ES2297998A1 - Pala partida para aerogeneradores. - Google Patents

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Abstract

Pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o más tramos (6 y 7) unidos consecutivamente entre sí mediante uniones rígidas. Los ejes de dichos tramos forman un ángulo mayor de 180º por el lado enfrentado a la torre (1) del aerogenerador.

Description

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Pala partida para aerogeneradores.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una pala partida para aerogeneradores, compuesto por al menos dos tramos unidos entre sí y constituida de modo que se elimine el riesgo de impacto de la punta de la pala con la torre, debido a la flexión de la pala ante ciertos casos de carga extrema, al tiempo que apenas se incrementa el momento flector provocado por el peso de las palas en la torre, debido a que se aleja lo menos posible el centro de gravedad de las palas respecto del eje de la torre.
Uno de los principales criterios de diseños de las palas para aerogeneradores es la deflexión de punta de pala ante ciertos casos de carga extremos. La gran longitud y flexibilidad de las palas provoca que, a su paso, por la torre, exista el riesgo de impacto entre pala y torre en caso de no estar correctamente dimensionada la pala. La normativa vigente regula incluso dicha máxima deflexión en punta. Esto provoca que, según sea la estructura de la pala, el criterio de diseño sea dimensionante, y por tanto responsable directo del peso y coste de la pala. Además, al aumentar el peso de la pala o alejar su centro de gravedad del eje de la torre, aumentan las cargas en el resto del aerogenerador, siendo por tanto dicho criterio de diseño responsable indirecto del peso y coste del aerogenerador.
Antecedentes de la invención
Para eliminar o reducir el riesgo de impacto entre palas y torre, sin recurrir al criterio de diseño dimensionante, es ya conocido el dotar a la pala de una contraflecha, con la que se logre aumentar la distancia entre punta de pala y torre, contrarrestando así la deflexión de punta de pala, pero aumentando consecuentemente la distancia entre el centro de gravedad de las palas respecto del eje de la torre, lo cual provoca un aumento de las cargas en el aerogenerador.
En la EP 01019631 se describe una pala para aerogeneradores, en la que se modifica su geometría, dando cierta curvatura a lo largo del tercio extremo de la pala. Esta curvatura provoca que la distancia entre la punta de pala y la torre aumente logrando la contraflecha y evitando el riesgo de impacto con la torre. Sin embargo la pala descrita en esta patente está constituida de una sola pieza y, por tanto presenta los problemas clásicos de transporte hasta el punto de montaje del aerogenerador.
Otra forma de lograr una contraflecha en las palas se describe en la WO-03060319. De acuerdo con dicha patente la unión de las palas con el núcleo del rotor se lleva a cabo según un plano que no es perpendicular al eje de la pala, sino que forma un cierto ángulo con el mismo, de modo que se logre en la punta de la pala la contraflecha necesario para evitar el riesgo de colisión de dicha punta con la torre.
Como en el caso anterior, la invención esta aplicada a palas de una sola pieza.
El mismo concepto expuesto, la formación de un cierto ángulo de la pala a partir del buje del rotor, en adelante denominado "ángulo de raíz", se describe en las patentes US 20030227174, en la cual las palas son partidas; y en la EP 0368374, en la cual el rotor incluye dos palas de una sola pieza y el ángulo de raíz es variable.
Por último puede citarse la US 4533297, que engloba los dos conceptos antes expuestos, aplicados a una pala partida: ángulo de raíz y ángulo de inclinación intermedio. El primero se logra hacienda que la pala arranque del buje del rotor con un cierto ángulo y el segundo mediante la unión de dos tramos de cada pala con un conector que incluye una articulación y uniendo la punta y conector de cada pala con la punta y conectores de las palas adyacentes mediante sendos cables. A través de los conectores entre tramos de cada pala y regulando la longitud de los cables, es posible definir el ángulo del tramo extremo de las palas. En este caso, aunque las palas son partidas, el ángulo de inclinación intermedio exige un conector entre tramos, compuesto por una articulación, y cables con los que se fija, regulando su longitud, dicho ángulo de inclinación intermedio, todo lo cual supone una estructura complicada, costosa y de comportamiento inseguro ante las inclemencias climáticas.
En los documentos anteriormente citados se hace caso omiso a la repercusión del incremento de la distancia entre el centro de gravedad de las palas y el eje de la torre, y por tanto no se tiene en cuenta el aumento de las cargas como consecuencia del momento flector que este hecho provoca.
Descripción de la invención
La presente invención tiene por objeto una pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o mas tramos conectados consecutivamente mediante uniones rígida, y en la que al menos los ejes de los tramos extremos forman entre sí un ángulo mayor de 180°, por el lado enfrentado a la torre, de modo que al ser el tramo o tramos internos paralelos al eje de la torre, el tramo mas extremo discurrirá en dirección divergente respecto de dicho eje. De este modo la pala presentará una contraflecha que hará que aumente la distancia entre el extremo de la pala y torre.
Para ello, según una forma de realización, las secciones extremas adyacentes de tramos consecutivos definen un plano de asiento y unión entre las mismas que no es perpendicular al eje de la pala, sino que forma un cierto ángulo con el mismo. El plano de asiento citado coincide con la bisectriz del ángulo definido por los ejes de los dos tramos.
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Para lograr esta disposición, de acuerdo con la invención, en la unión de dos tramos consecutivos la sección transversal extrema de uno de los tramos, al menos, está inclinada respecto del eje de dicho tramo, con el ángulo de inclinación que permita lograr la contraflecha deseada para el tramo extremo de la pala y, con ello, el aumento de distancia entre el extremo de dicha pala y la torre.
Según una variante de ejecución, el ángulo entre tramos consecutivos puede lograrse mediante la inclusión de una cuña entre las secciones transversales adyacentes de dichos tramos. En este caso dichas secciones podrían ser perpendiculares al eje del tramo correspondiente.
También el ángulo de inclinación intermedio puede lograrse mediante inclinación de las secciones transversales extremas adyacentes de dos tramos consecutivos. En este caso las dos secciones transversales extremas pueden tener igual o diferente inclinación, siempre que con la inclinación de ambas secciones se logre el ángulo de inclinación intermedio deseado.
La unión rígida entre tramos consecutivos puede lograrse por cualquier sistema, por ejemplo según se describe en la solicitud PCT/ES 2005/100168, de los mismos solicitantes.
Como puede comprenderse, las palas pueden estar constituidas por dos o mas tramos y el objeto de la invención podría ser aplicado solo entre dos tramos consecutivos o en la unión de cada dos tramos.
Además, la pala de la invención podría presentar también un determinado ángulo de raíz, de modo que la distancia entre el extremo de la pala y la torre fuese consecuencia del ángulo de raíz y del ángulo de inclinación intermedio. Con esta realización el tramo más alejado de la raíz girará en un cono de mayor conicidad que el cono en el que gira el tramo más cercano a la raíz.
Al ser la pala de la invención partida, se reducen los problemas de transporte hasta el lugar de instalación del aerogenerador.
Por otro lado, al ser la unión entre tramos de la pala rígidos, eliminando articulaciones y cables de unión entre palas, se logra una mejor aerodinámica, puesto que se dispone de una pala continua. Asimismo se eliminan partes móviles, lo cual se traducirá en un funcionamiento más seguro y fiable, una mayor resistencia y un menor desgaste, o lo que es igual una mayor vida de las palas. También con la pala de la invención se logra un mejor comportamiento ante las inclemencias climáticas y un menor índice de vibraciones.
Mediante la configuración resultante de la unión de los diferentes tramos de las palas tal y como se ha descrito, el centro de gravedad del conjunto de las palas, y por consiguiente el del conjunto de las palas, el rotor y los elementos de la góndola, se encontrará más próximo al eje de la torre, con lo cual se reducirá el momento flector producido por el peso propio de las palas en la torre, lo que repercutirá en una mejora de los criterios de diseño del aerogenerador.
Breve descripción de los dibujos
El objeto de la invención podrá comprenderse mejor con la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra de forma esquemática y a título de ejemplo no limitativo una posible forma de realización.
En los dibujos:
La figura 1 es un alzado esquemático de un aerogenerador constituido de acuerdo con la invención, en el que las palas presentan un ángulo de inclinación intermedio.
La figura 2 es una vista similar a la figura 1, en el que las palas del aerogenerador presentan un ángulo de raíz y un ángulo de inclinación intermedio.
La figura 3 muestra en sección esquemática la unión entre los dos tramos consecutivos de una pala de aerogenerador, de acuerdo con la invención.
La figura 4 es una vista similar a la figura 3, mostrando una variante de ejecución.
La figura 5 es una sección esquemática similar a la figura 3, mostrando una segunda variante de ejecución.
La figura 6 es una vista similar a la figura 1, mostrando un aerogenerador con las palas subdivididas en tres tramos, de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de un modo de realización
En la figura 1 se muestra un aerogenerador que incluye una columna o torre 1 en la que va montada la góndola 2, que incluye un alternador accionado por un rotor 3 compuesto por palas 4 que parten de un buje central 5.
Las palas 4 están compuestas en el ejemplo representado por dos tramos, uno interno 6, que es paralelo al eje 8 de la columna y se conecta al buje 5 de forma tradicional, y un tramo externo 7 que forma con el tramo interno 6 un ángulo de inclinación intermedio \alpha. Esta disposición hace que el conjunto de las palas 4 tenga una contraflecha con la cual el extremo 9 de las palas queda alejado de la columna o torre 1, respecto de la pala que siguiera la dirección del tramo interno 6, paralelo al eje 8 de la columna.
En la figura 2 se muestra un aerogenerador de constitución similar, en el que el tramo interno 6 de las palas forma un ángulo de raíz \beta con el eje 8 de la columna. Además el tramo extremo 7 de las palas forma un ángulo \alpha' con el tramo interno 6, de modo que el extremo 9 de las palas queda separado de la torre 1 una distancia que es función de los ángulos \beta y \alpha'.
De acuerdo con la invención la unión entre los tramos 6 y 7 es rígida y puede llevarse a cabo por cualquier sistema conocido. El ángulo \alpha ó \alpha' puede conseguirse dotando a uno de los tramos, en el ejemplo representado en la figura 3 al tramo 7, de una sección extrema 10 que forma con el eje 11 de dicho tramo un ángulo tal que permita lograr la contraflecha deseada entre los tramos 6 y 7. En este caso el tramo 6 tendrá una sección extrema perpendicular al eje 12 de dicho tramo.
También, según se muestra en la figura 4, las secciones extremas de los tramos 6 y 7 pueden presentar una inclinación, igual o diferente, que se referencia con el número 10' y que permitirá obtener entre los dos tramos la misma contraflecha que en el caso de la figura 3.
En la figura 5 se muestra una variante de ejecución en la que el ángulo \alpha o \alpha' se corrige intercalando entre las secciones extremas adyacentes de dos tramos consecutivos 6 y 7 una pieza intermedia 16 en forma de cuña, cuyo ángulo "c" será suplementario del ángulo "d" formado entre los ejes 11 y 12 de los tramos 6 y 7.
Con la constitución comentada, mediante la unión rígida de los tramos 6 y 7, se obtienen palas continuas, con las que se logra un mejor comportamiento aerodinámico.
En las figuras 1 y 2 se representa mediante línea discontinua la pala 13 de una sola pieza que tendría una contraflecha equivalente a la pala de la invención formada por los tramos 6 y 7.
Con cualquiera de las realizaciones mostradas en las figuras 1 y 2 los tramos 6 y 7 forman, por el lado dirigido hacia la torre 1, un ángulo mayor de 180°, lo cual hace que el tramo extremo 7 discurra en dirección divergente respecto del eje 8 de la torre, quedando así alejado el extremo 9 de las palas respecto de dicha torre.
En la figura 6 se muestra un aerogenerador de constitución general coincidente con el mostrado en la figura 1, utilizándose las mismas referencias para designar elementos coincidentes. La diferencia estriba en que las palas 4 están subdivididas en tres tramos, uno interno 6 que, como en el caso de la figura 1 parte del buje 5 y es paralelo al eje 8 de la columna, uno intermedio 14, que forma con el tramo 6 un ángulo \beta, y uno externo 15, que forma con el tramo intermedio un ángulo \gamma.
Esta constitución facilitará el transporte de las palas y permitirá que las palas puedan tener una contraflecha mayor, con la que se separa, mas aun el extremo 9 de la pala de la torre 1.

Claims (3)

1. Pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o mas tramos unidos consecutivamente entre sí, caracterizado porque la unión entre cada dos tramos consecutivos es rígida y los ejes de dichos tramos forman un ángulo mayor de 180° por el lado enfrentado a la torre del aerogenerador, discurriendo el tramo mas extremos en dirección divergente respecto del eje de la torre.
2. Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque en la unión de dos tramos consecutivos dichos tramos apoyan directamente entre sí a través de sus secciones transversales y al menos una de tales secciones presenta una inclinación respecto del eje del tramo correspondiente cuyo ángulo es suplementario con el ángulo menor que forman entre sí los ejes de dichos tramos.
3. Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque las secciones transversales adyacentes de tramos consecutivos son perpendiculares a los ejes de dichos tramos y la unión de los mismos se lleva a cabo con interposición entre dichas secciones de una pieza rígida en cuña, cuyo ángulo es suplementario del ángulo menor que forman entre sí los ejes de dichos tramos.
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