ES2950036T3 - Pala de rotor con medios de reducción de ruido - Google Patents

Abstract

La invención describe una pala de rotor (2) con un borde de ataque (23) y un borde de salida (24), en la que la pala de rotor (2) está diseñada y configurada para estar expuesta a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde de ataque (23).) al borde de salida (24), - la pala de rotor (2) comprende al menos tres sensores (31) diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas, en donde los sensores (31) están dispuestos con un espaciado uniforme, y - la pala de rotor (2) comprende además al menos un actuador (32) para producir una señal anti-ruido (36) basada en una señal de sensor, - los sensores (31) y el actuador (32) están dispuestos en la superficie de la pala del rotor (2), y el actuador (32) está dispuesto y preparado de manera que el ruido de borde (35) inducido por el flujo de la pala del rotor (2), que es generado por el fluido,se cancela al menos parcialmente mediante la señal antiruido (36). La invención describe además un método para crear dicha pala de rotor y una turbina eólica relacionada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Pala de rotor con medios de reducción de ruido

La presente invención se refiere a una pala de rotor con medios de reducción de ruido, especialmente para una turbina eólica. La pala de rotor está diseñada y configurada para exponerse a un fluido, p. ej., aire, en donde la invención minimiza el ruido de borde inducido por el flujo de la pala de rotor. La invención se refiere además a una turbina eólica con al menos una pala de rotor de este tipo.

Cuando una pala de rotor con un borde delantero y un borde de salida se expone a un fluido, tal como aire, que fluye sustancialmente desde el borde delantero hasta el borde de salida de la pala de rotor, se genera de forma típica ruido en los bordes de la pala de rotor, p. ej., debido a remolinos. La intensidad del ruido y la frecuencia del ruido depende de muchos parámetros, tales como las propiedades del fluido y las propiedades del borde, a saber, el tamaño del borde y la forma del borde, p. ej., si es redondeado o afilado.

El ruido del borde delantero emitido desde una pala de turbina eólica es el mecanismo dominante de generación de ruido para turbinas eólicas modernas a escala industrial. Un esfuerzo y dinero significativos han sido invertidos en tecnologías de reducción de ruido, p. ej., incluyendo indentaciones utilizadas actualmente en nuevas turbinas en tierra. El ruido de las turbinas eólicas a menudo dicta las regiones en las que se pueden montar las máquinas, o de manera correspondiente, dicta la manera en que se puede operar la máquina. A menudo, las turbinas eólicas se ejecutan en modos operativos de menor velocidad, sacrificando la salida de potencia para la reducción de ruido. Por lo tanto, la emisión de ruido de una turbina afecta directamente de manera negativa a su viabilidad económica cuando existen estas condiciones.

Como este problema se conoce desde hace varios años, se han propuesto diversos enfoques para reducir el ruido de borde inducido por el flujo de una pala de rotor. Estos enfoques incluyen la forma y el diseño del perfil aerodinámico. En este contexto, particularmente la forma y el diseño del borde de salida de la pala de rotor es de suma importancia. Complementos aerodinámicos pueden añadirse o incluirse en la pala de rotor para minimizar el ruido del borde inducido por el flujo de la pala de rotor. Complementos bien conocidos para reducción de ruido son indentaciones tales como un panel serrado que está montado en el lado de presión o en el lado de succión de la pala de rotor cerca del borde de salida. Sin embargo, el ruido de borde inducido por flujo aún existente y aún generado podría seguir siendo considerable.

Últimamente, se ha lanzado un proyecto de desarrollo de tecnología para desarrollar un sistema de cancelación de ruido activo para el ruido del borde de salida de la turbina eólica. La solicitud de patente EP 3249216 A1 describe un sistema que usa presiones de superficie no estacionarias medidas en la pala de una turbina eólica para alimentar un controlador antirruido que genera una señal acústica invertida, anulando el ruido del borde de salida en el campo lejano. Sin embargo, las soluciones activas están en etapas tempranas de desarrollo. Los documentos US 2009/097976 y ES2327696 son otros ejemplos de palas de rotor de turbina eólica que comprenden medios de cancelación de ruido.

Es un objeto de la presente invención mejorar los sistemas, dispositivos y métodos conocidos para facilitar una mejora con respecto a la reducción de ruido con respecto a las palas de rotor (con medios activos).

Este objeto se logra mediante una pala de rotor según la reivindicación 1, un método según la reivindicación 12 y una turbina eólica según la reivindicación 13.

Una pala de rotor de acuerdo con la invención tiene un borde delantero y un borde de salida y está diseñado y configurado para exponerse a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero hasta el borde de salida de la pala de rotor. Por ejemplo, la pala de rotor es una pala de rotor de una turbina eólica. La pala de rotor comprende al menos tres sensores diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas, en donde los sensores están dispuestos en la superficie de la pala de rotor en una línea con una separación no uniforme a los sensores adyacentes y la pala de rotor comprende además al menos un accionador para producir una señal antirruido basada en una señal de sensor. Los sensores y el accionador están dispuestos en la superficie de la pala de rotor y el accionador está dispuesto y preparado de manera que el ruido de borde inducido por el flujo de la pala de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido.

Una pala de rotor típicamente comprende una raíz (conectada con el eje del rotor) y una punta. En acción, se mueve en una dirección predefinida, en donde el borde que apunta en la dirección de movimiento es el borde delantero y el borde opuesto es el borde de salida. Dado que se forma una pala de rotor que produce una diferencia de presión entre sus dos superficies, la pala de rotor comprende un lado de presión y un lado de succión. La pala de rotor se caracteriza por una envergadura, que es una línea recta que sobresale alejándose de la raíz en dirección de la punta y una cuerda que apunta desde el borde delantero hasta el borde de salida orientado perpendicular a la envergadura.

La pala de rotor comprende al menos tres sensores, preferiblemente al menos 5, 7 o más sensores, para detectar características de flujo del fluido. Los sensores producen señales de sensor basadas en la característica de flujo detectada. Estas señales de sensor son preferiblemente valores de presión o señales de presión, sin embargo, también (o en su lugar) pueden contener información acerca de la dirección y/o de la velocidad de flujo.

La disposición de sensores (y accionadores) puede denominarse grupo. Se prefiere que cada grupo de sensores corresponda con el accionador o una pluralidad de accionadores (que también son miembros del grupo). Se prefiere disponer agrupaciones de sensores (p. ej., en el sentido de la envergadura) de aproximadamente 0,5 m-2 m de longitud, cada grupo correspondiente a un accionador o una distribución (p. ej., en el sentido de la cuerda) de accionadores para cancelar la emisión de ruido de la sección. Por lo tanto, se prefiere que un grupo de sensores cubra al menos 0,3 m de la envergadura de una pala de rotor, preferiblemente al menos 1 m, particularmente preferiblemente al menos 2 m. Las secciones de grupos pueden solaparse, sin embargo, se prefiere que cada grupo cubra una sección individual, en donde las secciones no se solapan.

Los al menos tres sensores están dispuestos con una separación no uniforme (preferiblemente al menos en dirección lateral en la superficie). Esto significa que aunque los sensores pueden estar todos dispuestos en plano con la superficie o sobresalir de manera similar desde o hacia la superficie de la pala de rotor, al menos la distancia lateral de los sensores adyacentes no debe ser uniforme. Los sensores están dispuestos en una línea (con separación no uniforme a sensores adyacentes). También se prefiere una realización donde los sensores estén dispuestos en una rejilla en la superficie de la pala de rotor (en el sentido de la envergadura y en el sentido de la cuerda), lo que tiene la ventaja de que se puede medir un intervalo de frecuencias diferente y/o más amplio. Se prefiere especialmente que todas las distancias entre sensores adyacentes tengan valores diferentes, de manera que incluso no existan disposiciones periódicas.

Cabe señalar que la reducción o eliminación del ruido se logra mediante el uso de antirruido. Dado que el ruido de borde inducido por el flujo es típicamente una fuente de ruido de banda ancha, causada por un flujo turbulento, es aleatoria. Por lo tanto, las fluctuaciones de presión acústica son no deterministas, lo que significa que no pueden predecirse en un sentido temporal sobre la base de las señales acústicas actuales o anteriores, incluso cuando se conocen las propiedades estadísticas. Según la presente invención, la separación no uniforme de los sensores se usa para un filtrado espacial eficiente. La separación no uniforme evita la redundancia, ofreciendo tanta información sobre la fuente como sea posible para un número determinado de sensores.

El accionador en la pala de rotor está diseñado para producir una señal antirruido. Podría haber un accionador o dos o más accionadores para cada grupo de sensores. Aunque se prefiere que las señales de dos o más sensores se usen para crear la señal antirruido de un solo accionador, también es posible que la señal de un solo sensor se use para crear la señal de salida de un solo accionador (en este caso al menos tres accionadores). También se prefiere el caso que se utilicen señales de sensores intercalados en que la señal de un sensor (o un grupo de sensores) se use para crear la señal de salida de dos o más accionadores, en donde la señal de salida de al menos uno de estos accionadores se crea con el uso de la señal de otro sensor. Por lo tanto, los al menos tres sensores mencionados anteriormente no necesitan accionar el accionador mencionado anteriormente juntos, sin embargo, la señal antirruido del accionador se ve afectada por la señal de al menos uno de estos sensores. Sin embargo, se prefiere que un grupo de sensores (p. ej., los tres sensores) se use para generar señales para el accionador (especialmente una pluralidad de accionadores), en donde el(los) accionador(es) es/son parte del grupo particular.

Los sensores y el accionador están dispuestos en la superficie de la pala de rotor. Esto significa que se integran o añaden de alguna manera a la pala de rotor en su superficie. Para evitar efectos aerodinámicos desventajosos una opción es sumergir e insertar el sensor y el accionador en la carcasa o parte de superficie de la pala de rotor de manera que estén en contacto con el aire circundante, pero no se peguen y produzcan turbulencias adicionales en la superficie de la pala de rotor.

Debe disponerse un accionador y prepararse de manera que el ruido de borde inducido por el flujo de la pala de rotor, que es generado por el fluido, se cancele al menos parcialmente por la señal antirruido. Dicha disposición se conoce, p. ej., mediante la descripción de la solicitud de patente mencionada anteriormente EP 3249216 A1. Sin embargo, con la separación no uniforme de los sensores, la presente invención representa un refinamiento de la idea de cancelar activamente el ruido. Como se ha mencionado anteriormente, según la invención, es posible que uno de los tres sensores mencionados anteriormente pueda “accionar” el accionador mencionado anteriormente (y los otros dos sensores accionan otros accionadores), se prefiere particularmente que las señales de al menos dos de los sensores juntos (o tres o más sensores) se usen para crear una única señal antirruido que luego se emite por al menos un accionador.

Dado que el ruido puede ser no uniforme a lo largo del borde de salida, se prefiere que cada accionador emita una señal antirruido individual, que se crea cada una a partir de diferentes señales de sensor (es decir, señales de diferentes sensores y/o combinaciones de señales de diferentes grupos de sensores).

Un método de acuerdo con la invención para construir una pala de rotor (de acuerdo con la invención), comprende las siguientes etapas:

- Proporcionar una pala de rotor con un borde delantero y un borde de salida, en donde la pala de rotor está diseñada y configurada para exponerse a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero hasta el borde de salida.

- Proporcionar al menos tres sensores diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas y al menos un accionador diseñado para producir una señal antirruido basada en una señal de sensor.

- Disponer los sensores en la superficie de la pala de rotor en una línea con una separación no uniforme a los sensores adyacentes y disponer el accionador en la superficie de la pala de rotor, en donde el accionador está dispuesto y preparado de manera que el ruido de borde inducido por flujo de la pala de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido.

Una turbina eólica según la invención comprende al menos una pala de rotor de acuerdo con la invención o fabricada con un método de acuerdo con la invención.

Cabe señalar que el término “ accionador” debe entenderse en un sentido amplio, p. ej., como cualquier medio que pueda transformar una señal eléctrica o una señal de presión en un movimiento mecánico, físico. Ejemplos de tal accionador son una membrana o un altavoz o una superficie de transformación de la pala de rotor. Un “accionador” podría incluir cualquier medio que sea adecuado y capaz de producir la señal antirruido deseada que se usa posteriormente para cancelar al menos parcialmente el ruido de borde inducido por flujo.

Asimismo, el “sensor” mencionado también tiene que entenderse en un sentido amplio como cualquier medio que sea capaz de detectar las características de flujo del fluido que pasa por el sensor. El sensor también puede comprender, por ejemplo, una membrana. También puede comprender algún tipo de micrófono. En la forma más simple, el sensor puede ser solo una pequeña abertura en la superficie que detecta la presión de superficie fluctuante inducida por el fluido que pasa por la abertura, de manera que esta presión induce y produce la señal antirruido.

Realizaciones y características particularmente ventajosas de la invención se dan por las reivindicaciones dependientes, como se revela en la siguiente descripción.

Según una pala de rotor preferida, los sensores están dispuestos en una línea a lo largo de la envergadura, preferiblemente a lo largo del borde de salida de la pala de rotor. Los inventores encontraron que una distribución en la envergadura de sensores (es decir, a lo largo de la envergadura de la pala) tiene la ventaja de que los accionadores en una única ubicación en el sentido de la envergadura podrían cancelar el ruido total de una sección extendida en el sentido de la envergadura, en lugar de una región muy estrecha caracterizada por un solo sensor. Por lo tanto, el uso de más de una señal de sensor para crear la señal antirruido de un accionador es especialmente preferido junto con la disposición de los sensores en el sentido de la envergadura.

Según una pala de rotor preferida, un sensor comprende un micrófono (p. ej., un micrófono de superficie) y un accionador comprende un altavoz y está dispuesto y preparado para emitir una señal de sonido con el altavoz. Los micrófonos y los altavoces son bien conocidos y fácilmente disponibles, dispositivos económicos que pueden integrarse o añadirse a una pala de rotor a casi cualquier tamaño de una manera simple y económica, sin afectar el flujo aerodinámico alrededor de la pala.

Según una pala de rotor preferida, un sensor comprende un transductor de presión de superficie y un accionador comprende una membrana y está dispuesto y preparado para inducir una cancelación al menos parcial de presiones de superficie no estacionarias con la membrana. Transductores de presión adecuados son bien conocidos y son bien probados y pueden añadirse o implementarse e incluirse a una pala de rotor sin grandes gastos o cambios en esa pala de rotor.

De acuerdo con una pala de rotor preferida, un sensor se ubica aguas abajo del accionador con respecto a la dirección de flujo del fluido, en donde este accionador usa la señal de este sensor para crear su señal antirruido.

Según una pala de rotor preferida, la señal antirruido del accionador se basa en las señales de sensor de al menos dos de los tres sensores, preferiblemente de tres o más sensores. Se prefiere particularmente que las señales de los sensores se procesen y se usen dentro de una agrupación de sensores y accionadores, es decir, una agrupación de sensores (p. ej., en el sentido de la envergadura) alimenta una agrupación de accionadores (p. ej., en el sentido de la cuerda).

Una pala de rotor preferida comprende además una unidad de control para construir la señal antirruido, dispuesta de manera que el accionador está conectado con al menos uno de los sensores a través de la unidad de control.

Las salidas del sensor de un grupo de sensores (p. ej., sensores de presión inestable, especialmente dispuestos en el sentido de la envergadura) se utilizan para generar una predicción en tiempo real del ruido emitido desde la respectiva sección de pala cubierta por los sensores. La emisión de ruido predicha se basa en modelos físicos que relacionan la presión de superficie inestableen un perfil aerodinámico a su ruido acústico emitido. La relación entre la presión superficial medida y el ruido de campo lejano puede ajustarse además basándose en la experimentación y también puede depender, p. ej., de la geometría del borde de salida o la presencia de indentaciones. Como la emisión de la sección de pala es una función de la ubicación de un observador con respecto a la sección de pala, es decir, la directividad de emisión - las señales antirruido pasadas a accionadores distribuidos en el sentido de la cuerda, p. ej., los altavoces - también deben reflejar esta dependencia de ubicación del observador. Para cancelar más eficazmente el ruido en un amplio intervalo de ubicaciones de observador, el algoritmo de generación de antirruido debería reflejar la directividad de ruido de borde de salida y probablemente se basará en una estrategia de control que minimice los niveles de ruido cuadrático medio sumado en una distribución de ubicaciones de observador con respecto a la sección de pala.

Según una pala de rotor preferida, un número de sensores (de un grupo) está ubicado en el lado de succión y un número de sensores está situado en el lado de presión. Los accionadores que usan las señales de sensor de este grupo de sensores se ubican preferiblemente en el lado de presión y el lado de succión, sin embargo, también pueden disponerse accionadores en uno solo de estos lados.

Por otro lado, se prefiere una realización donde los sensores están dispuestos solo en un solo lado de la pala de rotor, preferiblemente el lado de succión, y los accionadores están dispuestos en ambos lados de la pala de rotor. Con respecto a esta realización, debe observarse que la turbulencia desde un solo lado irradia ruido en ambas direcciones, donde la turbulencia del lado de succión es típicamente más importante. Por lo tanto, es posible medir solo la turbulencia en el lado de succión, sino cancelar su ruido asociado en ambas direcciones (al lado de presión y al lado de succión).

Según una pala de rotor preferida, el accionador y/o una unidad de control están conectados con al menos uno de los sensores a través de medios de conexión, en donde los medios de conexión están diseñados preferiblemente para guiar una señal eléctrica o una señal de presión. En el caso de que los medios de conexión estén diseñados para guiar una señal eléctrica, son preferiblemente cables. Si los medios de conexión están diseñados para guiar la presión, se diseñan preferiblemente como tubos o canales flexibles.

De acuerdo con una pala de rotor preferida, los sensores están dispuestos con una separación cuadrática, exponencial, caótica o logarítmica, o que los sensores están dispuestos de manera no lineal alternada, de manera que a lo largo de la disposición de los sensores hay separaciones largas y cortas alternas, en donde las separaciones son no periódicas. Una separación preferida es logarítmica o exponencial a lo largo de una línea (p. ej., en el sentido de la envergadura), en particular, una separación descrita por x = sgn(-1 n)-A-e(Bn), donde n es el número de sensor, A y B son constantes y x es una coordenada en la dirección del sentido de la envergadura. Preferiblemente, los sensores están dispuestos en dos o más líneas de sensores, especialmente cada línea con su propia forma funcional (distribución de sensores). En otra realización preferida, se prefiere que los sensores estén dispuestos a lo largo de una coordenada y perpendicular a la coordenada x anterior (es decir, en el sentido de la cuerda) en una distribución y = f(x,n) en la superficie de la pala.

En una realización preferida de la invención, la pala de rotor comprende una parte que tiene la forma de un perfil aerodinámico que comprende un lado de presión y un lado de succión, y el lado de presión y el lado de succión están confinados cada uno por el borde de salida y el borde delantero de la pala de rotor. En otras palabras, la pala de rotor preferida es una pala de rotor que produce sustentación que tiene al menos parcialmente la forma de un perfil aerodinámico. Un perfil aerodinámico se caracteriza porque comprende un lado de presión y un lado de succión y es capaz de producir sustentación cuando se expone a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero hasta el borde de salida de la pala de rotor. Como es bien conocido por el experto en la técnica, la superficie exterior de tal pala de rotor con forma de perfil aerodinámico se caracteriza por una parte que se denomina lado de presión y que está confinada en un lado por el borde de salida y en el otro lado por el borde delantero y la parte restante de la superficie se denomina típicamente lado de succión de la pala de rotor.

La pala de rotor está diseñada preferiblemente para ser utilizada para una turbina eólica. Sin embargo, el concepto inventivo no se limita al ruido de borde inducido por el flujo de palas de rotor de una turbina eólica. También se puede aplicar para reducir el ruido de borde inducido por el flujo desde, por ejemplo, alas de aeronaves, palas de helicópteros, ventiladores, etc.

La ventaja de la distribución especial no uniforme de los sensores de acuerdo con la invención, especialmente a lo largo de la dirección del sentido de la envergadura, haría que el rendimiento de la pala del rotor fuese más eficiente. La distribución no uniforme evita una separación redundante y, por lo tanto, mitiga un problema especial de solapamiento. En otras palabras, solo un componente particular del espectro de turbulencia (aquí especialmente el espectro de número de onda debe considerarse) irradia como ruido acústico, y una distribución no uniforme filtra más eficazmente para ese componente.

La consideración del espectro del número de onda mejora la comprensión de este problema. Al igual que una señal de tiempo puede transformarse en el dominio de frecuencia, una distribución espacial aquí puede transformarse en el dominio del número de onda. La teoría de ruido de borde de salida dice que una frecuencia específica de ruido de campo lejano puede atribuirse a un componente de número de onda específico del espectro de número de onda de presión de superficie. Por lo tanto, cualquier distribución de micrófonos es efectivamente un filtro espacial para ese componente del número de onda. La separación especial no uniforme hace que este filtro sea muy eficiente. Por lo tanto, el mayor beneficio en la distribución no uniforme de sensores es la capacidad de actuar como un número de onda o filtro espacial (y no necesariamente debe actuar como cualquier tipo de filtro de frecuencia).

La realización actualmente propuesta de esta invención usa una distribución no uniforme de sensores de presión de superficie inestable (p. ej., micrófonos superficiales) para filtrar eficientemente el contenido espectral turbulento de capa límite para el componente que irradia como ruido acústico. Esto reduce el número de micrófonos superficiales requeridos y reduce así el coste del sistema antirruido.

Debe observarse que el ruido de borde inducido por el flujo, que se ha cancelado al menos parcialmente por la señal antirruido producida por el accionador, se refiere preferiblemente al ruido de borde de salida de la pala de rotor, es decir, al ruido que es ruido de borde inducido por flujo y que se genera en el borde de salida de la pala de rotor. Sin embargo, en principio, la presente invención puede aplicarse también a otras fuentes de ruido de borde inducidas por flujo, tales como, por ejemplo, el borde delantero en el ruido de turbulencia de flujo o el ruido de punta de la pala de rotor.

Otros objetivos y características de la presente invención serán evidentes a partir de las siguientes descripciones detalladas consideradas en conjunto con las figuras adjuntas. Sin embargo, debe entenderse que las figuras están diseñadas únicamente con fines ilustrativos y no como una definición de los límites de la invención.

La figura 1 muestra una pala de rotor típica.

La figura 2 muestra un perfil de la pala de rotor en una determinada posición de la envergadura.

La figura 3 muestra una realización del estado de la técnica que comprende un sensor y un accionador, que están conectados directamente a través de medios de conexión.

La figura 4 muestra una realización de la invención que comprende un número de sensores y un accionador, que están conectados directamente a través de medios de conexión.

La figura 5 muestra un diagrama de bloques del flujo de proceso de un método preferido según la invención.

La figura 6 muestra una realización de una turbina eólica según la invención.

La figura 7 muestra resultados de simulación para una separación uniforme de sensores frente a una distribución de sensores en separación logarítmica.

La figura 8 muestra un ejemplo para una disposición de sensores no uniforme.

En los diagramas, números similares se refieren a objetos similares en todas partes. Los objetos en los diagramas no están necesariamente dibujados a escala.

La figura 1 muestra una pala 2 de rotor. La pala 2 de rotor comprende una raíz 21 y una punta 22, así como un borde delantero 23 y un borde 24 de salida. La figura ilustra una vista superior o vista plana sobre la pala 2 de rotor, concretamente sobre el lado de presión de la pala de rotor. La pala 2 de rotor se caracteriza por una envergadura 25, que es una línea recta que se proyecta lejos de la raíz 21. En el caso de una pala 2 de rotor de una turbina eólica 1 (véase, p. ej., la figura 6), en donde la pala 2 de rotor es rectificable alrededor de un eje de cabeceo. Además, se puede asignar una pluralidad de cuerdas 26 a la pala 2 de rotor. Cada cuerda 26 está orientada perpendicularmente a la envergadura 25. Por lo tanto, para cada posición en el sentido de la envergadura a partir de la raíz 21 en la dirección de la punta 22, se puede definir una cuerda 26. La cuerda 26 que es máxima (es decir, que tiene una longitud o extensión máxima), se denomina como la cuerda máxima 261. El área donde se ubica la cuerda máxima 261 se denomina reborde 262 de la pala 2 de rotor.

Si la pala 2 de rotor se mueve en un fluido, p. ej., aire, el patrón de presión de superficie inestable, que genera el sonido en el borde, puede considerarse que no cambia con el flujo a lo largo de la cuerda 26 de la pala 2 rotor. Obsérvese que, en la práctica, esta convección inalterada se produce hasta un cierto grado. Esto significa que son posibles cambios mínimos del patrón de presión de superficie inestable. Este fenómeno se denomina en la bibliografía como la suposición de “turbulencia congelada” . En la presente invención, este hecho se usa para detectar las presiones de superficie inestables aguas arriba del borde, de modo que se pueda construir y emitir una señal antirruido que cancela el ruido en la antifase en el momento en que los remolinos turbulentos, que son responsables del patrón de presión de superficie inestable y generación de ruido, pasan el borde.

La figura 2 muestra una vista esquemática de un perfil aerodinámico de la pala 2 de rotor. Este perfil aerodinámico o perfil se toma perpendicular a la envergadura 25 de la pala 2 de rotor. En otras palabras, este perfil es una vista en sección transversal en una posición radial específica o posición en el sentido de la envergadura de la pala 2 de rotor. El borde delantero 23 puede verse y describirse como un borde relativamente redondo, por lo que el borde 24 de salida está diseñado de manera relativamente brusca. La línea recta que conecta el borde anterior 23 con el borde 24 de salida se denomina cuerda 26.

Obsérvese que toda la zona desde el borde delantero 23 hasta el diez por ciento de la longitud de cuerda de la cuerda 26 medida desde el borde delantero 23 se denomina sección 231 de borde delantero. Asimismo, el área que está dentro del diez por ciento de longitud de cuerda lejos del borde 24 de salida se denomina sección 241 de borde de salida. Obsérvese que en esta vista esquemática el espesor máximo del perfil aerodinámico que se define como la distancia entre el lado 28 de presión del lado 27 de succión es relativamente grande. Este espesor a menudo se reduce considerablemente hacia la punta 22 de la pala de rotor, al menos en las palas 2 de rotor modernas de las turbinas eólicas 1.

La figura 3 muestra una sección 241 de borde de salida de acuerdo con el estado de la técnica, que comprende un sensor 31, estando un sensor 31 colocado en el lado 27 de succión de la pala 2 de rotor y conectado directamente con un accionador 32. El sensor 31 está situado corriente arriba con respecto al accionador 32 que está dispuesto y colocado en el lado 27 de succión de la pala 2 de rotor.

El sensor 31 está conectado con el accionador 32 a través de unos medios 34 de conexión. El accionador 32 está configurado para producir la señal de antirruido 36 basándose en la entrada que es recibida por el sensor 31. La señal antirruido 36 que es emitida por el accionador 32 se simboliza mediante la flecha discontinua.

La señal antirruido 36 se elige deliberadamente de manera que interfiera de forma destructiva con el ruido 35 que se genera y se emite en el borde 24 de salida de la pala 2 de rotor. Obsérvese que aquí dos direcciones principales del ruido 35 se visualizan por las dos flechas, una que sobresale lejos del borde 24 de salida en la dirección del lado 27 de succión, y se proyecta lejos del borde 24 de salida en la dirección del lado 28 de presión. En la realización ilustrativa de la figura, la señal antirruido 36 cancela principalmente o minimiza el ruido 35 que se emite y genera en el borde 24 de salida en la dirección del lado 27 de succión. Si se desea, se podría añadir un accionador 32 del lado de presión (no mostrado) para eliminar también el ruido 35 emitido al lado 28 de presión. Obsérvese también la capa límite turbulenta que se simboliza por los remolinos 421 del lado de succión y los remolinos 422 del lado de presión. La dirección de flujo general del fluido se simboliza por el signo 41 de referencia.

La figura 4 muestra una realización de la invención que comprende un número de sensores 31 y un accionador 32, que están conectados directamente a través de medios 34 de conexión. Los sensores 31 y el accionador 32 están dispuestos en la superficie de la pala 2 de rotor.

La pala 2 de rotor tiene un borde delantero 23 y un borde 24 de salida y está diseñado y configurado para exponerse a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero 23 hasta el borde 24 de salida.

La pala 2 de rotor comprende aquí tres sensores 31 diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas. Los sensores 31 están dispuestos en la dirección del sentido de la envergadura con una separación no uniforme.

La pala 2 de rotor comprende aquí un accionador 32 para producir una señal antirruido 36 (véase, p. ej., la figura 3) basándose en una señal de sensor de los tres sensores 31. El accionador 32 está conectado con los sensores 31 a través de los medios 34 de conexión. Opcionalmente, podría haber una unidad 33 de control (línea discontinua) entre los sensores 31 y el accionador 32 para crear la señal antirruido de las señales de sensor. El accionador 32 está dispuesto y preparado de tal manera que el ruido 35 de borde inducido por el flujo de la pala 2 de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido 36.

La figura 5 muestra un diagrama de bloques del flujo de proceso de un método preferido según la invención.

En la etapa I, se proporcionan una pala 2 de rotor (véase, p. ej., la figura 1), tres sensores 31 y un accionador 32. Como se ha mencionado anteriormente, los sensores 31 están diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas y el accionador 32 está diseñado para producir una señal antirruido 36 basándose en una señal de sensor.

En la etapa II, los sensores 31 están dispuestos en la superficie de la pala 2 de rotor con una separación no uniforme (véanse las flechas), el accionador 32 está dispuesto en la superficie de la pala 2 de rotor (véase flecha), en donde el accionador 32 está dispuesto y preparado de manera que el ruido 35 de borde inducido por el flujo de la pala 2 de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido 36.

La figura 6 representa una turbina eólica 1 según la invención que tiene tres palas 2 de rotor con configuraciones de sensor de acuerdo con realizaciones de la presente invención (véase, p. ej., la figura 4). Las palas 2 de rotor se conectan a un buje 5 de la turbina eólica 1. El buje 5 está conectado a una góndola 3 que está encima de una torre 4 de turbina eólica.

La figura 7 muestra resultados de simulación para una separación uniforme de sensores frente a una distribución de sensores en separación logarítmica. La cantidad representada es la cuadrática media de las señales de sensor sumadas para cada configuración de sensor cuando se alimentan varias frecuencias espaciales a los sensores simulados. El problema con la separación uniforme se muestra claramente, donde la red de sensores no puede distinguir entre el componente deseado que irradió ruido eficientemente y un componente que no irradia eficientemente el ruido. La separación de sensores logarítmicos suprime este solapamiento.

La figura 8 muestra un ejemplo para una disposición no uniforme de sensores 31 (derecha) en contraste con una disposición uniforme de sensores 31 (izquierda) en el lado 27 de succión de una pala de rotor. Aunque la presente invención se ha descrito en forma de realizaciones preferidas y variaciones sobre las mismas, se entenderá que podrían realizarse numerosas modificaciones y variaciones adicionales a las mismas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

En aras de la claridad, debe entenderse que el uso de “un” o “ una” a lo largo de esta solicitud no excluye una pluralidad, y “que comprende” no excluye otras etapas o elementos. La mención de una “unidad” o un “dispositivo” no excluye el uso de más de una unidad o dispositivo.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Una pala (2) de rotor con un borde delantero (23) y un borde (24) de salida, en donde

- la pala (2) de rotor está diseñada y configurada para exponerse a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero (23) hasta el borde (24) de salida, - la pala (2) de rotor comprende al menos tres sensores (31) diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas, en donde los sensores (31) están dispuestos en una línea con una separación no uniforme a los sensores adyacentes (31), y

- la pala (2) de rotor comprende además al menos un accionador (32) para producir una señal antirruido (36) basada en una señal de sensor,

- los sensores (31) y el accionador (32) están dispuestos en la superficie de la pala (2) de rotor, y - el accionador (32) está dispuesto y preparado de tal manera que el ruido (35) de borde inducido por el flujo de la pala (2) de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido (36).

2. La pala de rotor según la reivindicación 1, en donde los sensores (31) están dispuestos en una línea en el sentido de la envergadura, preferiblemente a lo largo del borde de salida.

3. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un sensor (31) comprende un micrófono y un accionador (32) comprende un altavoz y está dispuesto y preparado para emitir una señal de sonido con el altavoz.

4. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un sensor (31) comprende un transductor de presión de superficie y un accionador (32) comprende una membrana y está dispuesto y preparado para inducir una cancelación al menos parcial de presiones de superficie inestables con la membrana.

5. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un sensor (31) está situado aguas abajo del accionador (32) con respecto a la dirección de flujo del fluido, en donde el accionador (32) usa la señal de este sensor (31) para crear su señal antirruido (36).

6. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal antirruido (36) del accionador (32) se basa en las señales de sensor de al menos dos de los tres sensores (31), preferiblemente de tres o más sensores (31).

7. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una unidad (33) de control para construir la señal antirruido (36), dispuesta de manera que el accionador (32) esté conectado con al menos uno de los sensores (31) a través de la unidad (33) de control.

8. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde un número de sensores (31) se ubica en el lado (27) de succión y el accionador (32) que usa las señales de sensor de este número de sensores (31) se ubica en el lado (28) de presión, o viceversa.

9. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el accionador (32) y/o una unidad (33) de control está conectado con al menos uno de los sensores (31) a través de medios (34) de conexión, en donde los medios de conexión están diseñados preferiblemente para guiar una señal eléctrica o una señal de presión, en donde los medios (34) de conexión son preferiblemente cables o diseñados como tubos o canales flexibles.

10. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los sensores (31) están dispuestos con una separación cuadrática, exponencial, caótica o logarítmica, o que los sensores (31) están dispuestos de manera no lineal alternada de manera que a lo largo de la disposición de los sensores (31) hay separaciones largas y cortas alternas, en donde las son no periódicas.

11. La pala de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una porción que tiene la forma de un perfil aerodinámico, en donde la pala (2) de rotor está diseñada preferiblemente para ser utilizada para una turbina eólica (1).

12. Un método para construir una pala (2) de rotor que comprende las etapas:

- proporcionar una pala (2) de rotor con un borde delantero (23) y un borde (24) de salida, en donde la pala (2) de rotor está diseñada y configurada para exponerse a un fluido que fluye sustancialmente desde el borde delantero (23) hasta el borde (24) de salida,

- proporcionar al menos tres sensores (31) diseñados para detectar características de flujo del fluido y proporcionar señales de sensor respectivas y al menos un accionador (32) diseñado para producir una señal antirruido (36) basada en una señal de sensor,

- disponer los sensores (31) en la superficie de la pala (2) de rotor en una línea con una separación no uniforme a los sensores adyacentes (31), y

- disponer el accionador (32) en la superficie de la pala (2) de rotor, en donde el accionador (32) está dispuesto y preparado de tal manera que el ruido (35) de borde inducido por el flujo de la pala (2) de rotor, que es generado por el fluido, se cancela al menos parcialmente por la señal antirruido (36).

13. Una turbina eólica (1) que comprende al menos una pala (2) de rotor según una de las reivindicaciones 1 a 11 o fabricada con un método según la reivindicación 12.