ES2277928T3 - Pala de una turbina eolica. - Google Patents

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Abstract

Pala (1, 11, 21, 31) de una turbina eólica, la cual comprende una parte de conexión (2, 12, 22) prevista en un extremo con medios de conexión, para la conexión al árbol (4)/buje (3, 13, 23) de una turbina eólica, y un perfil de absorción de energía eólica (5, 15, 25), el cual está optimizado para el flujo eólico y se extiende desde el otro extremo de la parte de conexión, estando la parte de conexión provista de un elemento (6, 16, 26, 36) que está diseñado de tal forma que el ensamblaje que comprende el elemento (6, 16, 26, 36) y la parte de conexión puede absorber energía eólica, cuyo elemento comprende un resalte (6, 16, 26, 36) que sobresale desde la parte de conexión, caracterizada porque dicho resalte (6, 16, 26, 36) está dispuesto en un plano que forma un ángulo, el cual se encuentra sobre el lado de la presión a entre 45° y 135° con respecto al plano de la cuerda de dicho perfil de absorción de energía eólica.

Description

Pala de una turbina eólica.
La presente invención se refiere a una pala de una turbina eólica, la cual comprende una parte de conexión prevista en un extremo con medios de conexión, para la conexión al árbol/buje de una turbina eólica, y un perfil de absorción de energía eólica, el cual está optimizado para el flujo eólico y se extiende desde el otro extremo de la parte de conexión, estando la parte de conexión provista de un elemento que está diseñado de tal forma que el ensamblaje que comprende el elemento y la parte de conexión pueden absorber energía eólica, cuyo elemento comprende un resalte que sobresale de la parte de conexión como se especifica en el preámbulo de la reivindicación 1.
Una pala de este tipo se conoce a partir de la US 3874816A, la cual expone un elemento final de raíz de pala rígido colocado sobre el lado corriente abajo de la pala. Este elemento final sirve principalmente para fortalecer las estructuras de la pala, la cual en el caso de esta descripción de patente estadounidense está hecha de material flexible tal como tela y fijada sobre la parte de conexión.
En la técnica anterior en la que la pala está hecha de un material rígido, no deformable, y en la que la producción del perfil de absorción de energía eólica es cara y es de un diseño alargado, existe la opción de ajustar una parte de conexión entre la parte de absorción de energía eólica y el árbol/buje de la turbina eólica. Por una parte, la producción de la parte de conexión es barata y, por otra parte, está diseñada de tal forma que es posible una conexión sencilla, siendo transmitidos grandes pares torsores de manera efectiva. Puesto que el par torsor de las fuerzas aerodinámicas aumenta con la distancia en disminución desde el árbol, y puesto que el área de superficie atravesada por una parte de pala disminuye (y, en consecuencia, eso hace la cuota del rendimiento de energía) con la distancia en disminución desde el árbol, la sección transversal de la pala en la dirección desde la punta hasta el extremo de conexión adquiere una optimización que va de aerodinámico de manera general a estructural de manera general. En particular, esta parte de conexión comprenderá un tubo. Puesto que la parte de conexión está situada cerca del centro de rotación de la turbina eólica, la pérdida que tenga lugar a través de la sección transversal que no esté optimizada para el flujo eólico es menor que los costes necesarios para hacer un perfil que esté optimizado para el flujo eólico, tal como aquel ajustado sobre el otro lado de la parte de conexión. Si la parte de conexión es, por ejemplo, un tubo, los costes de ese tubo por metro son muchas veces inferiores a los costes del perfil tipo aspa, de absorción de energía eólica fijado sobre él. Asimismo, es sencillo conectar un tubo de forma especialmente sólida al soporte restante de las estructuras, por medio de, por ejemplo, una brida. El término parte de conexión en la descripción y las reivindicaciones debería entenderse como que significa aquella parte de una pala que está optimizada para las estructuras, y no tan optimizada para la absorción de energía eólica. Tal parte se caracteriza por una velocidad natural baja, y absorbe poco en el recorrido de las fuerzas
eólicas. En general, se puede decir que no comprende la parte desde el extremo libre hacia delante con cuerda en aumento, pero sí comprende la parte más allá de la cuerda máxima, dicho de otra forma, con cuerda invariable o en disminución. La parte de conexión puede ser conectada con una brida separada al perfil aerodinámico de absorción de energía eólica.
Tales palas son usadas a gran escala en la técnica anterior.
El objetivo de la presente invención es aumentar el rendimiento de tal pala sin aumentar sus costes excesivamente, como sería el caso si, por ejemplo, la parte de conexión tuviera que ser reemplazada por una extensión del perfil de absorción de energía eólica, y para hacerlo sin que la resistencia disminuya en una medida inadmisible.
Este objetivo se consigue con una pala del tipo descrito arriba estando dicho resalte dispuesto en un plano que forme un ángulo, el cual sobre el lado de la presión se encuentre a entre 30° y 150° con respecto al plano de la cuerda de dicho perfil de absorción de energía eólica. Más en particular, dicho ángulo se encuentra a entre 45° y 135°.
El término plano de la cuerda debería entenderse como que significa el plano que está unido por una serie de cuerdas del perfil de absorción de energía
eólica. Puede ser una superficie plana. No obstante, el perfil de absorción de energía eólica está normalmente torcido, y su curvatura se extiende desde la punta hasta (una línea paralela hasta) el árbol del rotor. Tal torcimiento puede comprender 90°, y en la práctica es por lo general menos de 20°.
Si el plano de la cuerda está torcido, esto significa, por supuesto, que el resalte de acuerdo con la invención no tiene necesariamente que encontrarse también en una superficie plana, y es también curvado de acuerdo con los requisitos mencionados arriba.
Además, es posible que el perfil de absorción de energía eólica sea giratorio alrededor de un eje longitudinal entre una posición de bandera y una posición más eficaz. El plano de la cuerda mencionado arriba debería ser entendido entonces como que significa el plano de la cuerda en el cual está situado el perfil de absorción de energía eólica cuando la turbina está funcionando y hay poco viento (entre 5 y 12 m/s).
Según la invención, la parte de conexión existente está retenida en principio de forma invariada, salvo que esté provista de un elemento. Según una forma de realización ventajosa de la invención, dicho elemento puede ser un simple resalte, el cual esté ajustado sobre la parte de conexión. Tal resalte puede ser de una forma ligeramente curvada, o puede ser simplemente de un diseño que se extienda perpendicularmente con respecto a la sección de la conexión. Tal elemento comprende un resalte que se extiende desde la parte de conexión, ajustado en un área unida, por una parte, por la superficie del perfil de absorción de energía eólica en su posición más eficaz y unida, por otra parte, por la superficie cerrada por el árbol del rotor y el eje del perfil de absorción de energía eólica, comprendiendo el cuadrante que se encuentra entre la esquina trasera puntiaguda del perfil aerodinámico y el lado de la presión de la pala del rotor. El término posición más eficaz debería ser entendido como que significa la posición en la cual la mayor parte de la energía eólica es absorbida por el perfil. Tal posición debe distinguirse de, por ejemplo, la posición de bandera de un perfil de absorción de energía eólica. La posición del resalte como se describe arriba difiere de las estructuras de acuerdo con la US 3.874.816, en la cual el resalte está encajado en la dirección corriente
abajo.
En el caso de que haya que producir nuevas estructuras, la parte de conexión y el elemento pueden estar hechos como una unidad de resina reforzada con fibra. En el caso de estructuras conocidas, si la parte de la conexión comprende un tubo circular, se puede colocar sobre ella una franja de material que se extienda desde aquel, por ejemplo por soldadura o pegado. Según la invención, la altura de tal franja es preferiblemente entre 0'05 y 0'3 veces el diámetro (externo) o espesor de la parte de conexión. Más en particular, la altura es aproximadamente 0'1 veces el diámetro de la parte de la conexión.
Se ha descubierto que, de esta forma, en especial en el caso de turbinas eólicas con una capacidad de más de 50 kW, se puede aumentar el rendimiento en un 1'5% o más. Los costes de ajustar tal resalte son muchas veces inferiores al rendimiento adicional, puesto que un cambio sencillo de este tipo siempre da resultado. Se debería señalar que es posible proveer las palas existentes de un resalte que sobresalga de este tipo, por ejemplo durante una revisión.
El resalte puede ser diseñado de diversas formas, tales como una franja plana, un perfil triangular (parcialmente), un perfil de bloque, lona y similares. Además, el resalte se puede hacer flexible o de otra forma, puesto que no forma parte de las estructuras de la pala que proporcionan resistencia. Las fuerzas ejercidas sobre la franja son transmitidas a la pala o a la parte de conexión.
Se pueden optimizar más las propiedades de flujo de la parte de la conexión mediante la colocación de generadores de torbellinos, o mediante chorros de aire que tengan el mismo efecto. También se puede producir el efecto en menor medida sólo mediante rugosidad.
A continuación, se explicará la invención con referencia a una forma de realización preferida ilustrada en los dibujos, en los cuales:
Fig. 1 muestra en perspectiva y de forma esquemática una pala de una turbina eólica,
Fig. 2 muestra una sección transversal a lo largo de la línea II-II de la figura 1,
Fig. 3 muestra una variante de las estructuras según la figura 1,
Fig. 4 muestra una sección transversal a través de una pala, indicando el intervalo en el que, según la invención, se puede encajar el resalte,
Fig. 5 muestra en una vista frontal una primera alternativa de las estructuras según la invención; y
Fig. 6 muestra una segunda variante.
En la figura 1 se ilustra con el 1 una pala de turbina eólica de acuerdo con la invención. Se compone de una parte de conexión 2. La conexión a un buje 3, el cual forma parte de un árbol 4 detrás del cual está conectado el verdadero generador, es posible mediante una conexión embridada (no mostrada). En el otro lado, la parte de conexión 2 está conectada al perfil de absorción de energía eólica 5 de la pala 1. En la forma de realización mostrada, el perfil está ilustrado como un perfil de aspa, y se entenderá que se puede conseguir cualquier otra forma. El eje de la pala aparece indicado con 7.
En el ejemplo mostrado aquí, la parte de conexión 2 es de un diseño circular y comprende un tubo simple. En la técnica anterior general, este tubo era de un diseño liso, sin que se adoptase ninguna otra
medida.
Según la invención, se propone que un elemento o resalte 6 sea colocado sobre el tubo 2. También se propone que se ajusten generadores de torbellinos 8 en la posición mostrada. Los generadores de torbellinos (no dibujados a escala) pueden ser troquelados de un material de franja, siendo el material de la base fijado a la parte de conexión 2, por ejemplo mediante una capa adhesiva. Los generadores de torbellinos (no dibujados a escala) se extienden perpendicularmente al plano de la parte de conexión 2, preferiblemente en un ángulo de 15° con respecto al plano perpendicular al eje longitudinal 7. El ángulo puede ser positivo o negativo. En la figura 2 se muestra en detalle el elemento o el resalte 6 según la invención. Su altura aparece dibujada ligeramente fuera de su proporción. En efecto, según la invención es preferible que dicha altura sea h entre 0'05 y 0'3 del diámetro del cilindro. En particular, dicha altura será aproximadamente la décima parte del diámetro.
La figura 3 muestra una variante de la invención. En este caso, la pala se muestra por completo con el 31, y el resalte con el 36. Las otras partes no están modificadas y están provistas de los mismos números de referencia que los de la figura 1.
Se puede observar que el resalte se extiende en espiral.
En la figura 4, el área rayada muestra el intervalo en el cual se puede extender el resalte. Este intervalo se refiere a la sección transversal de la pala in situ. En el caso de una pala torcida, el sistema de eje de coordenadas girará constantemente con respecto al eje de la pala.
El resalte según la invención está ajustado en el cuadrante formado entre la línea de 90 y de 180°.
En las figuras 5 y 6 se muestran otras variantes de la invención. En la figura 5 se indica una pala de una turbina eólica con el 11. Se compone de una parte de conexión. El número de referencia 17 indica el eje de la pala, mientras que el perfil de absorción de energía eólica se indica con el 15. La parte según la invención aparece indicada con el 16. Como en el caso de la forma de realización anterior y la que se expone más abajo, dicha parte puede ser flexible o incluso controlable.
En la figura 6 se muestra otra forma de realización, y se indica por completo con el 21. El buje aparece indicado con el 23, mientras que el 27 indica el eje de la pala. La parte de absorción eólica se indica con el 25, y la parte de conexión con el 22. La parte según la invención se indica con el 26.
Con referencia a la figura 4, más abajo se dará un ejemplo de un resalte que se extiende en espiral alrededor de la parte de conexión. La línea de entre 94 y 270° se corresponde con el árbol del rotor. El sistema de coordenadas está fijado aquí con respecto al eje de la pala y no rota con el giro de la pala. En el 5% de la longitud total de la pala, la posición del resalte es 158°. En el 10% de la longitud total de la pala, la posición es 122°, y en el 30% de la longitud de la pala es 103°.
Ha de entenderse que esto se refiere sólo a un ejemplo, y que son posibles modificaciones considerables dentro del intervalo rayado de la figura 4. Son posibles desviaciones de hasta el 34% con respecto a esta posición preferida.
Aunque la invención ha sido descrita arriba con referencia a una forma de realización preferida, ha de entenderse que son posibles numerosas modificaciones. Por ejemplo, el elemento 6 puede extenderse sólo por una parte limitada de la altura de la parte de conexión 2, y la parte de conexión 2 puede tener una forma que se aleje de la forma circular. Tales modificaciones son obvias para los expertos en la materia después de leer la descripción de arriba, y se encuentran dentro del ámbito de las reivindicaciones anexas.

Claims (9)

1. Pala (1, 11, 21, 31) de una turbina eólica, la cual comprende una parte de conexión (2, 12, 22) prevista en un extremo con medios de conexión, para la conexión al árbol (4)/buje (3, 13, 23) de una turbina eólica, y un perfil de absorción de energía eólica (5, 15, 25), el cual está optimizado para el flujo eólico y se extiende desde el otro extremo de la parte de conexión, estando la parte de conexión provista de un elemento (6, 16, 26, 36) que está diseñado de tal forma que el ensamblaje que comprende el elemento (6, 16, 26, 36) y la parte de conexión puede absorber energía eólica, cuyo elemento comprende un resalte (6, 16, 26, 36) que sobresale desde la parte de conexión, caracterizada porque dicho resalte (6, 16, 26, 36) está dispuesto en un plano que forma un ángulo, el cual se encuentra sobre el lado de la presión a entre 45° y 135° con respecto al plano de la cuerda de dicho perfil de absorción de energía eólica.
2. Pala según la reivindicación 1, en la cual dicho ángulo es de entre 45° y 135°.
3. Pala (1, 11, 21, 31) según la reivindicación 1, en la cual dicho resalte está ajustado en un plano que forma un ángulo de aproximadamente 90° con respecto al plano de la cuerda de dicho perfil de absorción de energía eólica.
4. Pala según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual dicha parte de conexión comprende una sección transversal sustancialmente circular.
5. Pala según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual dicha parte de conexión comprende la transición de un perfil circular a un perfil aerodinámico.
6. Pala según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual la altura (h) del resalte (6, 16, 26) es de entre 0'05 y 0'3 veces el diámetro (d) o grosor de la parte de conexión.
7. Pala según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual dicha parte de la conexión está provista de generadores de producción de torbellinos
(8).
8. Pala según una de las reivindicaciones anteriores, diseñada como parte flexible.
9. Método para producir una pala (1, 11, 21) de una turbina eólica, el cual comprende la provisión de una pala (1, 11, 21), la cual comprende una parte de conexión (2, 12, 22) prevista en un extremo con medios de conexión, para la conexión al árbol (4)/buje (3, 13, 23) de una turbina eólica, y un perfil de absorción de energía eólica (5, 15, 25), el cual está optimizado para el flujo eólico y se extiende desde el otro extremo de la parte de conexión, estando la parte de conexión provista de un elemento (6, 16, 26, 36) que está diseñado de tal forma que el ensamblaje que comprende el elemento (6, 16, 26, 36) y la parte de conexión puede absorber energía eólica, cuyo elemento comprende un resalte (6, 16, 26, 36) que sobresale desde la parte de conexión, donde dicho resalte (6, 16, 26, 36) está dispuesto en un plano que forma un ángulo, el cual se encuentra sobre el lado de la presión a entre 45° y 135° con respecto al plano de la cuerda de dicho perfil de absorción de energía eólica, donde tras la provisión de la parte de conexión se provee un resalte sobre ésta de tal forma que el ensamblaje que comprende el resalte (6, 16, 26, 36) y la parte de conexión pueden generar energía eólica.
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