 de la FIG. 1. Como se muestra, la pala de rotor 28 puede incluir un primer segmento de pala 30 y un segundo segmento de pala 32. Además, como se muestra, el primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 se pueden extender cada uno en direcciones opuestas desde una unión en sentido de la cuerda 34. Además, como se muestra, cada uno de los segmentos de pala 30, 32 puede incluir al menos un miembro de concha que define una superficie de perfil alar. El primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 están conectados por al menos una estructura de soporte interna 36 que se extiende hacia ambos segmentos de pala 30, 32 para facilitar la unión de los segmentos de pala 30, 32. La flecha 38 muestra que la pala de rotor segmentada 28 en el ejemplo ilustrado incluye dos segmentos de pala 30, 32 y que estos segmentos de pala 30, 32 se unen insertando la estructura de soporte interna 36 en el segundo segmento de pala 32. Además, como se muestra, el segundo segmento de pala incluye múltiples estructuras de larguero 66 (también denominadas en el presente documento tapas de larguero) que se extienden longitudinalmente para conectarse con una sección de raíz de pala 35 de la pala de rotor 28 (que se muestra con más detalle en la FIG. 7) y con la estructura de viga 40 del primer segmento de pala 30 (que se muestra con más detalle en la FIG. 5).

[0019] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra una vista en perspectiva de una sección del primer segmento de pala 30 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el primer segmento de pala 30 incluye una estructura de viga 40 que forma una parte de la estructura de soporte interna 36 y se extiende longitudinalmente para conectarse estructuralmente con el segundo segmento de pala 32. Además, como se muestra, la estructura de viga 40 forma una parte del primer segmento de pala 30 que tiene una extensión que sobresale de una sección de larguero 42, formando de este modo una sección de larguero de extensión. La estructura de viga 40 incluye una alma a cortante 44 conectada con una tapa de larguero de lado de succión 46 y una tapa de larguero de lado de presión 48.

[0020] Además, como se muestra, el primer segmento de pala 30 puede incluir una o más primeras uniones de pasador hacia un primer extremo 54 de la estructura de viga 40. En un modo de realización, la(s) unión(es) de pasador puede(n) incluir un pasador que está en una unión por interferencia ajustado con un casquillo. Más específicamente, como se muestra, la(s) unión(es) de pasador puede(n) incluir al menos un tubo de pasador 52 localizado en la estructura de viga 40. Por tanto, como se muestra, el tubo de pasador 52 puede estar orientado en una dirección en sentido de la envergadura. Se debe entender que los tubos de pasador descritos en el presente documento pueden incluir cualquier pasador, perno, fijador o similar adecuado.

[0021] Además, el primer segmento de pala 30 también puede incluir una ranura de unión de pasador 50 localizada en la estructura de viga 40 próxima a la unión en sentido de la cuerda 34. Además, como se muestra, la ranura de unión de pasador 50 se puede orientar en una dirección en sentido de la cuerda. En un ejemplo, puede haber un casquillo dentro de la ranura de unión de pasador 50 dispuesto en una unión por interferencia ajustado con un tubo de pasador o pasador (mostrado como pasador 53 en la FIG. 6). Además, el primer segmento de pala 30 puede incluir múltiples segundos tubos de unión de pasador 56, 58 localizados en la unión en sentido de la cuerda 34. Por tanto, como se muestra, los segundos tubos de unión de pasador 56, 58 pueden incluir un tubo de unión de pasador de borde de ataque 56 y un tubo de unión de pasador de borde de salida 58. Además, cada uno de los segundos tubos de unión de pasador 56, 58 se puede orientar en una dirección en sentido de la envergadura. Además, como se muestra, cada uno de los segundos tubos de unión de pasador 56, 58 puede incluir múltiples bridas 55, 57, respectivamente, que están configuradas para distribuir las cargas de compresión en la unión en sentido de la cuerda 34.

[0022] Cabe señalar que el tubo de pasador 52 localizado en el primer extremo de la estructura de viga 40 puede estar separado en sentido de la envergadura de los múltiples segundos tubos de unión de pasador 56, 58 localizados en la unión en sentido de la cuerda 34 por una distancia óptima D. Esta distancia óptima D puede ser de modo que la unión en sentido de la cuerda 34 pueda soportar momentos de flexión sustanciales provocados por las cargas de cortante que actúan sobre la unión en sentido de la cuerda 34. En otro modo de realización, cada una de las uniones de pasador que conectan los primer y segundo segmentos de pala 30, 32 puede incluir una unión encasquillada de acero con unión por interferencia.

[0023] En referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra una vista en perspectiva de una sección del segundo segmento de pala 32 en la unión en sentido de la cuerda 34 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el segundo segmento de pala 32 incluye una sección de recepción 60 que se extiende longitudinalmente dentro del segundo segmento de pala 32 para recibir la estructura de viga 40 del primer segmento de pala 30. La sección de recepción 60 incluye las estructuras de larguero 66 que se extienden longitudinalmente para conectarse con la estructura de viga 40 del primer segmento de pala 30. Como se muestra, el segundo segmento de pala 32 puede incluir además ranuras de unión de pasador 62, 64 para recibir tubos de pasador 56, 58 (mostrados en la FIG. 3) del primer segmento de pala 30 y formar uniones por interferencia ajustados. En un ejemplo, cada una de las múltiples ranuras de unión de pasador 62, 64 puede incluir múltiples bridas 61, 63, respectivamente, que están configuradas para distribuir las cargas de compresión en la unión en sentido de la cuerda 34.

[0024] En referencia ahora a la FIG. 5, se ilustra un conjunto 70 de la pala de rotor 28 que tiene el primer segmento de pala 30 unido al segundo segmento de pala 32 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el conjunto 70 ilustra múltiples estructuras de soporte debajo de los miembros de concha exterior de la pala de rotor 28 que tiene el primer segmento de pala 30 unido al segundo segmento de pala 32. Además, como se muestra, la sección de recepción 60 incluye las múltiples estructuras de larguero 66 que se extienden longitudinalmente y soporta la estructura de viga 40. La sección de recepción 60 también incluye un elemento de fijación rectangular 72 que se conecta con el tubo de pasador 52 de la estructura de viga 40 en la dirección en sentido de la envergadura. Además, el primer y el segundo segmentos de pala 30, 32 también pueden incluir miembros en sentido de la cuerda 74, 76 respectivamente en la unión en sentido de la cuerda 34. Además, como se muestra, los miembros en sentido de la cuerda 74, 76 pueden incluir aberturas de pasador de borde de ataque 78 y aberturas de pasador de borde de salida 80 que permiten conexiones de unión de pasador entre los primer y segundo segmentos de pala 30, 32. Por ejemplo, como se muestra, los miembros en sentido de la cuerda 74, 76 están conectados por tubos de pasador 56 y 58 que están en unión por interferencia ajustado con casquillos localizados en las aberturas de pasador de borde de ataque 78 y las aberturas de pasador de borde de salida 80. En otro modo de realización, cada una de las estructuras de larguero 66, el elemento de fijación rectangular 72 y los miembros en sentido de la cuerda 74, 76 se pueden construir con fibras de vidrio reforzadas. En este ejemplo, el conjunto 70 también puede incluir múltiples cables receptores de aligeramiento 73 que están embutidos entre los múltiples tubos de pasador o pasadores 56, 58 y las conexiones de casquillo unidas a los miembros en sentido de la cuerda 74, 76.

[0025] En referencia ahora a la FIG. 6, se ilustra una vista en perspectiva explosionada de las múltiples estructuras de soporte del conjunto 70 hacia la sección de recepción 60 de la pala de rotor 28. Como se muestra, un par de estructuras de larguero 66 está configurada para recibir la estructura de viga 40 e incluye ranuras de unión de pasador 82, 84 que están alineadas con la ranura de unión de pasador 50 de la estructura de viga 40 a través de la que se puede insertar un tubo de pasador o pasador 53. Además, el pasador 53 está configurado para permanecer en un unión por interferencia ajustado dentro de las ranuras de unión de pasador 82, 50, 84 de alineación, de modo que las estructuras de larguero 66 y la estructura de viga 40 se unen entre sí durante el montaje. Además, la FIG. 6 también ilustra el elemento de fijación rectangular 72 que incluye una ranura de unión de pasador 86 configurada para recibir el tubo de pasador 52 de la estructura de viga 40. Como tal, el tubo de pasador 52 está configurado para formar una unión de pasador con unión por interferencia ajustado. Además, el par de estructuras de larguero 66 se pueden unir entre sí en un extremo 88 usando cualquier material adhesivo adecuado o un sello elastomérico.

[0026] En referencia a las FIGS. 7 y 9, la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 se puede(n) instalar y retener dentro de una o más aberturas 65, 67 de un bloque de soporte 68 (similar a o sinónimo de los miembros en sentido de la cuerda 74, 76). En un modo de realización, como se muestra en las FIGS. 8 y 9, la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 descritas en el presente documento puede(n) incluir uno o más casquillos. Como tal, en determinados modos de realización, los casquillos 62, 64 se pueden construir con un material metálico que tenga un primer coeficiente de expansión térmica. Por el contrario, el bloque de soporte 68 se puede construir con un material compuesto que tenga un segundo coeficiente de expansión térmica. Sin embargo, en los bloques de soporte convencionales, los coeficientes de expansión térmica del metal y los materiales compuestos serían sustancialmente diferentes, provocando de este modo tensiones térmicamente inducidas entre la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 y el bloque de soporte 68. Además, en dichas situaciones, los diferentes coeficientes de expansión térmica entre los materiales distintos pueden afectar a la integridad estructural de la unión.

[0027] En la presente divulgación, sin embargo, los primer y segundo coeficientes de expansión térmica de los materiales distintos son iguales o están dentro de más o menos un 20 % para mantener el contacto entre la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 y el bloque de soporte 68 durante cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica 10. En otras palabras, el bloque de soporte 68 de la presente divulgación se puede diseñar a medida para la temperatura de funcionamiento de la turbina eólica 10 para evitar los problemas mencionados anteriormente. En un modo de realización, los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica 10 pueden incluir cambios de temperatura que varían de aproximadamente -40 grados Celsius (°C) a aproximadamente 60 °C. Por tanto, el bloque de soporte 68 se puede diseñar para soportar todos los intervalos de temperaturas potenciales.

[0028] Por ejemplo, en un modo de realización, el material compuesto del bloque de soporte 68 puede incluir una resina termoestable o una resina termoplástica. Además, el material compuesto del bloque de soporte 68 se puede reforzar opcionalmente con uno o más materiales de fibra para lograr un contenido de fibra predeterminado. Por ejemplo, en dichos modos de realización, el contenido de fibra predeterminado puede ser mayor a un 55 %, tal como de un 56 % a un 60 %. Por tanto, incrementando el contenido de fibra del material compuesto, se reduce el coeficiente de expansión térmica del material compuesto. En consecuencia, conociendo el coeficiente de expansión térmica del material metálico de la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64, los materiales del bloque de soporte 68 se pueden elegir específicamente de modo que el coeficiente de expansión térmica coincida sustancialmente, por lo tanto, con el metal.

[0029] El material metálico del/de los casquillo(s) 62, 64 descritos en el presente documento puede(n) incluir, por ejemplo, acero, aluminio, titanio o cualquier otro metal o aleación de metal adecuado. Los materiales termoplásticos descritos en el presente documento pueden englobar, en general, un material plástico o polímero que sea de naturaleza reversible. Por ejemplo, los materiales termoplásticos típicamente se vuelven maleables o moldeables cuando se calientan a una determinada temperatura y vuelven a un estado más rígido tras enfriarse. Además, los materiales termoplásticos pueden incluir materiales termoplásticos amorfos y/o materiales termoplásticos semicristalinos. Por ejemplo, algunos materiales termoplásticos amorfos pueden incluir, en general, pero no se limitan a, estirenos, vinilos, celulosas, poliésteres, acrílicos, polisulfonas y/o imidas. Más específicamente, los materiales termoplásticos amorfos ejemplares pueden incluir poliestireno, acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), poli(metacrilato de metilo)(PMMA), poli(tereftalato de etileno) glucolizado (PET-G), policarbonato, poli(acetato de vinilo), poliamida amorfa, poli(cloruros de vinilo) (PVC), poli(cloruro de vinilideno), poliuretano, o cualquier otro material termoplástico amorfo adecuado. Además, los materiales termoplásticos semicristalinos ejemplares pueden incluir, en general, pero no se limitan a, poliolefinas, poliamidas, fluoropolímero, acrilato de metilo y etilo, poliésteres, policarbonatos y/o acetales. Más específicamente, los materiales termoplásticos semicristalinos ejemplares pueden incluir poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(tereftalato de etileno) (PET), polipropileno, poli(sulfuro de fenilo), polietileno, poliamida (nailon), polietercetona o cualquier otro material termoplástico semicristalino adecuado.

[0030] Además, los materiales termoestables como se describe en el presente documento pueden englobar, en general, un material plástico o polímero que sea de naturaleza no reversible. Por ejemplo, los materiales termoestable, una vez curados, no se pueden remoldear fácilmente o devolver a un estado líquido. Como tal, después de la formación inicial, los materiales termoestable son, en general, resistentes al calor, a la corrosión y/o a la fluencia. Los materiales termoestables de ejemplo pueden incluir, en general, pero no se limitan a, algunos poliésteres, algunos poliuretanos, ésteres, epoxis o cualquier otro material termoestable adecuado.

[0031] Además, los materiales de fibra descritos en el presente documento pueden incluir, pero no se limitan a, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras de madera, fibras de bambú, fibras cerámicas, nanofibras, fibras metálicas o combinaciones de las mismas. Además, la dirección u orientación de las fibras puede incluir cuasiisotrópica, multiaxial, unidireccional, biaxial, triaxial o cualquier otra dirección adecuada y/o combinaciones de las mismas.

[0032] En referencia ahora a la FIG. 10, se ilustra un diagrama de flujo 100 de un procedimiento para fabricar un conjunto de bloque de soporte de una pala de rotor articulada de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación. En general, el procedimiento 100 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 y la pala de rotor 28 mostradas en las FIGS. 1-9. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 100 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 10 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no están limitados a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0033] Como se muestra en (102), el procedimiento 100 puede incluir proporcionar la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 de un material metálico que tenga un primer coeficiente de expansión térmica. Como se muestra en (104), el procedimiento 100 puede incluir formar el bloque de soporte 68 de un material compuesto de modo que un segundo coeficiente de expansión térmica del bloque de soporte 68 sea sustancialmente igual al primer coeficiente de expansión térmica para mantener el contacto entre la(s) ranura(s) de unión de pasador y el bloque de soporte 68 durante los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica 10. Además, el bloque de soporte 68 tiene una o más aberturas 65, 67. Por ejemplo, en un modo de realización, el bloque de soporte 68 se puede formar reforzando el material compuesto con un contenido de fibra que incrementará o bien disminuirá un coeficiente de expansión térmica original del material compuesto en un porcentaje predeterminado. Por tanto, el coeficiente de expansión térmica resultante del material compuesto coincide sustancialmente con el del material metálico de la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64. Como se muestra en (106), el procedimiento 100 puede incluir asegurar la(s) ranura(s) de unión de pasador 62, 64 dentro de las aberturas 65, 67 del bloque de soporte 68.

[0034] Si bien en el presente documento solo se han ilustrado y descrito determinados rasgos característicos de la invención, los expertos en la técnica podrán concebir muchas modificaciones y cambios.

[0035] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pala de rotor (28) para una turbina eólica (10), que comprende:

un primer segmento de pala (30) y un segundo segmento de pala (32) que se extienden en direcciones opuestas desde una unión en sentido de la cuerda (34), comprendiendo cada uno de los primer y segundo segmentos de pala al menos un miembro de concha que define una superficie de perfil alar; y una o más uniones de pasador para conectar los primer y segundo segmentos de pala en la unión en sentido de la cuerda, comprendiendo la una o más uniones de pasador uno o más tubos de unión de pasador (56, 58) recibidos dentro de una o más ranuras de unión de pasador (62, 64), la una o más ranuras de unión de pasador aseguradas dentro de un bloque de soporte de carga (68),

en la que la una o más ranuras de unión de pasador están construidas con un primer material que tiene un primer coeficiente de expansión térmica, el bloque de soporte de carga está construido con un segundo material que tiene un segundo coeficiente de expansión térmica, caracterizada por que los primer y segundo coeficientes de expansión térmica son iguales o están dentro de un más menos 20 % para mantener el contacto entre la una o más ranuras de unión de pasador y el bloque de soporte de carga durante los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica.

2. La pala de rotor de la reivindicación 1, en la que el primer material comprende un material metálico y el segundo material comprende un material compuesto.

3. La pala de rotor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la una o más ranuras de unión de pasador comprenden uno o más casquillos.

4. La pala de rotor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica comprenden cambios de temperatura que varían de aproximadamente -40 grados Celsius (°C) a aproximadamente 60 °C.

5. La pala de rotor de la reivindicación 2, las reivindicaciones 2 y 3, o las reivindicaciones 2 y 3 y 4, en la que el material compuesto comprende al menos una de una resina termoestable o una resina termoplástica.

6. La pala de rotor de la reivindicación 2, las reivindicaciones 2 y 3, las reivindicaciones 2 y 3 y 4, o la reivindicación 5, en la que el material compuesto está reforzado con uno o más materiales de fibra para lograr un contenido de fibra predeterminado.

7. La pala de rotor de la reivindicación 6, en la que el contenido de fibra predeterminado es mayor que aproximadamente un 55 %.

8. La pala de rotor de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en la que el uno o más materiales de fibra comprenden al menos uno de fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras poliméricas, fibras de madera, fibras de bambú, fibras cerámicas, nanofibras, fibras metálicas o combinaciones de las mismas.

9. La pala de rotor de la reivindicación 2, las reivindicaciones 2 y 3, las reivindicaciones 2 y 3 y 4, la reivindicación 5, la reivindicación 6, la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en la que el material metálico comprende acero, aluminio o titanio.

10. Un procedimiento para fabricar un conjunto de bloque de soporte de carga de una pala de rotor unida (28) de una turbina eólica (10), comprendiendo el procedimiento:

proporcionar una o más ranuras de unión de pasador (62, 64) de un primer material que tiene un primer coeficiente de expansión térmica;

formar al menos un bloque de soporte de carga (68) de un segundo material de modo que un segundo coeficiente de expansión térmica del bloque de soporte de carga sea igual o esté dentro de un más menos 20 % del primer coeficiente de expansión térmica para mantener el contacto entre la una o más ranuras de unión de pasador y el bloque de soporte de carga durante los cambios de temperatura de funcionamiento de la turbina eólica, teniendo el bloque de soporte de carga una o más aberturas; y asegurar la una o más ranuras de unión de pasador dentro de la una o más aberturas del bloque de soporte de carga.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que el primer material comprende un material metálico y el segundo material comprende un material compuesto.

12. El procedimiento de las reivindicaciones 10-11, en el que la una o más ranuras de unión de pasador comprenden uno o más casquillos.

13. El procedimiento de la reivindicación 11 o las reivindicaciones 11 y 12, en el que formar el bloque de soporte de carga del segundo material para que tenga el segundo coeficiente de expansión térmica comprende además reforzar el segundo material con un contenido de fibra que incrementará o disminuirá un coeficiente de expansión térmica original del material compuesto en un porcentaje predeterminado.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el contenido de fibra es mayor que aproximadamente un 55 %.