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