ES2572727T3 - Pala de aerogenerador con alerones arqueables - Google Patents

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ES2572727T3 ES08012154.4T ES08012154T ES2572727T3 ES 2572727 T3 ES2572727 T3 ES 2572727T3 ES 08012154 T ES08012154 T ES 08012154T ES 2572727 T3 ES2572727 T3 ES 2572727T3
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Abstract

Un aerogenerador de eje horizontal que tiene al menos una pala qucomprende un primer componente (11) de perfil aerodinamico con un borde de ataque (5), un borde de salida y lados de succion y presion entre el borde de ataque y el borde de salida, y un segundo componente (13), unido al borde de salida y/o al borde de ataque del primer componente (11) en al menos una parte de la pala, caracterizado porque el segundo componente (13) comprende un aleron deflectable (15) hacia arriba y hacia abajo que permite cambiar el flujo sobre la pala caracterizado por los medios para deflectar el aleron (15) comprenden una placa rigida (31) insertada entre el primer componente (11) y el aleron (15) y medios accionadores (33, 43) de dicha placa rigida (31) localizados en el primer componente (11) y actuados por vacio y/o presion, caracterizados porque los medios accionadores de la placa rigida son camaras interiores (33, 43), operables por vacio y presion.

Description

DESCRIPCION
PALA DE AEROGENERADOR CON ALERONES ARQUEABLES
CAMPO DE LA INVENCION
5
Esta invention se refiere a un aerogenerador que tiene las palas del rotor con unos alerones arqueables/deflectables y en particular a palas de rotor con alerones deflectables para optimizar las cargas de las palas.
10 ANTECEDENTES
Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energia mecanica en energia electrica. Un aerogenerador tipico incluye una gondola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotation de un 15 rotor a un generador electrico.
La eficiencia de un aerogenerador depende de muchos factores. Uno de ellos es la orientation de las palas del rotor respecto a la direction de la corriente del viento que es controlada normalmente por un sistema de regulation de paso que permite ajustar el angulo de paso de las palas del rotor 20 para mantener la velocidad del rotor en un valor constante o dentro de un rango dado. En otro caso, especialmente con altas velocidades de viento, la carga del rotor excederia los limites establecidos por la resistencia estructural del aerogenerador.
Hay dos metodos basicos para controlar la potencia de un aerogenerador 25 cambiando el angulo de paso de las palas del rotor: el metodo de control de “paso variable” y el metodo de control por “perdida”.
En el metodo de control de “paso variable” el angulo de paso de las palas del rotor se cambia hacia un menor angulo de ataque para reducir la potencia capturada y hacia un mayor angulo de ataque para incrementar la potencia 30 capturada. Este metodo permite un control preciso y estable de la potencia aerodinamica capturada y de la velocidad del rotor.
En el metodo de control por “perdida”, el angulo de paso de las palas del rotor se cambia hacia un mayor angulo de ataque hasta el punto en el que el flujo se separa de la superficie de las palas del rotor, limitando consecuentemente la potencia aerodinamica capturada.
5 Los aerogeneradores con regulacion de paso variable tambien pueden
usar el sistema de regulacion de paso para reducir las cargas dinamicas bien mediante una regulacion ciclica o mediante una regulacion individual de cada pala. Sin embargo para palas de aerogeneradores grandes puede ser dificil controlar la carga de la pala ya que esta carga puede variar a lo largo de la pala.
10 A medida que el tamano del rotor se incrementa, el paso variable de las palas no proporciona necesariamente una carga optimizada a lo largo de toda la pala porque no solo los esfuerzos cortantes del viento, los errores de orientacion y las rafagas de viento afectan al flujo sobre la pala, sino que pueden actuar simultaneamente distintas rafagas o pueden darse perfiles complejos de
15 esfuerzos cortantes con esfuerzos cortantes negativos
Adicionalmente al uso del sistema de regulacion de paso variable son conocidas varias propuestas en la tecnica anterior para optimizar las cargas de las palas.
Una propuesta conocida es el uso de pequenas superficies de control
20 tales como unos alerones Gurney unidas al borde de salida para optimizar las cargas de las palas. Un inconveniente de los alerones Gurney es el incremento del ruido aerodinamico desde los bordes libres de los alerones Gurney y desde las discontinuidades en los puntos de las palas donde se posicionan los alerones Gurney.
25 Otras propuestas conocidas estan dirigidas al control de las fuerzas
aerodinamicas a lo largo de las palas del rotor por medio de una variation continua de la geometria del perfil aerodinamico en la region del borde de ataque y en la region del borde de salida a lo largo de parte o todo el radio de la pala.
30 Una de estas propuestas, descrita en WO 2004/088130, se refiere a un
concepto de disefio por el cual la potencia, las cargas y/o la estabilidad de un
aerogenerador pueden ser controlados por una rapida variacion de la geometria de las palas usando un control activo de la geometria (por ejemplo mediante materiales inteligentes o actuadores mecanicos embebidos) o usando un control pasivo de la geometria (por ejemplo mediante los cambios derivados de la carga 5 y/o la deformacion de la pala) 6 por una combinacion de los dos metodos. En una realizacion preferente se disponen placas piezoelectricas en el borde de salida a lo largo de parte de la pala para modificar su geometria al efecto de reducir las cargas de la pala. Un inconveniente de las placas piezoelectricas son los cables electricos necesarios para llevarles corriente. Estos cables son 10 sensibles a los rayos electricos y pueden ser danados facilmente en caso de un impacto de rayo.
Otra propuesta, descrita en US 6,769,873, se refiere a un ensamblaje de una pala de un aerogenerador reconfigurable dinamicamente incluyendo una pluralidad de palas reconfigurables montadas sobre un buje, un actuador fijado 15 a cada una de las palas adaptado para llevar a cabo dicha reconfiguracion y un regulador de la potencia de los actuadores para regular la potencia electrica suministrada a los mismos.
Ademas, DE2922885A1 se refiere a un actuador para un aleron de una pala de un aerogenerador, y US2405208A describe un actuador para un aleron 20 de un avion.
Ninguna de esas propuestas produce resultados completamente satisfactorios y por ello existe una necesidad continua de aerogeneradores que tengan palas de rotor con medios para reducir la carga de las palas.
25 SUMARIO DE LA INVENCION
Un objeto de la invencion es proporcionar un aerogenerador que, adicionalmente a un sistema de regulation de paso, tenga medios especificos para alcanzar un control preciso de las cargas de las palas.
5
10
15
20
25
30
Otro objeto de la invencion es proporcionar un aerogenerador con medios para controlar los cambios en el flujo al efecto de optimizar el rendimiento conjunto de rotor y minimizar la actividad de regulacion de paso de las palas.
Estos y otros objetos de la presente invencion se consiguen proporcionando un aerogenerador acorde a la reivindicacion 1.
Los medios accionadores de la placa rlgida son unas camaras/tubos situadas en el primer componente y operables mediante vacio y/o presion. La deflexion del aleron se controla mediante mediciones de la carga en la pala, mediciones de la velocidad o presion del viento en la pala o mediciones “lidar” del flujo enfrente de la pala. Con la retroalimentacion de la carga y el apropiado algoritmo de control, se puede usar el aleron para controlar la carga de la pala con mayor precision que en la tecnica anterior. De esta manera se consiguen alerones deflectables controlados “activamente”.
Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la descripcion detallada que sigue en relacion con las figuras que se acompanan.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista esquematica en seccion transversal de una pala de aerogenerador segun la presente invencion mostrando el segundo componente unido al borde de salida de la pala del primer componente.
La Figura 2 es una vista esquematica en seccion transversal de una pala de aerogenerador segun una primera realizacion de la presente invencion mostrando el segundo componente unido al borde de salida de la pala del primer componente.
La Figura 3 es una vista esquematica en seccion transversal de una pala de aerogenerador segun una segunda realizacion de la presente invencion mostrando el segundo componente unido al borde de salida de la pala del primer componente.
La Figura 4 es una vista esquematica en seccion transversal de una pala de aerogenerador segun una segunda realizacion de la presente invencion mostrando el segundo componente unido al borde de salida de la pala del primer componente.
5 La Figura 5 es una vista esquematica en seccion de una pala de
aerogenerador incorporando un aleron deflectable segun la presente invencion.
La Figura 6 es una vista esquematica en seccion de una pala de aerogenerador incorporando dos alerones deflectables segun la presente invencion.
10
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La Figura 1 muestra el segundo componente 13 unido al primer componente 11 de una pala de aerogenerador segun la presente invencion.
15 El primer componente 11 tiene un perfil aerodinamico tipico con un borde
de ataque 5, un borde de salida 7 y lados de succion y presion entre el borde de ataque 5 y el borde de salida 7.
La siguiente descripcion detallada se refiere a realizaciones de la invencion en las que el segundo componente 13 esta unido al borde de salida 7 20 del primer componente 11. La invencion tambien comprende realizaciones en las cuales el segundo componente 13 esta unido de forma similar al borde de ataque 5 del primer componente 11.
El segundo componente 13 incluye un aleron deflectable 15 mediante los desplazamientos de una placa rigida 31 insertada entre el primer componente 25 11 y el aleron 15 que puede ser accionada de diversas maneras como
explicaremos seguidamente.
Una primera realizacion de la invencion se muestra en la Figura 2. El segundo componente 13 es un aleron deflectable 15 por medio de una placa rigida 31 insertada entre el primer componente 11 y el aleron 15, que se acciona 30 mediante una camara interior 33, operable por vacio, ubicada en el primer componente.
En el marco de esta invencion el termino “camara” debe ser entendido en un sentido amplio como un cuerpo de volumen variable bajo presion o vacio para causar un desplazamiento hacia arriba o hacia abajo del lado de la placa rigida 31 situado dentro el primer componente 11 de la pala.
5 Una segunda realizacion de la invencion se muestra en la Figura 3. El
segundo componente 13 es un aleron deflectable 15 por medio de una placa rigida 31 insertada entre el primer componente 11 y el aleron 15, que se acciona mediante una camara interior 43, operable por presion, ubicada en el primer componente 11.
10 Una tercera realizacion de la invencion se muestra en la Figura 4. El
segundo componente 13 es un aleron deflectable 15 por medio de una placa rigida 31 insertada entre el primer componente 11 y el aleron 15, que se acciona mediante una camara interior 33, operable por vacio, y una camara interior 43, operable por presion, ubicadas en el primer componente 11.
15 La presion y/o el vacio aplicados con un medio fluido o gaseoso en las
camaras 33, 43 indicadas anteriormente se gradua para proporcionar una fuerza definida sobre la placa rigida 31 de la que resulta un cambio en la posicion relativa del aleron 15 respecto al primer componente 11.
El aerogenerador tambien comprende medios informaticos para controlar 20 los medios de actuacion 33, 43 que deflectan el aleron 15 en un modo totalmente activo de control de la carga teniendo en cuenta las mediciones de carga en la pala y parametros relevantes del flujo proporcionados por sensores o en un modo semi activo de control de la carga teniendo en cuenta las condiciones operacionales del aerogenerador (sin informacion sensorica 25 especifica).
El aleron 15 esta realizado de una pieza de un material flexible tal como el caucho y esta unido al primer componente 11 por medios que permiten su deflexion en la manera indicada anteriormente. Tambien puede estar realizado como un perfil pultrusionado, por ejemplo en un material compuesto reforzado 30 con fibra de vidrio.
La pala puede incluir un aleron individual 15 como se muestra en la Figura 5 o varios alerones 15, 15’ como se muestra en la Figura 6. En este ultimo caso cada aleron 15, 15’ tiene sus propios medios de actuacion.
En una realizacion preferida, la anchura W del aleron 6 alerones 15, 15’ 5 esta comprendida entre el 1-20% de la longitud de la cuerda C en el centra del aleron.
La anchura W del aleron 6 alerones 15, 15’ puede ser constante o variable. En el primer caso, la anchura sera normalmente mas pequena cerca de la region de la punta y mas grande hacia la seccion de raiz de la pala. En el
10 segundo caso, la anchura W del aleron 15’ como se muestra en la Figura 3 decrecera hacia la punta de la pala.
En otra realizacion preferida, el aleron o alerones 15, 15’ estan unidos al borde de ataque 5 de la pala y/o al borde de salida 7 de la pala en una seccion de longitud menor de 1/3 de la longitud L de la pala.
15 Aunque la presente invention se ha descrito enteramente en conexion
con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando este como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.
20

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    1. - Un aerogenerador de eje horizontal que tiene al menos una pala qucomprende un primer componente (11) de perfil aerodinamico con un borde de ataque (5), un borde de salida y lados de succion y presion entre el borde de ataque y el borde de salida, y un segundo componente (13), unido al borde de salida y/o al borde de ataque del primer componente (11) en al menos una parte de la pala, caracterizado porque el segundo componente (13) comprende un aleron deflectable (15) hacia arriba y hacia abajo que permite cambiar el flujo sobre la pala caracterizado por
    los medios para deflectar el aleron (15) comprenden una placa rigida (31) insertada entre el primer componente (11) y el aleron (15) y medios accionadores (33, 43) de dicha placa rigida (31) localizados en el primer componente (11) y actuados por vacio y/o presion, caracterizados porque los medios accionadores de la placa rigida son camaras interiores (33, 43), operables por vacio y presion
  2. 2. - Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque dichos medios accionadores de la placa rigida son
    camaras interiores (33), operables por vacio, ubicadas en el primer componente (11) cerca de la placa rigida (31).
  3. 3. - Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque dichos medios accionadores de la placa rigida son
    camaras interiores (43), operables por presion, ubicadas en el primer componente (11) cerca de la placa rigida (31).
  4. 4. - Un aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizado porqudichos medios accionadores son camaras interiores (33, 43), operables por vacio y presion, ubicadas en el primer componente (11) cerca de la placa rigida (31).
    5
    10
    15
    20
    25
    30
  5. 5. - Un aerogenerador de eje horizontal segun cualquiera de las
    reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el aerogenerador tambien comprende medios para controlar dichos medios accionadores (33, 43) dependiendo de la situacion del viento y/o de las cargas de la pala.
  6. 6. - Un aerogenerador de eje horizontal segun cualquiera de las
    reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el aleron (15) esta realizado en una pieza de un material flexible.
  7. 7. - Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 6,
    caracterizado porque el aleron (15) esta hecho de caucho.
  8. 8. - Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 6,
    caracterizado porque el aleron (15) esta hecho de un material compuesto reforzado con fibra de vidrio pultrusionado.
  9. 9. - Un aerogenerador de eje horizontal segun cualquiera de las
    reivindicaciones 1-8, caracterizado porque la anchura W del aleron (15) esta comprendida entre el 1-20% de la longitud de la cuerda C en el centra del aleron (15).
  10. 10.- Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la anchura W del aleron (15) es constante a lo largo de la pala,
  11. 11.- Un aerogenerador de eje horizontal segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la anchura W del aleron (15) es variable lo largo de la pala,
  12. 12. - Un aerogenerador de eje horizontal segun cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque el aleron (15) esta unido al borde de ataque (5) de la pala y/o al borde de salida (7) de la pala en una seccion de longitud menor de 1/3 de la longitud L de la pala.
    5
  13. 13. - Un aerogenerador de eje horizontal segun cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque la pala comprende uno o varios segundos componentes (13) teniendo cada uno de ellos un aleron individual (15, 15’) con medios accionadores (33, 43) de la placa rigida (31) individuales.
    10
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