Campo de Ia invención.

La presente invención está relacionada con Ia fabricación de Ia raíz de

Ia pala de un aerogenerador y más concretamente con su rigidización proponiendo una solución que incorpora un elemento rígido cohesionado a los insertos formando un conjunto que se une al aerogenerador y que aporta una mayor rigidez estructural a Ia vez que mejora notablemente las tolerancias de fabricación de Ia interfaz de pala, asegura Ia repetitividad del proceso y facilita las tareas de montaje de Ia pala.

Antecedentes de Ia invención.

Los componentes estructurales de las palas de los aerogeneradores han de estar diseñados 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 fabricación.

Generalmente Ia pala de un aerogenerador está constituida por una viga estructural, una concha superior o extradós y una concha inferior o intradós, estando Ia viga estructural formada por un primer cuerpo ó cuerpo- raíz y un segundo cuerpo o cuerpo-tronco.

El cuerpo-raíz está formado por una primera parte de forma cilindrica, una segunda parte de transición y una tercera parte con forma de cajón, mientras que el cuerpo-tronco tiene forma de cajón con una sección decreciente hacia Ia punta de Ia pala, teniendo que soportar su cara superior, que está en contacto con el extradós, y su cara inferior, que está en contacto con el intradós, tensiones superiores a sus caras laterales durante Ia vida útil de Ia pala.

La fabricación de cada una de estas piezas de Ia pala del aerogenerador se realiza mediante moldeo y se basa en Ia utilización de mantas de fibra, que pueden estar impregnadas en resina, que se enrollan sobre un mandril o molde, obteniéndose las diferentes piezas de Ia pala que tras el curado serán ensambladas entre sí.

Para Ia fabricación de Ia raíz de Ia pala y en conexión con el proceso de moldeo, se disponen un número de casquillos o insertos en Ia raíz de Ia pala que posteriormente se utilizarán para unir Ia pala con el buje del aerogenerador mediante tornillos o pernos.

Para poder garantizar el montaje de Ia pala en el aerogenerador es necesario que los casquillos estén posicionados en concordancia con los puntos de conexión al aerogenerador, debiendo ser además perpendiculares al plano de interfaz entre pala y aerogenerador.

Adicionalmente, los extremos libres de los casquillos deben estar ubicados en un mismo plano para garantizar una correcta distribución de Ia carga entre los diferentes tornillos o pernos de unión pala-aerogenerador y, en consecuencia, una óptima transmisión de los esfuerzos.

En el caso de que los extremos de los casquillos no fueran coplanarios, algunos de estos casquillos no estarían en contacto con Ia interfaz del aerogenerador una vez ensamblada Ia pala. La consecuencia directa de ello es una tasa de rigidez inadecuada en Ia unión. Es decir: Ia relación entre Ia carga que se transmite por el tornillo y Ia carga que se transmite por Ia brida no es Ia esperada; Io cual afecta a Ia vida a fatiga de los tornillos o pernos de unión de Ia pala con el aerogenerador.

A pesar de que se conocen herramientas para controlar Ia posición de los casquillos durante el proceso de fabricación de Ia pala del aerogenerador, durante el curado de Ia fibra, Ia pala se deforma por falta de rigidez, ovalándose dentro del plano de interfaz e incluso retorciéndose fuera de dicho plano. Dichas deformaciones se producen tanto por efecto del peso propio de Ia pala, como por las contracciones de Ia pala intrínsecas al proceso de curado de Ia fibra. Debido a estas deformaciones, es prácticamente imposible predecir el grado de desviación que llegarán a presentar los casquillos en el ensamblaje de Ia pala.

El PCT WO 2007/010064 describe un método de fabricación de Ia raíz de una pala mediante Ia compilación de fibras y resinas por vacío, para su posterior curado y desmoldeo. La cara de Ia pala adosable al buje es taladrada y en los agujeros se pegan unos insertos con una máquina de precisión. El problema que se plantea con este método de fabricación es que en el curado Ia pala puede ovalarse y en consecuencia los agujeros determinarán una desviación con respecto a su posición teórica. Este hecho exige una mayor cantidad de fibra laminada en Ia base de Ia pala para dotar de un mayor grosor en Ia zona de taladrado de los agujeros en caso de deformación.

Por otro lado, se conocen diferentes soluciones tanto de uniones entre

Ia pala y el buje del aerogenerador como de soluciones de fabricación de Ia parte de Ia raíz de Ia pala que intentan solucionar esta problemática, que se detallan a continuación;

La Patente US 4 915 590 describe un método de unión entre Ia raíz de

Ia pala y el buje de un aerogenerador en el que Ia pared de Ia raíz de Ia pala está provista de múltiples insertos en forma de varilla fijados por deposición de mantas de fibra, estando los insertos constituidos en uno de sus finales, concretamente en el correspondiente a Ia cara final de Ia raíz de Ia pala, por un casquillo roscado para el acoplamiento de Ia pala mediante tornillos al buje del aerogenerador. La fijación de las varillas a Ia raíz de Ia pala resulta de una gran complicación, produciéndose habitualmente arrugas que debilitan Ia zona de unión y que pueden causar una delaminación debida a las fuertes cargas dinámicas que debe soportar Ia unión, dadas las grandes dimensiones que presentan las palas de los aerogeneradores actuales.

La Patente US 2005/0106029 describe un método para fabricar elementos de material de fibra de composite para ser insertados en yuxtaposición formando una corona circular en Ia raíz de Ia pala de un aerogenerador, determinando en uno de sus finales unos medios de sujeción - A -

para el acoplamiento entre Ia raíz de Ia pala y el reborde metálico del buje del aerogenerador.

La Patente US 2007/122283 describe una raíz de una pala de un aerogenerador que determina unos agujeros pasantes en sentido transversal al eje longitudinal de Ia pala en los que se insertan unos pasadores transversales provistos de unos agujeros pasantes para Ia sujeción de Ia pala al reborde metálico del buje mediante tornillos.

El PCT WO 2007/073735 describe un método de fabricación de una pala con caequillos moldeados íntegramente en su raíz para realizar una conexión directa o indirecta con el reborde del buje del aerogenerador, mediante Ia utilización de un elemento de nivelación de dichos casquillos que garantiza Ia plenitud de Ia raíz de Ia pala.

El PCT WO 2006/070171 describe un método de fabricación de los insertos de Ia raíz de Ia pala de un aerogenerador que utiliza unos medios de guiado para alinear los insertos entre sí y respecto del molde de Ia raíz de Ia pala, para posteriormente moldear el conjunto mediante transferencia de resina al vacío.

El PCT WO 01/42647 describe un aerogenerador cuyo buje y palas se encuentran unidos mediante unos tornillos insertados en unos agujeros practicados en Ia raíz de Ia pala del aerogenerador. Los agujeros practicados en Ia raíz de Ia pala debilitan su estructura y proporcionan una concentración de estrés, por Io que se hace necesario dotar de una mayor robustez a esta parte de Ia pala, Io que Ia hace más pesada y aumenta el estrés en Ia unión.

El PCT WO 2004/110862 describe un método de fabricación de Ia raíz de una pala de un aerogenerador de forma aerodinámica para el acoplamiento de Ia pala al buje del aerogenerador, determinando, dicha raíz de pala, unos casquillos roscados insertados que determinan una primera porción y una porción extensible de flexibilidad incremental en dirección al exterior de Ia primera porción, para atornillar en ellos unos tornillos de sujeción al buje, proporcionando una pala ligera de fuerza elevada. La Patente Europea EP 1 398 499 describe una pala de aerogenerador que para su acoplamiento al buje determina en su raíz unos huecos a modo de celdas en los que se insertan unos pasadores transversales a los que se atornilla el reborde metálico del buje, formando dos coronas circulares de sujeción.

La Patente US 5 660 527 describe un método y una estructura para transferir las cargas en Ia unión entre Ia pala y el buje de un aerogenerador. Dicha estructura comprende dos o más anillos anulares en contacto con Ia superficie interna de Ia raíz de Ia pala y con Ia superficie externa del husillo del buje que se unen mediante adhesivos.

Descripción de Ia invención.

De acuerdo con Ia presente invención, se propone Ia utilización de un elemento rígido que haga de vínculo entre los insertos de pala y sirva a su vez de interfaz de unión con el aerogenerador; evitando por un lado Ia deformación de Ia raíz de pala, Ia cual puede dificultar las operaciones de ensamblaje de Ia pala en el aerogenerador y garantizando por otro lado las tolerancias geométricas de Ia interfaz de pala, las cuales afectan directamente a Ia calidad de Ia unión atornillada pala-buje o pala-rodamiento.

Los insertos se cohesionan al elemento rígido pudiendo realizarse dicha cohesión mediante roscado, adhesivado, zunchado o cualquier otra técnica, fijándose posteriormente dicho elemento rígido, que a partir de ahora denominaremos chapón, con los insertos al resto de Ia pala.

La fijación entre el conjunto insertos-chapón y el resto de Ia pala se realiza bien mediante el mecanizado de unos orificios en Ia raíz de pala, en concordancia con Ia posición de los insertos, uniéndose el conjunto insertos- chapón a Ia pala mediante adhesivo; o bien laminando Ia fibra sobre el propio conjunto insertos-chapón.

De esta forma, se evitan los posibles problemas de montaje derivados de Ia falta de perpendicularidad de los insertos con respecto al plano de interfaz pala-aerogenerador y del posicionamiento de los insertos en relación a los correspondientes puntos de unión al aerogenerador; garantizándose además Ia planicidad del plano de interfaz pala-aerogenerador, Io cual redunda en una distribución óptima de Ia carga entre los diferentes tornillos o pernos de Ia unión.

Por otro lado, Ia rigidez estructural que aporta el conjunto inserto- chapón a Ia unión garantiza que los insertos trabajen de forma cohesionada, distribuyendo las cargas adecuadamente entre los tornillos o pernos de unión pala-aerogenerador y asegurando que, en caso de que alguno de los elementos de unión (tornillo, perno o inserto) pierda su funcionalidad, las cargas que se transmitían a través de dicho elemento sean redistribuidas y compartidas entre un mayor número de elementos de unión que en las soluciones convencionales; reduciéndose de este modo Ia posibilidad de un fallo en cadena de los elementos de unión pala-aerogenerador.

Breve descripción de los dibujos.

La figura 1 muestra una perspectiva de Ia raíz de una pala de aerogenerador provista de un inserto-chapón según Ia invención.

La figura 2 muestra una sección transversal de Ia raíz de una pala de aerogenerador provista de un conjunto inserto-chapón, tomada según Ia línea de corte Vl-Vl de Ia figura 1.

Descripción de una realización preferencial.

El ejemplo de realización representado en el dibujo corresponde a una raíz (3) de pala de aerogenerador, de forma tubular, que incorpora un chapón

(1) con insertos (2) integrados para su conexión con el rodamiento de Ia pala o el buje del aerogenerador.

Tal y como se muestra en las figuras 1 y 2, el chapón (1) provisto de insertos (2) objeto de Ia invención, queda colocado en el extremo de Ia raíz (3) de pala del aerogenerador formando una cara o superficie plana perpendicular al eje de giro de Ia pala.

Según puede apreciarse en Ia figura 2, los insertos (2) determinan un tramo en forma de sólido de revolución hueco (2.1) añadiendo por el otro extremo un apéndice roscado (2.3) para su conexión al chapón (1) provisto de agujeros roscados; quedando los insertos (2) embebidos en el mismo sin sobresalir por su cara libre (1.2).

Por otro lado, el inserto (2) incluye un tramo interno (2.2) roscado que se protege mediante tapones (no representados) hasta el momento del montaje.

El proceso de fabricación de Ia raíz (3) de pala según Ia invención comienza con Ia ^" colocación de los insertos (2) mediante roscado, adhesivado, zunchado o cualquier otra técnica, en el elemento rígido, chapón

(1)-

A continuación se procede a Ia fijación del conjunto inserto-chapón a Ia fibra, para Io que se pueden emplear dos procesos de fabricación diferentes en función de si Ia pala ha sido o no laminada previamente;

a) Cuando Ia pala no ha sido previamente laminada, se colocan entre los insertos una serie de elementos de fibra ya curada o de algún otro material (pultrusiones), para asegurar Ia transmisión de cargas entre Ia fibra y los casquillos, y se lamina Ia pala a continuación sobre el conjunto chapón- insertos-pultrusiones.

b) Cuando Ia pala ha sido previamente laminada, se mecaniza en el extremo de Ia raíz de Ia pala ya laminada una serie de agujeros en concordancia con los insertos del conjunto insertos-chapón y se fija el conjunto insertos-chapón al resto de Ia pala mediante adhesivo.

Una vez fijado el conjunto insertos-chapón al resto de Ia pala, el resultado es una raíz de pala suficientemente rígida como para evitar que Ia interfaz de pala se deforme durante el transporte, manipulación y montaje en campo, facilitando así las tareas de ensamblaje en el aerogenerador; y que contribuye además a Ia mejora de Ia calidad de Ia unión atornillada pala- aerogenerador; mejorando el reparto de cargas entre tornillos o pernos y reduciendo el riesgo de un fallo en cadena de Ia unión atornillada pala- aerogenerador.