ES2333499B1 - Pala para aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Pala para aerogenerador, formada por un cuerpo
de perfil aerodinámico que comprende una composición de tramos
longitudinales, los cuales se unen en el acoplamiento de montaje
mediante bridas (3) que se atornillan entre sí por el exterior del
conjunto estructural, estructurándose dicho cuerpo de perfil
aerodinámico por una estructura laminar exterior (1) que se compone
de unas estructuras parciales determinantes del borde de ataque y
las caras de extradós y de intradós del perfil aerodinámico,
mientras que en el interior se extienden unos largueros (2) en
forma de tabiques longitudinales, sobre los cuales se unen mediante
pegado y remache las mencionadas estructuras parciales de la
estructura laminar exterior (1).
Description
Pala para aerogenerador.
La presente invención está relacionada con los
aerogeneradores que disponen de un rotor de palas para el
accionamiento por el viento, proponiendo la realización
constructiva de una pala para dichos aerogeneradores, con la cual se
logran unas características estructurales que permiten un alto
grado de automatización constructiva y la adaptación para mejorar
el comportamiento de las prestaciones y rendimientos en la función
eólica.
La demanda mundial de energías renovables
permite al sector eólico la oportunidad de contribuir con los
compromisos de hacer frente al cambio climático para un desarrollo
sostenible.
Ahora bien, para reducir los costos de
producción por Kw generado, de los actuales generadores eólicos,
es necesario recurrir a aerogeneradores de más potencia instalada y
por tanto de palas de mayor longitud.
En este sentido, el desarrollo de grandes
aerogeneradores demanda nuevos conceptos estructurales para
construir grandes palas en procesos automáticos que permitan
construir las palas en varios trozos, optimizando los materiales y
reduciendo el peso relativo, así como el costo del transporte y los
problemas logísticos y por tanto el costo final de las palas
instaladas en su lugar de aplicación, contribuyendo así de forma muy
directa a la reducción del costo por Kw generado, respecto de los
aerogeneradores actuales.
Las palas de aerogenerador se construyen de
diferentes clases según el tipo de vientos dominantes de los
lugares de instalación, clasificándose de acuerdo con ello las
palas en Clase 1 para altos vientos racheados, hasta Clase 4 para
vientos bajos, de manera que el peso y el costo de las palas varía
según la clase de las mismas, lo que dificulta la construcción, ya
que se requieren moldes diferentes para cada clase, precisando de
procesos mayoritariamente manuales para la ejecución.
De acuerdo con la invención se propone una pala
para aerogenerador estructurada según una realización que aporta
mejoras en el perfil aerodinámico, contribuyendo a mejorar el
rendimiento funcional y a reducir el ruido que genera la pala en la
actividad de aplicación.
Esta pala objeto de la invención consta de una
formación estructural que comprende una estructura externa a modo
de piel, mediante la cual se determina la configuración del perfil
aerodinámico de la pala, con una composición mediante una
estructura parcial que forma el borde de ataque y sendas
estructuras parciales que forman las caras de extradós y de
intradós, incluyendo en el interior de la mencionada estructura
unos largueros de refuerzo, en forma de tabiques
longitudinales.
Se obtiene de este modo una forma estructural
que permite automatizar el proceso de fabricación de las distintas
partes estructurales, con las cuales la formación de las palas
resulta a su vez sencilla y susceptible de automatización, mediante
unión por pegado y remachado de las partes componentes de la
estructura externa sobre los largueros interiores, lo cual
determina además un conjunto estructural resistente, en el cual las
cargas que debe soportar la pala en su acción funcional las
soportan el extradós y el intradós.
Debido a dicho comportamiento funcional, la
estructura de las palas se puede adaptar en su formación
constructiva para reducir el peso y el costo de material, en
relación con la clase de pala en cada caso, de modo que, según el
esfuerzo que tenga que soportar la pala por la acción del viento
que se prevea en el lugar de aplicación, el extradós y el intradós
se pueden realizar de un mayor o menor grosor, manteniendo un
grosor máximo en las zonas de la unión con los largueros del
interior de la pala para que la rigidez del conjunto estructural no
se altere.
Dicha formación estructural permite además
realizar en proceso automático con un solo molde palas de
diferentes clases, solo con la programación del
software-máquina correspondiente para cada clase de
pala, sin necesidad de tener que disponer de moldes diferentes para
las distintas clases de palas.
El conjunto estructural de la pala se prevé
dividido en tramos longitudinales, como ya es conocido, para
mejorar las condiciones del transporte de las palas de gran
longitud, de modo que no sea necesario utilizar transportes
especiales, abaratando así los costos por este concepto,
determinándose la unión de los tramos longitudinales mediante unas
bridas en forma de casquillos que se insertan en los extremos de
unión de los tramos de la pala y que se fijan a la estructura
exterior de dichos tramos por pegado y remachado o atornillado
complementario, las cuales bridas determinan en el extremo una
forma anular periférica, a través de la cual se establece la unión
de los tramos consecutivos de la pala mediante atornillado.
\newpage
Esta disposición permite un fácil montaje y
desmontaje del acoplamiento de unión de los tramos componentes de
las palas, permitiendo el intercambio de tramos, de forma que si,
por ejemplo, un rayo deteriora el tramo extremo de una pala en su
disposición funcional de aplicación, en poco tiempo y mediante
relativamente poco trabajo se puede sustituir el tramo deteriorado,
sin necesidad de desmontar toda la pala, reduciendo así los cotos
de mantenimiento e incluso otros costos secundarios, como el de la
póliza de seguro antirayos de los parques eólicos.
Dado que una parte del ruido que generan las
palas de un aerogenerador proviene en su mayor parte de los
torbellinos generados en el borde de salida del perfil
aerodinámico, a lo largo de toda la longitud de la pala, según una
característica de la invención en la zona cercana al borde de
salida en la cara exterior se determina una superficie rugosa
formada con huellas a modo de pequeños cráteres, con lo cual se
consigue una reducción de la resistencia aerodinámica de la pala y
del ruido que ésta genera.
La reducción de la resistencia aerodinámica de
la pala afecta además de manera positiva desde el punto de vista de
la producción del aerogenerador de aplicación, ya que se puede
incrementar dicha producción, así como disminuir la cuerda de las
secciones aerodinámicas y por consiguiente reducir el coste y el
peso de la pala.
Por otra parte, mediante la determinación de una
superficie rugosa semejante en la zona próxima al borde de ataque
del perfil aerodinámico de la pala, se obtiene un efecto generador
de vórtices o torbellinos, haciendo que el flujo del aire pase de
laminar a turbulento, de manera que resulta menos sensible a
gradientes adversos de presión, con lo que se retrasa la entrada en
pérdida del perfil aerodinámico, aumentando el coeficiente de
sustentación de la sección, lo cual implica a su vez una posible
reducción de la cuerda local y por tanto la reducción del peso y
costo de la pala.
La reducción de la cuerda de las palas es además
de vital importancia para facilitar el transporte y la logística
y, junto con la posibilidad de fabricar las palas en trozos,
permite la construcción de grandes palas (entre 50 y 90 metros de
longitud), para aerogeneradores de 3 a 10 MW de potencia
nominal.
Con todo ello, la pala preconizada resulta de
unas características ciertamente ventajosas, que confieren a su
realización vida propia y carácter preferente respecto de las palas
conocidas de la misma función.
La figura 1 muestra una vista exterior en
perspectiva de una pala de aerogenerador según la invención.
La figura 2 es una vista parcial explosionada
del conjunto estructural de formación de la pala.
La figura 3 es una sección transversal ampliada
del conjunto estructural de la pala.
Las figuras 4, 5 y 6 son sendos detalles
ampliados de las zonas IV, V y VI indicadas en la figura 3.
La figura 7 es una sección transversal del
conjunto estructural de la pala con el grosor de las partes de
intradós y de extradós reducido.
La figura 8 es un detalle ampliado de la zona de
unión de los tramos longitudinales de la pala.
La figura 9 es una sección transversal de dicha
zona de unión de los tramos longitudinales de la pala.
La figura 10 es un detalle ampliado de la parte
extrema de la pala en donde se halla el acoplamiento de unión para
el montaje respecto del rotor eólico de aplicación.
La figura 11 es una sección del montaje de unión
de la pala respecto del rotor eólico correspondiente.
La figura 12 es una vista parcialmente
seccionada de dicho montaje de unión de la pala respecto del rotor
eólico, desde una observación perpendicular a la de la figura
anterior.
La figura 13 es una perspectiva parcial de la
pala preconizada, con sendas zonas rugosas en la superficie
exterior cerca de los bordes de entrada y salida del perfil
aerodinámico.
El objeto de la invención se refiere a una pala
de aerogenerador, cuya realización ha sido prevista con unas
características estructurales que mejoran las prestaciones del
comportamiento funcional.
La pala preconizada consta de un conjunto
estructural que comprende una estructura laminar exterior (1),
mediante la cual se determina la configuración del perfil
aerodinámico de la pala, incluyendo en el interior unos largueros
(2) a modo de tabiques longitudinales, mediante los que se
establece la consistencia estructural necesaria de la mencionada
estructura laminar exterior (1).
\newpage
Dicha estructura laminar exterior (1) se compone
de una estructura parcial (1.1) que forma el borde de ataque del
perfil aerodinámico de la pala, y sendas estructuras parciales (1.2
y 1.3) que forman las caras de extradós y de intradós,
respectivamente, del mencionado perfil aerodinámico de la pala,
estableciéndose la solidarización del conjunto mediante unión de
las mencionadas estructuras parciales (1.1, 1.2 y 1.3) sobre los
largueros (2) por pegado y remachado, como muestran las figuras 4 a
6.
Resulta así una formación estructural cuyas
partes componentes se pueden realizar independientemente,
permitiendo automatizar la fabricación de las palas, y que además
permite adaptar la formación estructural constructiva de acuerdo con
el tipo de viento para el que vayan destinadas las palas, mediante
la determinación de las estructuras parciales del extradós (1.2) y
del intradós (1.3), con un grosor mayor o menor, como representan
las figuras 3 y 7, en función de que los vientos del lugar para el
que se halle destinada la pala sean más o menos fuertes,
permitiendo fabricar con un mismo molde palas de diferentes clases
para los distintos tipos de vientos.
En la realización constructiva, con
independencia del grosor de las estructuras parciales del extradós
(1.2) y del intradós (1.3), las zonas de unión de estas estructuras
parciales y de la estructura parcial (1.1), respecto de los
largueros (2), se mantienen con un grosor máximo, como se observa
en la figura 7, para garantizar la rigidez del conjunto
estructural.
Con el fin de facilitar el transporte hasta los
lugares de instalación, el conjunto estructural de la pala se prevé
dividido en tramos longitudinales, los cuales se unen en el montaje
de la pala correspondiente mediante unas bridas (3), tal como se
observa en las figuras 1, 8 y 9.
Como muestra la figura 9, las bridas (3) de
unión de los tramos longitudinales componentes de las palas,
poseen un cuerpo (3.1) a modo de casquillo que se inserta en el
tramo de pala correspondiente, fijándose dicho cuerpo (3.1) a la
estructura exterior (1) del tramo mediante pegado y,
susceptiblemente, para mayor resistencia, con un complemento de la
sujeción mediante remaches o tornillos (4).
En el extremo del cuerpo (3.1) las mencionadas
bridas (3) determinan una conformación anular periférica (3.2) que
sobresale hacia el exterior, de modo que la unión de acoplamiento
entre los tramos componentes de la pala se establece mediante
tornillos (5) que se disponen a través de las correspondientes
conformaciones anulares (3.2) de las bridas (3) de los respectivos
tramos.
Con esta disposición resulta fácil de realizar
el montaje y desmontaje de la unión de los tramos componentes de
las palas, permitiendo el intercambio de tramos de una manera
rápida y poco costosa, por ejemplo para sustituir el tramos de
punta cuando dicho tramo se halla deteriorado por la acción de un
rayo o cualquier otra circunstancia.
Para reducir las pérdidas de rendimiento que se
producen por los flujos del aire en la punta de la pala, se coloca
en el extremo un dispositivo (6), mediante el cual se bloquea el
flujo tridimensional entre la cara de intradós (1.3) y la cara de
extradós (1.2), consiguiéndose con ello un mejor rendimiento en
dicha punta de la pala y una disminución del ruido en el
funcionamiento de la misma.
Sin embargo, una parte del ruido que generan las
palas de los aerogeneradores, proviene de los torbellinos que se
producen en el borde de salida del perfil aerodinámico a lo largo
de toda la envergadura de la pala, por lo que, para disminuir este
efecto, cerca del borde de salida en la cara exterior se determina
una zona (7) de superficie rugosa, conformada con unas huellas a
modo de pequeños cráteres, con lo que se consigue una reducción de
la resistencia aerodinámica de la pala, lo cual mejora el
rendimiento y reduce el ruido del funcionamiento.
En la cercanía del borde de entrada (1.1) del
perfil aerodinámico se determina a su vez una zona (8) de
superficie rugosa conformada de manera semejante a la antedicha
zona (7) pero con una geometría de huellas y espacios diferente,
consiguiéndose con esta zona (8) un efecto generador de vórtices o
torbellinos, que hace que el flujo del aire pase de laminar a
turbulento, con lo que se retrasa la entrada en pérdida del perfil
aerodinámico, consiguiéndose un aumento del coeficiente de
sustentación de la sección, lo cual permite una reducción de la
cuerda local y por consiguiente una disminución del peso y del
costo de la pala.
En el extremo opuesto a la punta el conjunto
estructural de la pala determina un acoplamiento (9) para el amarre
de sujeción de la pala en su montaje de aplicación, estando
previsto el montaje de sujeción de la pala mediante un adaptador
(10), al cual se une el conjunto estructural de la pala mediante el
acoplamiento (9), mientras que el adaptador (10) se sujeta por su
otro extremo al rotor eólico (11) de aplicación mediante otro
amarre de sujeción.
Resulta así un conjunto estructural con el
cuerpo aerodinámico de la pala independiente del adaptador (10) de
unión respecto del rotor eólico (11) de aplicación, de manera que
en la función de trabajo los esfuerzos transversales de la pala
repercuten sobre el adaptador (10), que es el que los soporta,
pudiendo ser formado el cuerpo aerodinámico de la pala con una
configuración plana más adecuada para la captación eólica, sin
tener que sobredimensionar la anchura en la proximidad del
acoplamiento de sujeción sobre el rotor eólico (11) sobre el que se
incorpora.
Claims (5)
1. Pala para aerogenerador, del tipo que
comprende un cuerpo de perfil aerodinámico formado por una
composición de tramos longitudinales, caracterizada porque
el cuerpo de perfil aerodinámico consta de un conjunto estructural
que comprende una estructura laminar exterior (1) compuesta por una
estructura parcial (1.1) que determina el borde de entrada del
perfil aerodinámico, y sendas estructuras parciales (1.2 y (1.3)
que forman las caras de extradós y de intradós, respectivamente,
yendo en el interior unos largueros (2) en forma de tabiques
longitudinales, sobre los cuales se unen las mencionadas
estructuras parciales (1.1, 1.2 y 1.3) de la estructura laminar
exterior (1), mediante pegado y remachado, mientras que los tramos
longitudinales componentes del cuerpo de perfil aerodinámico se
unen en el acoplamiento de montaje mediante bridas (3) que se
atornillan entre sí por el exterior del conjunto estructural.
2. Pala para aerogenerador, de acuerdo con la
primera reivindicación, caracterizada porque las bridas (3)
de unión de los tramos longitudinales componentes del cuerpo de
perfil aerodinámico comprenden un cuerpo (3.1) en forma de
casquillo que se inserta en el tramo respectivo y se fija a la
estructura exterior (1) del mismo mediante pegado y susceptible
complemento con tornillos o remaches, poseyendo el mencionado
cuerpo (3.1) en el extremo una conformación anular (3.2) que
sobresale al exterior, a través de la cual se establece el amarre
de la unión de los tramos consecutivos mediante tornillos (5).
3. Pala para aerogenerador, de acuerdo con la
primera reivindicación, caracterizada porque las estructuras
parciales (1.2 y 1.3) que forman las caras de extradós y de
intradós del cuerpo de perfil aerodinámico, se determinan con un
grosor variable de acuerdo con el tipo de vientos del lugar de
aplicación para el que se destina la pala, manteniéndose con un
grosor máximo las zonas de unión con respecto a los largueros
interiores (2).
4. Pala para aerogenerador, de acuerdo con la
primera reivindicación, caracterizada porque cerca del borde
de salida en la cara exterior del cuerpo de perfil aerodinámico se
determina una zona (7) de superficie rugosa, conformada mediante
huellas en forma de pequeños cráteres, mediante la que se reduce la
resistencia aerodinámica de la pala.
5. Pala para aerogenerador, de acuerdo con la
primera reivindicación, caracterizada porque cerca del borde
de entrada en la cara exterior del cuerpo de perfil aerodinámico se
determina una zona (8) de superficie rugosa, conformada con huellas
en forma de pequeños cráteres, mediante la que se produce un efecto
generador de vórtices o torbellinos del flujo del aire que incide
sobre la pala.
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