ES2590653T3

ES2590653T3 - Pala de turbina eólica que tiene un separador de capa límite o un desviador de flujo

Info

Publication number: ES2590653T3
Application number: ES13739733.7T
Authority: ES
Inventors: Arun Kumar; Ashish Singh
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN104662287B; EP2877737A1; US20150176564A1; WO2014016326A1; PL2877737T3; US9945352B2; CN104662287A; DK2877737T3; EP2877737B1

Abstract

Una pala (10) de turbina eólica para un rotor de una turbina eólica que tiene un eje de rotor sustancialmente horizontal, dicho rotor comprende un núcleo, desde el cual la pala se extiende sustancialmente en una dirección radial cuando se monta al núcleo, la pala tiene una dirección longitudinal con el extremo de punta y un extremo de raíz y una dirección transversal, la pala además comprende: un contorno perfilado que incluye un lado de presión y un lado de succión, así como también un borde de ataque y un borde de fuga con una línea de cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre estas, la línea de cuerda transversal a dicha dirección longitudinal, el contorno perfilado, cuando es impactado por un flujo de aire incidente, generando un levantamiento, en la que la turbina eólica comprende además primeros y segundos miembros (70, 72, 80, 84, 90, 92, 100, 110, 112) de guía de flujo suministrados sobre una superficie de dicha pala de turbina eólica, en la que dichos primeros y segundos miembros de guía de flujo se extienden en una dirección sustancialmente transversal con la dirección longitudinal de la pala, dichos primeros y segundos miembros de guía de flujo definen un canal de flujo entre dicho borde de ataque y dicho borde de fuga, dicho canal de flujo tiene un primer extremo ubicado hacia dicho borde de ataque y un segundo extremo ubicado hacia dicho borde de fuga, en la que al menos una porción de una de dichos primeros y segundos miembros de guía de flujo se extiende a lo largo de la dirección transversal de dicha pala en un ángulo con dicha línea de cuerda de aproximadamente 15 a 60 grados, y en la que dicho canal de flujo comprende al menos una sección restringida espaciada de dicho primer extremo hacia dicho segundo extremo, en la que la distancia entre dicho primer y segundo miembros de guía de flujo en dicha al menos una sección restringida es menor que la distancia entre el primer y segundo miembros de guía de flujo en el primer extremo de dicho canal de flujo, de tal manera que el flujo adherido en dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de guía de flujo desde dicho primer extremo a dicho segundo extremo es sometido a un efecto Venturi mediante dicha al menos una sección restringida.

Description

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DESCRIPCION

Pala de turbina eolica que tiene un separador de capa ilmite o un desviador de flujo Campo de la invencion

La presente invencion se relaciona con una pala de turbina eolica que tiene un miembro de forma plana como un separador de capa llmite o desviador de flujo.

Antecedentes de la invencion

En las palas de turbina eolica, los flujos transversales de flujo de aire algunas veces se propagan a lo largo de la parte longitudinal de la pala de turbina eolica, desde el extremo de ralz de la pala. Tales flujos transversales actuan al impactar negativamente el desempeno de la pala, en particular al contribuir a la separacion del flujo de aire de la superficie de la pala, afectando de esta manera el levantamiento de la pala.

Es conocido suministrar una barrera o separador de capa llmite que se extiende a traves de la superficie de una pala de turbina eolica, transversal al eje longitudinal, para evitar la formacion de tales flujos transversales. Un ejemplo de tal pala de turbina eolica se puede ver en la Patente US No. 7, 585, 157.

Aunque este sistema evita que los flujos transversales se propaguen a lo largo de la parte longitudinal de la pala al suministrar una barrera entre las secciones adyacentes de la pala, durante la rotacion de las palas de turbina eolica las fuerzas centrlfugas generadas durante el acto de rotacion empujan el flujo de aire a lo largo de la longitud de las pala hacia el extremo de la punta. Esto resulta en la formacion de areas de baja presion en la estela del separador de capa llmite hacia el borde de fuga de las palas, dando como resultado la separacion de flujo y la reduccion resultante en el desempeno de la pala.

Es un objeto de la invencion suministrar una pala de turbina eolica que tiene un miembro proyectante que suministra un desempeno mejorado sobre los sistemas de separador de capa llmite existentes.

Resumen de la Invencion

De acuerdo con esto, se suministra una pala de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tiene un eje de rotor sustancialmente horizontal, dicho rotor comprende un nucleo, del cual la pala se extiende sustancialmente en la direccion radial cuando se monta en el nucleo, la pala tiene una direccion longitudinal con un extremo de punta y un extremo de ralz y una direccion transversal, la pala ademas comprende:

Un contorno perfilado que incluye un lado de presion y un lado de succion, as! como tambien un borde de ataque y un borde de fuga con una llnea de cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre estas, la llnea de cuerda transversal a dicha direccion longitudinal, el contorno perfilado, cuando es impactado por un flujo de aire incidente, generando un levantamiento, en donde la turbina de aire comprende ademas primeros y segundos miembros de gula de flujo suministrados sobre una superficie de dicha pala de turbina eolica, en donde dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extienden en una direccion sustancialmente transversal a la direccion longitudinal de la pala, dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo definen un canal de flujo entre dicho borde de ataque y dicho borde de fuga, dicho canal de flujo tiene un primer extremo ubicado hacia dicho borde de ataque y un segundo extremo localizado hacia dicho borde de fuga,

En donde al menos una porcion de uno de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extienden a lo largo de la direccion transversal de dicha pala en un angulo con dicha llnea de cuerda de entre +/- [15 a 60] grados, y en donde dicho canal de flujo comprende al menos una seccion restringida separada de dicho primer extremo hacia dicho segundo extremo, en la que la distancia entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo en dicha al menos una seccion restringida es menor que la distancia entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo en el primer extremo de dicho canal de flujo, de tal manera que el flujo adherido en dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo de dicho primer extremo a dicho segundo extremo estan sometidos a un efecto Venturi por dicha al menos una seccion restringida.

Al suministrar un canal de flujo que tiene una restriccion, el flujo que pasa a traves de este canal de flujo se acelerara debido al efecto Venturi de la restriccion. Como resultado del efecto Venturi, el flujo nucleo (es decir, el flujo por fuera de la capa llmite) se acelerara, lo cual a su vez alimenta mas energla al flujo de la capa llmite. El flujo de la capa llmite energizada tiene una mayor probabilidad de contrarrestar los gradientes de presion adversos y de acuerdo con esto se origina una demora en la separacion de flujo de aire sobre la superficie de sustentacion, que resulta en un desempeno de pala mejorado. Los separadores de capa llmite convergentes actuaran adicionalmente para restringir el flujo transversal, de manera similar a los separadores de capa llmite tradicionales.

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En una realization preferida, dicha al menos una section restringida se ubica en dicho segundo extremo de dicho canal de flujo.

Al suministrar la restriction en el segundo extremo, el flujo de aire se acelerara en la longitud completa del canal de flujo. Si el canal de flujo se extiende a lo largo de sustancialmente toda la extension de la cuerda de la pala de turbina eolica, esto ayudara a demorar la separation de flujo de aire a traves de del ancho completo de la pala.

Adicional o alternativamente, el flujo del canal de la pala de turbina eolica puede comprender al menos una section restringida ubicada entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo.

Al suministrar una restriction en alguna parte a lo largo de la longitud del canal de flujo, se puede crear un efecto Venturi en un punto en donde se desee para asegurar que la velocidad de flujo creciente demorara la separation de flujo de la pala. Se entendera que una pluralidad de restricciones se puede suministrar a lo largo de la longitud del canal de flujo.

En una realization, la pala de turbina eolica comprende una primera section restringida ubicada entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicho canal de flujo y una segunda section restringida ubicada en dicho segundo extremo de dicho canal de flujo,

en la que el ancho de dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se ahusan desde dicho primer extremo a dicha primera section restringida y posteriormente se ampllan hacia dicho segundo extremo para suministrar un primer efecto Venturi sobre el flujo en dicho canal de flujo, y

en donde el ancho de dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo posteriormente se ahusan hacia dicha section restringida en el segundo extremo del segundo canal de gula de flujo para suministrar un segundo efecto Venturi.

Esta configuration permite una aceleracion adicional del flujo sobre la pala debido al uso de dos restricciones separadas. Preferiblemente, dicha segunda section restringida se ubica dentro del 5 % de la longitud del canal de flujo de dicho segundo extremo de dicho canal de flujo pero se entendera que la longitud de la segunda restriction puede variar de acuerdo con el grosor de la superficie de sustentacion utilizada. Ya que la separation de flujo puede ocurrir en una etapa temprana para las superficies de sustentacion mas gruesas, de acuerdo con esto, las superficies de sustentacion mas gruesas pueden requerir unas secciones de restriction relativamente mas largas.

Preferiblemente, dicha primera section restringida de dicho canal de flujo se ubica entre dicho borde de ataque y dicho borde de fuga aproximadamente en el area de grosor maximo de contorno perfilado.

Al ubicar dicha primera restriction en o adyacente al punto de grosor maximo de la superficie de sustentacion, el flujo sobre la pala se puede adicionalmente acelerar debido a la alta aceleracion en este punto. Ya que la separation de flujo de aire generalmente ocurre despues del punto de grosor maximo de la superficie de sustentacion, de acuerdo con esto se prefiere que el flujo se acelere mas alla de la section de grosor maximo de la superficie de sustentacion.

Preferiblemente, dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo comprenden las respectivas superficies de canal de flujo, las superficies de canal de flujo de dicha primera gula de flujo que enfrenta la superficie de canal de flujo de dicha segunda gula de flujo a traves de dicho canal de flujo, en donde al menos una portion de al menos una de dichas superficies de canal de flujo es curvada.

Al suministrar una superficie que tiene un ahusado curvado, se puede suministrar un cambio gradual en la forma del miembro. De acuerdo con esto, los miembros de gula de flujo pueden tener una forma para reducir cualquier efecto negativo sobre la aerodinamica de la estructura total de la pala, y el grosor maximo de esta curvatura se puede ubicar de tal manera que cumpla o mejore las aerodinamicas deseadas.

Las superficies del canal de flujo se pueden curvar a lo largo de la extension del miembro de gula de flujo en una direction sustancialmente transversal a la direction longitudinal de la pala, y/o a lo largo de la altura del miembro de gula de flujo. Se entendera que las superficies del canal de flujo pueden comprender una curva concava o convexa con respecto al interior del canal de flujo definido entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo, preferiblemente al menos una de dichas superficies de canal de flujo comprende una curva convexa a lo largo de la longitud del miembro de gula de flujo entre dichos primeros y segundos extremos de dicho canal de flujo. Adicional o alternativamente, la altura de al menos un miembro de gula de flujo puede variar en una direction sustancialmente transversal a la direction longitudinal de la pala, con el fin de cumplir o mejorar las aerodinamicas deseadas.

Preferiblemente, al menos una portion de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extienden en una direction convergente hacia el segundo extremo de dicho canal de flujo para formar dicha al menos una section

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restringida, de tal manera que el flujo adherido en dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se someten a un efecto Venturi.

En una realizacion, dicho canal de flujo comprende una seccion transversal sustancialmente rectangular. Alternativamente, dicho canal de flujo comprende una seccion transversal sustancialmente trapezoidal. Se entendera que dicho canal de flujo es preferiblemente un canal de flujo abierto.

En una realizacion, al menos una porcion de tanto dichos primeros como segundos miembros de gula de flujo se extienden en un angulo con la llnea de cuerda transversal a la direction longitudinal de dicha pala de entre +/- [15 a 60] grados.

Alternativamente, uno de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extiende sustancialmente a lo largo de la direccion transversal de dicha pala en un angulo con dicha llnea de cuerda de entre +/- [15 a 60] grados, en la que el otro de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extiende a lo largo de la direccion transversal de dicha pala paralela a dicha llnea de cuerda/ortogonal a la direccion longitudinal de dicha pala.

Uno de los miembros de gula de flujo se puede formar mediante un separador de capa llmite o barrera transversal tradicional, ortogonal a la direccion longitudinal de la pala, mientras que otro de los miembros de gula de flujo se dispone en un angulo con la direccion transversal para formar la restriction en el canal de flujo.

Preferiblemente, los miembros de gula de flujo se forman de miembros planos que se proyectan desde la superficie de la pala de turbina eolica, por ejemplo, un separador de capa llmite o barrera de capa llmite. Los miembros de gula de flujo se pueden formar como una parte integral de un cuerpo de pala de turbina eolica, o se pueden readaptar a una pala de turbina eolica existente.

Preferiblemente, dicho canal de flujo se forma de miembros de gula de flujo suministrados en el lado de suction de la pala de turbina eolica.

Preferiblemente, dichos miembros de gula de flujo se extienden en una llnea sustancialmente recta entre dichos respectivos primeros extremos a dichos respectivos segundos extremos.

Preferiblemente, dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se ubican en la porcion interior de la pala, por ejemplo en el 50 % de la longitud de la pala desde el extremo de la ralz de la pala, preferiblemente dentro del 20 % de la longitud de la pala del punto de cuerda maximo de la pala, ademas preferiblemente dentro del 10 % de la longitud de la pala del punto de cuerda maximo de la pala. Preferiblemente ademas, los miembros de gula de flujo se pueden ubicar en cualquier parte que se separe del flujo sobre la pala.

Preferiblemente, la longitud de dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicho canal de flujo esta entre aproximadamente 50-100 % de la longitud de la cuerda de la pala de turbina eolica en la ubicacion de dicho canal de flujo, preferiblemente entre aproximadamente 75 %- 85 %.

Adicional o alternativamente, la altura ortogonal de los miembros de gula de flujo cerca a dicho primero y/o segundo extremo de dicho canal de flujo es aproximadamente cero, es decir los miembros de gula de flujo estan a ras con la superficie de la pala. Preferiblemente, la altura de los miembros de gula de flujo se incrementa gradualmente desde dicha altura cero a dicho primer extremo a una primera altura entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo y/o disminuye desde una primera altura entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo a dicha altura cero en dicho segundo extremo.

Ya que los miembros de gula de flujo pueden tener una altura cero en el primero y/o segundo extremos, el cual gradualmente se ahusa a la altura completa de los miembros de gula de flujo, este puede suministrar una transition aerodinamica mas suave para los miembros de gula de flujo que no afecte significativamente las aerodinamicas de la pala.

Adicional o alternativamente, dicho primer extremo de dicho canal de flujo se ubica adyacente al borde de ataque de la pala, preferiblemente en aproximadamente el 20 % de la longitud de la cuerda de la pala de turbina eolica en el sitio de dicho canal de flujo, ademas preferiblemente dentro de aproximadamente el 10 % de la longitud de la cuerda.

Adicional o alternativamente, dicho segundo extremo de dicho canal de flujo se ubica adyacente al borde de fuga de la pala, preferiblemente dentro de aproximadamente el 20 % de la longitud de la cuerda de la pala de turbina eolica en el sitio de dicho canal de flujo, ademas preferiblemente dentro de aproximadamente el 10 % de la longitud de la cuerda.

Preferiblemente, el ancho de dicho canal de flujo en dicha al menos una seccion restringida esta entre

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aproximadamente 50-80 % del ancho de dicho canal de flujo en dicho primer extremo.

En un aspecto adicional, se suministra una pala de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tiene un eje de rotor sustancialmente horizontal dicho rotor comprende un nucleo, del cual la pala se extiende sustancialmente en una direccion radial cuando se monta en el nucleo, la pala tiene una direccion longitudinal con un extremo de punta y un extremo de ralz y una direccion transversal, la pala ademas comprende:

un contorno perfilado que incluye un lado de presion y un lado de succion, as! como tambien un borde de ataque y un borde de fuga con una llnea de cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre estos, el contorno perfilado, cuando es impactado por un flujo de aire incidente, generando un levantamiento, la turbina eolica ademas comprende al menos un miembro plano suministrado sobre una superficie de dicha pala de turbina eolica, al menos una seccion de dicho al menos un miembro plano que se extiende a lo largo de la direccion transversal de dicha pala en un angulo con dicha llnea de cuerda de entre +/- 15-60 grados, preferiblemente entre +/- 30-45 grados, ademas preferiblemente entre +/- 20-40 grados, dicho al menos un miembro plano que actua para dirigir el flujo adherido sobre el contorno perfilado de dicha pala.

El uso de un miembro plano angulado le permite al flujo de aire sobre la superficie de la pala ser dirigido hacia las secciones particulares de la pala para mejorar el desempeno de la pala, por ejemplo, un levantamiento incrementado, un arrastre reducido, etc. Si el miembro plano se suministra hacia el extremo de ralz de la pala, el miembro plano actua como un separador de capa llmite para evitar el flujo transversal, as! como tambien actuando como un compresor hacia el extremo de ralz de la pala, incrementando la presion en el extremo de ralz de la pala. En el lado externo del miembro plano, la presion disminuira y de esta manera la demora de las separation de flujo a lo largo de las secciones externas de la pala. Si el miembro plano se suministra hacia el extremo de punta de la pala, el miembro plano actua como un desviador de flujo para mover mas aire de flujo hacia la seccion de punta, donde los beneficios del desempeno son mayores.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano se extiende desde un primer extremo adyacente a dicho borde de ataque a un segundo extremo adyacente a dicho borde de fuga, preferiblemente en el que dicho primer extremo se ubica dentro del 0-5 % de la longitud de dicha cuerda desde dicho borde de ataque, preferiblemente en el que dicho segundo extremo se ubica dentro del 0-5 % de la longitud de dicha cuerda de dicho borde de fuga.

Ya que el miembro plano se extiende sustancialmente entre los bordes de ataque y de fuga de la pala, este le permite al flujo adherido ser encaminado a traves de sustancialmente la longitud de la cuerda completa del perfil de la pala. El al menos un miembro plano se puede disponer para extenderse sustancialmente en la direccion del extremo de ralz de la pala, formando un separador de capa llmite conformado. Adicional o alternativamente, el al menos un miembro plano se puede disponer para extenderse sustancialmente en la direccion del extremo de punta de la pala, formando un reflector de flujo.

Preferiblemente, al menos una primera seccion de dicho al menos un miembro plano se extiende en un angulo a con dicha llnea de cuerda, en la que dicho angulo a esta entre aproximadamente +/- 15-60 grados a dicha llneas de cuerda, en la que dicha al menos una primera seccion se extiende a lo largo de al menos 30 % de la extension de la cuerda del contorno perfilado, preferiblemente a lo largo de al menos 50 %, ademas preferiblemente a lo largo de al menos 70 %.

En esta realization, una seccion del miembro plano se extiende en un angulo particular a la cuerda por al menos una portion de la longitud de la cuerda de la pala.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano se extiende desde dicho primer extremo a dicho segundo extremo en un angulo a con dicha llnea de cuerda, en la que dicho angulo a esta entre aproximadamente +/- 15-60 grados con dicha llnea de cuerda.

En esta realizacion, se suministra el miembro plano completo en un angulo con la cuerda de la pala, de tal manera que se puede lograr una deflexion continua del flujo de aire de la pala.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano se extiende de dicho primer extremo a dicho segundo extremo en un angulo a con dicha cuerda, en la que el angulo a varla desde aproximadamente 0 grados a dicho primer extremo a aproximadamente +/- 30-60 grados en dicho segundo extremo, preferiblemente +/- 45 grados.

En esta realizacion, el angulo que el miembro plano hace con la cuerda de la pala varia con la distancia a lo largo de la longitud del miembro plano. El miembro plano tiene un angulo a de aproximadamente 0 grados hacia el borde de ataque de la pala, para reducir cualquier impacto sobre el desempeno aerodinamico hacia el borde de ataque de la pala. El angulo a en el segundo extremo del miembro plano se puede seleccionar para suministrar la deflexion maxima del flujo de aire, con un impacto mlnimo sobre el desempeno aerodinamico, el angulo a en el segundo extremo se puede seleccionar de cualquiera de los siguientes: aproximadamente 15, 30, 45 grados.

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En una realizacion preferida, el angulo a varia linealmente entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo.

Esto suministra una variacion constante del angulo a a lo largo de la longitud del miembro plano. En una realizacion alternativa, la tasa de cambio del angulo a puede variar a lo largo de la longitud del miembro plano, desde una tasa baja de cambio, por ejemplo, 0-5 %, hacia el primer extremo del miembro plano, a una tasa mayor de cambio, por ejemplo, 5-50 %, hacia el segundo extremo del miembro plano.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano se proyecta desde una superficie de dicha pala de turbina eolica, a un angulo P constante con dicha superficie, en la que dicho angulo p se selecciona del rango entre 45-135 grados.

El angulo de proyeccion del separador de capa llmite puede ser cualquier angulo adecuado, y no limitado a un angulo de 90 grados con respecto a la superficie de la pala.

Alternativamente, dicho al menos un miembro plano se proyecta desde una superficie de dicha pala de turbina eolica, en un angulo p con dicha superficie, en la que dicho angulo P varia de aproximadamente 0 grados en dicho primer extremo a entre aproximadamente 45-180 grados en dicho segundo extremo, preferiblemente entre 90-180 grados, preferiblemente entre 90-135 grados, alternativamente entre 45-90 grados.

El miembro plano se puede conformar o comprender un giro para suministrar desempeno mejorado cuando se redirige el flujo sobre la superficie de la pala.

Preferiblemente, dicho angulo p varia linealmente entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo.

Adicional o alternativamente, al menos una seccion de dicho al menos un miembro plano comprende una seccion transversal que tiene una porcion curvada.

La seccion curvada del miembro plano le permite al flujo de aire ser mas eficientemente redirigido sobre la superficie de la pala de turbina eolica.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano comprende un extremo base adyacente a una superficie de dicha pala, y un extremo de punta distante de dicha superficie, en la que al menos una seccion de dicho al menos un miembro plano comprende una porcion curvada entre dicho extremo de base y dicho extremo de punta, en la que el angulo 0 tangencial de dicha porcion curvada varia entre un primer angulo hacia dicha base y un segundo angulo hacia dicho extremo de punta, en la que dicho primer angulo es sustancialmente ortogonal con la superficie de la pala de turbina eolica y en la que dicho segundo angulo es sustancialmente paralelo a la superficie de la pala de turbina eolica. Preferiblemente, dicho primer angulo esta entre 45-135 grados con la superficie de la pala de turbina eolica. Preferiblemente, dicho segundo angulo esta entre 135-215 grados con la superficie de la pala de turbina eolica.

Preferiblemente, 0 se mide en la direccion del extremo de ralz de la pala. En una realizacion, 0 varia entre aproximadamente 90-180 grados con la superficie de la pala de turbina eolica. En esta realizacion, el extremo de punta de la seccion curvada apunta sustancialmente en la direccion del extremo de punta de la pala de turbina eolica.

En una realizacion alternativa, 0 varia entre aproximadamente 90-0 grados con la superficie de la pala de turbina eolica. En esta realizacion, el extremo de punta de la seccion curvada apunta sustancialmente en la direccion del extremo de raiz de la pala de turbina eolica.

En una realizacion preferida, dicha al menos una seccion de dicho al menos un miembro plano es curvado a lo largo de la altura completa de dicho miembro plano entre dicho extremo base y dicho extremo de punta.

Un miembro constantemente curvado actua para suministrar un ducto para encaminar el flujo de aire a traves de la pala. Alternativamente, dicha al menos una seccion de dicho al menos un miembro plano comprende una porcion sustancialmente recta suministrada en el extremo base de dicho miembro plano y una porcion curvada suministrada en el extremo de punta de dicho miembro plano, dicha porcion sustancialmente recta que tiene un angulo p constate con la superficie de dicha pala de turbina eolica, dicha porcion curvada tiene un angulo 0 tangencial variante.

Como una alternativa, solamente una porcion del miembro plano se puede curvar a lo largo de la altura del miembro plano. Esto puede incrementar la dificultad para que el flujo de aire se encamine sobre la punta o el extremo de punta del miembro plano.

En una realizacion, el al menos un miembro plano se puede formar de varias secciones individuales. Preferiblemente, dichas secciones se pueden ensamblar para formar un miembro plano continuo unico.

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Alternativamente, dichas secciones se pueden suministrar sobre dicha pala de turbina eolica espaciada una de la otra, dichas secciones espaciadas actuan para formar un arreglo de miembros planos, dicho arreglo forma un separador de capa llmite virtual o un desviador de flujo.

En una realizacion adicional, el al menos un miembro plano comprende al menos un espacio suministrado a lo largo de la longitud del miembro plano entre un primer extremo de dicho miembro plano y un segundo extremo de dicho miembro plano, en la que dicho espacio actua para igualar la presion a traves de al menos un miembro plano, para disminuir el efecto de arrastre causado por al menos un miembro plano.

En una realizacion, dicho espacio se forma por un canal de paso suministrado en dicho al menos un miembro plano.

Alternativamente, dicho miembro plano se forma de una pluralidad de componentes de miembro plano discretos suministrado sobre la superficie de la pala de turbina eolica, dichos componentes de miembro plano discreto sustancialmente en llnea con un perfil de miembro plano nominal, en la que al menos un espacio se forma por un espaciamiento entre los componentes del miembro plano discreto adyacente.

Los componentes del miembro plano discreto adyacente pueden estar descentrados con relacion al perfil del miembro plano nominal para suministrar un espacio que se extiende a traves de una seccion del ancho del miembro plano nominal as! como tambien una seccion de la longitud del miembro plano nominal.

preferiblemente, la pala de turbina eolica comprende una pluralidad de miembros planos suministrada sobre la superficie de la pala de turbina eolica. Adicional o alternativamente, dicho al menos un miembro plano se puede suministrar sobre al menos una seccion del lado de presion de la pala de turbina eolica.

Preferiblemente, dicho al menos un miembro plano comprende al menos un separador de capa llmite suministrado sobre dicho lado de succion hacia el extremo de ralz de dicha pala, en la que dicho al menos un separador de capa llmite se extiende desde un primer extremo adyacente a dicho borde de ataque a un segundo extremo, en la que al menos una seccion de al menos un separador de capa llmite se extiende desde dicho primer extremo hacia dicho segundo extremo en un angulo sustancialmente agudo con dicha llnea de cuerda, tomada en la direction del extremo de ralz de la pala.

Como al menos una seccion del separador de capa llmite se dispone en un angulo con la llnea de cuerda hacia el extremo de ralz de la pala, entonces el flujo adherido sobre el contorno de la pala sera dirigido hacia el extremo de ralz de la pala, retrasando de esta manera la separation del flujo durante la rotation de la pala. Un angulo agudo se toma para significar un angulo de entre 0-90 grados con respecto a la llnea de cuerda de la pala, tomada en direccion del extremo de ralz de la pala.

Preferiblemente, dicho al menos un separador de capa llmite se proyecta desde la superficie de dicha pala de turbina eolica en un angulo p con dicha superficie, en la que dicho al menos un separador de capa llmite se proyecta sustancialmente en la direccion del extremo de ralz de la pala de turbina eolica.

Preferiblemente, dicho al menos un separador de capa llmite se suministra en dicho lado de succion dentro de 0-50 % de la longitud de dicha pala de turbina eolica desde dicho extremo de ralz.

El separador de capa llmite se ubica en el extremo de ralz a la mitad de la pala, primeramente para evitar el flujo de aire longitudinalmente a lo largo de la longitud de la pala, y segundo para evitar la separacion de flujo en el extremo de ralz de la pala debido a la seccion transversal relativamente gruesa de la pala en el extremo de ralz de la pala.

Preferiblemente, dicho primer extremo de dichos al menos un separador de capa llmite se ubica en dicho lado de succion dentro de los 0-5 % de la longitud de dicha cuerda de dicho borde de ataque.

Alternativamente, en donde dicho primer extremo de dicho al menos un separador de capa llmite se proyecta mas alla de dicho borde de ataque, dicho primer extremo que forma un deflector de borde de ataque, para dirigir el flujo de aire en el borde de ataque de dicha pala de turbina eolica hacia dicho extremo de ralz.

Ya que el separador de capa llmite esta dispuesto para proyectarse mas alla del borde de ataque de la pala, la presencia de al menos un deflector de borde de ataque ayuda a reducir el flujo saliente a lo largo de la longitud de la pala.

Preferiblemente, dicho deflector de borde de ataque se extiende desde dicho primer extremo hacia el extremo de ralz de dicha pala, dicho deflector de borde de ataque que se extiende en un angulo agudo con la llnea de cuerda nominal se extiende mas alla de dicho borde de ataque.

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Como el deflector de borde de ataque se suministra en un angulo, el deflector de borde de ataque suministra una redirection adicional del flujo hacia el extremo de raiz de la pala, reduciendo el efecto de separation de flujo en el extremo de raiz de la pala.

Preferiblemente, dicho segundo extremo de dicho al menos un separador de capa limite se ubica en dicho lado de suction dentro del 0-5 % de la longitud de dicha cuerda de dicho borde de fuga.

En esta realization, el separador de capa limite se extiende a traves de sustancialmente la longitud de la cuerda completa de la pala.

Preferiblemente, la pala de turbina eolica comprende al menos un desviador de flujo suministrado sobre dicho lado de succion hacia el extremo de punta de dicha pala, en la que dicho al menos un desviador de flujo se extiende desde un primer extremo adyacente a dicho borde de ataque a un segundo extremo, en la que al menos una section de al menos un desviador de flujo se extiende hacia dicho extremo de punta en un angulo sustancialmente agudo con dicha cuerda, para dirigir el flujo laminar sobre el contorno perfilado hacia dicho extremo de punta.

El desviador de flujo actua para implementar el flujo de aire hacia el area exterior de la pala, para mejorar el desempeno de la pala al modificar el vortice de punta de la pala.

Preferiblemente, dicho al menos un desviador de flujo se proyecta desde la superficie de dicha pala de turbina eolica en un angulo p con dicha superficie, en la que dicho al menos un desviador de flujo se proyecta sustancialmente en la direction del extremo de punta de la pala de turbina eolica.

Se suministra una pala de turbina eolica que tiene un miembro plano que se proyecta desde una superficie de la pala de turbina eolica, preferiblemente un separador de capa Kmite de un desviador de flujo, en la que al menos una portion de dicho miembro plano comprende un perfil en seccion transversal sustancialmente curvado.

En tal sistema, un miembro plano, que puede extenderse sustancialmente entre el borde de fuga y el borde de ataque de la pala, se mejora mediante la adicion de una seccion transversal curvada, como se describio anteriormente para el sistema del miembro plano conformado o angulado.

Se suministra un miembro plano proyectante para una pala, el cual se puede suministrar teniendo un angulo a con respecto al plano de cuerda de la pala y un angulo P con respecto a la superficie de la pala, el miembro plano dispuesto de tal manera que los valores a y/o p varian entre primeros y segundos extremos del miembro plano, preferiblemente en una region lineal a lo largo de al menos el 30 % de la longitud del miembro plano.

Adicional o alternativamente se suministra adicionalmente una pala de turbina eolica que tiene un miembro plano suministrado sobre una superficie de dicha pala, el miembro plano se extiende sustancialmente entre el borde de ataque y el borde de fuga de dicha pala de turbina eolica, en la que al menos una porcion de dicho miembro plano comprende una seccion transversal curvada.

Se entendera que la caracteristica de un miembro plano, por ejemplo, un desviador de flujo o un separador de capa Kmite, que tiene una seccion transversal curvada se puede ejecutar separadamente a la disposition del miembro plano suministrado en un angulo agudo con el plano de la cuerda de una pala de turbina eolica.

Se suministra adicionalmente una turbina eolica que tiene al menos una pala de turbina eolica como se describio anteriormente.

Description de la invention

Una realizacion de la invencion sera descrita ahora, por via de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que la acompanan, en los cuales:

La Fig. 1 muestra una turbina eolica;

La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion;

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil de la superficie de sustentacion de la pala de la Fig. 2;

La Fig. 4 muestra una vista de planta de una pala de turbina eolica que tiene al menos un miembro plano de acuerdo

con una primera realizacion de la invencion;

La Fig. 5 muestra una vista de planta de una pala de turbina eolica de la Fig. 4 cuando es impactada por un flujo de

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aire incidente;

La Fig. 6 muestra una vista de planta de una pala de turbina eolica que tiene al menos un miembro plano de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion;

La Fig. 7 muestra una vista de planta de una pala de turbina eolica que tiene al menos un miembro plano de acuerdo con una tercera realizacion de la invencion;

La Fig. 8 muestra una pala de turbina eolica que tiene al menos un miembro plano de acuerdo con una cuarta realizacion de la invencion;

La Fig. 9 ilustra una serie de vistas en seccion transversal del miembro plano de una pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion.

La Fig. 10 (a) y 10 (b) muestran vistas de planta de una seccion de una pala de turbina eolica que tiene primeros y segundos miembros de gula de flujo configurados de acuerdo con un aspecto adicional de la invencion; y

Las Figs. 11 (a) y 11 (b) muestran vista en perspectivas agrandadas de una seccion de una pala de turbina eolica que tiene primeros y segundos miembros de gula de flujo configurados de acuerdo a aspectos adicionales de la invencion.

Se entendera que elementos comunes a las diferentes realizaciones de la invencion se han suministrado con los mismos numerales de referencia en los dibujos.

La Fig. 1 ilustra una turbina 2 eolica moderna convencional a barlovento de acuerdo con el as! llamado “concepto Danes” con una torre 4, una barquilla 6, y un rotor con un eje de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un nucleo 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el nucleo 8, que tiene cada una, una ralz 16 de pala mas cercana al nucleo y una punta 14 de pala mas alejada del nucleo 8. El rotor tiene un radio denotado como R.

La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una pala 10 de turbina eolica. La pala 10 de turbina eolica tiene la forma de una pala de turbina eolica convencional y comprende una region 30 de ralz mas cercana al nucleo, una region 34 de superficie aerodinamica mas alejada del nucleo y una region 32 de transicion entre la region 30 de ralz y la region 34 de superficie aerodinamica. La pala 10 comprende un borde 18 de ataque que enfrenta la direction de rotation de la pala 10, cuando la pala se monta en el nucleo, y un borde 20 de fuga que enfrenta la direccion opuesta del borde 18 de ataque.

La region 34 de la superficie de sustentacion (tambien denominada como region perfilada) tiene una forma de pala ideal o casi ideal con respecto al levantamiento de generation, mientras que la region 30 de ralz debido a consideraciones estructurales tiene una seccion transversal sustancialmente circular o ellptica, que por ejemplo la hace mas facil y mas segura para montar la pala 10 al nucleo. El diametro (o la cuerda) de la region 30 de ralz es tlpicamente constante a lo largo del area 30 de ralz completa. La region 32 de transicion tiene un perfil 42 transicional que cambia gradualmente desde la forma 40 circular o ellptica de la region 30 de ralz al perfil 50 de la superficie de sustentacion de la region 34 de la superficie de sustentacion. La longitud de cuerda de la region 32 de transicion tlpicamente se incrementa sustancialmente de manera lineal con la distancia R creciente desde el nucleo.

La region 34 de la superficie de sustentacion tiene un perfil 50 de la superficie de sustentacion con una cuerda que se extiende entre el borde 18 de ataque y el borde 20 de fuga de la pala 10. El ancho de la cuerda disminuye con la distancia R creciente desde el nucleo.

Se debe notar que las cuerdas de diferentes secciones de la pala normalmente no descansan en un plano comun, ya que la pala puede ser entorchada y/o curvada (es decir doblada previamente), suministrando as! un plano de cuerda con un curso correspondientemente entorchado y/o curvado, siendo este mas a menudo el caso con el fin de compensar la velocidad local de la pala que es dependiente del radio del nucleo.

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil 50 de la superficie de sustentacion de una pala tlpica de una turbina eolica descrita con varios parametros, que son tlpicamente utilizados para definir la forma geometrica de un ala. El perfil 50 de la superficie de sustentacion tiene un lado 52 de presion y un lado 54 de suction, que durante uso, - es decir, durante la rotacion del rotor, normalmente se enfrentan hacia el lado del viento (o a barlovento) y un lado a sotavento (o a favor del viento), respectivamente. La superficie de sustentacion 50 tiene una cuerda 60 con una longitud c de cuerda que se extiende entre el borde 56 de ataque y un borde 58 de fuga de la pala. La superficie de sustentacion 50 tiene un grosor t, que se define como la distancia entre el lado 52 de presion y el lado 54 de succion. El grosor t de la pala varla a lo largo de la cuerda 60. La desviacion de un perfil simetrico es dada por una llnea 62 de camber, que es una llnea mediana a traves del perfil 50 de la superficie de sustentacion. La llnea mediana se puede encontrar al dibujar clrculos inscritos del borde 56 de ataque al borde 58 de fuga. La llnea

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mediana sigue los centros de estos circulos inscritos y la desviacion o distancia desde la cuerda 60 es denominada el camber f. La asimetrla tambien se puede definir mediante el uso de los parametros denominados el camber superior y el camber inferior, que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado 54 de succion y el lado 52 de presion, respectivamente.

Los perfiles de la superficie de sustentacion son a menudo caracterizados por los siguientes parametros: la longitud c de cuerda, el camber f maximo, la posicion df del camber f maximo, el grosor t maximo de la superficie de sustentacion, que es el diametro mas largo de los circulos inscritos a lo largo de la llnea 62 de camber mediana, la posicion dt del grosor t maximo, y un radio de nariz (no mostrado). Estos parametros son tlpicamente definidos como las proporciones de la longitud c de la cuerda.

Las palas de la turbina eolica son generalmente formadas de materiales plasticos reforzados con fibra, es decir, fibras de vidrio y/o fibras de carbono que estan dispuestas en un molde y curadas con una resina para formar una estructura solida. Las palas de turbina eolica moderna pueden a menudo tener mas de 30 o 40 metros de longitud, teniendo unos diametros de ralz de pala de varios metros. Las palas de turbina eolica son generalmente disenadas para una durabilidad relativamente larga y para soportar cargas estructurales y dinamicas considerables.

Con referencia a la Fig. 4, se ilustra una realizacion de una pala 10 de turbina eolica de acuerdo con la invencion. Un primer miembro 70 plano y un segundo miembro 72 plano se proyectan dese la superficie del lado 54 de succion de la pala 10, el primero y segundo miembros 70 y 72 planos, se extienden desde los respectivos extremos 70a, 72a, adyacentes al borde 56 de ataque de la pala, a los respectivos segundos extremos 70b, 72b adyacentes al borde 58 de fuga de la pala.

El primero y segundo miembros 70, 72 planos se suministran como separadores o barreras de capa llmite, que se proyectan desde la superficie de la pala para evitar o impedir el flujo de aire a lo largo de la direction longitudinal de la pala 10, como se indica por la flecha A. El primero y segundo miembros 70, 72 planos se ubican hacia la region de ralz de la pala 10, preferiblemente dentro del 50 % de la distancia longitudinal de la pala desde el extremo 16 de ralz.

Adicionalmente, el primero y segundo miembros 70, 72 planos se disponen para extenderse desde dichos primeros extremos 70a, 72a, hacia dichos segundos extremos 70b, 72b en un angulo agudo con el plano de la cuerda del perfil de la pala tomado en la direccion del extremo 16 de raiz de la pala, el plano de la cuerda siendo el plano ortogonal con el eje longitudinal de la pala 10 como se indico por la flecha A. El primer y segundo miembro 70, 72 planos se extienden desde dichos primeros extremos 70a, 72a, en el borde 56 de ataque hacia dichos segundos extremos 70b, 72b en el borde 58 de fuga en un angulo agudo en la direccion del extremo 16 de raiz de la pala 10.

En la medida en que la pala 10 rota sobre una turbina 2 eolica, el efecto centrifugo de la rotation efectivamente empuja el flujo de aire radial hacia el extremo 14 de punta de la pala 10, que origina la separation del flujo lateral de raiz a migrar hacia el extremo 14 de punta.

Con referencia a la Fig. 5, el suministro de un separador de capa llmite 70, 72 angulado hacia el extremo 16 de ralz de la pala 10 actua para desviar el flujo de aire (indicado por las flechas F) sobre la pala 10 en la region de raiz, para dirigir el flujo de aire hacia el extremo 16 de raiz de la pala 10, contra las fuerzas centrlfugas. De acuerdo con esto los separadores de capa llmite, 70, 72 actuan para negar el gradiente de presion radial creado por la pala del rotor, para reducir la separacion de flujo que se mueve hacia el extremo 14 de punta de la pala 10. Esta redirection del flujo de aire hacia el extremo 16 de ralz actua para regular la presion a traves de la pala, retrasando de esta manera la separacion de flujo de aire e incrementando el levantamiento de la pala y el desempeno asociado. El separador de capa limite conformado se puede adema sutilizar para minimizar los vortices turbulentos en el extremo de raiz de la pala (indicado en G), mejorando de esta manera el desempeno y disminuyendo el arrastre.

En un primer aspecto el angulo a que el primero y/o segundos miembros planos o separadores de capa limite 70, 72 hacen con el plano de la cuerda de la pala 10 de turbina eolica puede variar a lo largo de la longitud del primero y/o segundo separadores de capa llmite 70, 72. Por ejemplo, en la realizacion de la Fig. 4, el angulo a del primer separador de capa llmite 70 varia desde el primer valor a1 en el primer extremo 70a del separador de capa limite a un segundo valor a2 en el segundo extremo 70b del separador de capa limite.

Preferiblemente, a1 es de aproximadamente 0 grados, mientras que a2 esta entre aproximadamente 30-60 grados. De acuerdo con esto, el separador de capa llmite 70 es variado para estar sustancialmente en llnea con el plano de cuerda de la pala 10 en el borde 56 de ataque de la pala, y relativamente descentrado del plano de la cuerda hacia el borde 58 de fuga. Esto permite que la forma del separador de capa limite 70 varie a lo largo de la longitud del separador de capa limite 70, con el fin de minimizar el efecto del desempeno de la pala en el borde 56 de ataque de la pala 10 (debido al descentramiento minimizado de la llnea de cuerda de la pala) mientras que se suministra una redireccion sustancial del flujo de aire en el borde 58 de fuga de la pala.

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En la realizacion de la Fig. 4, el angulo a hecho por los separadores de capa if mite 70, 72 varlan sustancialmente a lo largo de la longitud de los separadores de capa llmite, pero se entendera que se pueden ejecutar configuraciones alternativas. En un primer aspecto, al menos uno de los separadores de capa llmite 70, 72 se puede extender en un angulo a constante con el plano de la cuerda. Adicional o alternativamente, al menos uno de los separadores de capa llmite se puede extender en un angulo a constante a lo largo de al menos el 30 %, preferiblemente al menos 50 %, preferiblemente adicionalmente al menos 70 % de la longitud del separador de capa llmite. a se puede seleccionar como cualquier angulo adecuado, por ejemplo, entre el 30-60 grados con el plano de la cuerda, en la direccion del extremo l6 de ralz de la pala 10.

Con referencia a la Fig. 6, una realizacion adicional de la pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion se indica en 10a. En esta realizacion, el primero y segundo desviador 80, 82 se suministran como miembros planos que se proyectan desde la superficie del lado 54 de succion de la pala 10, el primero y segundo desviadores 80, 82 de flujo que se extienden desde los respectivos primeros extremos 80a, 82a adyacentes al borde 56 de ataque de la pala, con los respectivos segundos extremos 80b, 82b adyacentes al borde 58 de fuga de la pala.

El primero y segundo desviadores 80, 82 de flujo se disponen para extenderse desde los primeros extremos 80a, 82a hacia dichos segundos extremos 80b, 82b en un angulo agudo con el plano de la cuerda del perfil de la pala, en la direccion del extremo 14 de la punta de la pala. De acuerdo con esto, los primeros y segundos desviadores 80, 82 de flujo se proyectan desde la superficie de la pala para desviar el flujo de aire sobre la pala en una direccion exterior hacia el extremo 14 de punta de la pala 10a (en la direccion de las flechas T). El primero y segundo desviadores 80, 82 de flujo, se ubican hacia la region de punta de la pala 10a, preferiblemente dentro del 50% de la distancia longitudinal de la pala desde el extremo 14 de punta.

Al empujar el flujo de aire en una direccion exterior, la pala 10a puede tomar ventaja del desempeno del levantamiento incrementado de la pala hacia el extremo 14 de punta de la pala, mejorando de esta manera el desempeno total de la turbina.

Como con la realizacion de la Fig. 4, el primero y segundo desviadores 80, 82 de flujo generalmente se extienden en un angulo a con el plano de la cuerda de la pala 10a de la turbina eolica. En la realizacion de la Fig. 6, a es un angulo agudo medido con el plano de la cuerda de la pala 10a en la direccion del extremo 14 de la punta de la pala.

En un primer aspecto, el angulo a que el primero y/o segundo desviadores 80, 82 de flujo hacen con el plano de la cuerda de la pala 10 de turbina eolica puede variar a lo largo de la longitud de los desviadores 80, 82 de flujo. Por ejemplo, en la realizacion de la Fig. 6, el angulo a del primer desviador 80 de flujo varla desde el primer valor a1 en el primer extremo 80a del desviador de flujo al segundo valor a2 en el segundo extremo 80b del desviador de flujo. Preferiblemente, a1 es aproximadamente de 0 grados, mientras que a2 esta entre aproximadamente 30-60 grados, en la direccion del extremo 14 de la punta de la pala.

De acuerdo con esto, el desviador 80 de flujo varla para estar sustancialmente en llnea con el plano de la cuerda de la pala 10 en el borde 56 de ataque de la pala, y es relativamente descentrado del plano de la cuerda hacia el borde 58 de fuga. Como con la realizacion de la Fig. 4, esto permite que la forma del desviador 80 de flujo varla a lo largo de la longitud del desviador, con el fin de minimizar el efecto del desempeno de la pala en el borde 56 de ataque de la pala 10 (debido al descentrado minimizado de la llnea de cuerda de la pala) mientras que suministra una redirection sustancial del flujo de aire en el borde 58 de fuga de la pala.

En una ejecucion alternativa, al menos uno de los desviaderos 80, 82 de flujo se puede extender en un angulo a constante con el plano de la cuerda, en la direccion del extremo 14 de la punta de la pala. Adicional o alternativamente, al menos uno de los desviadores de flujo puede extenderse en un angulo a constante a lo largo de al menos el 30 %, preferiblemente al menos 50 %, adicionalmente de manera preferible al menos 70 % de la longitud del desviador de flujo. a Se puede seleccionar como cualquier angulo adecuado, por ejemplo, entre 30-60 grados con el plano de la cuerda, en la direccion del extremo de punta 14 de la pala 10.

En las realizaciones de las Figs. 4 y 6, los miembros planos en las formas de los separadores de capa llmite 70, 72 o los desviadores 80, 82 de flujo se disponen de tal manera que los respectivos primeros extremos 70a, 72a, 80a, 82a estan adyacentes al borde 56 de ataque de la pala y los respectivos segundos extremos 70b, 72b, 80b, 82b, estan adyacentes al borde 58 de fuga de la pala. Se entendera que se puede suministrar cualquier disposition adecuada de los miembros planos, por ejemplo los respectivos primeros extremos 70a, 72a, 80a, 82a, se pueden suministrar dentro del 0-5 % del borde 56 de ataque, y/o los respectivos segundos extremos 70b, 72b, 80b, 82b, se pueden suministrar dentro del 0-5 % del borde 58 de fuga.

En una realizacion alternativa, el miembro 70, 72, 80, 82 plano se puede extender a lo largo de solamente una portion de la extension de la cuerda del perfil de la pala de la turbina eolica, por ejemplo entre aproximadamente 070 % de la longitud de la cuerda del perfil medido desde el borde de ataque, entre 0-70% de la longitud de la cuerda del perfil medido desde el borde de fuga, o entre 15-85% de la longitud de la cuerda del perfil medido desde el borde

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de ataque.

En una mejora adicional de la invencion, los respectivos primeros extremos 70a, 72a, 80a, 82a de los miembros 70, 72, 80, 82 planos se pueden proyectar mas alla del borde 56 de ataque de la pala 10 de turbina eolica. Con referencia a las Figs. 7 (a) y (b) se ilustra una vista agrandada de un nucleo 8 y una seccion de barquilla 6 de una turbina 2 eolica que tiene una pala 10 de turbina eolica con primeros y segundos miembros 90, 92 planos, dichos primeros y segundos miembros 90, 92 planos suministrados hacia el extremo 16 de ralz de la pala 10 de turbina eolica. Los respectivos primeros extremos 90a, 92a de los miembros 90, 92 planos proyectantes se proyectan de manera saliente del borde 56 de ataque de la pala 10, de tal manera que el flujo de aire de salida desde el extremo 16 de ralz de la pala y/o el flujo desviado debido a la presencia del nucleo 8 (como se indica por la flecha F) se deflecta y se dirige hacia el extremo 16 de ralz de la pala, evitando de esta manera el flujo transversal adicional a lo largo de la longitud de la pala, conduciendo a una separacion subsecuente del flujo adherido a lo largo de la longitud de la pala 10.

En la Fig. 7(a), los miembros 90, 92 planos proyectantes se ilustran como extendiendose a lo largo de una porcion de la longitud de la cuerda del perfil de la pala, preferiblemente en un angulo con el plano de la cuerda de la pala en la direccion del extremo 16 de ralz de la pala, como se describe en la realizacion de la Fig. 4 anterior.

En la Fig. 7(b), los miembros 90, 92 planos proyectantes se ilustran como extendiendose a lo largo de sustancialmente la longitud de la cuerda completa del perfil de la pala, preferiblemente en un angulo con el plano de la cuerda de la pala en la direccion del extremo 16 de ralz de la pala, como se describio en la realizacion anterior de la Fig. 4. Adicionalmente, los respectivos segundos extremos 90b, 92b de los miembros 90, 92 planos proyectantes se pueden proyectar mas alla del borde 58 de fuga de la pala 10, con el fin de suministrar una redirection de flujo mas extensa.

En un mejoramiento adicional de la invencion, los miembros 70, 72, 80, 82, 90, 92 planos pueden comprender canales, espaciamientos o espacios definidos en los miembros para suministrar una purga de la presion de aire entre cualquier lado de los miembros, para reducir o mejorar cualquier posible efecto de arrastre generado por los miembros planos o cualquier otra caracterlstica que pueda tener un impacto negativo sobre el desempeno de la pala.

Con referencia a la Fig. 8, una realizacion de la invencion se ilustra en la cual los primeros y segundos miembros 70, 72 planos se suministran como dos secciones separadas - el primer miembro 70 plano suministrado como una primera seccion 74 de separador de capa llmite ubicada hacia el borde 56 de ataque de la pala y una segunda seccion 75 de separador de capa llmite ubicada hacia el borde 58 de fuga de la pala, y el segundo miembro 72 plano suministrado como una primera seccion 76 de separador de capa llmite ubicado hacia el borde 56 de ataque de la pala y una segunda seccion 77 del separador de capa llmite ubicado hacia el borde 58 de fuga de la pala. Las secciones se disponen de tal manera que un espacio 78 se define entre las respectivas primeras secciones 74, 76 de separador de capa llmite y las respectivas segundas secciones 75, 77 de separador de capa llmite, tal como un espacio 78 que le permite a una porcion de flujo de aire purgarse o escaparse entre los lados de los primeros y segundos miembros 70, 72 planos para suministrar un equilibrio de presion entre los lados, y de esta manera reducir cualquier caracterlstica de levantamiento negativo asociada con los separadores de capa llmite conformados. Adicionalmente, el suministro de los miembros planos como un montaje de secciones separadas suministra un facil incremento de elaboration y montaje, por ejemplo, en el caso de readaptar tal miembro plano conformado a una pala de turbina eolica existente.

En un aspecto adicional de la invencion, la seccion transversal de los miembros planos se puede conformar para suministrar un desempeno mejorado de la pala de turbina eolica. La Fig. 9 ilustra varias posibles secciones transversales de miembros planos para uso con cualquiera de las realizaciones de la invencion, los miembros 100 planos tienen un extremo 100a base suministrados en la superficie 102 de una pala 10 de turbina eolica, y un extremo 100b distante.

La Fig. 9 (a) ilustra un miembro 100 plano que se proyecta desde la superficie 102 de una de pala de turbina eolica, en la que el miembro 100 plano se proyecta en un angulo p ortogonal con la superficie 102 de la pala.

La Fig. 9(b) ilustra un miembro 100 plano que se proyecta desde la superficie 102 de una pala de turbina eolica, en donde el miembro 100 plano se proyecta en un angulo p obtuso con la superficie 102 de la pala. La Fig. 9(c) ilustra un miembro 100 plano que se proyecta desde la superficie 102 de una pala de turbina eolica, en la que el miembro 100 plano se proyecta en un angulo p agudo con la superficie 102 de la pala.

Preferiblemente, los miembros planos se disponen de tal manera que los extremos 100b de la punta de los miembros sustancialmente se proyectan en la direccion de la redireccion de flujo deseada, por ejemplo de tal manera que los separadores de capa llmite 70, 72 se proyectan en un angulo p agudo con la superficie 102 de la pala, medida en la direccion del extremo 16 de ralz de la pala. De manera similar, preferiblemente los desviadores

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La Fig. 9(d) ilustra un miembro 100 plano que se proyecta desde la superficie 102 de una pala de turbina eolica, en la que el miembro 100 plano comprende una seccion transversal curvada. En la Fig. 9(b), el miembro 100 plano se curva de tal manera que el extremo 100a de base es sustancialmente ortogonal con la superficie 102 de la pala, mientras que el extremo 100b de la punta es sustancialmente paralelo con la superficie 100 de la pala, es decir el angulo 0 tangencial del miembro 100 plano varia entre aproximadamente 90 grados en dicho extremo 100a base y aproximadamente 180 grados en dicho extremo 100b de punta. Sin embargo, se entendera que se pueden ejecutar otras formas de curva en seccion transversal.

El suministro de una seccion transversal conformada del miembro plano permite una redireccion mas efectiva del flujo de aire mediante los miembros planos.

En un mejoramiento adicional de la invencion, en la forma en seccion transversal de los miembros 70, 72, 80, 82, 90, 92 planos pueden variar entre los respectivos primeros y segundos extremos de dichos miembros planos.

En un primer aspecto, el miembro 100 plano puede ser conformado a lo largo de la longitud del miembro plano de tal manera que el angulo p varie desde aproximadamente 0 grados al primer extremo del miembro plano, es decir, en la que el miembro plano no se proyecta de manera saliente de la superficie de la pala de turbina eolica, a entre aproximadamente 35-180 grados en el segundo extremo del miembro plano, es decir, en la que el miembro plano se puede conformar para redirigir el flujo de aire con una efectividad creciente a lo largo de la longitud del miembro plano. Preferiblemente, el miembro plano se conforma de tal manera que el extremo de punta del miembro plano sustancialmente apunta en la direccion deseada de flujo en el segundo extremo del miembro plano; es decir, hacia el extremo de raiz para la realizacion del separador de capa limite, y hacia el extremo de punta para la realizacion del desviador de flujo.

En un aspecto adicional el miembro 100 plano se puede conformar para tener una seccion transversal curvada en la que la extension de la curva del miembro plano puede variar entre el primer extremo y el segundo extremo del miembro plano. La seccion curvada puede variar con el fin de tener una curva minima hacia el borde de ataque de la pala, y de acuerdo con esto reducir el impacto aerodinamico del miembro plano en el borde de ataque, y la curva mas pronunciada hacia el borde de fuga, teniendo de esta manera un efecto de redireccion incrementado hacia el borde de fuga de la pala.

En un aspecto adicional, el miembro plano puede comprender una primera porcion relativamente recta, por ejemplo, suministrada en el extremo base del miembro plano, y una segunda porcion relativamente curvada, por ejemplo, suministrada en el extremo de punta del miembro plano.

Se entendera que un miembro plano proyectante para una pala se puede suministrar teniendo un angulo a con respecto al plano de la cuerda de la pala, y un angulo p con respecto a la superficie de la pala, el miembro plano dispuesto de tal manera que los valores a y/o p varian entre los primeros y segundos extremos del miembro plano, preferiblemente en una variacion lineal a lo largo de al menos el 30 % de la longitud del miembro plano. Adicional o alternativamente, el miembro plano proyectante se puede suministrar con al menos una seccion curvada que tiene un angulo 0 tangencial, el miembro plano dispuesto de tal manera que el valor 0 varia entre el primero y segundo extremo del miembro plano, preferiblemente en una variacion lineal a lo largo de al menos el 30 % de la longitud del miembro plano.

Con referencia a las Figs. 10 y 11, un aspecto adicional de la invencion puede involucrar el uso de separadores o barreras de capa limite convergente para formar un efecto Venturi sobre el flujo de aire que se mueve sobre la pala de turbina eolica, con el fin de acelerar el flujo de aire del nucleo sobre la pala y retrasar la separacion del flujo de aire, los separadores de aire tambien lo utilizan para evitar el flujo transversal de la pala.

En una seccion de entrada de una pala 10 de turbina eolica se ilustra en la Fig. 10(a), mirando a lo largo de una porcion de la longitud de la pala de turbina eolica del extremo 16 de raiz. En esta realizacion, el primero y segundo miembros 110, 112 planos, por ejemplo, los separadores o barreras de capa limite, se suministran sobre la superficie de la pala 10 de turbina eolica, preferiblemente sobre el lado de succion de la pala, que se extiende entre el borde 18 de ataque y el borde 20 de fuga de la pala 10. Los miembros 110, 112 planos se disponen adyacentes el uno al otro, para formar un canal 114 de flujo entre los miembros 110, 112 planos opuestos. El canal 114 de flujo se extiende en un primer extremo 114a suministrado hacia el borde 18 de ataque de la pala 10 hacia un segundo extremo 114b hacia el borde 20 de fuga de la pala 10. Similar a las realizaciones descritas anteriormente, los miembros 110, 112 planos se disponen en un angulo con el plano de la cuerda de la pala 10. Sin embargo, en las realizaciones de la Fig. 10, los miembros planos se disponen de tal manera que ellos se extienden en una direccion

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convergente desde el primer extremo 114 del canal 114 de flujo al segundo extremo 114b.

De acuerdo con esto, el ancho del canal 114 de flujo es mayor en el primer extremo 114a que en el segundo extremo 114b. Tal configuracion significa que el flujo nucleo que pasa entre los miembros 110, 112 planos en el canal 114 de flujo se someten a una restriccion en el ancho entre los miembros 110, 112 planos opuestos, que se mueven desde el primer extremo 114a del canal 114 de flujo al segundo extremo 114b. Tal restriccion en el canal 114 de flujo da como resultado un efecto Venturi que aplica a un flujo de aire en el canal 114 de flujo, que da como resultado un incremento en la velocidad de flujo a traves del canal 114. Esto dara como resultado un mayor momento de flujo entre el interior y el exterior de la capa llmite.

Como la separacion del flujo de aire ocurre a menudo hacia el extremo de ralz de la pala, donde las superficies de sustentacion son relativamente gruesas, suministrar tal efecto Venturi hacia la porcion interior de la pala de turbina eolica debe actuar para retrasar la separacion de flujo de aire en esta area a reducir el efecto de gradientes de presion en esta area, debido al mayor momento de flujo de aire como resultado de la velocidad de flujo media creciente. Adicionalmente, los miembros planos continuan para restringir el flujo transversal de la pala a lo largo de la direccion longitudinal de la pala.

Con el fin de suministrar un balance entre el efecto de restriccion necesaria para el efecto Venturi, preferiblemente, al menos uno de los miembros planos se extiende en un angulo de al menos 15 grados con el plano de la cuerda de la pala. Mientras que la realizacion de la Fig. 10(a) ilustra la configuracion en la que ambos miembros 110, 112 planos se suministran en un angulo agudo con el plano de la cuerda de la pala, extendiendose en una direccion convergente hacia el borde 20 de fuga de la pala, se entendera que solamente uno de los miembros planos se puede suministrar en una disposicion angulada para asegurar el efecto Venturi.

Con referencia a la realizacion de la Fig. 10(b), el primer miembro 110 plano se ubica sustancialmente paralelo al plano de la cuerda de la pala, mientras que el segundo miembro 112 plano se extiende desde el borde 18 de ataque hacia el borde 20 de fuga en un angulo con el plano de la cuerda de la pala. De acuerdo con esto, el canal 114 de flujo definido entre los miembros 110, 112 planos, se extiende desde un primer extremo 114 relativamente ancho a un segundo extremo 114 relativamente estrecho.

Un mejoramiento adicional de la invention se ilustra en las dos realizaciones mostradas en la Fig. 11. Aqul, los separadores o barreras de capa llmite se suministran como primeros y segundos miembros 116, 118 perfilados en los que el canal 120 de flujo se define entre los miembros 116, 118 perfilados. El canal 120 de flujo se extiende desde un primer extremo 120a suministrado hacia el borde 18 de ataque de la pala a un segundo extremo 120b suministrado hacia el borde 20 de fuga de la pala. Los miembros 116, 118 perfilados se conforman de tal manera que al menos uno, preferiblemente ambos de los miembros 116, 118 gradualmente se extienden hacia el miembro 116, 118 perfilado opuesto a un punto entre los primeros y segundos extremos 120a, 120b del canal 120 de flujo, preferiblemente en una curva gradual. Tal configuracion resulta en una section (indicada mediante 122) del canal 120 de flujo entre los primeros y segundos extremos 120a, 120b que tienen un ancho relativamente restringido. Esta restriccion 122 suministra un efecto Venturi dentro del canal 120 de flujo, entre los primeros y segundos extremos 120a, 120b. De acuerdo con esto, el flujo de aire dentro del canal 120 de flujo se agilizara, con el momento de flujo de aire creciente resultante o que da como resultado un retraso en la separacion del flujo de aire sobre la pala 10.

La ubicacion de dicha restriccion 122 se puede seleccionar con base en el grosor relativo de la superficie de sustentacion, con una restriccion 122 preferiblemente ubicada aproximadamente en el punto de grosor maximo de la superficie de sustentacion, por ejemplo dentro del 5 % de la longitud de la cuerda de la superficie de sustentacion del punto de grosor t maximo de la superficie de sustentacion en ese punto a lo largo de la longitud de la pala.

Se entendera que tal configuracion se puede ejecutar en numerosas diferentes configuraciones. La Fig. 11(a) ilustra una realizacion en la que el canal 120 de flujo se estrecha desde el primer extremo 120a a la restriccion simple en 122, antes de ampliarse en el segundo extremo 120b. En esta realizacion, el segundo extremo 120b del canal 120 de flujo es relativamente mas amplio que el primer extremo 120a, de tal manera que el efecto Venturi simple se crea mediante la seccion 122 restringida.

Con referencia a la Fig. 11(b), los miembros 116, 118 perfilados que forman el canal 120 de flujo se extiende desde la seccion 122 restringida hacia el segundo extremo 120b de tal manera que el segundo extremo 120b es relativamente mas estrecho que el primer extremo 120a. De acuerdo con esto, los miembros 116, 118 perfilados se extienden en una direccion sustancialmente convergente desde el primer extremo 120a al segundo extremo 120b, creando efectivamente dos secciones de restriccion - una primera restriccion en la seccion 122 restringida ubicada entre el primer y segundo extremo 120a, 120b del canal 120 de flujo, y una segunda restriccion efectiva formada en el segundo extremo 120b del canal 120 de flujo, debido al estrechamiento del canal 120 de flujo entre el primer extremo 120a y el segundo extremo 120b. Esta configuracion suministra un efecto de doble Venturi, actuando para incrementar la velocidad de flujo sobre la superficie de sustentacion.

Se entendera que cualquier forma adecuada de los miembros perfilados se puede utilizar, con el fin de crear cualquier numero o configuracion de restricciones en el canal 120 de flujo.

Preferiblemente, los miembros 110, 112, 116, 118 se extienden entre el borde 18 de ataque y el borde 20 de fuga de la pala, pero se entendera que la longitud de los miembros 110, 112, 116, 118 planos se pueden seleccionar con 5 base en los requisitos, por ejemplo, aproximadamente 80 % de la longitud de la cuerda de la pala en ese punto.

Se entendera que el numero o cualquier combinacion de los elementos de cualquiera de las realizaciones precedentes se pueden suministrar sobre una pala de turbina eolica simple, por ejemplo, los separadores de capa llmite 70, 72 de la realizacion de la Fig. 4 se pueden combinar con los desviadores de flujo de la realizacion de la Fig. 6, los miembros 110, 112, 116, 118 planos pueden tener una altura y/o curvatura variable a lo largo de su 10 longitud, etc.

La invencion no esta limitada a la realizacion descrita aqul, y se puede modificar o adaptar sin apartarse del alcance de la presente invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una pala (10) de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tiene un eje de rotor sustancialmente horizontal, dicho rotor comprende un nucleo, desde el cual la pala se extiende sustancialmente en una direccion radial cuando se monta al nucleo, la pala tiene una direccion longitudinal con el extremo de punta y un extremo de ralz y una direccion transversal, la pala ademas comprende:

un contorno perfilado que incluye un lado de presion y un lado de succion, as! como tambien un borde de ataque y un borde de fuga con una llnea de cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre estas, la llnea de cuerda transversal a dicha direccion longitudinal, el contorno perfilado, cuando es impactado por un flujo de aire incidente, generando un levantamiento,

en la que la turbina eolica comprende ademas primeros y segundos miembros (70, 72, 80, 84, 90, 92, 100, 110, 112) de gula de flujo suministrados sobre una superficie de dicha pala de turbina eolica, en la que dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extienden en una direccion sustancialmente transversal con la direccion longitudinal de la pala, dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo definen un canal de flujo entre dicho borde de ataque y dicho borde de fuga, dicho canal de flujo tiene un primer extremo ubicado hacia dicho borde de ataque y un segundo extremo ubicado hacia dicho borde de fuga,

en la que al menos una porcion de una de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extiende a lo largo de la direccion transversal de dicha pala en un angulo con dicha llnea de cuerda de aproximadamente 15 a 60 grados, y

en la que dicho canal de flujo comprende al menos una seccion restringida espaciada de dicho primer extremo hacia dicho segundo extremo, en la que la distancia entre dicho primer y segundo miembros de gula de flujo en dicha al menos una seccion restringida es menor que la distancia entre el primer y segundo miembros de gula de flujo en el primer extremo de dicho canal de flujo,

de tal manera que el flujo adherido en dicho canal de flujo entre dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo desde dicho primer extremo a dicho segundo extremo es sometido a un efecto Venturi mediante dicha al menos una seccion restringida.
2. La pala de turbina eolica de la reivindicacion 1, en la que dicha al menos una seccion restringida se ubica en dicho segundo extremo de dicho canal de flujo.
3. La pala de turbina eolica de la reivindicacion 1, o reivindicacion 2, en la que el canal de flujo de la pala de turbina eolica comprende al menos una seccion restringida ubicada entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo.
4. La pala de turbina eolica de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que la pala de turbina eolica comprende una primera seccion restringida ubicada entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicho canal de flujo y una segunda seccion restringida ubicada en dicho segundo extremo de dicho canal de flujo,

En la que el ancho de dicho canal de flujo entre dicho primero y segundo miembros de gula de flujo se ahusa desde dicho primer extremo a dichas primera seccion restringida y posteriormente se amplla hacia dicho segundo extremo para suministrar un primer efecto Venturi sobre el flujo en dicho canal de flujo, y

En la que el ancho de dicho canal de flujo entre dicho primer y segundos miembros de gula de flujo posteriormente se ahusa hacia dicha segunda seccion restringida en el segundo extremo de dicho canal de gula de flujo para suministrar un segundo efecto Venturi.
5. La pala de turbina eolica de la reivindicacion 4, en la que dicha primera seccion restringida de dicho canal de flujo se ubica entre dicho borde de ataque y dicho borde de fuga aproximadamente en el area de grosor maximo del contorno perfilado.
6. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que dicho primero y segundo miembros de gula de flujo comprenden las respectivas superficies de canal de flujo, las superficies de canal de flujo de dicha primer gula de flujo se enfrenta a la superficie de canal de flujo de dicha segunda gula de flujo a traves de dicho canal de flujo, en la que al menos una porcion de al menos una de dichas superficies de canal de flujo es curvada.
7. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que al menos una porcion de dichos primeros y segundos miembros de gula de flujo se extienden en una direccion convergente hacia el segundo extremo de dicho canal de flujo para formar dicha al menos una seccion restringida, de tal manera que el flujo adherido en dicho canal de flujo entre dicho primero y segundo miembros de gula de flujo se somete a un efecto Venturi.
8. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que uno de dichos primeros y segundos miembros de guia de flujo se extienden sustancialmente a lo largo de la direction transversal de dicha pala en un angulo con dicha linea de cuerda de entre +/- [15 a 60] grados, en la que el otro de dichos primeros y segundos miembros de guia de flujo se extiende a lo largo de la direccion transversal de dicha pala paralela a dicha linea de

5 cuerda.
9. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que los miembros de guia de flujo se forman de miembros planos que se proyectan desde la superficie de la pala de turbina eolica, por ejemplo, un separador de capa limite o barrera de capa limite.
10. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que dicho canal de flujo se forma de los 10 miembros de guia de flujo suministrados sobre el lado de suction de la pala de turbina eolica.
11. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que dichos primeros y segundos miembros de guia de flujo se ubican en la portion interior de la pala, por ejemplo, dentro del 50 % de la longitud de la pala desde el extremo de raiz de la pala.
12. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que la longitud entre dicho primer extremo 15 y dicho segundo extremo de dicho canal de flujo esta entre aproximadamente 50-100 % de la longitud de la cuerda

de la pala de turbina eolica en el sitio de dicho canal de flujo.
13. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que el ancho de dicho canal de flujo en dicha al menos una section restringida esta entre aproximadamente 50-80 % del ancho de dicho canal de flujo en dicho primer extremo.

20 14. La pala de turbina eolica de cualquier reivindicacion precedente, en la que dicho primer extremo de dicho canal

de flujo se ubica adyacente al borde de ataque de la pala, preferiblemente entre aproximadamente el 20% de la longitud de la cuerda de la pala de turbina eolica en el sitio de dicho canal de flujo.
15. Una turbina eolica que tiene al menos una pala de turbina eolica como se reivindico en cualquiera de las reivindicaciones 1-14.