ES2310489A1 - Sistema de construccion de palas de aerogenerador. - Google Patents

Abstract

Sistema de construcción de palas de aerogenerador, según el cual el conjunto estructural de la pala se forma con un cuerpo aerodinámico (1) y un acoplamiento independiente (2) para la unión al rotor eólico de aplicación, comprendiendo el cuerpo aerodinámico (1) un cajón estructural central (8) de sección rectangular alargada formado por dos perfiles en "U" contrapuestos y encajados entre sí, sobre el cual se fija un cubrimiento formado por dos conchas (9) que determinan la configuración aerodinámica externa.

Description

Sistema de construcción de palas de aerogenerador.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los aerogeneradores que disponen de un rotor de palas para el accionamiento por el viento, proponiendo la realización contractiva de una pala para dichos aerogeneradores, con la cual se logran unas características estructurales que permiten un alto grado de automatización constructiva y mejoran el comportamiento en la función eólica.

Estado de la técnica

La demanda mundial de energías renovables para hacer frente al cambio climático, implica de una manera importante a la energía eólica, la cual mayoritariamente se desarrolla mediante aerogeneradores con rotor de palas.

El desarrollo de dichos aerogeneradores y su aplicación para la producción de energía mediante el aprovechamiento del viento, requiere cada vez aerogeneradores de mayor potencia nominal, más eficientes y de inferior costo por Kilovatio de la energía que se genera.

En relación con dichos factores de los aerogeneradores resulta fundamental, entre otros aspectos, la formación constructiva de las palas del rotor que recibe la acción del viento, de forma que el desarrollo de aerogeneradores de grandes potencias requiere a su vez el desarrollo de palas de grandes dimensiones para los mismos.

El concepto tradicional de las palas de los aerogeneradores, con un perfil aerodinámico plano y de alto rendimiento en la punta, y de forma circular en el extremo de acoplamiento al buje de montaje en el aerogenerador, requiere sin embargo, según el concepto estructural de las palas convencionales, un considerable aumento de grosor del perfil de la pala en la zona próxima al mencionado extremo de acoplamiento al buje, para garantizar la resistencia necesaria, lo cual se traduce en un bajo rendimiento aerodinámico de esa zona ensanchada de las palas, repercutiendo en el rendimiento energético que se consigue, además de la cantidad de material que es necesaria y una difícil automatización de la fabricación.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone un sistema de construcción de las palas de aerogenerador, con el cual se determina una formación estructural de dichas palas con unas características que mejoran el comportamiento funcional de las mismas y permiten un alto grado de automatización de su fabricación.

Según este sistema de la invención, el conjunto estructural de las palas se forma con un cuerpo aerodinámico y un acoplamiento de unión al buje de montaje, estableciéndose dicho acoplamiento en sujeción sobre el extremo del cuerpo aerodinámico mediante amarre atornillado, mientras que el cuerpo aerodinámico se compone de un cajón central de sección esencialmente rectangular alargada, sobre el cual se disponen pegadas sendas conchas que conforman el perfil aerodinámico de la pala.

Se obtiene así una pala con un cuerpo aerodinámico de poco grosor y variación de anchura progresivamente uniforme en toda la longitud, con lo cual resultan unas condiciones aerodinámicas de alto rendimiento para la captación de la energía eólica en la función de aplicación en los aerogeneradores.

Dicha configuración del cuerpo de la pala resulta posible merced al acoplamiento de unión al buje de montaje, que es el que soporta la concentración de esfuerzos transversales que recibe la pala en su función de aplicación, al mismo tiempo que la independencia estructural entre dicho acoplamiento de unión para el montaje y el cuerpo aerodinámico, permite la automatización constructiva de este último mediante un proceso relativamente sencillo.

El cuerpo aerodinámico se compone de un cajón estructural central que se forma mediante dos perfiles en "U" contrapuestos, los cuales se disponen encajados entre sí con fijación por pegado de sus alas laterales, de manera que sobre el conjunto así formado se pegan a su vez las conchas determinantes de la configuración aerodinámica externa de la pala, las cuales se unen con refuerzo mediante un perfil de cierre en el borde de ataque de dicha configuración aerodinámica de la pala.

De este modo el cuerpo aerodinámico de la pala resulta con una resistencia estructural adecuada para la función de aplicación y con una configuración de alto rendimiento para dicha función, facilitando su formación estructural la automatización del proceso constructivo de fabricación.

Por todo ello, dicho sistema de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la realización constructiva de las palas de aerogenerador a la que se halla destinado.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una perspectiva parcial de la formación constructiva de una pala de aerogenerador según el sistema de la invención, con el acoplamiento de unión al buje de montaje enfrentado respecto de la unión sobre el cuerpo aerodinámico.

La figura 2 es una vista de la unión entre el acoplamiento de montaje sobre el buje y el cuerpo aerodinámico de la pala.

La figura 3 es una perspectiva explosionada de la formación constructiva del cuerpo aerodinámico de la pala.

La figura 4 es una perspectiva explosionada de la formación constructiva del cuerpo aerodinámico de la pala con el cajón central formado.

La figura 5 es una perspectiva del cuerpo aerodinámico de la pala montado.

La figura 5A es un detalle ampliado del extremo posterior el cuerpo aerodinámico.

La figura 6 es la representación de un aerogenerador provisto con palas estructuradas según el sistema de la invención.

La figura 7 es un detalle ampliado del cuerpo del aerogenerador de la figura anterior.

La figura 8 muestra el conjunto de una pala con un dispositivo de punta de pala incorporado en su extremo.

La figura 8A es un detalle ampliado del extremo de la pala de la figura anterior.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un sistema de realización constructiva de las palas destinadas para la captación eólica en los aerogeneradores, según el cual el conjunto constructivo de las palas se forma con un cuerpo aerodinámico (1) y un acoplamiento (2) estructuralmente independiente para la unión sobre el buje del rotor eólico del aerogenerador de aplicación.

Según las figuras 1 y 2, el acoplamiento (2) determina en un extremo un frente circular (2.1) provisto con orificios, por el cual se establece mediante tornillos (3) la unión sobre el rodamiento (4) del "pitch" en el montaje de aplicación de la pala.

En el otro extremo dicho acoplamiento (2) presenta una placa frontal (2.2), sobre la cual se fijan perpendicularmente, mediante tornillos (5), unos pares de cartelas (6), entre las cuales se establece la sujeción del cuerpo aerodinámico (1) mediante bulones transversales (7).

Resulta a sí un conjunto estructural de la pala con el cuerpo aerodinámico (1) constructivamente independiente del acoplamiento (2) de unión respecto del rotor eólico correspondiente en el montaje de aplicación, de manera que en la función de aplicación los esfuerzos transversales de la pala repercuten sobre el acoplamiento (2), que es el que debe soportarlos, pudiendo ser formado el cuerpo eólico (1) con la configuración más adecuada para el rendimiento de la captación eólica, es decir sin tener que sobredimensionar su anchura en la proximidad del acoplamiento de sujeción sobre el buje de montaje como ocurre con las palas convencionales.

La estructura constructiva del cuerpo aerodinámico (1) se forma, según las figuras 3 a 6, con un cajón estructural central (8), cuya formación se determina mediante dos perfiles en "U" (8.1) enfrentados, los cuales se disponen encajados entre sí, con fijación por pegado de sus alas laterales correspondientes, determinando una sección rectangular alargada y estrecha.

Sobre dicho cajón central (8) formado según lo indicado, se pegan sendas conchas de cubrimiento (9), las cuales determinan la configuración externa del cuerpo aerodinámico (1), estableciéndose en el borde de ataque de dicha configuración un refuerzo de la unión entre las conchas (9) mediante un perfil complementario (10).

De este modo la configuración del mencionado cuerpo aerodinámico (1) de la pala se determina con una forma de poco grosor y un incremento de anchura progresivo en toda la longitud desde la punta hasta el extremo de unión con el acoplamiento (2), lo cual confiere unas características funcionales muy ventajosas para el aprovechamiento eólico, permitiendo un gran rendimiento de la pala para su función de aplicación en los aerogeneradores.

Dicha forma constructiva del cuerpo aerodinámico (1), junto con la independencia del acoplamiento (2) de unión sobre el buje del rotor eólico de aplicación, facilita además la automatización del proceso de fabricación de las palas, suponiendo un coste mucho más reducido que el de las palas convencionales cuyas características imponen una dependencia mayoritaria de elaboración manual.

La pala estructurada según el sistema de la invención, puede ser utilizada en los aerogeneradores como una pala convencional, según se observa en las figuras 6 y 7, con una ventaja de incremento del rendimiento funcional; pudiendo realizarse el cuerpo aerodinámico (1) de dicha pala de la invención en una sola pieza longitudinal o en tramos longitudinales independientes, de acuerdo con la longitud, igual que las palas convencionales; y es de aplicación, asimismo, tanto para las disposiciones de palas monoplano como en disposiciones de palas biplano, con las mismas ventajas de rendimiento funcional.

En el extremo del cuerpo aerodinámico (1) se prevé la incorporación de un dispositivo (11) de punta de pala, como se observa en las figuras 8 y 8A, con lo cual se consigue un incremento del rendimiento de la pala, ya que en la zona de la punta de las palas se produce una pérdida de rendimiento debido a la envergadura finita, puesto que la zona de extradós, a menor presión, se pone en comunicación con la zona de intradós, a mayor presión, de manera que el aire de intradós tiende a circular hacia el extradós, variando la distribución de velocidades y presiones, y afectando, por tanto, a las propiedades aerodinámicas del cuerpo aerodinámico (1), lo cual se materializa en una disminución del rendimiento, más acusada cuanto más cerca se esté de la punta, pero que afecta a una zona no despreciable en las inmediaciones de la punta de la pala.

Con la colocación del dispositivo (11) de punta de pala se trata de bloquear la comunicación y el flujo tridimensional entre el intradós y el extradós, de manera que la circulación en la punta de la pala será menor, así como la zona afectada, lo cual se traduce en un mejor comportamiento del perfil del cuerpo aerodinámico (1) y por lo tanto en un mayor rendimiento de la punta, lo que es especialmente importante, ya que las ganancias de rendimiento en la zona exterior de dicho perfil del cuerpo aerodinámico (1) influyen mucho en el rendimiento global de la pala, al ser el área barrida mucho mayor proporcionalmente.

Por otro lado, con el mencionado dispositivo (11) de punta de pala se consigue también una disminución del ruido, ya que gran parte del ruido generado por las palas proviene del torbellino marginal que se produce en la zona de la punta, la cual es además la que se mueve a mayor velocidad.

Las técnicas actuales para la disminución de ese ruido, consisten en una reducción de la velocidad inducida en la zona de la punta de la pala, en base a una disminución suave de la longitud y una reducción en el ángulo de ataque, lo cual afecta al rendimiento de la pala, de tal manera que la limitación actual en la velocidad de giro de los aerogeneradores viene impuesta por los condicionantes de ruido.

De acuerdo con ello, una mayor velocidad de giro puede permitir el funcionamiento de los aerogeneradores a rendimiento máximo en todo el rango por debajo de la potencia nominal, alcanzándose una mayor producción energética, mientras que actualmente la limitación de la velocidad de giro hace que no se pueda trabajar a rendimiento aerodinámico máximo en todo el rango.

La incorporación del dispositivo (11) de punta de pala, permite la disminución del ruido aerodinámico generado, por lo que es posible el funcionamiento del aerogenerador a mayor velocidad de giro, lo cual se traduce en un funcionamiento a mayor rendimiento en todo el rango por debajo de la potencia nominal y, consecuentemente, en una mayor producción. Y por otra parte, una mayor velocidad de giro permite a su vez disminuir el coste de los componentes eléctricos (generador) y de algunos sistemas mecánicos, ya que dicho coste es proporcional al par aerodinámico que, de esta forma, disminuye.

Claims (3)

1. Sistema de construcción de palas de aerogenerador, del tipo destinado para incorporarse en montaje giratorio sobre el rotor eólico de un aerogenerador, caracterizado porque el conjunto estructural de la pala se forma con un cuerpo aerodinámico (1) y un acoplamiento independiente (2) de unión al rotor eólico de aplicación, determinándose el cuerpo aerodinámico (1) con un cajón estructural central (8) de forma rectangular alargada sobre el cual se disponen unas conchas (9) de cubrimiento exterior que determinan una configuración aerodinámica de poco grosor y anchura progresiva uniforme desde la punta de la pala hasta el extremo de unión al acoplamiento (2).

2. Sistema de construcción de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el acoplamiento (2) de termina en un extremo un frente circular (2.1) para la fijación en el montaje sobre el rotor eólico de aplicación, mientras que en el otro extremo determina una placa frontal (2.2), sobre la cual se fijan perpendicularmente unos pares de cartelas (6) entre las que se sujeta el cuerpo aerodinámico (1).

3. Sistema de construcción de palas de aerogenerador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el cuerpo aerodinámico (1) se forma con un cajón estructural central (8) compuesto por dos perfiles en "U" (8.1) enfrentados, los cuales se disponen encajados entre si y pegados por sus alas laterales correspondientes, fijándose por pegado, sobre dicho cajón central (8), las conchas (9) de cubrimiento exterior.