MXPA06012386A - Metodos para fabricar paletas de rotor de turbinas de viento. - Google Patents

Metodos para fabricar paletas de rotor de turbinas de viento.

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Abstract

Un metodo para fabricar una paleta (114) de rotor de turbina de viento incluye en una modalidad, los pasos de proporcionar un nucleo (120), y aplicar por lo menos una cubierta (126) de refuerzo en el nucleo para formar un sub-montaje (131) de paleta. Cada cubierta de refuerzo se forma de una alfombrilla de fibras de refuerzo. El metodo tambien incluye aplicar una membrana (128) micro-porosa sobre la por lo menos una cubierta de refuerzo, aplicar una pelicula (138) de vacio sobre la membrana micro-porosa, introducir una resina polimerica en el nucleo, introducir la resina a traves del nucleo y a traves de por lo menos una cubierta de refuerzo al aplicar un vacio en el montaje de paleta, y curar la resina para formar la paleta del rotor.

Description

MÉTODOS PARA FABRICAR PALETAS DE ROTOR DE TURBI NAS DE VIENTO Campo de la Invención Esta invención se relaciona en general , con turbinas de viento y más en particular, a métodos para fabricar paletas de rotor de turbinas de viento que utilizan una membrana micro-porosa .
Antecedentes de la I nvención En años recientes, las turbinas de viento han recibido mucha atención ya que son una fuente alternativa de energía segura y relativamente económicas. Con este creciente interés, se han desarrollado turbinas de viento que son confiables y eficientes. Por lo general , una turbina de viento incluye un rotor que tiene múltiples paletas. El rotor está montado en un alojamiento o cavidad, que está colocada encima de una torre o estructura tubular. Las turbinas de viento de grado utilitario (es decir, las turbinas de viento diseñadas para proporcionar energía eléctrica a una rejilla de utilidad) puede tener grandes rotores (por ejemplo, de 30 o más metros de diámetro). Las paletas de estos rotores transforman la energ ía eólica en un torque o fuerza de rotación que activa uno o más generadores, acoplados en rotación con el rotor a través de la caja de engranes que se acopla directamente con el rotor. La caja de engranes, cuando está presente, escala la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor de turbina para que el generador convierta, en forma efectiva, la energía mecánica en energía eléctrica, que se alimenta a la rejilla de utilidad . Las paletas de turbina de viento conocidas se fabrican al introducir una resina dentro de un núcleo envuelto de fibra . Una capa de malla de distribución se utiliza para alimentar la resina dentro del material de núcleo. El frente del flujo de infusión es controlado por rupturas en la malla de distribución que requieren la colocación exacta para los resultados deseados. También, la malla de distribución se descarta junto con la resina que queda retenida en la malla, aproximadamente 650 gramos por metro cuadrado.
Breve Descripción de la Invención En un aspecto, se proporciona un método para fabricar una paleta para un rotor de turbina de viento. El método incluye los pasos de proporcionar un núcleo y aplicar por lo menos una cubierta de refuerzo en el núcleo para formar un sub-montaje de paleta. Cada cubierta de refuerzo se forma de una alfombrilla de fibras de refuerzo. El método también incluye aplicar una membrana micro-porosa sobre la por lo menos una cubierta de refuerzo, aplicar una película de vacío sobre la membrana micro-porosa, introducir una resina polimérica en el núcleo, introducir la resina a través del núcleo y a través de la por lo menos una cubierta de refuerzo al aplicar un vacío dentro del sub-montaje de paleta, y curar la resina para formar la paleta del rotor. En otro aspecto, se proporciona un método para fabricar una paleta de rotor de turbina de viento. El método ¡ncluye los pasos de proporcionar un núcleo, aplicar la por lo menos una cubierta de refuerzo en el núcleo para formar un sub-montaje de paleta, y colocar el sub-montaje de paleta en un molde. Cada cubierta de refuerzo está formada de una alfombrilla de fibras de refuerzo. El método también ¡ncluye aplicar una membrana micro-porosa sobre la por lo menos una cubierta de refuerzo, aplicar una pel ícula de vacío sobre la membrana micro-porosa, introducir una resina polimérica en el núcleo, introducir la resina a través del núcleo y a través de por lo menos la cubierta de refuerzo al aplicar un vacío en un montaje de paleta, y curar la resina para formar la paleta de rotor.
Breve Descri pción de los Di bujos La Figura 1 es una ilustración esquemática en elevación lateral de una configuración ejemplificativa de una turbina de viento. La Figura 2 es una ilustración esquemática de una paleta de rotor de turbina de viento mostrada en la Figura 1 .
Descripción Detallada de la Invención A continuación , se describe un método para fabricar una paleta de rotor de turbina de viento que utiliza una membrana micro-porosa. La membrana micro-porosa impide el paso de resinas mientras permite que el gas pase a través de la misma. Esto permite aplicar un vacío en la paleta del rotor completa mejor que periféricamente como en los procesos conocidos. La membrana micro-porosa también facilita un frente del flujo controlado y elimina cualquier rastreo de pista del flujo de resina. El tiempo del ciclo con el tiempo de labor se reduce junto con la reducción en costos de los materiales consumibles del proceso. El uso de la membrana micro-porosa proporciona una calidad mejorada de la paleta, por ejemplo, un contenido vacío inferior y relaciones de fibra de refuerzo a resina mejoradas. Con referencia a los dibujos, la Figura 1 es una ilustración esquemática en elevación lateral de una turbina 100 de viento, como por ejemplo, una turbina de viento con eje horizontal . La turbina 1 00 de viento ¡ncluye una torre 102 que se extiende desde una superficie 1 04 de soporte, una cavidad 106 montada en una estructura 1 08 de lecho de la torre 1 02, y un rotor 1 10 acoplado con la cavidad 106. El rotor 1 1 0 incluye un cubo 1 1 2 y una pluralidad de paletas 1 14 del rotor acoplada con el cubo 1 1 2, En la modalidad ejemplificativa, el rotor 1 10 incluye tres paletas 1 14 del rotor. En una modalidad alternativa, el rotor 1 10 incluye más o menos que tres paletas 1 14 del rotor. En la modalidad ejemplificativa, la torre 102 se fabrica de un acero tubular e incluye una cavidad 120 que se extiende entre la superficie 1 04 de soporte y la cavidad 1 06. En una modalidad alternativa, la torre 1 02 es una torre de celosía. Los diferentes componentes de la turbina 1 00 de viento, en la modalidad ejemplificativa, se alojan en una cavidad 1 06 sobre la torre 1 02 de la turbina 100 de viento. La altura de la torre 102 se selecciona con base en algunos factores y condiciones conocidos en la técnica. En algunas configuraciones, uno o más microcontroladores en un sistema de control se utilizan para el monitoreo y control generales del sistema, incluyendo la regulación de contracción y velocidad, la flecha de alta velocidad y la aplicación de frenos de tenaza , la aplicación de motor de tenaza y bomba y el monitoreo de fallas. Las arquitecturas de control centralizado o distribuido alternativas se utilizan en modalidad alternativas de la turbina 1 00 de viento. En la modalidad ejemplíficativa, las contracciones de las paletas 1 14 se controlan en forma individual . El cubo 1 12 y las paletas 1 14 juntas forman el rotor 1 10 de turbina de viento. La rotación del rotor 1 10 provoca que un generador (no mostrado en las Figuras) produzca energía eléctrica. Durante el uso, las paletas 1 14 se colocan alrededor del cubo 1 12 del rotor para facilitar el giro del rotor 1 1 0 para transferir la energía cinética del viento en energ ía mecánica utilizable. Conforme el viento choca en las paletas 1 14 y las paletas 1 14 giran y se someten a fuerzas centrífugas, las paletas 1 14 se someten a varios momentos de doblado. Como tal , las paletas 1 14 desvían y/o giran desde una posición neutral , no desviada a una posición desviada. Además, el ángulo de contracción de las paletas 1 14 se puede cambiar por el mecanismo de contracción (no mostrado) para facilitar el aumento y la disminución de la velocidad 1 14 de paleta, y para facilitar la reducción del choque de la torre 1 02. Con referencia también a la Figura 2, la paleta 1 14 incluye un núcleo 120 que se forma de una espuma polimérica, madera y/o panal de metal. Un espato 1 22 principal y un espato 124 de extremo se incorporan dentro del núcleo 120. Los ejemplos de espuma polimérica apropiadas incluyen , pero no se limitan a espumas de PVC, y espumas de poliolefina , espumas de epoxi , espumas de políuretano, espumas de poliisocianurato, y mezclas de los mismos. El núcleo 120 queda envuelto con por lo menos una cubierta 126 de refuerzo. Cada cubierta 126 de refuerzo está formada de una alfombrilla de fibras de refuerzo. En particular, la alfombrilla es una alfombrilla tejida de fibras de refuerzo o una alfombrilla no tejida de fibras de refuerzo. Los ejemplos de fibras de refuerzo apropiadas incluyen, pero no se limitan a fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carbón, fibras poliméricas, fibras de cerámica, fibras de aramida, fibras de kenaf, fibras de yute, fibras del periciclo de lino, fibras de henequén, fibras celulósicas, fibras de sisal, fibras de coco y mezclas de las mismas. Una resina se introduce dentro del núcleo 1 20 y en las cubiertas 126 de refuerzo para proporcionar integridad y fuerza a la paleta 1 14. Los ejemplos de resinas apropiadas incluyen, pero no se limitan a, resinas de viniléster, resinas epoxicas, resinas de poliéster y mezclas de las mismas. Una membrana 128 micro-porosa se aplica en la superficie exterior de la paleta 1 14 para facilitar el proceso de infusión de resina . La resina se introduce dentro del núcleo 120 bajo vacío. El vacío provoca que la resina fluya a través del núcleo 1 20 y las cubiertas 126 de refuerzo. La membrana 1 28 micro-porosa permite que el aire que se desplaza por la resina se escape desde el núcleo 120 y de las cubiertas 126 de refuerzo. Sin embargo, la membrana 1 28 micro-porosa no permite que la resina pase a través de la membrana 128. La membrana 128 micro-porosa en una modalidad ejemplificativa, tiene un tamaño promedio de poro de aproximadamente 0.01 micrómetro (µ) a aproximadamente 1 0µ, y en otra modalidad, de aproximadamente 0.1 µ a 5µ. La membrana 128 micro-porosa se forma de por ejemplo, politetrafluoroetileno, poliolefina, políamida, poliéster, polisulfona, poliéter, pol ímeros de acrílico y metacrílico, poliestíreno, políuretano, polipropileno, polietileno, sulfona de polifenileno y mezclas de los mismos. En una modalidad, la membrana 128 micro-porosa también incluye un material de respaldo laminado en una superficie. El material de respaldo se forma de fibras poliméricas, por ejemplo, fibras de poliéster, fibras de nylon, fibras de polietileno y mezclas de las mismas. Un material 1 29 transportadoras de aire se coloca sobre la membrana 128 micro-porosa para ayudar a desgasificar el núcleo al permitir que el aire desplazado por la resma introducida se escape hacia la atmósfera. Un material 1 29 transportador de aire se puede formar de un material de malla apropiado, por ejemplo, de malla de polietileno. En la modalidad ejemplificativa, el núcleo 120 incluye una pluralidad de ranuras 1 30 para facilitar el flujo de resina a través del núcleo 1 20. En modalidades alternativas, el núcleo 1 20 no incluye ranuras 1 30. Para formar la paleta 1 14 del rotor, las cubiertas 1 26 de refuerzo se envuelven alrededor del núcleo 1 20 para formar un sub-montaje 1 31 de paleta que entonces se coloca en un molde 1 32. En modalidades alternativas, no se utiliza un molde 1 32. Una conexión 1 34 de entrada de infusión de resina se coloca adyacente a la cubierta 1 25 de refuerzo exterior. La membrana 128 micro-porosa se coloca entonces sobre la cubierta 126 de refuerzo y la conexión de entrada de infusión de resina. Un material 1 29 transportador de aire se coloca sobre la membrana 128 micro-porosa y una conexión 1 36 de vacío se coloca adyacente al material 1 29 transportador de aire. Una pel ícula 1 38 de vacío se forma de un material apropiado, por ejemplo, una poliamída, se coloca sobre el material 1 29 transportador de aire con la conexión de vacío extendida a través de la película 1 38 de vacío. La resina se introduce dentro del núcleo 1 20 y las cubiertas 1 26 de refuerzo a través de la conexión 134 de entrada mientras se establece un vacío a través de la conexión 136 de vacío. El vacío facilita el flujo de resina e introduce la resina dentro del núcleo 120 y las cubiertas 126 de refuerzo- La membrana 128 micro-porosa evita que la resina fluya lejos del núcleo 120 y de las cubiertas 126 de refuerzo, mientras se permite que el aire desplazado por la resina introducida se escape a la atmósfera. La resina entonces se cura y la conexión 1 34 de entrada de resina, la conexión 1 36 de vacío, el material 1 29 transportador de aire, y la pel ícula 138 de vacío se retiran de la paleta 1 14. Mientras la invención ha sido descrita en términos de varias modalidades específicas, las personas experimentadas en la técnica reconocerán que la invención se pueden practicar con modificaciones dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1 . Un método para fabricar una turbina (1 00) de viento para una paleta (1 14) de rotor, caracterizado porque comprende: proporcionar un núcleo (120) ; aplicar por lo menos una cubierta (126) de refuerzo en el núcleo, cada cubierta de refuerzo comprende una alfombrilla de fibras de refuerzo para formar un sub-montaje (1 31 ) de paleta; aplicar una membrana (1 28) micro-porosa sobre la por lo menos una cubierta de refuerzo; aplicar una película (1 38) de vacío sobre la membrana micro-porosa ; introducir una resina polimérica en el núcleo; i nfusionar la resina a través del núcleo y a través de por lo menos una cubierta de refuerzo al aplicar un vacío en el sub-montaje de paleta; y curar la resina para formar la paleta del rotor.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque proporcionar un núcleo (1 20) comprende proporcionar un núcleo que comprende una pluralidad de ranuras (130) para permitir que la resina fluya a través del núcleo.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las fibras de refuerzo comprenden por lo menos una de fibras de vidrio, fibras de grafito, fibras de carbón , fibras cerámicas, fibras de aramida, fibras de kenaf, fibras de yute, fibras de periciclo de lino, fibras de henequén, fibras celulósicas, fibras de sisal, y fibras de coco .
4. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende aplicar una capa (1 29) de material transportador de aire entre la película (138) de vacío y la membrana (128) micro-porosa.
5. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la resina comprende por lo menos una de resinas de vinil-éster, resinas epóxicas y resinas de poliéster.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el núcleo (1 20) comprende por lo menos una de una espuma polimérica, madera y un panal de metal .
7. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la membrana micro-porosa (128) comprende por lo menos uno de politetrafluoroetileno, poliolefina, poliamída, poliéster, polisulfona, poliéter, polímeros acrílicos y metacrílicos, poliestireno, poliuretano, políetileno, polipropileno, polietileno y sulfona de polifenileno.
8. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la membrana (1 28) micro-porosa comprende una pluralidad de poros que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 0.01 µ a aproximadamente 1 0. µ
9. E l método de conform idad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la membrana ( 1 28) micro-porosa com prende una pluralidad de poros que tienen un diámetro promedio de aproximadamente 0. 1 µ a 5µ. 1 0 El método de conform idad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la membrana micro-porosa (1 28) comprende un material de respaldo en una superficie.
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