ES2616543T3

ES2616543T3 - Pala de turbina eólica con borde de salida variable

Info

Publication number: ES2616543T3
Application number: ES10168529.5T
Authority: ES
Inventors: Peter Bæk; Peter Grabau
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: US8794919B2; PL2405129T3; EP2405129A1; DK2405129T3; CN102312770A; US20120009064A1; EP2405129B1; CN102312770B

Abstract

Una pala (10) de turbina eólica para un rotor de una turbina eólica (2) que tiene un árbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo la pala: un contorno perfilado que comprende un lado de presión (70; 92; 108) y un lado de succión (68; 90; 106) así como un borde de ataque y un borde de salida, extendiéndose una cuerda entre el borde de ataque (18) y el borde de salida (20; 66), generando el contorno perfilado un empuje cuando es impactado por un flujo de aire incidente, siendo definido en una sección transversal de la pala de turbina eólica perpendicular a una dirección longitudinal de la pala de turbina eólica, un punto (80) de un lado de succión sobre el lado de succión (68; 90; 106) en el borde de salida (20; 66) de la pala (10), y siendo definido un punto (82) del lado de presión sobre el lado de presión (70; 92; 108) en el borde de salida (20; 66) de la pala (10), en el que el punto (80) del lado de succión es móvil con relación al punto (82) del lado de presión, y por que la pala (10) se proporciona adicionalmente con un dispositivo de desplazamiento (72; 84; 100; 114; 116) configurado para desplazar el punto (82) del lado de presión y el punto (80) del lado de succión de modo que pueda variarse una distancia entre el punto (80) del lado de succión y el punto (82) del lado del presión, entre un primer estado, cerrado, en donde el punto (80) del lado de succión y el punto (82) del lado de presión están conectados y un segundo estado, abierto, en donde el punto (80) del lado de succión y el punto (82) del lado de presión están separados mediante el dispositivo (72; 84; 100; 114; 116) de desplazamiento, y en el que una longitud de cuerda de la sección transversal en el segundo estado es mayor que en el primer estado.

Description

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DESCRIPCION

Pala de turbina eolica con borde de salida variable

La presente invencion se refiere a una pala de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tenga un arbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo la pala: un contorno perfilado que comprende un lado de presion y un lado de succion as! como un borde de ataque y un borde de salida, extendiendose una cuerda entre el borde de ataque y el borde de salida, generando el contorno perfilado un empuje cuando es impactado por un flujo de aire incidente, en una seccion transversal de la pala de turbina eolica perpendicular a una direccion longitudinal de la pala de turbina eolica, siendo definido un punto de un lado de succion sobre el lado de succion en el borde de salida de la pala, y siendo definido un punto del lado de presion sobre el lado de presion en el borde de salida de la pala. La invencion se refiere adicionalmente a una turbina eolica que comprende dicha pala de turbina eolica y a un metodo de control de dicha pala de turbina eolica.

Idealmente, una pala de turbina eolica del tipo plano aerodinamico se conforma de modo similar al perfil de un ala de avion, en donde el ancho en el plano de cuerda de la pala de turbina eolica as! como la primera derivada del mismo se incrementan continuamente cuando se disminuye la distancia desde el buje. Esto da como resultado que la pala es de modo ideal comparativamente mas ancha en la proximidad del buje. Esto da como resultado de nuevo problemas cuando se tiene que montar la pala de turbina eolica al buje y, mas aun, esto provoca grandes cargas durante la operacion de la pala de turbina eolica, tales como cargas de tormenta, debido a la gran area superficial de la pala de turbina eolica.

Por lo tanto, a lo largo de los anos, la construccion de palas de turbina eolica se ha desarrollado hacia una forma, en la que la pala de turbina eolica consiste en una zona de ralz mas proxima al buje, una zona de plano aerodinamico que comprende un perfil de generacion de empuje mas alejado del buje y una zona de transicion entre la zona de ralz y la zona de plano aerodinamico. La zona de plano aerodinamico tiene una forma de contorno ideal o casi ideal perfilado con relacion a la generacion de empuje, mientras que la zona de ralz tiene sustancialmente una seccion transversal circular, lo que reduce las cargas de tormenta y hace facil y seguro montar la pala de turbina eolica en el buje. El diametro de la zona de ralz puede ser ventajosamente constante a lo largo de toda la zona de ralz. Debido a la seccion transversal circular, la zona de ralz no contribuye a la produccion de energla de la turbina eolica y, de hecho, la disminuye un poco debido al roce. Tal como es sugerido por el nombre, la zona de transicion tiene una forma que cambia gradualmente desde la forma circular de la zona de ralz al perfil de plano aerodinamico de la zona de plano aerodinamico. Tlpicamente, el ancho de la pala de turbina eolica en la zona de transicion se incrementa sustancialmente en forma lineal con el incremento de la distancia desde el buje.

Cuando la pala de turbina eolica es impactada por un flujo de aire incidente, el contorno perfilado genera un empuje. Cuando la pala de turbina eolica es montada sobre una turbina eolica, el buje de la turbina eolica comienza a girar debido al empuje. Por flujo incidente se quiere indicar las condiciones del flujo de entrada en una seccion de contorno perfilado durante el uso normal de la pala de turbina eolica, es decir el giro de un rotor de turbina eolica. Por ello, el flujo entrante es el flujo de entrada formado por la resultante de la velocidad del viento axial y el componente de giro, tal como se ve por la seccion local del contorno perfilado.

Dado que por ejemplo las palas de turbina eolica para turbinas eolicas se han ido haciendo cada vez mas grandes en el transcurso del tiempo y pueden ser ahora de mas de 60 m de larga, se ha incrementado la demanda de un rendimiento aerodinamico optimizado. Las palas de turbina eolica se disenan para tener una vida util operativa de al menos 20 anos. Por lo tanto, incluso pequenos cambios en el rendimiento global de la pala de turbina eolica pueden acumularse a lo largo de la vida util de la pala de turbina eolica hasta un alto incremento en los beneficios financieros, que sobrepase los costes de fabricacion adicionales relativos a dichos cambios.

Dado que los requisitos para la efectividad de una turbina eolica han aumentado, existe una necesidad de aumentar la efectividad o rendimiento de las palas de turbina eolica o de las palas de turbina eolica.

El tamano de la cuerda es de importancia para el rendimiento de una pala de turbina eolica y en particular para el rendimiento de la pala con diferentes velocidades de viento. Una pala que tenga una longitud de cuerda puede, para un perfil relativo, comportarse optimamente con un angulo de ataque a una relacion de velocidad de punta dada, con otra longitud de cuerda puede comportarse optimamente con otro angulo de ataque a tambien otra relacion de velocidad de punta dada. Esto se intenta superar, al menos parcialmente, mediante el cambio de paso y adaptando en otra forma las propiedades aerodinamicas de las palas.

El documento WO 2007/045940 divulga una pala que tiene una geometrla variable mediante la variacion de la forma del lado de presion de la pala.

El documento WO 2009/061478 divulga una pala provista con una disposicion de accionamiento de la transformacion para la variacion de la forma del perfil de pala.

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El documento WO 02/051730 divulga una pala de turbina eolica en la que la longitud de cuerda de la pala puede variarse alrededor del apoyo de la pala mediante la deformacion de una parte de la superfine de la pala.

El documento DE19719221 divulga una pala que tiene una geometrla variable mediante la variation de la forma del lado de presion de la pala.

Es un objeto de la invention obtener una nueva pala de turbina eolica, que supere o mejore al menos una de las desventajas de la tecnica anterior, o que proporcione una alternativa util.

De acuerdo con un primer aspecto, en invencion proporciona una pala de turbina eolica de acuerdo con la clase anteriormente mencionada, en la que el punto del lado de suction es movil con relation al punto del lado de presion, y que la pala esta provista adicionalmente con un dispositivo de desplazamiento configurado para desplazar el punto del lado de presion y el punto del lado de succion de modo que pueda variarse una distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado del presion.

En una realization, el punto del lado de succion y el punto del lado de presion tienen un punto de intersection. Esto proporciona la posibilidad de adaptar las propiedades aerodinamicas de la pala de turbina eolica mediante el cambio activamente de la longitud de la cuerda o curvatura de la pala de turbina eolica. Preferentemente, el dispositivo de desplazamiento puede variarse entre dos posiciones extremas, concretamente entre la position en la que la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion es mas pequena y la posicion en la que la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion es la mayor. Preferentemente, el dispositivo de desplazamiento es capaz de detenerse en cualquier posicion entre las dos posiciones extremas de modo que la cuerda o empuje de la section particular puede variarse con precision.

El dispositivo de desplazamiento proporciona la posibilidad de adaptar activamente las propiedades aerodinamicas de la turbina eolica. La adaptation de la pala de turbina eolica puede permitir el control del empuje de la pala de turbina eolica. Esto permite adicionalmente el control de las cargas sobre la pala de turbina eolica que surgen de las condiciones del flujo de entrada. Si se controla activamente, puede usarse para asegurar que la operation de la pala de turbina eolica puede controlarse en condiciones de viento crecientes en comparacion con palas de turbina eolica que no tengan esta caracterlstica. Por ello, el dispositivo de desplazamiento puede usarse por ejemplo para disminuir el empuje en comparacion con un empuje base en un punto de diseno de la pala. De ese modo, puede ser posible por ejemplo disminuir el empuje de una seccion cerca de la punta de la pala, por lo que pueden usarse palas mas largas, y/o la pala puede usarse con velocidades de viento mas altas.

El dispositivo de desplazamiento puede variar tambien la cuerda o longitud de cuerda de la pala de turbina eolica. La longitud de cuerda puede variarse mediante un dispositivo flsico pero en algunas realizaciones la cuerda adaptada puede considerarse virtual, por ejemplo, en una realizacion en la que la forma de la pala se cambia entre un perfil con un borde de salida sustancialmente puntual a una forma truncada del borde de salida, la longitud de cuerda virtual se entiende que es la distancia entre el borde de ataque y el punto en donde se unen las corrientes de aire por detras del borde de salida.

De acuerdo con la invencion, el dispositivo de desplazamiento esta adaptado para variar la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion entre un primer estado, cerrado, en donde el punto del lado de succion y el punto del lado de presion estan conectados, y un segundo estado, abierto, en donde el punto del lado de succion y el punto del lado de presion estan separados. Por ello, la seccion de la pala puede variarse entre un perfil de plano aerodinamico normal y un perfil truncado o perfil de parte posterior plana, en donde el lado de succion y lado de presion de la pala por as! decir se mueven separandose. Los perfiles de parte posterior plana funcionan mejor con un perfil relativamente grueso. Por lo tanto, de acuerdo con una realizacion ventajosa, el perfil tiene un perfil relativamente grueso, es decir la relacion entre el grosor maximo y la longitud de la cuerda del perfil es relativamente alta. Esto tambien tiene ventajas con respecto a la rigidez o resistencia de la pala, dado que un perfil grueso es mas rlgido o mas fuerte que un perfil delgado.

En una realizacion, el dispositivo de desplazamiento es un dispositivo con forma de cuna que es movil en una direction sustancialmente paralela a la cuerda de modo que la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion se incremente cuando el dispositivo con forma de cuna se mueve en una direccion de separation del borde de ataque y se disminuye cuando el dispositivo con forma de cuna se mueve en una direccion hacia el borde de ataque.

El dispositivo con forma de cuna puede ser por ejemplo de forma triangular, tal como un triangulo isosceles, con un punto de vertice que mira hacia afuera desde el borde de ataque. De ese modo, cuando el dispositivo se mueve separandose del borde de ataque, un lado del dispositivo formara parte del lado de presion de la pala, y otro lado del dispositivo formara parte del lado de succion de la pala. Obviamente, se contemplan tambien otras formas utilizables para el dispositivo de desplazamiento, tal como una forma de rombo.

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En una realizacion, el dispositivo de desplazamiento comprende una membrana flexible que define un volumen interior que puede expandirse en volumen admitiendo un fluido al volumen interior. El fluido puede proporcionarse desde un deposito de fluido.

En una realizacion, el fluido es un gas y/o llquido. En una realizacion, el fluido es agua, aceite, aire presurizado o un gas inerte. Se prefiere que el fluido no plantee riesgos, es decir que no pueda encenderse y/o explotar.

En una realizacion, el dispositivo de desplazamiento comprende barras moviles, en el que las barras se conectan al lado de succion y al lado de presion, respectivamente, de modo que un cambio en la longitud de una barra se traduce en un cambio en una posicion relativa entre el punto del lado de succion y/o el punto del lado de presion. Las barras pueden operarse mediante hidraulica, neumatica o mecanicamente, por ejemplo a traves de barras roscadas, patillas telescopicas o similares.

En una realizacion, la pala de turbina eolica comprende adicionalmente un sensor de flujo configurado para determinar las condiciones de flujo en o frente al viento de la pala de turbina eolica. El sensor de flujo puede instalarse tambien sobre la turbina eolica en si, por ejemplo un LIDAR. Ventajosamente, la pala de turbina eolica puede comprender adicionalmente una unidad de control configurada para controlar la operacion del dispositivo de desplazamiento en respuesta a informacion sobre las condiciones del viento desde el sensor de flujo y/o una fuente externa que proporcione informacion en relacion con las condiciones del viento en la pala de la turbina eolica. Esto puede permitir a la pala ser operada optimamente en condiciones de viento y/o flujo cambiantes. En otra realizacion, se usa un sensor de carga, por ejemplo para medir los momentos de flexion. Las mediciones desde un sensor de ese tipo pueden usarse tambien para el control de los medios de desplazamiento. De nuevo, el sensor puede adaptarse para medir otros parametros operacionales de la pala de turbina eolica o una turbina eolica provista con dicha pala de turbina eolica, y los medios de desplazamiento controlarse dependiendo de la medicion.

En una realizacion, la pala de turbina eolica en la direccion radial se divide en una zona de ralz con un perfil sustancialmente circular o ellptico mas proximo a un extremo de ralz de la pala (o de modo equivalente al buje), una zona de plano aerodinamico con un perfil de generacion de empuje mas proximo a un extremo de punta de la pala (o de modo equivalente mas alejado desde el buje), y preferentemente una zona de transicion entre la zona de ralz y la zona de plano aerodinamico, teniendo la zona de transicion un perfil que cambia gradualmente en la direccion radial desde el perfil circular o ellptico de la zona de ralz al perfil de generacion de empuje de la zona de plano aerodinamico, y estando localizado el dispositivo de desplazamiento en la zona del plano aerodinamico. En otra realizacion, el dispositivo de desplazamiento se localiza tambien en la zona de transicion.

Obviamente, el dispositivo de desplazamiento puede comprender una pluralidad de dispositivos de desplazamiento individuales. De ese modo, es posible cambiar la longitud de cuerda y/o el empuje de partes longitudinales individuales de la pala. Por ello, es posible por ejemplo disminuir el empuje de una parte de fuera o exterior de la pala para minimizar la carga y ser capaz de usar la pala de turbina eolica con velocidades de viento mas altas. Si la velocidad del viento se incrementa incluso adicionalmente, puede reducirse el empuje de mas y mas secciones exteriores, por ejemplo secuencialmente desde un dispositivo de desplazamiento proximo a la punta hacia un dispositivo de desplazamiento mas proximo a la ralz.

De acuerdo con una realizacion ventajosa, el dispositivo de desplazamiento se adopta para variar el empuje de la seccion transversal en al menos el 20 %, ventajosamente al menos el 30 %, y mas ventajosamente al menos el 40 %.

Ventajosamente, la pala comprende una pluralidad de dispositivos de desplazamiento localizados en secciones longitudinales separadas de la pala, siendo controlables por separado los dispositivos de desplazamiento.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion proporciona una turbina eolica que comprende: una torre que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto, conectando el segundo extremo la torre a tierra o a una cimentacion, una gondola dispuesta en el primer extremo de la torre y que tiene un arbol de rotor sustancialmente horizontal, un buje conectado al arbol de rotor, y un numero, preferentemente dos o tres, de palas de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriormente mencionadas que se extienden en una direccion sustancialmente radial desde el buje.

En una realizacion, la turbina eolica o la pala de turbina eolica comprende adicionalmente un sensor para la medicion de las condiciones operacionales, y un dispositivo de control para el control del dispositivo de desplazamiento en respuesta a las mediciones desde el sensor. El sensor puede ser por ejemplo un sensor de flujo configurado para determinar las condiciones del flujo de entrada en la turbina eolica y/o la pala de turbina eolica, un dispositivo de control configurado para recibir informacion desde el sensor de flujo y/o un dispositivo externo que proporciona informacion de la condicion del flujo, operando el dispositivo de control los dispositivos de desplazamiento en respuesta a la informacion de la condicion del flujo. Esto puede permitir que la pala sea operada de modo optimo en condiciones de viento y/o flujo cambiantes. Sin embargo, el sensor puede ser tambien un sensor

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de carga configurado para determinar las condiciones de carga en la pala de turbina eolica, un sensor de giro configurado para determinar la relacion de velocidad de punta de la pala de turbina eolica, un acelerometro configurado para determinar la aceleracion de la pala de turbina eolica, un sensor configurado para determinar la fuerza centrlfuga en la pala de turbina eolica, o similares.

De acuerdo con un tercer aspecto, la invencion proporciona un metodo para el control de una turbina eolica que comprende una pala de turbina eolica de acuerdo con la clase anteriormente mencionada, en el que el metodo comprende la etapa de: a) controlar el dispositivo de desplazamiento de modo que varle la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion de modo que varle el empuje de una seccion longitudinal de la pala que comprende el dispositivo de desplazamiento. Ventajosamente el metodo comprende la etapa de: b) determinar la condicion operacional de la turbina eolica, tal como las propiedades del flujo de entrada o condiciones de carga y llevar a cabo la etapa a) dependiendo de la condicion operacional.

Se describira con mas detalle la presente invencion, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la Fig. 1 es una ilustracion esquematica de una turbina eolica,

la Fig. 2 es una ilustracion esquematica de una pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion,

la Fig. 3 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una pala de turbina eolica,

la Fig. 4 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con un dispositivo de desplazamiento en un primer estado,

la Fig. 5 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con un dispositivo de desplazamiento en un segundo estado,

la Fig. 6 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica,

la Fig. 7 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con una segunda realizacion de un dispositivo de desplazamiento,

la Fig. 8 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con una segunda realizacion de un dispositivo de desplazamiento,

la Fig. 9 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con una segunda realizacion de un dispositivo de desplazamiento,

la Fig. 10 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con una segunda realizacion de un dispositivo de desplazamiento en un segundo estado,

la Fig. 11 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una realizacion de una pala de turbina eolica con una segunda realizacion de un dispositivo de desplazamiento, y

la Fig. 12 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal de una pala de turbina eolica con una tercera realizacion de un dispositivo de desplazamiento.

La Fig. 1 es una ilustracion esquematica de una turbina eolica contra el viento moderna convencional de acuerdo con el denominado “concepto danes” con una torre 4, una gondola 6 y un rotor con un arbol de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 de turbina eolica que se extienden radialmente desde el buje 8, teniendo cada una, una ralz 16 de pala mas proxima al buje y una punta 14 de pala mas alejada del buje 8.

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil de plano aerodinamico 50 de una pala tlpica de una turbina eolica representada con los diversos parametros que se usan tlpicamente para definir la forma geometrica de un plano aerodinamico. El perfil del plano aerodinamico 50 tiene un lado de presion 52 y un lado de succion 54, que, durante el uso, es decir durante el giro del rotor, se enfrentan normalmente al lado hacia el viento y al lado de sotavento, respectivamente. El plano aerodinamico 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala de turbina eolica. El plano aerodinamico 50 tiene un grosor t, que se define como la distancia entre el lado de presion 52 y el lado de succion 54. El grosor t del plano aerodinamico varla a lo largo de la cuerda 60. La desviacion respecto a un perfil simetrico viene dada por una llnea de curvatura 62, que es una llnea mediana a traves del perfil del plano aerodinamico 50. La llnea mediana puede hallarse mediante el dibujo de los clrculos inscritos desde el borde de ataque 56 al borde de salida 58.La llnea mediana sigue el centro de estos clrculos inscritos, y la desviacion o distancia desde la cuerda 60 se denomina la curvatura f. La simetrla puede definirse tambien por el uso de parametros denominados curvatura superior y

curvatura inferior, que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succion 54 y el lado de presion 52, respectivamente.

La Fig. 2 ilustra una vista esquematica de una primera realizacion de una pala 10 de turbina eolica de acuerdo con la invencion. La pala 10 de turbina eolica tiene la forma de una pala de turbina eolica convencional y comprende una 5 zona de ralz 30 mas proxima al buje, una zona perfilada o de plano aerodinamico 34 mas alejada del buje y una zona de transicion 32 entre la zona de ralz 30 y zona de plano aerodinamico 34. La pala 10 de turbina eolica comprende un borde de ataque 18 que mira hacia la direccion de giro de la pala 10 de turbina eolica, cuando la pala de turbina eolica se monta sobre el buje, y un borde de salida 20 que mira hacia la direccion opuesta al borde de ataque 18.

10 La zona del plano aerodinamico 34 (tambien denominada la zona perfilada) tiene una forma de contorno perfilado ideal o casi ideal con respecto a la generacion de empuje, mientras que la zona de ralz 30 tiene una seccion transversal sustancialmente circular o ellptica debido a consideraciones estructurales, que, por ejemplo, hacen facil y seguro montar la pala 10 de turbina eolica en el buje. Tlpicamente, el diametro (o la cuerda) de la zona de ralz 30 es constante a lo largo de toda el area de ralz 30. La zona de transicion 32 tiene un perfil de transicion 42 que cambia 15 gradualmente desde la forma circular o ellptica 40 de la region de ralz 30 al perfil de plano aerodinamico 50 de la zona de plano aerodinamico 34. Tlpicamente, el ancho de la zona de transicion 32 se incrementa sustancialmente de modo lineal con el incremento de la distancia r desde el buje.

La zona de plano aerodinamico 34 tiene un perfil de plano aerodinamico 50 con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10 de turbina eolica. El ancho de la cuerda disminuye con el 20 incremento de la distancia r desde el buje.

Normalmente, la cuerda de diferentes secciones de la pala de turbina eolica no reposa en un plano comun dado que la pala de la turbina eolica puede estar retorcida y/o curvada (es decir, previamente doblada) proporcionando as! el plano de cuerda con una carrera correspondientemente retorcida y/o curvada. Mas frecuentemente, este es el caso para compensar la velocidad local de la pala de la turbina eolica que depende del radio desde el buje.

25 La pala 10 de turbina eolica de acuerdo con la invencion esta provista con un numero de dispositivos de desplazamiento 35-38 para la variacion de una distancia entre el lado de succion y el lado de presion del borde de salida 20 de la pala 10. Los dispositivos de desplazamiento 35-38 se disponen en secciones longitudinales separadas de la pala y son preferentemente controlables de modo individual, por ejemplo basandose en condiciones operacionales de la turbina eolica o de la pala 10 de turbina eolica. Dichas condiciones operacionales pueden ser 30 mediciones de carga de la pala y/o de la velocidad del viento y pueden detectarse por un sensor dedicado. Los dispositivos de desplazamiento 35-38 pueden adaptarse por ejemplo para disminuir el empuje de la seccion longitudinal correspondiente en comparacion con una condition base de la seccion de la pala 10 de turbina eolica. Si las velocidades del viento o la carga exceden un primer valor de umbral dado, el dispositivo de desplazamiento 35 mas exterior puede activarse para disminuir el empuje de una seccion mas exterior, y si las velocidades del viento o 35 la carga exceden un segundo valor de umbral, el segundo dispositivo de desplazamiento 36 mas exterior puede activarse tambien para disminuir el empuje de la segunda seccion mas exterior, y as! sucesivamente hasta que todos los dispositivos de desplazamiento 35-38 esten activados para disminuir el empuje. De ese modo, es posible disminuir el empuje y carga de la parte mas exterior de la pala, lo que a su vez significa que la pala puede usarse con un intervalo mas amplio de velocidades de viento y que las palas pueden ser mas largas que las palas 40 convencionales. De ese modo, puede incrementarse la production de energla anual de una turbina eolica que use dichas palas en comparacion con turbinas eolicas que usen palas convencionales.

Las Figs. 4-12 ilustran secciones transversales de realizaciones de palas de turbina eolica de acuerdo con la invencion provistas con dispositivos de desplazamiento.

La Fig. 4 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal 64 de un perfil de plano aerodinamico o pala de 45 turbina eolica con una geometrla variable. Puede variarse la forma de un borde de salida 66 del perfil de plano

aerodinamico 64. La pala de turbina eolica ilustrada se configura para un rotor de una turbina eolica que tenga un arbol de rotor sustancialmente horizontal. La pala de turbina eolica comprende un contorno perfilado que comprende un lado de presion 70 y un lado de succion 68 as! como un borde de ataque, no ilustrado aqul, y un borde de salida 66, una cuerda que se extiende entre el borde de ataque y el borde de salida 66, generando el contorno perfilado un 50 empuje cuando es impactado por un flujo de aire incidente. En la seccion transversal de la pala de turbina eolica

perpendicular a la direccion longitudinal de la pala de turbina eolica, se define un punto 80 del lado de succion sobre el lado de succion 68, y se define un punto 82 del lado de presion sobre el lado de presion 70, estando localizados ambos puntos en el borde de salida 66 del perfil de pala 64. En el estado mostrado, el punto 80 del lado de succion y el punto 82 del lado de presion se unen en un punto de interception.

55 Tanto el lado de succion 68 como el lado de presion 70 de la pala de turbina eolica son flexibles en esta realizacion, por lo que puede variarse una distancia entre el punto 80 del lado de succion y el punto del lado de presion. Se dispone un cuerpo con forma de cuna 72 en el interior de la pala de turbina eolica. El cuerpo con forma de cuna 72

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es movil en una direction de separation del borde de ataque del perfil del plano aerodinamico 64 en la direction de la flecha 74 a lo largo de la cuerda el perfil. El cuerpo con forma de cuna 72 puede retraerse tambien a la position de inicio ilustrada en la Fig. 4. El cuerpo con forma de cuna 72 se ilustra en una primera posicion, en donde el lado de presion 70 y el lado de suction 68 estan en contacto. Se usa un actuador 76 para mover el cuerpo con forma de cuna 72 a lo largo de la cuerda del perfil de pala. Cuando se desea una cuerda mas larga, el cuerpo con forma de cuna 72 se mueve fuera del perfil del plano aerodinamico 64, tal como se ilustra en la Fig. 5. El cuerpo con forma de cuna 72 es movil entre la primera posicion y una segunda posicion, tal como se ilustra en la Fig. 5. Adicionalmente el cuerpo con forma de cuna 72 puede asumir una posicion entre las dos posiciones de modo que establezca cualquier longitud de cuerda o curvatura deseadas.

La Fig. 5 ilustra la realization de la Fig. 4, en donde el cuerpo con forma de cuna 72 se extiende ahora desde la abertura definida por el punto 80 del lado de succion en el lado de succion 68 del perfil del plano aerodinamico 64 y el punto 82 del lado de presion en el lado de presion 70 del perfil del plano aerodinamico 64. En la Fig. 5, el cuerpo con forma de cuna 72 esta en una segunda posicion, en la que el lado de presion 70 y el lado de succion 68 ya no estan en contacto y el punto 80 del lado de succion y el punto 82 del lado de presion se desplazan relativamente entre si. De ese modo, se define una distancia entre el punto 80 del lado de succion y el punto 82 del lado de presion.

Cuando el cuerpo con forma de cuna 72 se mueve desde la primera posicion a la segunda posicion, el perfil del plano aerodinamico se transforma de modo que la cuerda global del perfil en la Fig. 5 es mayor que la cuerda global del perfil en la Fig. 4. En el segundo estado, una parte del cuerpo con forma de cuna 72 forma parte del lado de presion del perfil de pala, mientras que otra parte del cuerpo con forma de cuna 72 forma parte del lado de succion del perfil de pala.

Cuando se controla activamente, se concibe que la pala de turbina eolica se comporte mejor que un perfil de plano aerodinamico sin adaptation del perfil de pala. La cuerda aumentada se contempla que incrementa el empuje del perfil del plano aerodinamico. Cuando cae la velocidad del viento, o el angulo de ataque es bajo, la cuerda incrementada mantendra un empuje constante, mientras que cuando aumenta la velocidad del viento, o el angulo de ataque se hace alto, la cuerda reducida mantendra un empuje constante. En esta forma, pueden reducirse las vibraciones, disminuyendo de ese modo los danos por fatiga. Al reducir la cuerda tambien se reducen las cargas extremas.

La Fig. 6 ilustra esquematicamente una realizacion, en la que un cuerpo con forma de cuna 84 hace tope en dos piezas moviles 86 y 88 fijadas al lado de succion 90 y al lado de presion 92, respectivamente. Las piezas 86 y 88 se articulan al lado de presion 92 y al lado de succion 90, respectivamente. En otras realizaciones, las piezas 86 y 88 pueden conectarse al lado de succion 90 y al lado de presion 92, respectivamente, en otras formas ventajosas.

La Fig. 7 es una ilustracion esquematica de una realizacion, en donde un perfil de plano aerodinamico 98 comprende un dispositivo 100 de desplazamiento en la forma de un dispositivo expandible. La Fig. 7 ilustra el dispositivo 100 en un estado expandido. Las dos piezas 102 y 104 se conectan articuladamente al lado de succion 106 y al lado de presion 108, respectivamente. El dispositivo 100 de desplazamiento puede expandirse y/o contraerse para adaptar el perfil del plano aerodinamico 98. Preferentemente, el tamano del dispositivo 100 puede cambiar gradualmente. El dispositivo de 100 se conecta a traves de un conducto 110 a una fuente de presion, no ilustrada.

La Fig. 8 ilustra esquematicamente una realizacion, en donde un perfil del plano aerodinamico 98 comprende un dispositivo 100 de desplazamiento en la forma de un dispositivo expandible, similar al de la Fig. 7. En esta realizacion, se proporciona una membrana 112 flexible en el borde de salida del perfil del plano aerodinamico 98. Es posible tambien omitir la lamina flexible de modo que se forme un borde de salida truncado abierto.

La Fig. 9 ilustra esquematicamente un estado, en donde el dispositivo 100 se colapsa, y las piezas 102 y 104 estan en contacto.

La Fig. 10 es una ilustracion esquematica de un perfil de plano aerodinamico 98 y un dispositivo 100 de desplazamiento que es un dispositivo expandible. El dispositivo 100 de desplazamiento esta en contacto directo con el lado de presion 108 y el lado de succion 106. Una pieza grande del lado de presion 108 y del lado de succion 106 se mueven o desplazan por el dispositivo 100 de desplazamiento. Se proporciona una membrana 112 flexible en el borde de salida del perfil de pala. La membrana 112 flexible sella el interior del perfil del plano aerodinamico, lo que se contempla para reducir la turbulencia y reducir la recogida de agua y/o suciedad en la pala. Es posible tambien omitir la membrana flexible de modo que se forme un borde de salida truncado abierto. El dispositivo 100 de desplazamiento se ilustra en un estado expandido en donde se establece un perfil truncado o perfil de parte posterior plana que tiene una longitud de cuerda virtual. Las llneas de puntos 111A y 111B ilustran el aire que fluye en el lado de presion y lado de succion, respectivamente. Los dos flujos de aire se unen en un punto a una distancia del borde de salida de la pala de turbina eolica.

La Fig. 11 es una ilustracion esquematica de un perfil de plano aerodinamico 98 de la Fig. 10 en un segundo estado, en donde el dispositivo 10 de desplazamiento no desplaza ninguna pieza del lado de presion 108 y del lado de succion 106, respectivamente. Los dos flujos de aire 111A y 111B se unen en un punto muy proximo al borde de salida de la pala de turbina eolica.

5 La Fig. 12 es una ilustracion esquematica de un perfil de plano aerodinamico 98 con un dispositivo 100 de desplazamiento que comprende dos barras 114 y 116. Las barras 114 y 116 pueden expandirse o retraerse. El cambio de longitud de las barras 114 y 116 manipula la posicion de las piezas 102 y 104, respectivamente. Las barras pueden operarse por ejemplo neumatica o hidraulicamente. Las barras tambien pueden disponerse sustancialmente de forma perpendicular a la cuerda de modo que las barras pueden empujar para separarse, 10 alternativamente tirar una hacia otra, sobre el lado de presion y el lado de succion. En una realizacion ventajosa, se omiten las piezas articuladas 102, 104 de modo que las barras se instalan entre un lado de presion y en un lado de succion, flexibles, similares a las realizaciones mostradas en las Figs. 4 y 10.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Una pala (10) de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica (2) que tiene un arbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo la pala:

un contorno perfilado que comprende un lado de presion (70; 92; 108) y un lado de succion (68; 90; 106) as! como un borde de ataque y un borde de salida, extendiendose una cuerda entre el borde de ataque (18) y el borde de salida (20; 66), generando el contorno perfilado un empuje cuando es impactado por un flujo de aire incidente,

siendo definido en una seccion transversal de la pala de turbina eolica perpendicular a una direccion longitudinal de la pala de turbina eolica, un punto (80) de un lado de succion sobre el lado de succion (68; 90; 106) en el borde de salida (20; 66) de la pala (10), y siendo definido un punto (82) del lado de presion sobre el lado de presion (70; 92; 108) en el borde de salida (20; 66) de la pala (10), en el que el punto (80) del lado de succion es movil con relacion al punto (82) del lado de presion, y por que la pala (10) se proporciona adicionalmente con un dispositivo de desplazamiento (72; 84; 100; 114; 116) configurado para desplazar el punto (82) del lado de presion y el punto (80) del lado de succion de modo que pueda variarse una distancia entre el punto (80) del lado de succion y el punto (82) del lado del presion, entre un primer estado, cerrado, en donde el punto (80) del lado de succion y el punto (82) del lado de presion estan conectados y un segundo estado, abierto, en donde el punto (80) del lado de succion y el punto (82) del lado de presion estan separados mediante el dispositivo (72; 84; 100; 114; 116) de desplazamiento, y en el que una longitud de cuerda de la seccion transversal en el segundo estado es mayor que en el primer estado.
2. La pala (10) de turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el dispositivo de desplazamiento comprende un dispositivo (72; 84) con forma de cuna que es movil a lo largo de la cuerda de modo que la distancia entre el punto (80) del lado de succion y el punto (82) del lado de presion se incrementa cuando el dispositivo (72; 84) con forma de cuna se mueve en una direccion de separacion del borde de ataque (18) y disminuye cuando el dispositivo (72; 84) con forma de cuna se mueve en una direccion hacia el borde de ataque (18).
3. Una pala (10) de turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el dispositivo de desplazamiento comprende una membrana (100) flexible que define un volumen interior que puede expandirse en volumen admitiendo un fluido en el volumen interior.
4. Una pala de turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 3, en la que el fluido es un gas, tal como un gas inerte, y/o llquido, tal como agua o aceite.
5. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que el dispositivo de desplazamiento comprende barras (114, 116) moviles, en el que las barras (114, 116) se conectan al lado de succion y al lado de presion, respectivamente, de modo que un cambio en la longitud de una barra se traduce en un cambio en una posicion relativa entre el punto (80) del lado de succion y/o el punto (82) del lado de presion.
6. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende adicionalmente un sensor de flujo configurado para determinar las condiciones de flujo de entrada en la pala de turbina eolica o en una direccion contra el viento de la pala de turbina eolica.
7. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente una unidad de control configurada para controlar la operation del dispositivo de desplazamiento en respuesta a information sobre las condiciones del flujo de entrada desde el sensor de flujo y/o una fuente externa que proporcione informacion en relacion a las condiciones del viento y/o del flujo en la pala de la turbina eolica.
8. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que la pala de turbina eolica se divide en la direccion radial en una zona de ralz (30) con un perfil (40) sustancialmente circular o ellptico mas proximo a un extremo de ralz de la pala (10), una zona de plano aerodinamico (34) con un perfil (50) de generation de empuje mas proximo a un extremo de punta de la pala (10), y preferentemente una zona de transition (32) entre la zona de ralz y la zona de plano aerodinamico, teniendo la zona de transicion un perfil (42) que cambia gradualmente en la direccion radial desde el perfil (40) circular o ellptico de la zona de ralz (30) al perfil (50) de generacion de empuje de la zona de plano aerodinamico (34), y estando localizado el dispositivo de desplazamiento (72; 84; 100; 114; 116) en la zona del plano aerodinamico (34).
9. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el dispositivo de desplazamiento se adopta para variar el empuje de la seccion transversal en al menos el 20 %, ventajosamente al menos el 30 %, y mas ventajosamente al menos el 40 %.
10. Una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la pala comprende una pluralidad de dispositivos de desplazamiento (35-38) localizados en secciones longitudinales

5

10

15

20

25

30

separadas de la pala, siendo controlables por separado los dispositivos de desplazamiento (35-38).
11. Una turbina eolica (2) que comprende:

- una torre (4) que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto, conectando el segundo extremo la torre a tierra o a una cimentacion,

- una gondola (6) dispuesta en el primer extremo de la torre (4) y que tiene un arbol de rotor sustancialmente horizontal, un buje (8) conectado al arbol de rotor, y

- un numero, preferentemente dos o tres, de palas (10) de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se extienden en una direccion sustancialmente radial desde el buje (8).
12. Una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 11, en la que la turbina eolica o la pala de turbina eolica comprende un sensor para la medicion de las condiciones operacionales, y un dispositivo de control para el control del dispositivo de desplazamiento en respuesta a las mediciones desde el sensor.
13. Un metodo de control de una turbina eolica que comprende una pala de turbina eolica, en el que la pala comprende:

un contorno perfilado que comprende un lado de presion y un lado de succion as! como un borde de ataque y un borde de salida, extendiendose una cuerda entre el borde de ataque y el borde de salida, generando el contorno perfilado un empuje cuando es impactado por un flujo de aire incidente,

siendo definido, en una seccion transversal de la pala de turbina eolica perpendicular a una direccion longitudinal de la pala de turbina eolica, un punto de un lado de succion sobre el lado de succion en el borde de salida de la pala, y siendo definido un punto del lado de presion sobre el lado de presion en el borde de salida de la pala, caracterizado por que el punto del lado de succion es movil con relacion al punto del lado de presion, y por que la pala se proporciona adicionalmente con un dispositivo de desplazamiento configurado para desplazar el punto del lado de presion y el punto del lado de succion de modo que pueda variarse una distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado del presion, en el que el metodo comprende la etapa de:

a) controlar el dispositivo de desplazamiento de modo que varle la distancia entre el punto del lado de succion y el punto del lado de presion de modo que varle el empuje de una seccion longitudinal de la pala que comprende el dispositivo de desplazamiento entre un primer estado, cerrado, en donde el punto del lado de succion y el punto del lado de presion estan conectados, y un segundo estado, abierto, en donde el punto del lado de succion y el punto del lado de presion estan separados por el dispositivo de desplazamiento, de modo que una longitud de cuerda de la seccion transversal en el segundo estado es mayor que en el primer estado.
14. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que el metodo comprende adicionalmente la etapa de:

b) determinar la condicion operacional de la turbina eolica, tal como las propiedades del flujo de entrada o condiciones de carga y llevar a cabo la etapa a) dependiendo de la condicion operacional.