ES2373521T3

ES2373521T3 - Estructura de pala retráctil con un reborde de salida dividido.

Info

Publication number: ES2373521T3
Application number: ES09706142T
Authority: ES
Inventors: James G. P. DEHLSEN
Original assignee: Clipper Windpower LLC
Current assignee: Clipper Windpower LLC
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2012-02-06
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: KR20100103546A; US20100310374A1; BRPI0906663A2; WO2009095758A2; WO2009095758A3; EP2252791A2; CN101952586B; EP2252791B1; AU2009208761A1; ATE525567T1; CN101952586A; JP2011511895A; CA2703587A1; MX2010008030A

Abstract

Una estructura de pala extensible que comprende un módulo (2) de pala extensora y un módulo (8) de pala de base, en donde el módulo (2) de pala extensora comprende una carcasa (10) de perfil aerodinámico portadora que aloja una pala extensora (11), y un dispositivo ajustador para posicionar la pala extensora (11) entre una posición retraída dentro de la carcasa (10) de perfil aerodinámico portadora y una posición extendida, caracterizada porque la pala extensora (11) cuenta con aletas (26, 28) de borde de salida y una estructura de soporte (34b) entre las aletas (26, 28) de borde de salida, en donde las aletas (26, 28) son obligadas a unirse para formar un borde de salida en la posición extendida, la carcasa (10) de perfil aerodinámico cuenta con una estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinámico portadora y ranuras (56, 58) formadas en los lados superior e inferior de la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinámico, en donde cada ranura (56, 58) está adaptada para acoger a una de las aletas (26, 28), las aletas (26, 28) son forzadas a separarse y son guiadas al interior de las ranuras (56, 58) por la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinámico portadora en la posición retraída de la pala extensora (11), y porque la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinámico portadora y la estructura de soporte (34b) de la pala extensora (11) se apoyan una contra otra entre las aletas (26, 28).

Description

Estructura de pala retractil con un borde de salida dividido

5 Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

La solicitud internacional numero PCT/IB2007/001969 "Retractable Rotor Blade Structure" ("estructura retractil de pala de rotor", presentada el 12 de julio 2007, cedida a Clipper Windpower Technology, Inc., el cesionario de la presente solicitud, se incorpora al presente documento por referencia.

Antecedentes de la invencion

Campo de la invenci6n

15 Esta invenci6n se refiere a palas, tales como palas de perfil aerodinamico o aspas de rotor, en el ambito de la aviaci6n (aeronaves o helic6pteros) o a palas de dispositivos generadores de energia electrica o de dispositivos para bombeo de fluidos, tales como turbinas e6licas y turbinas de corrientes marinas, y mas en particular a un soporte estructural para una pala que tiene un m6dulo aerodinamico externo con una caracteristica telesc6pica que, cuando se extiende hacia fuera, aumenta el diametro o la longitud del perfil aerodinamico o de la pala y genera mas fuerzas

20 de sustentaci6n o bien, en el caso de palas de rotor de dispositivo generador de energia, capta mas energia e6lica durante periodos de menor viento, y se retrae telesc6picamente para reducir la exposici6n a la energia del viento cuando el viento es mas fuerte.

Descripcion de la tecnica anterior

25 Los mecanismos sugeridos en la tecnica anterior para controlar rotores de diametro variable para rotores basculantes y aeronaves son susceptibles de fallos por fatiga y requieren un mantenimiento considerable. Las turbinas e6licas y las turbinas de corrientes marinas trabajan en condiciones ambientales que pueden degradar rapidamente las propiedades de un mecanismo de extensi6n. Los elevados requisitos de mantenimiento se traducen

30 en mayores costos de energia, lo que da como resultado un sistema de energia renovable menos competitivo. Por ejemplo, el documento EP 1 375 911 A1 divulga un aerogenerador del tipo de helice para la generaci6n de energia, en donde el aerogenerador comprende una pluralidad de palas de turbina e6lica que estan distribuidas equiangularmente dentro de un plano perpendicular a un eje giratorio horizontal y en torno a un cubo procurado en el

35 eje giratorio horizontal. El cuerpo de la pala de cada pala de turbina incluye una pala auxiliar de punta alojada de manera que se puede extender hacia fuera de una punta de la pala, y retraerse hacia adentro, y una unidad de extensi6n y retracci6n de la pala auxiliar para hacer salir la pala auxiliar de punta con el fin de aumentar la longitud total de la pala.

40 El documento US 2003/0223868 A1 divulga una pala telesc6pica para turbina e6lica, en donde la pala de turbina e6lica esta constituida por una secci6n de pala fija con una brida de montaje integral para unir a un cubo de turbina e6lica. Una secci6n de pala movible esta unida a la secci6n de pala fija y se puede mover libremente en una direcci6n longitudinal con respecto a la secci6n de pala fija. Un dispositivo de posicionamiento coloca de manera controlable la secci6n de pala movible con el fin de modificar la longitud total de la pala. Esto permite ajustar el

45 diametro de la turbina e6lica. Tambien la presente invenci6n se refiere al ajuste de la longitud de la pala en la extremidad exterior de la pala con el fin de, en el caso de palas de rotor de dispositivo generador de energia, aumentar el diametro del rotor para aprovechar mas viento durante momentos de baja velocidad del viento, y reducir el diametro del rotor durante periodos con velocidades muy altas del viento, para asegurar de que el dispositivo no sufra tensiones excesivas.

50 El sistema estructural de la solicitud internacional numero PCT/IB2007/001969 proporciona soporte para una carcasa de perfil aerodinamico de palas de rotor de dispositivo generador de energia mediante la extensi6n de la viga estructural (o mastil) de la pala de base a traves del m6dulo telesc6pico o extensor de la pala, tanto cuando esta retraida como cuando esta extendida. El sistema estructural consta de una pala de base y un m6dulo de pala

55 extensora separable, en donde el m6dulo de pala extensora incluye una carcasa de perfil aerodinamico portadora y una pala extensora.� Las cargas transmitidas al borde de ataque y al borde de salida de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, por ejemplo cargas de adelanto-retraso inducidas por la gravedad, tienen un soporte superficial adecuado en el borde de 60 ataque, pero debido a la agudeza del borde de salida de la pala extensora no existe soporte adecuado en el borde de salida y por lo tanto, el borde de salida requiere de un metodo de soporte. Por tanto, es un objeto de la presente invenci6n proporcionar una estructura de pala extensible con un metodo de soporte para el borde de salida.

Lo que tambien se necesita es un mecanismo que facilite la extensi6n y retracci6n de palas extensibles y que sea ligero de peso, facil de mantener y duradero.

Lo que tambien se necesita es una estructura de pala extensible que sea aerodinamicamente eficiente.

Compendio de la invencion

La presente invenci6n se refiere a palas extensibles, y mas particularmente a un sistema generador de energia por flujo de fluido (viento o agua), que incluye una pala de rotor capaz de extensi6n y retracci6n de un radio de barrido de la pala de rotor con el fin de aumentar o disminuir el area de la secci6n transversal del flujo de fluido barrido por la pala de rotor.

Debe senalarse que la invenci6n no esta limitada al campo antes mencionado, sino que tambien puede ser aplicada al campo de la aviaci6n, por ejemplo a perfiles aerodinamicos de aeronaves o aspas de rotor de helic6pteros. Para facilitar la descripci6n de la invenci6n s6lo se divulgan en detalle palas de rotor de dispositivos generadores de energia.

En particular, la invenci6n se refiere a una pala o estructura de perfil aerodinamico, extensible, que comprende un m6dulo de pala extensora y un m6dulo de pala de base, en donde el m6dulo de pala extensora comprende una carcasa de perfil aerodinamico portadora que aloja una pala extensora, y un dispositivo ajustador para posicionar la pala extensora entre un posici6n retraida dentro de la carcasa de perfil aerodinamico portadora y una posici6n extendida. El dispositivo ajustador puede mover y enclavar la pala extensora en una posici6n cualquiera entre una posici6n totalmente extendida y una posici6n totalmente retraida. Por ejemplo, el dispositivo ajustador puede mover y enclavar la pala extensora en la posici6n media entre las posiciones totalmente extendida y totalmente retraida, en donde esta posici6n s6lo una parte de la pala extensora se encuentra fuera del m6dulo de pala extensora, en donde la parte restante de la pala extensora esta dispuesta en la carcasa de perfil aerodinamico portadora del m6dulo de pala extensora. A la parte de la pala extensora que se encuentra dentro de la carcasa de perfil aerodinamico portadora se la denomina "parte retraida", y a la parte de la pala extensora que se encuentra fuera de la carcasa de perfil aerodinamico portadora se la denomina "parte extendida". La pala extensora y la carcasa de perfil aerodinamico portadora se solapan en toda la longitud de la parte retraida de la pala extensora.

La pala extensora cuenta con aletas de borde de salida y una estructura de soporte entre las aletas de borde de salida, en donde las aletas de borde de salida son obligadas a unirse para formar un borde de salida en la posici6n extendida, es decir, en toda la longitud de la parte extendida de la pala extensora.

La carcasa de perfil aerodinamico cuenta con una estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora y ranuras formadas en los lados superior e inferior de la estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico, en donde cada ranura esta adaptada para acoger a una de las aletas, las aletas son forzadas a separarse y son guiadas al interior de las ranuras por la estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora en la posici6n retraida de la pala extensora, es decir, las aletas son acogidas por las ranuras en toda la longitud de la parte retraida de la pala extensora.

La estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora y la estructura de soporte de la pala extensora se apoyan una contra otra entre las aletas.

La estructura de pala de rotor extensible de la presente invenci6n proporciona un metodo de soporte para el borde de salida de la carcasa de perfil aerodinamico portadora al proporcionar una pala extensora con una estructura de soporte y una estructura de soporte dentro de la carcasa de perfil aerodinamico portadora del m6dulo de pala extensora, en donde las estructuras de soporte se apoyan una contra otra. Las cargas, por ejemplo cargas de adelanto-retraso inducidas por la gravedad, pueden ser transmitidas desde la pala extensora a la carcasa de perfil aerodinamico portadora del m6dulo de pala extensora a traves de las estructuras de soporte de la estructura de pala de rotor extensible sin el peligro de danar el borde de salida de la carcasa de perfil aerodinamico portadora. En lugar de transmitir las cargas al borde de salida de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, las cargas son transmitidas a la estructura de soporte que se encuentra dentro de la carcasa de perfil aerodinamico portadora.

La estructura de pala extensible de la presente invenci6n tiene tambien la ventaja de proporcionar una estructura de pala aerodinamicamente eficiente al procurar una pala extensora con aletas de borde de salida. Las aletas son obligadas a unirse en toda la longitud de la parte extendida de la pala extensora formando un borde de salida aerodinamicamente eficiente de la parte extendida de la pala extensora.

Para lograr tales bordes de salida obligados juntos, al menos una de las aletas de borde de salida puede comprender un material con alguna clase de "propiedades de memoria de forma", es decir, la aleta tiene la capacidad de volver desde un estado deformado (forma temporal) a su forma original (permanente). Con referencia a la presente solicitud, la aleta esta en su estado deformado cuando se encuentra acogida dentro de una ranura y

esta en su forma original cuando se encuentra fuera de una ranura. En otras palabras, en toda la longitud de la parte retraida de la pala extensora la aleta esta en el estado deformado, mientras que la aleta esta en su forma original en toda la longitud de la parte extendida.

Cuando la pala extensora sale de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, el estado / forma de la aleta cambia; si la pala extensora esta retraida las aletas estan forzadas a separarse y al menos una de las aletas esta guiada por la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora al interior de su ranura correspondiente cambiando su forma desde su estado original a la forma de estado deformado / temporal. Para soportar la "apertura" y guiado de la o las aletas, la cara terminal radial de la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora puede estar ahusada. Si la pala extensora esta extendida, la o las aletas que salen de la carcasa de perfil aerodinamico portadora ya no esta o estan forzadas a separarse por la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora y al menos una de las aletas es obligada por su "efecto de memoria de forma" a volver a su forma original, en la cual forma el borde de salida aerodinamicamente eficiente de la pala extensora junto con la otra aleta.

Segun un aspecto de la presente invenci6n, al menos una de las aletas del borde de salida comprende un material que incluye una aleaci6n con memoria de forma. Si s6lo una de las aletas comprende tal material, la otra aleta puede ser rigida. Una aleta rigida tambien es guiada al interior de su ranura correspondiente, pero no cambia su forma durante la retracci6n. En consecuencia, una aleta rigida no cambia su forma cuando la pala extensora se extiende -la aleta simplemente se desliza fuera de su ranura y mantiene su forma. Sin embargo, para lograr la mejor eficiencia aerodinamica ambas aletas comprenden el material antes mencionado.

Para transmitir cargas desde la pala extensora a la carcasa de perfil aerodinamico portadora, la estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora y la estructura de soporte de la pala extensora se apoyan una contra otra. Mientras se esta extendiendo o retrayendo la pala extensora, su estructura de soporte se desliza sobre la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora.

La pala comprende dos partes principales, a saber la pala de base y el m6dulo de pala extensora, en donde el m6dulo de pala extensora comprende la carcasa de perfil aerodinamico portadora y la pala extensora. La pala de base y la pala extensora pueden estar conformadas de manera integral, pero se prefiere que el m6dulo de pala extensora sea separable de la pala base. Con tal diseno modular de la estructura de pala se prefiere que todas las piezas de la estructura de pala de rotor extensible que son necesarias para extender y retraer la pala extensora, es decir, el dispositivo ajustador, esten dispuestas dentro del m6dulo de pala extensora. Si falla alguna pieza del dispositivo ajustador, se puede extraer el m6dulo de pala extensora para su mantenimiento y/o bien puede ser sustituido por un m6dulo de pala extensora nuevo.

En una realizaci6n de la presente invenci6n, las estructuras de soporte comprenden caras terminales paralelas, en donde la cara terminal de la estructura de soporte de pala extensora se desliza sobre la cara terminal de la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora durante un movimiento de la pala extensora. Para facilitar tal movimiento al menos una de las caras terminales puede estar revestida con un material que proporcione una baja resistencia a la fricci6n. Para facilitar aun mas el movimiento de las caras terminales entre si, por lo menos una de las estructuras de soporte puede comprender medios, por ejemplo pequenos pasajes destinados a proporcionar un aditivo deslizante a la cara o caras terminales relevantes.

En una realizaci6n preferida de la presente invenci6n, la estructura de soporte de la pala extensora comprende una pluralidad de cojinetes de rodillo lineales, y la estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora comprende una cara terminal que esta adaptada para engranar en los cojinetes de rodillo lineales.

Tal como se ha mencionado antes, la pala extensora cuenta con aletas de borde de salida. Para mejorar aun mas la eficacia aerodinamica del borde de salida de la pala extensora, la pala extensora puede comprender dos rebajes adyacentes al borde de salida que se extiendan sustancialmente por toda la longitud de la pala extensora, estando las aletas unidas a la pala extensora dentro de estos rebajes de manera que las aletas no sobresalen de la superficie de la pala extensora.

En toda la longitud de la parte retraida de la pala extensora las aletas de borde de salida se encuentran guardadas en las ranuras de la carcasa de perfil aerodinamico portadora. Durante condiciones climaticas rigurosas existe el riesgo de que las aletas se adhieran por congelaci6n a las superficies de las ranuras, si las aletas estaban humedas

o mojadas durante la retracci6n. Por tanto, en una realizaci6n preferida de la presente invenci6n el borde de salida de la carcasa de perfil aerodinamico portadora cuenta con una instalaci6n calefactora, en donde se prefiere que la instalaci6n calefactora este dispuesta en la estructura de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora y se extienda por toda la longitud de la estructura de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora.

Tal como se ha mencionado antes, las aletas pueden estar unidas a la pala extensora dentro de rebajes. Debido al movimiento de retracci6n y extensi6n de la pala extensora, y por tanto de las aletas, las aletas pueden perder sus "propiedades de memoria de forma". Por tanto, se prefiere que las aletas esten unidas de manera separable dentro

de los rebajes. En una realizaci6n preferida de la presente invenci6n las aletas pueden estar unidas dentro de los rebajes por medio de un adhesivo termofusible. Si se somete el adhesivo termofusible a una temperatura mas elevada se funde o se reblandece y por tanto se pueden retirar las aletas y reemplazarlas por otras nuevas. Con el fin de facilitar la sustituci6n de las aletas, es preferible que cerca de los rebajes se encuentre dispuesta una instalaci6n calefactora. Por ejemplo, tal instalaci6n calefactora puede estar dispuesta en la estructura de soporte de pala extensora.

Breve descripcion de los dibujos

Se describira con detalle la invenci6n haciendo referencia a los dibujos, en los cuales:

la Figura 1 es una vista en perspectiva de una pala que comprende una secci6n (o m6dulo) de pala de base, una carcasa de perfil aerodinamico portadora y una pala extensora que constituyen un m6dulo extensor, con una pala extensora completamente extendida;

la Figura 2 es una vista de una viga de m6dulo extensor dentro de la pala de base, que muestra la viga de pala de base con el extremo de uni6n del m6dulo extensor unido a la misma;

la Figura 3 es una vista de la viga de m6dulo extensor y la viga de pala de base de la Figura 2 con la viga de m6dulo extensor, que puede estar hecha de aluminio, empernada dentro de la viga de pala de base;

la Figura 4 es una vista mas detallada del aparato mostrado en la Figura 2, que muestra la viga de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, es decir la viga del m6dulo extensor, la propia carcasa de perfil aerodinamico portadora, el m6dulo de pala de base, y la juntura de uni6n del m6dulo portador al m6dulo de base;

la Figura 5 es una vista mas detallada del aparato mostrado en la Figura 4, que muestra la viga de m6dulo extensor dentro de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, en donde la viga de m6dulo extensor comprende carriles guia para cojinetes lineales, carros lineales unidos a los carriles guia de la viga de m6dulo extensor, la propia carcasa de perfil aerodinamico portadora, una placa frontal de m6dulo portador, y la juntura de uni6n del m6dulo de pala extensora al m6dulo de pala de base;

la Figura 6 es un diagrama en corte del aparato mostrado en la Figura 5;

la Figura 7 es una vista en perspectiva de la carcasa de perfil aerodinamico portadora y la pala extensora, que ilustra un borde de salida dividido de la pala extensora;

la Figura 8 es un diagrama en secci6n transversal del aparato mostrado en la Figura 7, tomado a lo largo de la linea de vista VIII-VIII, que muestra la carcasa de perfil aerodinamico portadora y la carcasa de perfil aerodinamico extensor de una primera realizaci6n de la invenci6n;

la Figura 9 es un diagrama en secci6n transversal del aparato mostrado en la Figura 7, tomado a lo largo de la linea de vista VIII-VIII, que ilustra con mas detalle la primera realizaci6n de la juntura de borde de salida mostrada en la Figura 8;

la Figura 10 es un diagrama en secci6n transversal del aparato mostrado en la Figura 7, tomado a lo largo de la linea de vista VIII-VIII, que ilustra con mas detalle la pala extensora y la carcasa de perfil aerodinamico portadora de una segunda realizaci6n de la invenci6n;

la Figura 11 es un diagrama en secci6n transversal del aparato mostrado en la Figura 7, tomado a lo largo de la linea de vista VIII-VIII, que ilustra con mas detalle la carcasa de perfil aerodinamico portadora de la segunda realizaci6n; y

la Figura 12 es un diagrama de una torre de turbina e6lica que ilustra a modo de ejemplo c6mo se iza el m6dulo de pala extensora mediante una grua dentro de la g6ndola.

En estas figuras, numeros similares se refieren a elementos similares de los dibujos. Ha de entenderse que los tamanos de los diversos componentes de las figuras pueden no estar a escala, o en proporci6n exacta, y se muestran para claridad visual y con fines ilustrativos.

Descripcion de las realizaciones preferidas

Se hace referencia a la Figura 12, que es un diagrama de una torre de turbina e6lica 1 que ilustra c6mo se iza el m6dulo de pala extensora 2 mediante una grua en la g6ndola 3. Esta realizaci6n comprende un m6dulo de pala extensora 2 desmontable, pero la invenci6n no esta limitada a turbinas e6licas que comprenden palas 7 con m6dulos pala extensora desmontables. La invenci6n tambien se puede aplicar, por ejemplo, a dispositivos de bombeo de fluidos de turbinas de corrientes marinas, superficies de sustentaci6n de aeroplanos o aspas del rotor de helic6pteros.

Con respecto a la Figura 12, un dispositivo generador de energia e6lica incluye un generador electrico alojado en una g6ndola de turbina 3, que esta montada en lo alto de una estructura de torre alta 4 anclada al suelo. La turbina 5 puede girar libremente en el plano horizontal de manera que tiende a permanecer en la trayectoria de la corriente de viento prevaleciente. La turbina tiene un rotor 6 con palas 7 que pueden tener paso variable, y que giran en respuesta a la corriente de viento. Cada una de las palas tiene una secci6n (o m6dulo) de base de pala, denominada raiz de pala, unida a un cubo de rotor 9, y una extensi6n de pala, denominada m6dulo extensor 2 de pala, que tiene longitud variable para proporcionar un rotor de diametro variable. La estructura de torre comprende una portilla 25 y una escotilla desplegable 25a que, cuando se abre, extiende una rampa para el mantenimiento y la sustituci6n de m6dulos.

El diametro del rotor se controla con el fin de extender por completo el rotor 6 cuando la velocidad de flujo es baja y retraer el rotor cuando la velocidad del flujo aumenta de manera tal que las cargas aportadas por el rotor o ejercidas sobre el mismo no superen limites establecidos. El dispositivo generador de energia e6lica es sostenido mediante la estructura de torre 4 en la trayectoria de la corriente de vientode manera que el dispositivo generador de energia se mantiene horizontalmente alineado con la corriente de viento.

Un generador electrico es accionado por la turbina con el fin de producir electricidad y esta conectado a cables de transporte de energia que interconectan el generador con otras unidades y/o a una red electrica.

La captaci6n de energia por turbinas e6licas y de corrientes marinas es directamente proporcional a la superficie de la secci6n transversal barrida por las palas del rotor de la turbina. Los rotores convencionales utilizan palas de longitud fija, unidas a un cubo giratorio. Estas palas pueden ser de paso variable (que pueden hacerse girar de manera selectiva en torno a su eje longitudinal) a fin de modificar el angulo de ataque con respecto al flujo de fluido entrante, principalmente para disipar energia en caso de altas velocidades de flujo. Como alternativa, estas palas pueden ser de paso fijo o reguladas por perdida aerodinamica, en las cuales la sustentaci6n de la pala y por lo tanto la captaci6n de energia desciende drasticamente cuando la velocidad del viento sobrepasa cierto valor nominal. Tanto las palas de rotor con paso variable como las reguladas por perdida aerodinamica con diametros fijos son bien conocidas en la tecnica. El documento de patente de EE.UU. 6,726,439 B2 antes identificado describe un convertidor de energia e6lica o de corriente de agua que comprende un conjunto de rotor accionado por el viento o una corriente de agua. El rotor comprende una pluralidad de palas, en donde las palas son de longitud variable con el fin de proporcionar un rotor de diametro variable. El diametro del rotor se controla con el fin de extender por completo el rotor cuando la velocidad de flujo es baja y retraer el rotor cuando la velocidad de flujo aumenta de manera tal que las cargas aportadas por el rotor o ejercidas sobre el mismo no superen limites establecidos.

Se hace referencia a la Figura 1, que es una vista en perspectiva de una parte de una pala 7 que comprende una secci6n 8 de pala de base, una carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora y una pala extensora 11 que constituyen un m6dulo 2 de pala extensora, con la pala extensible 7 completamente extendida.

Esta invenci6n se refiere a un metodo y aparato para proporcionar soporte estructural para una pala 7 de rotor de turbina e6lica que tiene un m6dulo 2 de pala extensora aerodinamico exterior conectado a una secci6n 8 de pala de base. El m6dulo 2 de pala extensora tiene una pala extensora telesc6pica 11 que, cuando esta extendida, aumenta el diametro del rotor y capta mas energia e6lica durante los periodos de menor viento, y se retrae de manera telesc6pica para reducir la exposici6n a la energia e6lica con vientos mas fuertes. La base para el desarrollo del sistema estructural de la presente invenci6n es el hecho de que la carcasa de perfil aerodinamico portadora 11 tiene una forma de la secci6n transversal que no es adecuada para la adaptaci6n estructural a una acci6n telesc6pica, dadas la fuerzas que actuan sobre la pala por el empuje del viento, la gravedad y la fuerza centrifuga. Por lo tanto, el sistema estructural esta destinado a proporcionar soporte a la carcasa de perfil aerodinamico de la pala extensora 11, proporcionando un perfil aerodinamico con borde de salida dividido cuando la pala extensora 11 esta extendida. Se ofrece una descripci6n detallada del sistema estructural haciendo referencia a las Figuras 7 -10.

Las Figuras 2-6 divulgan las caracteristicas y el dispositivo ajustador del m6dulo 2 de pala extensora y c6mo este m6dulo esta conectado a la secci6n 8 de pala de base 8 de una pala 7.

Las Figuras 2-4 ilustran una viga 12 de m6dulo extensor que se extiende a traves de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora y, dependiendo de la posici6n de la pala extensora, a traves de la pala extensora (Figura 4), en donde la viga 12 de m6dulo extensor esta conectada a una viga 14 de pala de base, que se extiende a traves de la secci6n 8 de pala de base. Tal como se muestra en la Figura 4, la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora esta conectada a la secci6n 8 de pala de base en una juntura de uni6n 13. Sin embargo, la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora no esta conectada con la viga 12 de m6dulo extensor aunque la viga 12 de m6dulo extensor se extiende a traves de toda la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora.

La viga 12 de m6dulo extensor (Figura 2) se extiende desde el extremo de uni6n del m6dulo, asciende hasta la placa frontal de uni6n 15 (Figura 3), y se extiende a traves de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora (Figura 4). Tal como se ha mencionado antes, este diseno no tiene la viga 12 de m6dulo extensor unida ni a la parte interna superior o ni a la pare interna inferior de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora.

Se hace referencia a la Figura 5, que es una vista mas detallada del aparato mostrado en la Figura 4 que muestra la viga 12 de m6dulo extensor de la carcasa de perfil aerodinamico portadora 10. Un dispositivo ajustador para la pala extensora 11 incluye un numero de carros lineales 16 conectados a la pala extensora 11 que corren por carriles guia

17. La viga 12 de m6dulo extensor comprende los carriles guia 17, en donde los carros lineales 16 estan unidos a los carriles guia 17. Los carriles guia 17 estan unidos a una viga dentro de la pala extensora 11, es decir, la viga 11a de pala extensora. Los carros lineales 16 estan unidos de manera movible a los carriles guia 17 de manera que el movimiento de la pala extensora 11 esta guiado por la combinaci6n de los carriles y los carros.

Ademas, la Figura 5 muestra la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora, una placa frontal 19 de m6dulo de pala extensora, y la junta de uni6n 13 de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora a la secci6n 8 de pala de base. La Figura 5 tambien indica las partes retraida y extendida de la pala extensora 11. La parte retraida de la pala extensora 11 esta definida por la zona de solapamiento de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora y la pala extensora 11, es decir, la parte retraida de la pala extensora es la parte alojada dentro de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora. La parte no solapante o "libre" de la pala extensora 11 define la parte extendida.

La Figura 6 es un diagrama en corte del aparato mostrado en la Figura 5.

El unico soporte estructural que tiene la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora se encuentra en la placa frontal terminal 19 de uni6n al m6dulo (parte de la juntura de uni6n 13, Figura 5) y en el extremo donde la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora solapa con la pala extensora 11, y alli se desplaza sobre la carcasa 34 de perfil aerodinamico de la pala extensora 11. La viga 12 de m6dulo extensor se solapa con la viga 11a de pala extensora 11 y las vigas se deslizan una sobre otra en las operaciones de extensi6n o de retracci6n.

Se hace referencia a la Figura 7, que es una vista en perspectiva de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora, y la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora, en donde la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora comprende un borde de salida 46 de pala extensora dividido y un borde de ataque 44 de pala extensora. La Figura 7 ilustra con algun detalle el borde de salida 46 de pala extensora, que comprende dos aletas 26, 28 de borde de salida. Sin embargo, la Figura 7 no ilustra c6mo la pala extensora 11 es guiada en el interior de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora. Ademas, la Figura 7 muestra el borde de salida 46b de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora.

La Figura 8, que es un diagrama en secci6n transversal del aparato mostrado en la Figura 7, tomado a lo largo de la linea de vista VIII-VIII, ilustra una primera realizaci6n de la presente invenci6n. La Figura 8 muestra la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora, la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora y un nucleo de pala extensora

32. La Figura 9 muestra un diagrama es secci6n transversal mas detallado de la juntura del borde de salida mostrada en la Figura 8.

La primera realizaci6n, mostrada en las Figuras 8 y 9, ilustra un metodo para una estructura de soporte del borde de salida 46 de la pala extensora 11. El borde de salida 46b de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora esta adaptado para proporcionar tal apoyo, procurando una estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora. La estructura 24 de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora esta dispuesta dentro de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora hueca, se extiende desde el borde de salida interno hacia el interior de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora hueca y termina en una cara terminal 24a roma. La secci6n transversal de la estructura 24 de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora esta conformada de manera que (i) se adapta a la secci6n transversal de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora y (ii) proporciona dos ranuras 56, 58 entre la estructura 24 de soporte de la carcasa de perfil aerodinamico portadora y la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora, estando una ranura 56 por encima de la estructura 24 de soporte de carcasa de perfil aerodinamico portadora y una ranura 58 por debajo de la misma.

La pala extensora 11 dentro de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora comprende una carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora y un nucleo 32, en donde el nucleo 32 puede comprender un material ligero, tal como madera de balsa, espuma de poliestireno, o un material ligero similar. El nucleo 32 tambien puede proporcionar una mezcla de diferentes materiales o una estructura en emparedado. La carcasa 34 de perfil aerodinamico comprende una fibra de vidrio o fibra de carbono y esta encolada al nucleo 32.

El borde de salida 34b de la carcasa de perfil aerodinamico de pala extensora termina en una cara terminal 34a roma. Las caras terminales 24a, 36a son romas para asegurar la necesaria transmisi6n de cargas desde la pala extensora 11 a la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora. Con la realizaci6n mostrada, las caras terminales 24a y 34a son planas, pero tal diseno de las caras terminales no es esencial en tanto que se asegure la transmisi6n de cargas. Durante la extensi6n y retracci6n de la pala extensora 11 la cara terminal 34a de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora se desliza sobre la cara terminal 24a de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora.

La carcasa 34 de perfil aerodinamico de la pala extensora 11 comprende dos rebajes o canales 36, 38 en la zona del borde de salida 34b, que se extienden sustancialmente por toda la longitud de la pala extensora 11, o al menos la porci6n de la pala extensora 11, que puede ser retraida al interior de la carcasa 14 de perfil aerodinamico portador. Dentro de los rebajes 36, 38, uno de los cuales esta situado en la superficie inferior de la pala extensora 11 y el otro esta situado en la superficie superior de la pala extensora 11, se encuentran situadas dos aletas 26, 28 de borde de salida. Las aletas 26, 28 de borde de salida se extienden a lo largo de toda la cara terminal 34a de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora y tienen una forma tal que pueden ser acogidas por las ranuras 56, 58. Las aletas 26, 28 comprenden un material con alguna clase de "propiedades de memoria de forma", es decir, las aletas 26, 28 tienen la capacidad de volver desde un estado deformado (forma temporal) a su forma original (permanente). Su forma original es la forma aerodinamica cerrada que se muestra en la Figura 7. El estado deformado de las aletas

26, 28 se muestra en las Figuras 8, 9, es decir, las aletas ha sido forzadas a abrirse por la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora y estan acogidas por las ranuras 56, 58.

Para facilitar aun mas el movimiento de las caras terminales 24a, 34a una con respecto a la otra, esta dispuesto en el borde de salida 34b un pasaje 37 (Figura 9) para proporcionar un aditivo deslizante a las caras terminales 24a, 34a. El aditivo deslizante puede ser proporcionado por un dispositivo (no mostrado) dentro del nucleo 32.

Dentro del borde de salida 46b de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora, mas precisamente dentro de la estructura de soporte 24 de la carcasa de perfil aerodinamico portadora, esta dispuesta una instalaci6n calefactora 23 que se extiende por toda la longitud de la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora.

Para facilitar la sustituci6n de las aletas 26, 28 esta dispuesta una instalaci6n calefactora 39 adyacente a los rebajes 36, 38. En la realizaci6n mostrada, la instalaci6n calefactora 39 esta dispuesta en la estructura de soporte 34b de la pala extensora.

Las dos instalaciones calefactoras 23, 39 reciben energia desde una fuente de energia (no mostrada) que esta conectada con las instalaciones calefactoras a traves de cables (no mostrados).

La Figura 9 ilustra una porci6n solapante del m6dulo extensor 2, es decir, una porci6n donde la pala extensora 11 esta alojada en la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora. Las aletas 26, 28 estan abiertas, es decir, se encuentran en su estado deformado, y guardadas en las ranuras 56, 58, y las dos caras terminales topan una con otra, formando asi una forma aerodinamica no cerrada.

Cuando la pala extensora 11 retraida se extiende, las aletas 26, 28 de borde de salida son liberadas por la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora, es decir, ya no hay ninguna fuerza que separe las aletas 26, 28 de borde de salida. Debido a las propiedades de memoria de forma del material de las aletas, estas vuelven a su estado aerodinamico original. Son materiales adecuados que permiten este efecto las aleaciones del tipo de, por ejemplo, �i-Ti, Cu-�n, Cu-�n-Al, Cu-�n-Si, Cu-�n-Sn, Cu-Al-�i, o polimeros con memoria de forma.

Cuando, por el contrario, la pala extensora 11 se retrae, las aletas 26, 28 de borde de salida son forzadas a separarse por la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora, lo que permite a la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora introducirse entre las aletas 26, 28, abrir las aletas, y exponer la cara terminal 24a de la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora a la cara terminal 34a de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora. Las aletas 26, 28 ahora abiertas se guardan en las ranuras 56, 58 procuradas a tal efecto en la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora.

Se hace referencia a las Figuras 10 y 11, que muestran un diagrama de secci6n transversal con mas detalle de una segunda realizaci6n de la presente invenci6n.

La cara terminal 34a del borde de salida 34b de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora comprende un cojinete de rodillo lineal 22 que esta procurado entre las aletas 26, 28 de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora. Aunque s6lo se muestra un cojinete de rodillo lineal 22, esta dispuesta una pluralidad de estos cojinetes de rodillo 22 en toda la longitud de la pala extensora 11.

En el borde de salida 46b de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora se ha procurado un estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora, con una cara terminal 24b redondeada. La estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora con la forma de una pista de pala portadora dentro del borde de salida 46b de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora engrana en el cojinete de rodillo lineal 22 de la carcasa 34 de perfil aerodinamico de pala extensora.

Las aletas 26, 28 de borde de salida se juntan a causa de las propiedades de memoria de forma del material de las aletas (veanse los detalles mas arriba) y proporcionan eficiencia aerodinamica. A medida que la pala extensora 11 es retraida, las aletas 26, 28 son forzadas a separarse por la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora, lo que permite que la estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora se introduzca entre las aletas 26, 28.

La resistencia aerodinamica es la fuerza hacia atras sobre la pala del rotor. Se produce perdida aerodinamica cuando el aire ya no fluye suavemente sobre la parte superior de la pala, sino que se separa de la parte superior de la pala antes de llegar al borde de salida. Cuando una pala entra en perdida aerodinamica, se produce en ella un aumento de la resistencia aerodinamica.

Para resumir lo que antecede, de acuerdo con la invenci6n, la pala extensora 11 se retrae dentro de la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora. Las dos secciones de pala, es decir, la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora y la pala extensora 11, tienen formas concordantes y se deslizan "piel sobre piel" (o carcasa sobre carcasa) cuando la pala / perfil aerodinamico se esta extendiendo o retrayendo. El borde de salida 34b de la pala extensora 11 es romo con el fin de desplazarse suavemente y no danar o aplastar la carcasa 10 de perfil aerodinamico portadora a causa de la carga de adelanto-retraso. Las aletas 26 y 28 de borde de salida (placas de carenado) restablecen un borde de salida afilado con fines aerodinamicos cuando la pala extensora esta extendida, pero se dividen separandose de manera que una estructura de soporte 24 de carcasa de perfil aerodinamico portadora puede desplazarse sin problemas contra la estructura de soporte roma de la pala extensora.

Aunque se ha mostrado y descrito en particular la invenci6n con referencia a realizaciones preferidas de la misma, los expertos en la tecnica entenderan que pueden hacerse en la misma los cambios precedentes y otros en forma y detalle sin salir del ambito de la invenci6n, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Una estructura de pala extensible que comprende un m6dulo (2) de pala extensora y un m6dulo (8) de pala de base, 5 en donde el m6dulo (2) de pala extensora comprende una carcasa (10) de perfil aerodinamico portadora que aloja una pala extensora (11), y un dispositivo ajustador para posicionar la pala extensora (11) entre una posici6n retraida dentro de la carcasa

(10) de perfil aerodinamico portadora y una posici6n extendida, caracterizada porque

10 la pala extensora (11) cuenta con aletas (26, 28) de borde de salida y una estructura de soporte (34b) entre las aletas (26, 28) de borde de salida, en donde las aletas (26, 28) son obligadas a unirse para formar un borde de salida en la posici6n extendida,

la carcasa (10) de perfil aerodinamico cuenta con una estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinamico portadora y ranuras (56, 58) formadas en los lados superior e inferior de la estructura de soporte (24)

15 de carcasa de perfil aerodinamico, en donde cada ranura (56, 58) esta adaptada para acoger a una de las aletas (26, 28), las aletas (26, 28) son forzadas a separarse y son guiadas al interior de las ranuras (56, 58) por la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinamico portadora en la posici6n retraida de la pala extensora (11), y porque

la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinamico portadora y la estructura de soporte (34b) de la pala extensora (11) se apoyan una contra otra entre las aletas (26, 28).
2.-La estructura de pala extensible segun la reivindicaci6n 1, caracterizada porque la estructura de soporte (34b) de la pala extensora (11) comprende una pluralidad de cojinetes de rodillo lineales (22), y la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinamico portadora comprende una cara terminal (24b) que esta adaptada para engranar en los cojinetes de rodillo lineales (22).
3.-La estructura de pala extensible segun la reivindicaci6n 1 o 2, caracterizada porque la pala extensora (11) comprende dos rebajes (36, 38) adyacentes al borde de salida, que se extienden sustancialmente por toda la longitud de la pala extensora (11).

30 4.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos una de las aletas (26, 28) comprende un material que incluye una aleaci6n con memoria de forma.
5.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el perfil de salida (46b) de la carcasa (10) de perfil aerodinamico portadora comprende una instalaci6n calefactora (23).
6.-La estructura de pala extensible segun la reivindicaci6n 5, caracterizada porque la instalaci6n calefactora (23) esta dispuesta en la estructura de soporte (24) de carcasa de perfil aerodinamico portadora y se extiende por toda la longitud de la misma.

40 7.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones 3 -6, caracterizada porque las aletas (26, 28) estan unidas de manera separable dentro de los rebajes (36, 38).
8.-La estructura de pala extensible segun la reivindicaci6n 7, caracterizada porque las aletas (26, 28) pueden estar unidas dentro de los rebajes (36, 38) por medio de un adhesivo termofusible.
9.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones 3 -8, caracterizada porque cerca de los rebajes (36, 38) esta dispuesta una instalaci6n calefactora (39).
10.-La estructura de pala extensible segun la reivindicaci6n 9, caracterizada porque la instalaci6n calefactora (39) 50 esta dispuesta en la estructura de soporte (34b) de la pala extensora (11).
11.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos una de las caras terminales (24a, 34a) de las estructuras de soporte (24, 34b) esta revestida con un material que proporciona una baja resistencia a la fricci6n.
12.-La estructura de pala extensible segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos una de las estructuras de soporte (24, 34b) comprende medios (37), preferiblemente pequenos pasajes, para proporcionar un aditivo deslizante a la cara o caras terminales (24a, 34a) relevantes.

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