MX2010005030A - Superficies de control activo para paletas de turbina eolica. - Google Patents

Abstract

Una turbina eólica tiene una paleta de perfil aerodinámico longitudinal que ejerce una fuerza de torsión sobre el generador en respuesta a una corriente de aire de choque. Un arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se dispone a lo largo de un borde de la paleta de perfil aerodinámico por al menos una porción de la dimensión longitudinal de la paleta de perfil aerodinámico. Un arreglo de forma del mecanismo impulsor varía la configuración del borde de perfil aerodinámico flexible y consecuentemente las características aerodinámicas de la paleta de perfil aerodinámico. Un arreglo del mecanismo impulsor aplica fuerzas de impulsión a las superficies flexibles superior e inferior a través de los elementos de impulsión superior e inferior. El borde de perfil aerodinámico flexible se dispone como el borde posterior de la paleta de perfil aerodinámico.

Description

SUPERFICIES DE CONTROL ACTIVO PARA PALETAS DE TURBINA EÓLICA Relación con Otra Solicitud Esta solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente internacional Serie Número PCT/US2007/010438, presentada en Abril 27 de 2007, la cual designa a los Estados Unidos y reclama el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud Provisional de Patente de los Estados Unidos Serie No. 60/795,956, presentada en Abril 27 de 2006 y, adicionalmente, reclama el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud Provisional de Patente de los Estados Unidos Serie No. 61/001,999 presentada en Noviembre 6 de 2007. Las descripciones en estas solicitudes se incorporan en la presente mediante la referencia .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención Esta invención se refiere en general a sistemas flexibles y, más particularmente, a una instalación aerodinámica flexible que tiene una configuración aerodinámica variable y que se encuentra particularmente adaptada para su uso en una turbina eólica.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Las cargas de fatiga dictan el tiempo de vida de todos los componentes de una turbina eólica. La paleta de una turbina eólica es el medio para capturar la energía eólica. A medida que cambian las condiciones del viento (velocidad y dirección) , cambia en consecuencia, la transferencia de energía al generador, las cargas mecánicas y estructurales impuestas sobre la paleta, la caja de engranajes y la torre (o columna). Es importante capturar la energía eólica a bajas velocidades del viento mientras se protege la infraestructura (paletas, caja de engranajes, torre, etc. ) de esfuerzos dañinos que pueden conducir a una falla.

Las cargas de fatiga son el principal impulsor del diseño de turbinas eólicas. Las paletas deben diseñarse para sostener fuertes ráfagas de viento mientras capturan la energía eficientemente bajo condiciones de viento bajas y moderadas. Numerosos estudios han demostrado que las cargas de fatiga sobre paletas de turbinas eólicas pueden reducirse significativamente con el uso de dispositivos activos aerodinámicos de control de carga, distribuidos, de respuesta rápida, tales como pequeñas aletas de borde posterior.

Problemas Actuales con la Tecnología de Turbinas Eólicas La máxima eficiencia teórica de una turbina es de 59.3%. Sorprendentemente, las modernas turbinas eólicas operan cercanas a ésta, de manera ilustrativa a una eficiencia de aproximadamente 50%. La distribución de velocidad del viento Rayleigh proporciona una vista breve de los problemas para liberar incluso un pequeño porcentaje adicional de puntos de eficiencia.

Las paletas más grandes capturan más energía dado que la energía capturada se relaciona directamente con el área barrida. Las paletas más grandes también imponen severas cargas sobre la raíz de la paleta y la infraestructura cuando las ráfagas de viento golpean la paleta. Existe la necesidad de reducir el daño por fatiga en la paleta, así como las tensiones de carga que se transfieren a la caja de engranajes. Tal reducción en las tensiones de carga es muy crítica para la longevidad del sistema de turbinas eólicas.

Los incrementos de costo en las materias primas elevan el costo de las turbinas, y actualmente el costo de la energía (COE) generada por el viento es competitivo solo en los sitios de mayores vientos que tienden a estar alejados de los centros de población (requiriendo, por lo tanto, la construcción de costosas líneas de transmisión para llevar la electricidad al mercado) . Sin embargo, existe una oportunidad para reducir el COE de la turbina.

Cargas de Fatiga y Métodos de Control Una manera de mejorar el COE es limitar las cargas de fatiga que debe soportar el rotor. Las cargas oscilantes (de fatiga) se presentan como resultado de errores en el ángulo de oblicuidad del rotor, el corte del viento, el flujo del viento, la inclinación del eje, las ráfagas de viento y la turbulencia en el flujo del viento. Estas cargas de fatiga son frecuentemente una consideración principal en el diseño de turbinas. Si puede reducirse el nivel de estas cargas, puede retirarse parte del material del rotor, la torre y el sistema de impulsión, reduciendo consecuentemente el costo de capital de la turbina y el COE . Alternativamente, un rotor de mayor diámetro puede colocarse en una torre y sistema de impulsión existentes, dando como resultado la captura adicional de energía y reduciendo el COE. Los métodos para controlar las cargas de fatiga incluyen la inclinación de la paleta (colectiva o individual), el acoplamiento pasivo de curvatura-torsión, aletas convencionales y la variación activa de la forma de las superficies de control.

El control de la inclinación de la paleta proporciona un medio para inclinar todas las paletas en concierto alrededor de su eje longitudinal, cambiando así el ángulo de ataque efectivo. Tal medio de control de inclinación colectiva se utiliza para limitar las cargas promedio y no es efectivo para controlar las severas cargas impuestas debido a las ráfagas y turbulencias del viento. Más que la inclinación colectiva, los investigadores han tratado de controlar las paletas individualmente, llamado "IBC - control individual de paletas". El gran tamaño de las paletas en las turbinas modernas crea un flujo no uniforme a lo largo de la longitud de la paleta y, en consecuencia, la inclinación de la paleta completa no es efectiva. Las paletas deben controlarse localmente para ser efectivos. Adicionalmente, las paletas grandes no pueden inclinarse suficientemente rápido para aliviar las cargas de fatiga debidas a las ráfagas y turbulencias del viento.

Recientemente, los investigadores han investigado el acoplamiento pasivo de curvatura-torsión. Una manera de lograrlo es diseñar la paleta de manera que pueda flexionarse cuando el viento sopla de manera demasiado fuerte y, por tanto, difunda parte del viento. Esto se denomina control pasivo. Una paleta pasivamente controlada puede continuar operando cuando las turbinas convencionales deben desactivarse en vientos fuertes por seguridad. Una desventaja de tal sistema incluye la necesidad de ajusfar el diseño de la paleta y la construcción para cada sitio de viento. En consecuencia, es deseable un medio activo para controlar localmente la configuración de la paleta para reducir las cargas de fatiga, incrementar la captura de energía y reducir el costo de la energía eólica.

Un medio verdaderamente efectivo para reducir las cargas de fatiga que se presentan aleatoriamente y que varían a lo largo de la extensión de la paleta, es variar la forma cierta sección de la paleta rápidamente en respuesta a las condiciones externas del viento. Tales superficies pueden ser el borde delantero del borde posterior de la paleta. Aunque los métodos descritos en esta invención se aplican a cualquiera de tales superficies de control, la variación de la forma del borde posterior parece ser un modo preferido para controlar las cargas de fatiga. El reto es diseñar un sistema tal que pueda responder rápidamente a las cambiantes condiciones del viento y que sea confiable, durable y efectivo en costos.

Las aletas de borde posterior convencionales tales como las utilizadas en una aeronave típica, son aletas articuladas y se utilizan como dispositivos de alta elevación durante el aterrizaje y el despegue. Normalmente, durante el vuelo, las aletas articuladas no se despliegan dado que pueden ocasionar un severo arrastre debido a la separación del flujo ocasionada por un agudo cambio en la superficie de flujo debido a una disposición rígida de la articulación. Si se utiliza una aleta articulada en una turbina eólica, sería ineficiente y muy poco confiable. Las aletas articuladas convencionales no son adecuadas para aplicaciones en paletas de turbina eólica debido a que las discontinuidades de la superficie desencadenan la pérdida de elevación de la paleta, el ruido, y la pérdida de energía debido a bajas aerodinámicas tales como la relación de elevación/arrastre . proceso para diseñar una superficie de control de variación de la forma de la estructura flexible es un proceso altamente interdisciplinario que implica aerodinámica, mecánica estructural, y cinemática. Estos componentes se encuentran todos interrelacionados de tal manera que el diseño de estructura final flexible depende grandemente de todos los tres (Figura 1). Esencialmente, el análisis aerodinámico conduce a formas aerodinámicas ideales y predice las distribuciones de presión experimentadas por estas formas. La cinemática se refiere a las formas que pueden lograrse dadas las limitaciones de diseño tales como la restricción del alargamiento del perímetro de la superficie y la disminución de las transiciones de curvatura que se relacionan con la carga estructural. Nótese que la estructura puede optimizarse alrededor de una forma objetivo intermedia (llamada la posición de deformación media) que reduce las fuerzas y las cargas sobre la envuelta de cambio de forma completa. Esto coloca una importancia adicional en los diseños de forma objetivo ya que la forma de alargamiento media debe ser capaz de variar la forma con precisión a las formas objetivo extremas.

Un objetivo de esta invención es proporcionar un dispositivo que transforme activamente ciertas secciones de una paleta de turbina eólica para acoplarse a las cambiantes condiciones del viento. Al hacerlo así, pueden minimizarse las cargas de fatiga. Por lo tanto, por ejemplo, cuando una ráfaga de viento golpea la paleta, el control activo varia la forma a una curvatura o forma predeterminada para limitar las cargas y tensiones transferidas a la paleta, la caja de engranajes y la torre. Esto permite utilizar paletas más largos de manera segura para capturar más energía sin el riesgo de una falla catastrófica resultante de las ráfagas de viento o del corte del viento.

Sumario de la Invención Lo anterior y otros objetivos se logran mediante esta invención, que proporciona una turbina eólica del tipo que tiene al menos una paleta de perfil aerodinámico que tiene una configuración longitudinal para ejercer una fuerza de torsión en un generador en respuesta a una corriente de aire de choque. De acuerdo con la invención, la turbina eólica se proporciona con un generador para producir energía eléctrica en respuesta a la aplicación de una fuerza giratoria. Un arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se encuentra dispuesto a lo largo de un borde de la paleta de perfil aerodinámico por al menos una porción de la dimensión longitudinal de la paleta de perfil aerodinámico. Adicionalmente, una instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma varía la configuración del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible y, en consecuencia, varía las características aerodinámicas de la paleta de perfil aerodinámico y del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

En una modalidad de la invención, se proporciona un detector para proporcionar datos en respuesta a una condición de operación predeterminada de dicho borde de perfil aerodinámico flexible. Los datos emitidos por el detector se aplican para controlar, de manera ilustrativa mediante un controlador, la operación del mecanismo impulsor de variación de la forma en respuesta a los datos emitidos por dicho detector. En algunas modalidades, el detector monitorea las condiciones ambiente que podrían afectar la operación de la turbina eólica y, en tales modalidades, el detector se encuentra dispuesto cercanía a la turbina eólica, de manera ilustrativa remotamente en un campo cercano a la turbina eólica. En otras modalidades, el detector remoto proporcionará los datos a una pluralidad de turbinas eólicas.

En una modalidad de la invención, el borde de perfil aerodinámico flexible se encuentra dispuesto como un borde posterior de la paleta de perfil aerodinámico.

En una modalidad adicional de la invención, la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma tiene una varilla axial de montaje simétrico que se. extiende longitudinalmente a lo largo de al menos una porción de la paleta de perfil aerodinámico. Un dispositivo de enlace convierte el movimiento longitudinal de la varilla axial de montaje simétrico en movimiento translongitudinal .

La instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma, en algunas modalidades, tiene un accionador electromecánico que proporciona una fuerza de impulsión para variar la configuración del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En otras modalidades, la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma incluye un accionador hidráulico que proporciona una fuerza de impulsión para variar la configuración del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En la modalidad del accionador hidráulico, se proporciona además una bomba hidráulica para proporcionar un fluido hidráulico presurizado. También se encuentra dispuesta una linea o conducto hidráulico para extenderse a lo largo de la paleta de perfil aerodinámico para proporcionar un acoplamiento fluido entre la bomba hidráulica y el accionador hidráulico.

En algunas modalidades de la modalidad de accionador hidráulico, la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma incluye un motor para proporcionar energía mecánica a la bomba hidráulica. Sin embargo, en otras modalidades, la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma incluye un dispositivo de acoplamiento para proporcionar energía mecánica a la bomba hidráulica en respuesta a la fuerza de torsión ejercida por la paleta de perfil aerodinámico.

La operación de la turbina eólica mejora, de acuerdo con la invención, empleando un detector que proporciona datos en respuesta a una condición predeterminada de operación de la turbina eólica. Tal condición predeterminada corresponde, en varias modalidades, a la vo"! cridad del viento, a la rotación de la turbina, a la carga de la paleta, a la carga del accionador, a la carga del soporte, etc. Una unidad de controlador controla la operación de la bomba hidráulica en respuesta a los datos emitidos por el detector. Dependiendo del tipo de datos que se desea producir por el detector, el detector se dispone sobre la paleta de perfil aerodinámico, el alojamiento del generador, el soporte que soporta la turbina eólica, etc. Adicionalmente , en algunas modalidades, el detector se encuentra dispuesto para proporcionar datos en respuesta al grado de deformación del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. Tal detector, en algunas modalidades, puede ser un codificador giratorio. Además, como se anotó previamente, en algunas modalidades de la invención, el detector se encuentra ubicado en cercanía a la turbina eólica.

En una modalidad ilustrativa específica de la invención, se proporciona una válvula hidráulica para controlar la aplicación de la presión hidráulica al accionador hidráulico. En algunas modalidades, la válvula hidráulica se acciona eléctricamente. De manera ilustrativa, tal accionamiento eléctrico se efectúa por medio de un solenoide o un aparato eléctrico similar. Sin embargo, en otras modalidades, la válvula hidráulica se acciona mecánicamente. Por Ejemplo, tal accionamiento mecánico se efectúa por medio de cables o ejes.

En una modalidad ventajosa de la invención, el arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se encuentra configurado como un cartucho reemplazable que se encuentra instalado de manera removible sobre la paleta de perfil aerodinámico. El cartucho reemplazable se extiende aproximadamente entre el 10% y el 90% de la configuración longitudinal de la paleta de perfil aerodinámico y, en una modalidad ilustrativa especifica practicable de la invención, se extiende por aproximadamente el 25% de la configuración longitudinal de la paleta de perfil aerodinámico. El cartucho reemplazable, en algunas modalidades, se impulsa de manera translongitudinal hacia la comunicación con la paleta de perfil aerodinámico. En otras modalidades, sin embargo, el cartucho reemplazable se instala deslizando el mismo longitudinalmente a lo largo de un canal o ranura de la paleta de perfil aerodinámico.

Aún en una modalidad adicional de la invención, se proporciona una barra de transmisión que se extiende a lo largo del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible para facilitar el acoplamiento del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible con la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma. En una modalidad ventajosa, la barra de transmisión se forma integralmente con el arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En otras modalidades, la barra de transmisión imparte una característica de rigidez predeterminada al arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En otras modalidades, se proporciona un elemento de control de rigidez para impartir una característica de rigidez predeterminada al arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

El soporte móvil para la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma se proporciona, en algunas modalidades, por medio de una instalación de rodamiento lineal. Además de soportar la instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma, la instalación de rodamiento lineal reducirá la cantidad de energía requerida para efectuar la variación de la forma del arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

En una modalidad particularmente ventajosa de la invención, el arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se proporciona con superficies superior e inferior que se comunican entre si en un vértice. Las superficies superior e inferior se encuentran dispuestas para deslizarse una contra la otra en el vértice.

De acuerdo con un aspecto adicional del aparato de la invención, se proporciona una instalación de variación de la forma de borde para un perfil aerodinámico, teniendo la instalación de variación de la forma de borde una instalación de aleta flexible que tiene superficies flexibles superior e nferior, siendo las superficies flexibles superior e inferior deslizables una con respecto a la otra en una porción de punta distal. Los elementos de impulsión superior e inferior se encuentran cada uno acoplados a una de las superficies flexibles superior e inferior respectivamente asociada en cercanía a la porción de punta distal. Adicionalmente , el dispositivo de impulsión aplica fuerzas de impulsión respectivas a las superficies flexibles superior e inferior mediante los elementos de impulsión superior e inferior .

En una modalidad, los elementos de impulsión superior e inferior se proveen con elementos longitudinales superior e inferior que transmiten fuerzas entre las superficies flexibles superior e inferior respectivamente asociadas y el dispositivo de impulsión. Los elementos longitudinales son cables de transmisión, en algunas modalidades, y pueden ser barras en otras modalidades.

En una modalidad adicional, la instalación de variación de la forma de borde incluye un motor para proporcionar energía mecánica. Un dispositivo de acoplamiento acopla el motor a los elementos longitudinales superior e inferior. El motor puede ser de tipo giratorio o, en otras modalidades, de tipo lineal. El dispositivo de acoplamiento incluye un elemento longitudinalmente desplazable acoplado a los elementos longitudinales superior o -;^- ' rior. En algunas modalidades, el elemento longitudinalmente desplazable es un cable y puede ser una varilla en otras modalidades. En modalidades en donde el elemento longitudinalmente desplazable es un cable, se proporciona, en algunas de tales modalidades, una polea para acoplar el cable al motor.

En algunas modalidades de la invención, se proporciona además un cuerpo de aleta aerodinámica y una junta para embragar el cuerpo de aleta aerodinámica a la instalación de aleta flexible. En ciertas modalidades, al menos una porción del dispositivo de impulsión se encuentra dispuesta dentro del cuerpo de aleta aerodinámica.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, se proporciona un dispositivo aerodinámico para una paleta de una turbina eólica. El dispositivo aerodinámico se proporciona con un cuerpo de paleta que tiene una configuración longitudinal y un borde. Adicionalmente, se proporciona un arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible dispuesto a lo largo del borde del cuerpo de la paleta por al menos una porción de una dimensión longitudinal del cuerpo de la paleta.

En una modalidad de este aspecto adicional de la invención, se proporciona además una instalación de variación de la forma para cambiar las características aerodinámicas del dispositivo aerodinámico mediante la reconfiguración del ir reglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En algunas modalidades, se proporciona una pluralidad de instalaciones de variación de la forma dentro del cuerpo de paleta. La pluralidad de arreglos de forma, en algunas modalidades, puede operarse individualmente para efectuar una configuración de torsión en el arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

En una modalidad adicional, la instalación de variación de la forma incluye un motor para proporcionar energía mecánica. Adicionalmente, el dispositivo de acoplamiento acopla el motor al arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En algunas de tales modalidades, el dispositivo de acoplamiento incluye un elemento de impulsión longitudinalmente desplazable para ejercer una fuerza alternante longitudinalmente a lo largo del cuerpo de paleta. Un elemento de impulsión transversalmente desplazable acopla el elemento de impulsión longitudinalmente desplazable al arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible. En algunas modalidades, el cuerpo de paleta tiene una porción de acoplamiento para acoplar la paleta a la turbina eólica, y el motor se encuentra dispuesto dentro de la porción de acoplamiento. Sin embargo, en otras modalidades, el motor se encuentra dispuesto dentro del cuerpo de paleta.

Aún en una modalidad adicional, se proporciona un rodamiento lineal para facilitar el desplazamiento del elemento de impulsión transversalmente desplazable.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO La comprensión de la invención se facilita al leer la siguiente descripción detallada en conjunción con el dibujo anexo, en el cual: La Figura 1 es una representación en corte transversal de una paleta que tiene un borde delantero deformable construido de acuerdo con los principios de la invención ; La Figura 2 es una representación en corte transversal del dispositivo de deformación de la paleta de la Figura 1 sin la cubierta deformable sobrepuesta; La Figura 3 es una representación isométrica de una porción del dispositivo de deformación de la paleta de la Figura 1 sin la cubierta deformable sobrepuesta, que es útil para ilustrar la manera en la cual el movimiento longitudinal se convierte en desplazamiento giratorio; La Figura 4 es una representación isométrica de una porción del dispositivo de deformación de la paleta de la Figura 1 sin la cubierta deformable sobrepuesta, que es útil para ilustrar la manera en la cual el movimiento longitudinal se convierte en desplazamiento giratorio; La Figura 5 es una · representación en corte transversal del dispositivo de deformación de la paleta de la Figura 1 mostrando la porción deformable de la paleta en una orientación sustancialmente neutral; La Figura 6 ilustra el diseño del accionador y la escala longitudinal representativa con respecto a la extensión de la paleta; La Figura 7 es una representación esquemática de un accionador de aleta modificado; Las Figuras 8(a), 8(b) y 8(c), son representaciones esquemáticas simplificadas de un dispositivo de estructura en capas que se proporciona con estructuras tipo red y que se forma de un núcleo de grosor variable (Figura 8(B)) o de un laminado compuesto (Figura 8(c)); La Figura 9 es una representación esquemática simplificada del dispositivo de estructura en capas sin las estructuras tipo red; La Figura 10 es una representación esquemática simplificada del dispositivo de estructura en capas con una estructura de núcleo "diseñada", formada, de manera ilustrativa, de un material celular; La Figura 11 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo que tiene una aleta dividida con un núcleo que une a los elementos superior e inferior; La Figura 12 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo fijo-fijo, en donde el movimiento hacia la parte interior de la superficie inferior efectúa un cambio en la forma de la aleta; La Figura 13 es una representación esquemática simplificada de un perfil aerodinámico estándar que tiene un perímetro de superficie de grosor variable para permitir que el "diseño a medida" de la rigidez del perímetro logre un mejor acoplamiento a un contorno deseado; La Figura 14 es una representación esquemática simplificada de un perfil aerodinámico adelgazada/engrosada que tiene un perímetro de superficie de grosor variable para permitir que el "diseño a medida" de la rigidez del perímetro logre un mejor acoplamiento a un contorno deseado; La Figura 15 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo aerodinámico de aleta dividida construido de acuerdo con los principios de la invención; La Figura 16 es una representación esquemática simplificada de una turbina eólica del tipo utilizado para generar electricidad a partir de energía eólica; La Figura 17 es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de perfil aerodinámico de la turbina eólica de la Figura 16; La Figura 18(a) es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de perfil aerodinámico para una turbina eólica y la Figura 18 (b) es un agrandamiento de una porción de la paleta de perfil aerodinámico de la Figura 18 (a) mostrando un mecanismo de accionamiento ; La Figura 19 es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de perfil aerodinámico para una turbina eólica, que emplea un rodamiento lineal en combinación con un accionador de aleta; La Figura 20 es una representación esquemática simplificada de la paleta de perfil aerodinámico de la Figura 19 que ilustra accionadores dobles para permitir la torsión de la paleta de perfil aerodinámico al accionarse; La Figura 21 es una representación esquemática simplificada de una paleta de perfil aerodinámico que ilustra accionadores dobles hidráulicos o neumáticos para permitir una deformación dócil, incluyendo la torsión, de la paleta de perfil aerodinámico al accionarse, y que muestra además una linea de presión que se extiende a través del interior de la paleta de perfil aerodinámico; La Figura 22 es una representación en perspectiva esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de turbina eólica que ilustra la instalación de un módulo de aleta adaptable construido de acuerdo con la invención; La Figura 23 es una representación en perspectiva esquemática simplificada en corte transversal del módulo de aleta adaptable instalado sobre la paleta de la turbina eólica de la Figura 22; La Figura 24 es una representación en perspectiva esquemática simplificada en corte transversal del módulo de le^a adaptable instalado sobre la paleta de la turbina eólica de la Figura 22 y que muestra además que el módulo de aleta adaptable, en esta modalidad ilustrativa específica de la invención, se extiende en aproximadamente 25% de la paleta de la turbina eólica; y La Figura 25 es una representación agrandada esquemática simplificada en corte transversal del módulo de aleta adaptable instalado sobre la paleta de la turbina eólica mostrada en la Figura 23.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La Figura 1 es una representación en corte transversal de una paleta 10 que tiene un borde delantero deformable 20. Como se muestra en esta figura, la paleta 10 se proporciona adicionalmente con un larguero central de soporte 12 y un borde posterior 14. El borde delantero deformable tiene una cubierta flexible sobrepuesta que tiene una porción superior 22, una porción inferior 23, encontrándose unidas las porciones superior e inferior en una porción delantera central 25.

La Figura 2 es una representación en corte transversal del dispositivo de deformación 20 de la paleta 10, siendo agrandado el dispositivo de deformación para mostrar los detalles estructurales. La cubierta deformable sobrepuesta se ha retirado en esta figura.

Como se muestra en la Figura 2, el larguero 12 tiene, unido al mismo, un soporte 30 que tiene un pivote 32 al cual se encuentra unido un elemento giratorio 40 que puede girar alrededor del pivote 32 en la dirección de las flechas 41 y 42. El elemento giratorio 40 tiene, formada integralmente con el mismo, una porción de brazo 44 a la cual se encuentra unida una porción de acoplamiento 45. El elemento giratorio 40 puede girar en respuesta al movimiento longitudinal de una varilla de leva 60. La varilla de leva se encuentra soportada por un soporte de sistema de levas 50 que tiene una porción de soporte de varilla de leva 52. En esta figura, la varilla de leva 60 puede moverse longitudinalmente dentro y fuera del plano del dibujo.

La Figura 3 es una representación isométrica de una porción del dispositivo de deformación 20 de la paleta 10 de la Figura 1. Los elementos estructurales que se han descrito previamente se designan de manera similar. En esta figura, la cubierta deformable sobrepuesta no se muestra por claridad. Además, no se muestra el elemento giratorio 40, pero se muestran las levas 47a y 47b que se encuentran unidas al elemento giratorio mediante los rodamientos de aguja 48a y 48b que facilitan la rotación de las levas. Las levas 47a y 47b se muestran embragadas en una ranura 62 de la varilla de leva 60. Las levas, como se describirá más adelante en la presente, se encuentran fijadas longitudinalmente en relación longitudinal al eje longitudinal 11 de la paleta 10 y, en consecuencia, a medida que la varilla de leva 60 se desplaza en la dirección de la flecha 61, las levas se desplazan transversalmente en la dirección de la flecha 49.

La Figura 4 es una representación isométrica de una porción del dispositivo de deformación de la paleta 10 de la Figura 1, habiendo removido la cubierta deformable sobrepuesta. Los elementos estructurales que se han descrito previamente se designan de manera similar. Esta figura muestra que, a medida que la varilla de leva 60 se impulsa en la dirección de la flecha 61, el elemento giratorio 40 gira alrededor del pivote 32 en la dirección de la flecha 42. Por tanto, la porción de brazo 44 y la porción de acoplamiento 45 se mueven hacia la parte inferior. Por el contrario, cuando la varilla de leva 60 se impulsa en la dirección opuesta a la indicada por la flecha 61, el elemento giratorio 40 gira en una dirección opuesta a la indicada por la flecha 42 y la porción de acoplamiento 45 se impulsa, correspondientemente, hacia la parte superior.

La Figura 5 es una representación en corte transversal del dispositivo de deformación de la paleta 10 de la Figura 1. Los elementos estructurales que se han descrito previamente se designan de manera similar. En esta figura, la cubierta deformable se encuentra instalada para formar el borde delantero de la paleta 10. La cubierta deformable consiste de una porción superior 22 y una porción inferior 23 que se encuentran unidas entre si en una porción frontal 25. La porción superior 22 se encuentra acoplada fijamente al larguero 12 en una junta de acoplamiento 77. La porción inferior 23, sin embargo, se encuentra acoplada de manera deslizable al larguero 12 en una junta deslizante 78. Adicionalmente se muestran en esta figura las estructuras de red 71 y 72 (mostradas en corte transversal) que se encuentran acopladas en sus respectivos extremos superiores a la porción superior 22 de la cubierta deformable, y en sus extremos inferiores a la porción inferior 23 en una junta 75 del enlace de transmisión 74. El enlace de transmisión 74 se muestra acoplado a la porción de acoplamiento 45 del elemento giratorio 40. A medida que la varilla de leva 60 se impulsa longitudinalmente a lo largo de la porción de soporte de varilla de leva 52, el elemento giratorio 40 gira, como se describió anteriormente en la presente, por lo cual la porción de acoplamiento 45 del elemento giratorio impulsa el enlace de transmisión 74 hacia arriba y hacia abajo.

Selección del Accionador Un método para accionar la aleta de borde delantero es proporcionar un movimiento longitudinal a lo largo de la extensión de la paleta utilizando una varilla de empuje (o una varilla en constante tensión) . Este método permite ubicar un accionador en el interior alejado de ubicaciones de alta fuerza centrifuga. Aunque se investigan diversas estrategias de accionamiento, debe considerarse el movimiento del accionador (lineal, giratorio u otro) junto con el empaque del sistema a fin de desarrollar un método apropiado para acoplar el movimiento del accionador co juntamente con la estructura flexible. Idealmente, la ubicación del accionador ayuda a apalancar (o incrementar la rigidez de) el sistema de borde delantero tanto como sea posible. Esto puede requerirse a fin de mantener una alta rigidez e integridad estructural (con respecto a cualquier fenómeno aero-elás ico indeseable tal como una divergencia critica o un cambio de forma debido a las cargas de presión aerodinámicas) . Las características del accionador pueden introducirse entonces en los algoritmos de diseño del mecanismo flexible para optimizar el desempeño del sistema.

La información y los datos de (a) los accionadores giratorios, (b) los accionadores lineales, (c) con o sin una transmisión de reducción de velocidad, (d) el concepto de accionamiento incrustado y (e) los esquemas de accionamiento alternativos, se han compilado. La selección final del accionador depende de muchos factores que incluyen: confiabilidad/durabilidad, fuerza/desplazamiento requeridos para accionar la superficie de control flexible, la necesidad de un sistema de transmisión, en empacado, el peso (incluyendo los electrónicos de transmisión) y la capacidad de energía. Pueden existir diferentes soluciones debido a consideraciones (criterios) y negociaciones especificas.

La Figura 6 es una representación esquemática simplificada de la paleta 100, que ilustra el diseño del accionador 104 y la escala longitudinal representativa con respecto a la extensión de la paleta. La paleta 100 se muestra en esta figura teniendo el accionador 104 acoplado mediante un resorte de balance 106 y una varilla de tensión 108 a un sistema de levas 110 que convierte el movimiento lineal en giratorio, que se aplica a la aleta flexible 109. El accionador se encuentra configurado, en esta modalidad, para producir movimiento de acuerdo con la flecha 111. La fuerza centrifuga se muestra en la dirección de la flecha 112, hacia la punta de la paleta 114. El borne de la paleta se designa como 116.

La Figura 7 es una representación esquemática simplificada de un accionador de aleta modificado 130. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar en esta figura. El accionador 104 se encuentra acoplado mediante un resorte regulador 132 a la varilla de tensión 133. Comparada con la modalidad de la Figura 6, la modalidad de la Figura 7 tiene una polea de redirección 134 que se encuentra acoplada a una segunda varilla de tensión 136. La varilla de tensión 136, en esta modalidad, tiene un peso de balance 138 fijo a la misma distal de la polea de redirección 134.

La modificación representada en la Figura 7 genera un descentrado estable de la fuerza centrifuga sin requerir un pesado y rígido resorte de balance. Dada la zona sin aletas en el último 10% de la extensión de la paleta y debido a la alta carga G aquí, puede utilizarse una masa relat vamente pequeña para generar una fuerza de balance para compensar la fuerza centrífuga, la cual se invierte, en parte, por medio de la polea de redirección 134 que, en algunas modalidades, se encuentra configurada como un sistema de piñón y cremallera (no mostrado) o de poleas. El resorte regulador lineal de la presente modalidad tiene mucha más libertad para "regularse por rigidez" para minimizar la impedancia del sistema a la frecuencia de operación deseada. De esta manera, se reduce la amplitud de la fuerza del accionador. También, dado que el resorte lineal regulador es más blando que un resorte de balance, la fuerza descentrada del accionador puede reducirse significativamente. El análisis del espacio de empaque dentro del borde delantero revela que existe espacio para colocar la segunda varilla delgada de tensión 136 que puede configurarse, en algunas modalidades, para tener un diámetro en corte transversal de -1/8" y aún tendrá una resistencia y rigidez adecuadas para soportar la masa de balance 138 ubicada en la punta del rotor 114. Por supuesto, la masa de balance 138 agrega un peso y una complejidad adicional al sistema, pero es probable que este peso adicional sea significativamente menor que la masa agregada de aproximadamente 12 resortes de balance de tensión helicoidales para trabajos fuertes.

Como se muestra en la Figura 7, el accionador lineal se encuentra ubicado cerca del borne 116 de la paleta, aislando asi al accionador de la alta carga centrifuga. El accionador lineal transmitirá la energía a la aleta de borde delantera utilizando una varilla de tensión en donde se obtiene la máxima rigidez de la transmisión utilizando una varilla de fibra de carbono en la tensión/compresión más que en la torsión o el doblamiento (mayor eficiencia estructural) . Un resorte de balance compensará la carga centrífuga que actúa sobre la varilla de tensión.

El movimiento del accionador lineal se transferirá al movimiento giratorio para accionar el enlace giratorio principal utilizando un sistema tipo leva diseñado para ser muy compacto, de peso ligero y rígido en la dirección giratoria. A lo largo de la extensión de la aleta, se encontrarán estaciones de levas en intervalos. La separación debe determinarse en base al espacio del componente, la ventaja mecánica del sistema de levas (el choque de la varilla de tensión versus la rotación del enlace de transmisión) , y la rigidez y el arrastre permitido (amortiguamiento) del sistema de levas.

Un aspecto importante del procedimiento de varilla de tensión de la presente invención, es que la varilla de accionamiento se encuentre siempre en tensión. Como tal, por consiguiente, la fuerza de impulsión constituye solo una reducción en la tensión en tal modalidad. Este procedimiento para el diseño del sistema evita la flexión de la varilla de accionamiento, como seria el caso con la compresión.

Las Figuras 8(a), 8(b) y 8(c), son representaciones esquemáticas simplificadas de un dispositivo de estructura en capas 200 que se proporciona con estructuras tipo red 202 que, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, se encuentran unidas a la piel flexible 210, que se describirá en mayor detalle en conexión con las Figuras 8(b) y 8(c), más adelante. Con referencia a la Figura 8(a), el dispositivo de estructura en capas 200 se muestra provisto con una barra de transmisión 204 que aplica una fuerza lineal contra el. larguero de ala posterior 206 mediante la operación de un accionador 208. El movimiento de la barra de transmisión 204 se transmite a una piel flexible 210, siendo acomodado el movimiento de la piel flexible por una junta deslizante 214 que, en algunas modalidades de la invención, puede configurarse como un panel de elastómero (no mostrado) .

La Figura 8 (b) es una representación de la piel flexible 210 que se forma, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, de un núcleo de grosor variable 210 (a) . Alternativamente, la Figura 8 (c) muestra la piel flexible 210 como un laminado compuesto multicapas 210(b), en donde las capas se encuentran escalonadas para facilitar el control sobre el grosor. Como se muestra, las capas de laminado compuesto se encuentran unidas entre si con un adhesivo de laminado 211. Las capas de compuesto se encuentran configuradas desde el punto de vista de la orientación de las capas, el tejido de la fibra, la selección del adhesivo, etc., para lograr una rigidez y una resistencia deseada en la estructura flexible.

La Figura 9 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo de estructura en capas 230 sin las estructuras tipo red descritas en la Figura 8 (a) . Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar en esta figura.

La Figura 10 es una representación esquemática simplificada del dispositivo de estructura en capas 250 con una estructura de núcleo 252 "diseñada", formada de manera ilustrativa de un material celular. La estructura de núcleo 252, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, se encuentra configurada para tener una característica de alta rigidez en la dirección sustancialmente vertical indicada por la flecha 256, y una característica de baja rigidez en la dirección sustancialmente horizontal indicada por la flecha 258.

La Figura 11 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo fijo-fijo 270, en donde el movimiento hacia la parte interior de la superficie inferior 272 efectúa el cambio en la forma de la aleta. En esta modalidad, dos accionadores 276 y 278 se encuentran acoplados por los cables de transmisión antagónicos 277 y 279 respectivamente asociados, a los largueros de punta de borde posterior 281 y 282 respectivamente asociados. En algunas modalidades, los cables de transmisión 277 y 279 pueden reemplazarse con barras (no mostradas). Los largueros de punta 281 y 282 se encuentran configurados para resbalar uno contra el otro en la junta deslizante 285.

La Figura 12 es una representación esquemática simplificada de un perfil aerodinámico 300 estándar que tiene un perímetro de superficie 302 de grosor variable para permitir el "diseño a medida" de la rigidez del perímetro para lograr un mejor acoplamiento a un contorno deseado. Cuando el accionador 305 se opera a un movimiento hacia la parte interior, como se indica por la dirección de la flecha 307, el contorno del perímetro de superficie 302 de grosor variable se impulsa hacia la configuración representada en fantasma y designada como 309. En esta modalidad, no existe ninguna junta deslizante o superficie de elastómero en ninguna de las superficies superior o inferior, por tanto, se denomina una configuración "fija-fija".

La Figura 13 es una representación esquemática simplificada de un perfil aerodinámico 320 estándar que tiene un perímetro de superficie 322 de grosor variable que permite "diseñar a medida" la rigidez del perímetro para lograr un mejor acoplamiento a un contorno deseado. Es decir, el grosor de ala variable permite "diseñar a medida" la rigidez del perímetro para facilirar el diseño de una característica de contorno ventajosa. El adelgazamiento de la aleta aerodinámica se efectúa ocasionando que los accionadores 326 y 328 se empujen hacia la parte interior en la dirección de las flechas.

La Figura 14 es una representación esquemática simplificada de un perfil aerodinámico 320 que se ha "adelgazado" mediante la operación de los accionadores, como se trató anteriormente en la presente en relación con la Figura 13.

La Figura 15 es una representación esquemática simplificada de un dispositivo aerodinámico de aleta dividida 400 construido de acuerdo con los principios de la invención. Como se muestra en esta figura, el dispositivo aerodinámico de aleta dividida 400 tiene una piel estructural flexible 410 que, en esta modalidad ilustrativa específica de la invención, se encuentra formada de capas de compuesto (no específicamente designadas). Las capas de compuesto tienen una orientación de capa y un tejido de fibra predeterminadas, siendo mantenidas las diversas capas en relación una con la otra mediante un adhesivo (no mostrado) . En esta modalidad, la piel estructural flexible 410 tiene un grosor que varía sobre la superficie de la misma para lograr una característica de flexibilidad deseada.

El dispositivo aerodinámico de aleta dividida 400 se muestra teniendo una junta deslizante de punta 414 que se forma de un larguero de punta de borde posterior superior 416 y un larguero de punta de borde posterior inferior 418. Los largueros de punta de borde posterior superior e inferior se encuentran, cada uno, acoplados a uno de los cables de transmisión antagónicos 420 y 422 respectivo.

Adicionalmente , se proporciona en esta modalidad una polea de accionamiento 430 que se encuentra acoplada al eje del motor de accionamiento 432. Un bucle de cable de accionamiento 434 se encuentra dispuesto alrededor de la polea de accionamiento 430 y de una polea tensora 436. En esta modalidad ilustrativa específica de la invención, el cable de transmisión 420 se encuentra acoplado al segmento superior del bucle de cable 434 y el cable de transmisión 422 se encuentra acoplado al segmento inferior del bucle de cable 434. Por tanto, a medida que gira el motor de accionamiento 432 en la dirección de la flecha curvada, las secciones superior e inferior del cable de transmisión 420 se impulsan en las direcciones opuestas indicadas por las flechas, ocasionando que los cables de transmisión 420 y 422 se impulsen en direcciones opuestas.

En la práctica de este aspecto de la invención, pueden emplearse otros mecanismos para facilitar la aplicación selectiva de las fuerzas de tensión a los cables de transmisión respectivos. Por ejemplo, en algunas modalidades, los cables de transmisión antagónicos 420 y 422 no se encuentran acoplados fijamente al bucle de cable de accionamiento 434, sino que, por el contrario, se permite que se deslicen a lo largo del mismo. El bucle de cable 434 se proporciona con tarugos (no mostrados) fijos al mismo que permiten que los cables de transmisión se impulsen solamente en una dirección, evitando asi que las fuerzas de tensión se apliquen a ambos cables de transmisión de manera simultánea.

La Figura 16 es una representación esquemática simplificada de una turbina eólica 500 del tipo utilizado para generar electricidad a partir de la energía eólica. Como se muestra en esta figura, la turbina eólica 500 tiene un generador 510 instalado en la parte superior de una columna de soporte 512. El generador 510 tiene un borne 520 acoplado al mismo al cual, en esta modalidad, se encuentran unidos tres paletas de turbina 522, 524 y 526. La paleta de turbina 522, por ejemplo, tiene una porción de acoplamiento 522' que se embraga con el borne 520. El viento, de manera ilustrativa en la dirección de las flechas 530, ocasionará que giren las paletas de turbina y el borne ocasionando, consecuentemente, que el generador 510 produzca una corriente eléctrica. En una ventajosa modalidad de la invención, se proporciona un detector 515 para emitir datos de detector (no mostrados) que se aplican para controlar el grado al cual se deforma la aleta flexible (no específicamente designada en esta figura) . En otras modalidades, tales detectores (no mostrados) se encuentran dispuestos en el borne 520 y/o en el soporte 512. Además, los datos del detector, en algunas modalidades de la invención, pueden aplicarse para controlar las paletas de turbina individualmente o colectivamente.

Como se anotó previamente, en algunas modalidades el detector monitorea las condiciones ambiente que pueden afectar la operación de la turbina eólica y, en tales modalidades, el detector se encuentra dispuesto en cercanía (no mostrado) a la turbina eólica, de manera ilustrativa, remotamente en un campo cercano a la turbina eólica. En otras modalidades, el detector remoto proporcionará los datos a una pluralidad de turbinas eólicas (no mostradas).

La Figura 17 es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de perfil aerodinámico, de manera ilustrativa la paleta de perfil aerodinámico 522 de la turbina eólica 500. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar en esta figura. La paleta de perfil aerodinámico 522 se muestra teniendo un sistema de enlace de transmisión 550 que se acciona mediante una varilla de montaje simétrico 560. La varilla de montaje simétrico 560 puede desplazarse linealmente dentro y fuera del plano de la figura. Se proporciona adicionalmente un rodamiento lineal 565 que, en esta modalidad, se encuentra acoplado a una barra de transmisión 567. El accionamiento de la barra de transmisión ocasiona que la aleta flexible 570 asuma las posiciones neutral (570a), ascendente (570b) o descendente (570c) y, por supuesto, las posiciones entre éstas. El desplazamiento de la piel que resultaría de las transiciones entre las posiciones hacia la parte superior y hacia la parte inferior se acomoda, en esta modalidad ilustrativa específica de la invención, mediante el elemento de piel 571, que es un elemento elastomérico y, en otras modalidades, una junta deslizante .

La Figura 18 (a) es una representación esquemática simplificada de una paleta de perfil aerodinámico 522 para turbina eólica 500 y la Figura 18 (b) es un agrandamiento de una porción de la paleta de perfil aerodinámico 522 que muestra un mecanismo de accionamiento 550. El mecanismo de accionamiento 550 se opera por la translación axial de una varilla de accionamiento 577 que se encuentra acoplada a un motor de accionamiento 575. El motor de accionamiento puede ser un motor lineal y, en otras modalidades, un motor giratorio. En esta modalidad ilustrativa específica de la invención, el motor de accionamiento 575 se encuentra dispuesto dentro de la sección de acoplamiento 522' de la paleta de perfil aerodinámico 522. En otras modalidades, el motor de accionamiento puede incorporarse dentro del borne 52C y, en modalidades adicionales, puede utilizarse un solo motor de accionamiento dentro del borne para operar la reconfiguración de todos los tres paletas de aleta aerodinámica simultáneamente (ver Figura 16) .

Como puede observarse en la Figura 18 (b) , el accionamiento del motor de accionamiento 575 ocasiona que la varilla de accionamiento 577 se desplace axialmente, de manera ilustrativa en un movimiento de reciprocidad. Esto ocasiona que los brazos de accionamiento 580 y 582 giren en los acoplamientos de pivote en la varilla de accionamiento, con lo cual la aleta flexible 570 se desplaza hacia la parte superior y hacia la parte inferior correspondientemente.

La Figura 19 es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de perfil aerodinámico 600 para una turbina eólica (no mostrada en esta figura) . En esta modalidad, un motor de accionamiento 610 acoplado a un eje de accionamiento 615, impulsa la varilla de accionamiento 617 en las direcciones indicadas por la flecha de dos puntas. Un rodamiento lineal 620 coopera en combinación con un accionador de aleta. La operación del motor de accionamiento ocasiona que la aleta flexible 625 se desplace entre las posiciones neutral (625a), ascendente (625b) y descendente (625c). El desplazamiento de la piel que resultarla de las transiciones entre las posiciones hacia la parte superior y hacia la parte inferior se acomoda, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, por medio del elemento de piel 627, que es un elemento elastomérico , y, en otras modalidades, una junta deslizante. En esta modalidad de la invención, el motor de accionamiento se encuentra dispuesto dentro de una paleta de perfil aerodinámico 600.

La Figura 20 es una representación esquemática simplificada de la paleta de perfil aerodinámico 600 y muestra además que una pluralidad de dispositivos de accionamiento puede disponerse dentro de la paleta de perfil aerodinámico. Más específicamente esta figura ilustra los accionadores dobles 610a y 610b que son individualmente operables. Por tanto, las configuraciones uniforme y no uniforme de la paleta de perfil aerodinámico pueden lograrse dando como resultado, por ejemplo, la torsión de la aleta flexible de la paleta de perfil aerodinámico.

La Figura 21 es una representación esquemática simplificada de una paleta de perfil aerodinámico 700 que ilustra los accionadores hidráulicos (o neumáticos) 710 y 712. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar. Los accionadores 710 y 712 permiten, al accionarse, la deformación flexible, incluyendo torsión, de la aleta flexible 625. En esta figura se muestra adicionalmente una linea de presión 715 que se extiende a través del interior de la paleta de perfil aerodinámico. En esta modalidad de la invención, la linea de presión 715 se encuentra acoplada a una bomba 720 contenida dentro de un borne 520. La bomba y el borne se representan esquemáticamente en esta figura. En esta modalidad, se encuentra dispuesto un acumulador en la cercanía de los accionadores 710 y 712. En otras modalidades, sin embargo, el acumulador se encuentra instalado en el borne.

La presión hidráulica de la línea de presión 715 se suministra a los accionadores 710 y 712 mediante la operación de las válvulas hidráulicas 710a y 712a respectivamente asociadas. En esta modalidad específica, la válvula hidráulica 710a se opera mecánicamente, tal como mediante cables (no mostrados) . La válvula hidráulica 712a se opera eléctricamente, tal como mediante un solenoide (no mostrado) .

En la práctica de una modalidad ilustrativa específica de la invención, la bomba se acciona mediante un dispositivo de impulsión 722 que responde a, y emite energía mecánica a partir de, la rotación del borne en relación a la nácela (no mostrado en esta figura) . Alternativamente, el dispositivo de impulsión 722 constituye un motor (no designado específicamente) que puede mantenerse, repararse o reemplazarse fácilmente. El motor se encuentra dispuesto, en algunas modalidades, para emitir energía eléctrica desde la -urbina eólica.

El dispositivo de impulsión 722 tiene, asociado al mismo en algunas modalidades, uno o más detectores o codificadores que proporcionan el control correspondiente sobre la deformación de la aleta flexible 625. Tales detectores o codificadores (no mostrados) se encuentran instalados dentro del borne 520 o en el motor en sí. En otras modalidades, sin embargo, se proporcionan uno o más detectores o codificadores sobre la paleta para asegurar un control preciso sobre la deformación de la aleta flexible 625. En una modalidad ilustrativa específica de la invención, los codificadores 730 y 732 proporcionan señales de posición a un controlador de transmisión 735. Los codificadores y el controlador del motor se ilustran esquemáticamente en esta figura. En algunas modalidades de la invención . p<3.rticularmente en situaciones en donde los beneficios de la presente invención se retro-adaptan en sistemas existentes de turbinas eólicas, el controlador de transmisión 735 se incorpora en una unidad de control de sistema (no mostrada) preexistente.

En algunas modalidades, el detector 740 se encuentra instalado sobre la paleta de perfil aerodinámico para proporcionar los datos referentes a la velocidad del viento, la rotación de la turbina, la carga de la paleta, la carga del accionador, etc. Los datos generados por el detector 740 se proporcionan, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, al controlador de transmisión 735 y se utilizan para controlar la operación del dispositivo de impulsión 722. En otras modalidades, en donde la bomba se acciona mediante la rotación del borne en relación a la nácela, la funcionalidad del controlador de transmisión 735 se aplica para controlar el acoplamiento (no mostrado) entre la bomba y el borne.

En otras modalidades de la invención, se proporciona al menos un detector remoto 736 en cercanía a la turbina eólica. El detector remoto, en algunas modalidades, se encuentra localizado en un campo, de manera ilustrativa en una granja de turbinas eólicas (no mostrada), y puede proporcionar datos que se emplean para controlar la forma de una pluralidad de turbinas eólicas. La comunicación entre el detector remoto 736 y el controlador del motor incluye, en ciertas modalidades, un enlace radioeléctrico (no designado específicamente) .

La Figura 22 es una representación esquemática simplificada en corte transversal de una paleta de turbina eólica 810 que ilustra la instalación de un módulo de aleta adaptable 815 construido de acuerdo con la invención. La instalación del módulo de aleta 815 se logra deslizando el mismo hacia el borde delantero de una paleta de turbina eólica 810 en la dirección de las flechas 817 y sujetando el módulo de aleta a la paleta de turbina eólica en el larguero de ala posterior 820. En otras modalidades, el módulo de aleta se instala sobre la paleta de turbina eólica 810 deslizando el mismo longitudinalmente a lo largo de una ranura o canal (no mostrado) .

La Figura 23 es una representación en perspectiva esquemática simplificada en corte transversal del módulo de aleta adaptable instalado sobre la paleta de turbina eólica de la Figura 22. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar. El módulo de aleta 815, en esta modalidad de la invención, se retira fácilmente para su mantenimiento, reparación y reemplazo.

La Figura 24 es una representación en perspectiva esquemática simplificada en corte transversal del módulo de aleta adaptable instalado sobre la paleta de turbina eólica de la Figura 22 y que muestra además que el módulo de aleta adaptable, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, se extiende a aproximadamente el 25% de la paleta de turbina eólica. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar.

En esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, el módulo de aleta 815 proporciona un cambio en curvatura de + 10° o más y una torsión extendida de +10° o más. La invención no se limita a una aleta de cartucho flexible removióle dado que, en algunas modalidades de la invención, la aleta se forma integralmente con la paleta de turbina eólica. Adicionalmente, en varias modalidades de la invención, los accionadores y detectores pueden incorporarse dentro de la paleta de turbina eólica y/o dentro de la aleta flexible .

La Figura 25 es una representación esquemática simplificada agrandada en corte transversal del módulo de aleta adaptable 815 instalado sobre la paleta de turbina eólica 810, como se muestra en loas Figuras 22 a 24. Los elementos estructurales que se han tratado previamente se designan de manera similar. Esta figura muestra el módulo de aleta 815 acoplado a la paleta de turbina eólica 810 en un larguero de ala posterior 820. Además, la figura muestra una barra de transmisión 822 que, en esta modalidad ilustrativa especifica de la invención, se forma integralmente con el módulo de aleta 815.

Un accionador 825 aplica una fuerza de deformación contra la barra de transmisión 822 para efectuar la deformación del módulo de aleta 815. La porción de accionamiento del accionador 8e25 se localiza, en algunas modalidades, en la paleta de turbina eólica 810 y, en otras modalidades, en el módulo de aleta 815. En modalidades adicionales, se proporciona un rodamiento lineal (no mostrado en esta figura) como se trató anteriormente, particularmente en relación a la Figura 19.

Además de recibir la fuerza de deformación, la barra de transmisión 822 proporciona rigidez para distribuir la fuerza de impulsión y proporciona rigidez al doblamiento distribuida para el módulo de aleta adaptable 815.

La flexión y la rectitud flexibles de la piel (no designada específicamente) se acomoda, como se anotó previamente, mediante un elemento elastomérico 827. En otras modalidades, se emplea una junta deslizante en lugar del elemento elastomérico. Además, se incluye en esta modalidad de la invención, un larguero de aleta 830 que tiene una característica de rigidez predeterminada que, en algunas modalidades, puede constituir las diferentes características de rigidez a lo largo de diferentes ejes.

Aunque la invención se ha descrito en términos de las modalidades y aplicaciones específicas, a la luz de esta enseñanza las personas expertas en la técnica pueden generar modalidades adicionales sin exceder el alcance ni apartarse del espíritu de la invención descrita y reivindicada en la presente. Por consiguiente, debe entenderse que el dibujo y la descripción en esta descripción se profieren para facilitar la comprensión de la invención, y no deben interpretarse para limitar el alcance de la misma.

Claims (48)

REIVINDICACIONES

1. Una turbina eólica del tipo que tiene al menos una paleta de perfil aerodinámico que tiene una configuración longitudinal para ejercer una fuerza de torsión sobre un generador en respuesta a una corriente de aire de choque, comprendiendo la turbina eólica: un generador para producir energía eléctrica en respuesta a la aplicación de una fuerza giratoria; un arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible dispuesto a lo largo de un borde de la paleta de perfil aerodinámico por al menos una porción de la dimensión longitudinal de dicha paleta de perfil aerodinámico; y una instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma para variar la configuración de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible y, que varia asi las características aerodinámicas de la paleta de perfil aerodinámico y de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

2. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde se proporciona además: un detector para proporcionar datos en respuesta a una condición de operación predeterminada de dicho borde de perfil aerodinámico flexible; y un controlador para controlar la operación de dicho mecanismo impulsor de variación de la forma en respuesta a los datos emitidos por dicho detector.

3. La turbina eólica de la reivindicación 2, en donde dicho detector se encuentra dispuesto en cercanía a la turbina eólica.

4. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicho borde de perfil aerodinámico flexible se encuentra dispuesto como un borde posterior de dicha paleta de perfil aerodinámico.

5. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicha instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma comprende una varilla axial de montaje simétrico que se extiende longitudinalmente a lo largo de al menos una porción de dicha paleta de perfil aerodinámico.

6. La turbina eólica de la reivindicación 5, en donde se proporciona además un dispositivo de enlace para convertir el movimiento longitudinal de dicha varilla axial de montaje simétrico en movimiento translongitudinal .

7. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicha instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma comprende un accionador electromecánico que proporciona una fuerza de impulsión para variar la configuración de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

8. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicha instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma comprende un accionador hidráulico que proporciona una fuerza de impulsión para variar la configuración de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

9. La turbina eólica de la reivindicación 8, en donde se proporciona además: una bomba hidráulica para proporcionar un fluido hidráulico presurizado; y una linea hidráulica que se extiende a lo largo de la paleta de perfil aerodinámico para proporcionar un acoplamiento fluido entre dicha bomba hidráulica y dicho accionador hidráulico.

10. La turbina eólica de la reivindicación 9, en donde se proporciona además un motor para proporcionar energía mecánica a dicha bomba hidráulica.

11. La turbina eólica de la reivindicación 9, en donde se proporciona además un dispositivo de acoplamiento para proporcionar energía mecánica a dicha bomba hidráulica en respuesta a la fuerza de torsión ejercida por la paleta de perfil aerodinámico.

12. La turbina eólica de la reivindicación 9, en donde se proporciona además: un detector para proporcionar datos en respuesta a una condición de operación predeterminada de la turbina eólica; y un controlador para controlar la operación de dicha bomba hidráulica en respuesta a los datos emitidos por dicho detector .

13. La turbina eólica de la reivindicación 12, en donde dicho detector se encuentra dispuesto sobre la paleta de perfil aerodinámico.

14. La turbina eólica de la reivindicación 12, en donde se proporciona además un alojamiento para el generador y dicho detector se encuentra dispuesto sobre dicho aloj amiento .

15. La turbina eólica de la reivindicación 14, en donde se proporciona además una columna de soporte para soportar el generador, y dicho detector se encuentra dispuesto sobre dicha columna.

16. La turbina eólica de la reivindicación 12, en donde dicho detector se encuentra dispuesto para proporcionar datos en respuesta al grado de deformación de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

17. La turbina eólica de la reivindicación 8, en donde se proporciona además una válvula hidráulica para controlar la aplicación de la presión hidráulica a dicho accionador hidráulico.

18. La turbina eólica de la reivindicación 17, en donde dicha válvula hidráulica se acciona eléctricamente.

19. La turbina eólica de la reivindicación 18, en donde dicha válvula hidráulica se acciona mecánicamente.

20. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se configura como un cartucho reemplazable instalado sobre la paleta de perfil aerodinámico.

21. La turbina eólica de la reivindicación 20, en donde dicho cariucho reemplazable se extiende aproximadamente entre el 10% y el 90% de la configuración longitudinal de la paleta de perfil aerodinámico.

22. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde se proporciona además una barra de transmisión que se extiende a lo largo de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible para facilitar el acoplamiento de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible con dicha instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma.

23. La turbina eólica de la reivindicación 22, en donde dicha barra de transmisión se forma integralmente con dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

24. La turbina eólica de la reivindicación 22, en donde dicha barra de transmisión imparte una característica de rigidez predeterminada para dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

25. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde se proporciona además un elemento de control de rigidez para impartir una característica de rigidez predeterminada a dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

26. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde se proporciona además un rodamiento lineal para soportar de manera movible dicha instalación de mecanismo impulsor de variación de la forma.

27. La turbina eólica de la reivindicación 1, en donde dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible se proporciona con superficies superior e inferior que se comunican entre si en un vértice.

28. La turbina eólica de la reivindicación 27, en donde dichas superficies superior e inferior se encuentran dispuestas para deslizarse una contra la otra en el vértice.

29. Una instalación de variación de la forma de borde para una paleta aerodinámica, comprendiendo la instalación de variación de la forma de borde: una instalación de aleta flexible que tiene superficies flexibles superior e inferior, siendo las superficies flexibles superior e inferior deslizables una con respecto a la otra en la porción de punta distad- elementos de impulsión superior e inferior acoplado cada uno, a una de las superficies flexibles superior e inferior respectivamente asociadas en cercanía a la porción de punta distal; y un dispositivo de impulsión para aplicar fuerzas de impulsión respectivas a las superficies flexibles superior e inferior a través de los elementos de impulsión superior e inferior .

30. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 29, en donde dichos elementos, de impulsión superior e inferior comprenden elementos longitudinales superior e inferior que transmiten las fuerzas entre las superficies flexibles superior e inferior respectivamente asociadas y dicho dispositivo de impulsión.

31. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 30, en donde los elementos longitudinales son cables de transmisión.

32. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 30, en donde dicho dispositivo de impulsión comprende: un motor para proporcionar energía mecánica; y un dispositivo de acoplamiento para acoplar dicho motor a los elementos longitudinales superior e inferior.

33. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 32, en donde dicho motor es un motor giratorio.

34. La instalación de variación de la forma de oorde de la reivindicación 32, en donde dicho dispositivo de acoplamiento comprende un elemento longitudinalmente desplazable acoplado a los elementos longitudinales superior e inferior.

35. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 34, en donde el elemento longitudinalmente desplazable es un cable.

36. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 35, en donde se proporciona además una polea para acoplar el cable a dicho motor.

37. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 34, en · donde el elemento longitudinalmente desplazable es una varilla.

38. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 29, en donde se proporciona además : un cuerpo de paleta aerodinámica; y una junta para embragar dicho cuerpo de paleta aerodinámica a dicha instalación de aleta flexible.

39. La instalación de variación de la forma de borde de la reivindicación 38, en donde al menos una porción de dicho dispositivo de impulsión se encuentra dispuesta dentro de dicho cuerpo de paleta aerodinámica.

40. Un dispositivo aerodinámico para una paleta de una turbina eólica, comprendiendo el dispositivo aerodinámico : un cuerpo de paleta que tiene una configuración longitudinal y un borde; y un arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible dispuesto a lo largo del borde de dicho cuerpo de paleta por al menos una porción de la dimensión longitudinal de dicho cuerpo de paleta.

41. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 40, en donde se proporciona además una instalación de variación de la forma para cambiar las características aerodinámicas del dispositivo aerodinámico mediante la reconfiguración de dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

42. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 41, en donde se proporciona una pluralidad de instalaciones de variación de la forma dentro de dicho cuerpo de paleta.

43. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 42, en donde dicha pluralidad de instalaciones de variación de la forma son individualmente operables para efectuar una configuración de torsión sobre dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

44. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 41, en donde dicha instalación de variación de la forma comprende: un motor para proporcionar energía mecánica; y un dispositivo de acoplamiento para acoplar dicho motor al arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

45. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 44, en donde dicho dispositivo de acoplamiento comprende : un elemento de impulsión longitudinalmente desplazable para ejercer una fuerza alternante longitudinalmente a lo largo de dicho cuerpo de paleta; y un elemento de impulsión transversalmente desplazable para acoplar dicho elemento de impulsión longitudinalmente desplazable a dicho arreglo del borde de perfil aerodinámico flexible.

46. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 45, en donde dicho cuerpo de paleta tiene una porción de acoplamiento para acoplar la paleta a la turbina eólica y dicho motor se encuentra dispuesto dentro de dicha porción de acoplamiento.

47. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 46, en donde dicho motor se encuentra dispuesto dentro de dicho cuerpo de paleta.

48. El dispositivo aerodinámico de la reivindicación 45, en donde se proporciona además un rodamiento lineal para facilitar el desplazamiento de dicho elemento de impulsión transversalmente desplazable.