DESCRIPCIÓN de la invención

Un dispositivo de protección de rayo para la unión metálica de una pala modular compuesta por dos partes: la zona de punta o módulo outboard, donde impacta el rayo y es conducido hasta la unión de pala, y la zona de raíz o módulo inboard por donde el rayo es conducido desde la unión hasta el buje del aerogenerador.

Antecedentes

Para que el sistema de protección contra la caída de los rayos en una pala de aerogenerador sea efectivo, todos los elementos conductores deben estar en conexión equipotencial, unidos eléctricamente al cable de transmisión del rayo. Tanto la fibra de carbono, que es material conductor, como la unión metálica también conductora, deberán ser equipotencializados. En caso de dejar elementos conductores aislados se tendrían vahos problemas, como la diferencia de potencial tan elevada que se crea entre los mismos debido a los fenómenos de inducción originados por el rayo a su paso por el sistema pararrayos, o la evacuación del rayo en el caso de impactar en un elemento conductor no conectado al cable bajante.

Las partes de la pala a unir están realizadas de material compuesto en cuyo interior se alojan unos insertos que se pegan en unos agujeros previamente mecanizados en los laminados de material compuesto. Uno o vahos elementos metálicos intermedios anclados a los insertos por uno o varios pernos completa la unión.

Cuando el material compuesto donde se alojan los insertos metálicos es fibra de vidrio, la transmisión de rayo es simple, ya que la fibra de vidrio no es conductora eléctrica. Pero cuando el material compuesto es fibra de carbono, la transmisión de rayo se complica, ya que la fibra de carbono es conductora eléctrica y queda separada de los insertos solo por la fina capa de adhesivo (no conductora) que se emplea para su pegado. A pesar de que las palas tienen vahas conexiones entre los laminados de fibra de carbono y el cable bajante, existe un riesgo de que parte de la corriente del rayo transmitida por el laminado de carbono atraviese la fina capa de adhesivo y sea conducida al inserto metálico. Esto puede producirse porque la forma de onda de la corriente de un rayo tiene una primera fase donde la corriente crece a gran velocidad, con lo que trata de conducirse, no por el camino de menor resistencia (la conexión entre el carbono y el cable), sino por el camino de menor inductancia (la conexión entre el laminado y el inserto, una vez rota la rigidez dieléctrica del adhesivo). El paso a través del adhesivo puede generar un aumento de su temperatura y una afección a sus propiedades. Una vez que se alcanza el pico de la forma de onda, la corriente desciende a menor velocidad, por lo que pasará preferentemente por el camino de menor resistencia (la conexión entre el carbono y el cable).

La patente W02022042809A1 trata de conectar eléctricamente el inserto metálico y el laminado de pala, conductor de la electricidad. Al formar el camino eléctrico entre el inserto de metal y el material eléctricamente conductor que se encuentra en la superficie del orificio, se genera un camino claro para la corriente que evita un paso incontrolado a través del adhesivo.

Otra forma novedosa de mantener la integridad de la unión es mediante el uso de un dispositivo que evite el deterioro del adhesivo empleado para pegar el inserto. Dicho dispositivo se dispone entre el laminado conductor del módulo inboard y el elemento metálico intermedio y entre el elemento metálico intermedio y el laminado conductor del módulo outboard. Tanto en la concha superior de la pala, como en la inferior.

Descripción

La presente invención complementa el sistema de protección de rayo de una pala con laminados conductores conectados en diversos puntos a un cable bajante, con un dispositivo que conduce el pequeño porcentaje de la corriente transmitida por los laminados conductores de la pala que no se deriva al cable durante los picos de alta intensidad alcanzados al comienzo del impacto y sigue por la fibra de carbono y atravesando la unión metálica.

Es un objeto de la invención que el dispositivo reivindicado sea un elemento elástico con mayor conductividad eléctrica que la del adhesivo utilizado para pegar los insertos a la fibra de carbono de la pala modular.

Y es otro objeto de la invención que el dispositivo se disponga en el hueco formado entre el laminado conductor de la pala y los elementos intermedios de la unión metálica, rodeando los insertos con su forma toroidal.

De lo descrito se desprenden las siguientes ventajas: evitar los daños en el adhesivo y en la fibra de carbono que alberga los insertos roscados, usando para ello un sistema fácil de colocar durante el proceso de montaje de la pala y que este dispositivo, al ser elástico, garantice el contacto durante el montaje y operación de la pala.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La figura 1 representa el contorno de una pala modular con las dos partes a unir: el outboard y el inboard.

La figura 2 muestra un detalle de la unión de una pala modular.

La figura 3 muestra una sección de uno de los elementos metálicos que constituye la unión, acompañada del cable de rayo y sus puntos de toma intermedios.

La figura 4 es la sección de la figura anterior con un detalle del dispositivo de la invención sobre una realización práctica de una unión metálica concreta.

La figura 5 y la figura 6 muestran dos posibles secciones del dispositivo de la invención utilizando diferentes materiales.

Descripción detallada

Tal y como se muestra en la figura 1 , la pala modular (100) comprende una zona de unión (1 ) que separa la pala en dos partes: la punta de la pala (2) o módulo outboard y la raíz de la pala (3) o módulo inboard. La modularización de las palas se aplica a palas de gran tamaño donde el transporte de la pala enteriza se vuelve muy complejo o prácticamente imposible. Por el contrario, la zona de unión (1 ) es muy pequeña para no penalizar con más peso del debido a la pala modular (100). La pala tiene una estructura interna formada por dos alas (cap) y una o dos almas (web) de material compuesto, que configuran una viga interna sobre las que se disponen las conchas superior e inferior.

En la figura 2 se muestran los elementos metálicos intermedios (4) que conforman la unión de esta pala modular (100). Dichos elementos metálicos intermedios (4) se disponen en el cap superior (5) y en el cap inferior (no visible en la figura). El material utilizado para los laminados del cap en la zona de unión (1) es fibra de carbono (6), un material compuesto de gran resistencia y conductor eléctrico.

Las palas modulares disponen de un cable para transmitir el rayo, pero parte de su corriente se transmite también por los laminados del cap de fibra de carbono, que se encuentran conectadas al cable en varios puntos. Parte de esta corriente transmitida por los laminados del cap de fibra de carbono puede traspasar por la unión metálica.

En la figura 3, se muestra la sección de la conexión de la unión de la pala. La unión metálica se compone de un elemento metálico (4) que abarca uno o vahos pernos (10) atornillados a sus correspondientes insertos (11), que a su vez se encuentran pegados mediante un adhesivo no conductor (12) a la fibra de carbono (6) de la zona de unión

(I). Para evitar el deterioro del adhesivo (12), se dispone por cada elemento de unión de una vía de chispas (7) entre la fibra de carbono (6) del inboard (2) y el elemento metálico (4) y otra vía de chispas (7) entre el elemento metálico (4) y la fibra de carbono (6) del outboard. Estas vías de chispas (7) se colocan durante el montaje de la unión metálica y se montan tanto en el cap superior (5) como en el inferior.

Los laminados conductores de dicho cap (5) disponen de varios puntos de unión (8) que permiten su conexión al cable transmisor del rayo (9). Dicho cable (9) está encargado de recibir mediante un receptor en punta de pala el impacto de rayo en el outboard (2) y trasladarlo hasta su salida al buje por el inboard (3). El cable (9) también se puede conectar al elemento metálico (4) a través de otro punto de unión (8’) para su equipotencialización.

La sección de la figura 4 se realiza sobre una unión metálica concreta. Se utiliza un único perno (10’) atornillado entre un inserto (11) del módulo outboard (2) y un inserto

(I I ) del módulo inboard (3) añadiendo sobre el hueco formado entre los módulos de la pala un elemento metálico en cuña como máquina simple de pretensado. Dicho elemento está compuesto por unas arandelas laterales (13) y una cuña central (14) atravesadas por sus correspondientes tornillos transversales (no mostrados en la figura), cuyo apriete logra el pretensado. Tanto las arandelas (13) como las cuñas centrales (14) tienen sus caras inclinadas en forma opuesta.

Tal y como se muestra en el detalle de la figura 4, el inserto (11) tiene una zona roscada (15) donde el perno único (10’), tras ensanchar ligeramente su diámetro, se rosca y fija. Dicho inserto (11 ) sobresale de la fibra de carbono (6) que lo alberga formando un pequeño hueco entre el cap (5) y la arandela (13) donde se dispone la vía de chispas (7). La cara lisa de la arandela (13) contacta con la vía de chispas (7) y la cara inclinada contacta con la cuña central (14).

La vía de chispas (7) es un elastómero que tiene forma toroidal, es conductora de la electricidad y se monta durante el proceso de ensamblaje de la pala rodeando todos y cada uno de los elementos que forman la unión metálica. La vía de chipas (7) puede estar fabricada en un material elastómerico conductor, fabricando mediante el dopaje con pequeñas cantidades de material conductor, o alternativamente en un material metálico con una geometría que le permita conseguir elasticidad.

La vía de chispas (7) tiene una sección con forma preferentemente toroidal. Tal y como se muestra en las figuras 5 y 6, puede tener otras secciones y otros materiales que mejoren el contacto con el material compuesto y con la parte metálica de la unión.

- En la primera figura se presenta un doble anillo (7’) de material elastomérico con un escalón inclinado entre ambas alturas. El anillo de mayor diámetro es el más delgado y se dispone en contacto con la fibra de carbono (6) del cap (5) y el anillo interior, de menor diámetro, se dispone en contacto con la arandela

(13) de la unión metálica (4).

- En la segunda figura se describe la alternativa del uso de un material metálico formado por dos anillos con forma de C enfrentados y solapados, con un muelle interior (7”) que le confiera la elasticidad requerida.