ES2621483T3

ES2621483T3 - Pala de turbina eólica

Info

Publication number: ES2621483T3
Application number: ES12787006.1T
Authority: ES
Inventors: Ashish Singh
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: US20140286784A1; WO2013076009A1; CN104220745A; EP2783103A1; CN104220745B; IN2014CN04448A; EP2783103B1; PL2783103T3; US9617974B2; DK2783103T3

Abstract

Una pala (10) de turbina eólica para un rotor de una turbina eólica que tiene un árbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo el rotor un buje, desde el que se extiende la pala (10) de la turbina eólica sustancialmente en una dirección radial cuando se monta en el buje, extendiéndose la pala (10) de la turbina eólica en una dirección longitudinal paralela a un eje longitudinal y teniendo un extremo de punta (14) y un extremo de raíz (16), comprendiendo la pala (10) de turbina eólica un contorno perfilado que incluye un lado de presión (52) y un lado de succión (54), así como un borde de ataque (18, 56) y un borde de salida (20, 58) con una cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre los mismos, generando el contorno perfilado, cuando un flujo de aire incidente impacta sobre el mismo, un empuje ascensional, en la que la pala (10) de turbina eólica comprende adicionalmente una pluralidad de dentados (74) proporcionados en el borde de salida (20, 58) del contorno, sobresaliendo dichos dentados (74) de manera libre desde dicho borde de salida (20, 58), pudiendo manipularse dicha pluralidad de dentados (74) para reducir el ruido generado durante el funcionamiento de la pala mediante la modulación del flujo de aire en el borde de salida (20, 58) del contorno, comprendiendo cada uno de dicha pluralidad de dentados (70) un cuerpo de dentado sustancialmente triangular que tiene un extremo de base (78a) proximal ubicado adyacente a dicho borde de salida (20, 58) y un extremo de punta (78b) distal que sobresale alejándose de dicho borde de salida (20, 58), y bordes laterales (79) del dentado que se extienden entre dicho extremo de base (78a) proximal y dicho extremo de punta (78b) distal, en la que se define al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) en dicho cuerpo de dentado sustancialmente triangular entre dicho extremo de base (78a) y dicho extremo de punta (78b).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

DESCRIPCION

Pala de turbina eolica Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a una pala de turbina eolica que tiene caracteristicas de reduccion del ruido. Antecedentes de la invencion

Una de las consideraciones primarias en el diseno y funcionamiento de turbinas eolicas se refiere a los niveles de ruido producidos durante el funcionamiento de la turbina eolica. Particularmente en el caso de turbinas eolicas terrestres que puedan localizarse proximas a areas habitadas, el ruido procedente de la turbina eolica puede ser un factor limitativo cuando se consideran posibles localizaciones de turbinas eolicas. En consecuencia, es de interes proporcionar disenos de turbina eolica que tengan una produccion de ruido reducida durante el funcionamiento.

Una gran parte del ruido producido durante el funcionamiento de la turbina eolica se debe a la turbulencia formada en el borde de salida de la pala de la turbina eolica, dado que un flujo de aire del lado de succion mas rapido se une con un flujo de aire del lado de presion relativamente mas lento. El nivel relativamente alto de energia cinetica turbulenta en los flujos de aire combinados da como resultado una dispersion turbulenta del flujo de aire en el borde de salida, lo que produce el ruido de dispersion.

Es conocido proporcionar dentados o puas fijas en el borde de salida de la pala de la turbina eolica para romper con el flujo de aire del borde de salida, amortiguando o reduciendo de ese modo la turbulencia formada en el borde de salida, y en consecuencia los niveles de ruido asociados. Ejemplos de bordes de salida dentados pueden verse en la publicacion de Patente de Estados Unidos n.° US 2011/0142666 A1.

La publicacion de Patente de Estados Unidos n.° US 2011/0142637 A1 divulga un reductor de ruido que incluye una placa base que define una linea base, una pluralidad de caracteristicas de reduccion de ruido que se extienden desde la linea base, y una pluralidad de aberturas definidas en la placa base. Cada abertura se posiciona sobre un lado opuesto de la linea base desde la pluralidad de caracteristicas de reduccion de ruido de modo que la abertura se define completamente en la placa base.

La solicitud de Patente Internacional n.° WO 2007/057155 A1 divulga un freno de aleron para un avion. El freno de aleron comprende un borde libre (no usado para el montaje al ala del avion) con dentados o el aleron de freno comprende orificios cerca del borde libre.

La solicitud de Patente Internacional n.° WO 2010/063600 A1 divulga un dispositivo que consiste en un generador de vortice y un acelerador de vortice para turbinas aereas e hidraulicas para generacion de energia. Una realizacion muestra dispositivos de succion de la vorticidad inducida en la forma de ranuras triangulares sobre el lado de alta presion de la pala de turbina a lo largo del borde de salida.

Sin embargo dichas caracteristicas de reduccion de ruido no proporcionan una eliminacion completa del ruido del borde de salida durante el funcionamiento de la pala.

Es un objeto de la invencion proporcionar una pala de turbina eolica que tenga caracteristicas de reduccion de ruido mejoradas sobre los disenos de pala conocidos.

Sumario de la invencion

En consecuencia, se proporciona una pala de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tiene un arbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo el rotor un buje, desde el que se extiende la pala de la turbina eolica sustancialmente en una direccion radial cuando se monta en el buje, extendiendose la pala de la turbina eolica en una direccion longitudinal paralela a un eje longitudinal y teniendo un extremo de punta y un extremo de raiz,

comprendiendo la pala de turbina eolica un contorno perfilado que incluye un lado de presion y un lado de succion, asi como un borde de ataque y un borde de salida con una cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre los mismos, generando el contorno perfilado, cuando un flujo de aire incidente impacta sobre el mismo, un empuje ascensional,

en la que la pala de turbina eolica comprende adicionalmente una pluralidad de dentados proporcionados en el borde de salida del contorno, sobresaliendo dichos dentados de manera libre desde dicho borde de salida o

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

extendiendose libremente desde dicho borde de salida, pudiendo manipularse dicha pluralidad de dentados para reducir el ruido generado durante el funcionamiento de la pala mediante la modulacion del flujo de aire en el borde de salida del contorno, comprendiendo cada uno de dicha pluralidad de dentados un cuerpo de dentado sustancialmente triangular que tiene un extremo de base proximal ubicado adyacente a dicho borde de salida y un extremo de punta distal que sobresale alejandose de dicho borde de salida, y bordes laterales de dentado que se extienden entre dicho extremo de base proximal y dicho extremo de punta distal,

en la que se define al menos una abertura pasante en dicho cuerpo de dentado sustancialmente triangular entre dicho extremo de base y dicho extremo de punta.

Preferentemente, el cuerpo de dentado comprende una superficie del lado de presion y una superficie del lado de succion, en la que dicha al menos una abertura pasante se extiende desde dicha superficie del lado de presion hasta dicha superficie del lado de succion, en la que dicha al menos una abertura pasante actua para igualar la presion entre dicha superficie del lado de presion y dicha superficie del lado de succion.

Una construction de este tipo garantiza que tenga lugar una comunicacion de presion o de flujo de aire entre los lados de succion y de presion de los dentados. Esta comunicacion de presion permite que tenga lugar una igualacion de la presion en ambos lados de los dentados. Como resultado, el uso de dentados que tengan aberturas pasantes proporciona varias ventajas:

1. La igualacion de la presion sobre las superficies del dentado reduce la energla de los vortices turbulentos que se dispersa desde los bordes de los dentados. Dado que los dentados actuan para reducir el ruido de baja frecuencia en el borde de salida de la pala, esto ayuda a reducir el ruido de alta frecuencia ampliamente generado por los dentados en si mismos.

2. Adicionalmente, la igualacion de la presion debido a las aberturas ayuda a reducir las variaciones en las diferencias de presion en ambos lados de los dentados, lo que es la causa principal del aleteo del dentado durante el funcionamiento de la pala. El aleteo del dentado puede conducir a la separation de los dentados con angulos de ataque moderados a altos. En consecuencia, el uso de aberturas pasantes actua para incrementar la adherencia de los dentados a la pala.

3. Las aberturas en los dentados pueden proporcionar ventajas adicionales mientras se cambia el paso de la pala cuando la turbina esta en funcionamiento. El cambio del paso de la pala durante el funcionamiento puede imponer fuerzas dinamicas adicionales sobre los dentados. Esto puede conducir a separacion o danos dramaticos en los dentados. Dado que la presencia de aberturas en los dentados relaja la diferencia de presion entre los dos lados, en consecuencia la estabilidad de los dentados se incrementa contra los rapidos cambios en la dinamica de flujo debido al cambio de paso.

En un aspecto preferido, los dentados se extienden desde el borde de salida de la pala, en el que las aberturas se definen en esa parte de los dentados que se extiende libremente desde la pala. Por extenderse libremente, se entendera que esto se refiere a las partes de proyeccion de los dentados, y no a cualesquiera secciones de una construccion de dentado usada para el montaje o sujecion de los dentados a la pala de la turbina eolica.

Puede proporcionarse una parte de montaje o placa base, a partir de la que sobresalen los dentados, usada dicha parte de montaje o placa base para sujetar dichos dentados a una pala de turbina eolica.

Preferentemente, dicha al menos una abertura pasante se define de modo que el ancho de la abertura sea mayor que o igual a la profundidad de la abertura.

La abertura tiene un ancho, que puede medirse a lo largo de la superficie del dentado al que se abre la abertura, y una profundidad, que corresponde a la profundidad local del dentado a traves del que se extiende la abertura. Mediante la configuration de la abertura pasante para que sea al menos tan ancha como profunda, se asegura que el diametro de la abertura es mayor que o igual al grosor del cuerpo de dentado, para asegurar una igualacion de presion maxima entre el lado de presion y en el lado de succion de los dentados.

Preferentemente, dichos dentados se configuran de modo que dicha al menos una abertura pasante comprende menos de o igual al 25 % del area de una delimitation del cuerpo de dentado.

La delimitacion del cuerpo de dentado comprende el area proyectada por el dentado que se forma entre el extremo de base, extremo de punta y bordes laterales del dentado. Dado que las aberturas representan menos de o igual a un cuarto del area del perfil proyectado de los dentados, no se compromete en consecuencia la estabilidad estructural del dentado, y no se introduce un ruido de funcionamiento adicional como resultado del uso de aberturas excesivamente grandes. En el caso de un dentado triangular, esto significa que las aberturas pasantes representan menos del 25 % del area triangular.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

En una realization, al menos una de dichas aberturas pasantes tiene forma sustancialmente circular. Adicional o alternativamente, al menos una de dichas aberturas pasantes tiene forma sustancialmente ovalada. Adicional o alternativamente, al menos una de dichas aberturas pasantes tiene forma sustancialmente rectangular.

Pueden seleccionarse diferentes formas de aberturas basandose en la reduction de ruido, modulation y/o igualacion de presion particular que se desea realizar en el dentado.

En una realization, dichos dentados comprenden al menos una matriz primaria de aberturas pasantes dispuesta en una direction longitudinal entre el extremo de base proximal del dentado y el extremo de punta distal del dentado, y al menos una matriz secundaria de aberturas pasantes dispuesta adyacente a dicha matriz primaria.

El uso de diferentes matrices de aberturas sobre el dentado permite diferentes efectos de las aberturas a ser proporcionadas en los dentados.

Preferentemente, dicha al menos una matriz primaria se extiende a lo largo de un eje longitudinal central del cuerpo de dentado entre dicho extremo de base proximal y dicho extremo de punta distal.

La colocation de la matriz primaria de aberturas a lo largo de la llnea central del dentado permite que la direction de flujo primario del flujo de aire sobre el dentado experimente una igualacion de presion eficiente a traves de la matriz primaria.

En una configuration, dicha matriz primaria comprende el menos una abertura alargada orientada con un eje primario que se extiende en una direction entre el extremo de base proximal y el extremo de punta distal. Adicional o alternativamente, dicha matriz primaria comprende el menos una abertura sustancialmente circular.

El eje primario de la abertura se entiende como el eje que corresponde a la section mas ancha de la abertura, por ejemplo para una abertura oblonga, alargada o rectangular.

Preferentemente, dicha al menos una matriz secundaria esta ubicada entre dicha al menos una matriz primaria y uno de dichos bordes laterales del cuerpo de dentado, en el que dicha al menos una matriz secundaria comprende al menos una abertura sustancialmente alargada, y en el que dicha al menos una abertura alargada de dicha al menos una matriz secundaria se dispone de modo que se extienda un eje primario de dicha al menos una abertura en una direction sustancialmente lateral desde una situation adyacente a dicha al menos una matriz primaria hacia dicho borde lateral del cuerpo de dentado.

Al proporcionar aberturas alargadas en una matriz secundaria, y alinear las aberturas alargadas en una direction lateral hacia los lados del dentado, las aberturas se orientan para estar sustancialmente en llnea con la trayectoria del flujo lateral del flujo de aire sobre los dentados. Esto asegura que se maximiza la igualacion de presion del flujo de aire sobre los dentados.

En una realization, dicho contorno perfilado tiene un borde de salida romo que comprende una superficie de borde de salida que se extiende entre el lado de presion y el lado de suction del contorno en dicho borde de salida, en el que dicha pluralidad de dentados estan ubicados en el lado de presion y/o en el lado de suction de dicha superficie de borde de salida. En consecuencia, los dentados se disponen de modo que los extremos de base proximales de los dentados estan ubicados adyacentes a la superficie de borde de salida, sobresaliendo los extremos de las puntas distales alejandose del borde de salida de la pala.

Preferentemente, se proporciona un primer subconjunto de dicha pluralidad de dentados en el lado de presion de dicha superficie de borde de salida, y un segundo subconjunto de dicha pluralidad de dentados se proporcionan en el lado de suction de dicha superficie de borde de salida.

En una realization, dicho primer y segundo subconjuntos de dentados comprenden primeras y segunda matrices longitudinales de dentados que sobresalen desde dicho borde de salida siguiendo el largo longitudinal de una parte de la pala en una disposition paralela separada.

En una realization alternativa, dicho primer y segundo subconjuntos de dentados comprenden una serie de grupos de dentados que tiene una placa base y una pluralidad de dentados que sobresalen desde dicha placa base, proporcionados dichos grupos de dentados en dicho borde de salida siguiendo el largo longitudinal de una parte de la pala, en el que los grupos de dentados sucesivos que siguen el largo longitudinal de la pala se posicionan alternativamente sobre el lado de presion y el lado de suction de dicha superficie de borde de salida.

En una realization alternativa adicional, dicha pluralidad de dentados se proporcionan como dentados simples separados dispuestos en dicho borde de salida siguiendo el largo longitudinal de una parte de la pala, en el que dentados sucesivos que siguen el largo longitudinal de la pala se posicionan alternativamente sobre el lado de presion y el lado de suction de dicha superficie de borde de salida.

Al escalonar los dentados, o grupos de dentados, en los lados de presion y de succion del borde de salida, se proporciona una reduccion parcial del ruido en ambos lados del borde de salida. Adicionalmente, se minimiza el dano potencial provocado entre dentados o grupos de dentados adyacentes debido al aleteo.

Preferentemente, al menos una primera matriz de dicha pluralidad de dentados es movil con relacion al borde de 5 salida de la pala.

Una matriz movil de dentados permite el ajuste de la modulacion del ruido realizado en el borde de salida de la pala. Preferentemente la matriz es movil en traslacion con relacion al borde de salida, pero se entendera que puede ser ajustable cualquier caracterlstica de la matriz, por ejemplo puede variarse el posicionamiento, longitud, dimensiones, etc. de los dentados para proporcionar una modulacion variable del espectro de ruido en el borde de salida de la 10 pala.

Preferentemente, la pala de turbina eolica puede manipularse para ajustar la forma de dicha al menos una abertura pasante.

Preferentemente, dicho ajuste se controla para ajustar el efecto de igualacion de presion proporcionado por dicha al menos una abertura pasante. Esto puede ser por medio del uso de, por ejemplo, un material piezoelectrico, un 15 material flexible deformable, etc.

Adicional o alternativamente, la pala de turbina eolica comprende ademas al menos un elemento de cubierta movil con relacion a dicha al menos una abertura pasante, pudiendo manipularse dicho elemento de cubierta para cubrir selectivamente al menos una parte de al menos una abertura pasante. El elemento de cubierta puede acoplarse a un actuador que puede manipularse para mover dicho elemento de cubierta con relacion a dicha al menos una 20 abertura, para controlar el tamano de una apertura de la abertura, para controlar el efecto de igualacion de presion proporcionada por dicha al menos una abertura pasante.

El uso de una cubierta movil, obturador o revestimiento para ajustar la apertura de la abertura permite la variacion del efecto de igualacion de presion proporcionado por las aberturas. En una realization alternativa, el elemento de cubierta puede comprender un elemento inflable que se dispone para inflarse o desinflarse selectivamente al menos 25 parcialmente dentro de dicha abertura, para reducir el tamano de apertura de la abertura pasante.

Adicional o alternativamente, puede proporcionarse un material permeable al aire dentro de las aberturas, por ejemplo una red, una rejilla, una malla. El material permeable al aire puede comprender un material relativamente flexible. Esto puede proporcionar una integridad estructural adicional de los dentados, para impedir la flexion o deformation del dentado debido a la presencia de las aberturas en el cuerpo de dentado.

30 Se proporciona tambien una turbina eolica que tiene al menos una pala de turbina eolica tal como se ha descrito anteriormente.

Description de la invention

Se describiran ahora realizaciones de la invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

35 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 plano aerodinamico de la pala de la Fig. 2;

la Fig. 4 muestra una vista en perspectiva en section transversal de una parte de la pala de la Fig. 2;

las Figs. 5(a) y 5(b) muestran vistas en perspectiva ampliadas de primera y segunda realizaciones de los dentados 40 del borde de salida de acuerdo con la invencion;

las Figs. 6(a) y 6(b) muestran vistas en perspectiva ampliadas de tercera y cuarta realizaciones de los dentados del borde de salida de acuerdo con la invencion; y

las Figs. 7(a), (b) y (c) muestran vistas en perspectiva ampliadas de disposiciones de dentados del borde de salida de acuerdo con realizaciones adicionales de la invencion.

45 Se hara referencia a elementos comunes entre las diferentes realizaciones usando los mismos numeros de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

referenda.

La Fig. 1 ilustra una turbina eolica contra el viento moderna convencional de acuerdo con el denominado “concepto danes” con una torre 4, una gondola 6 y un rotor con un arbol de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, cada una teniendo una ralz de pala 16 mas proxima al buje y una punta de pala 14 mas alejada del buje 8. El rotor tiene un radio indicado por R.

La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una primera realizacion de una pala 10 de turbina eolica de acuerdo con una realizacion de la invention. La pala 10 de turbina eolica tiene la forma de una pala de turbina eolica convencional y comprende una zona de ralz 30 mas proxima al buje, una zona perfilada o de plano aerodinamico 34 mas alejada del buje y una zona de transition 32 entre la zona de ralz 30 y la zona de plano aerodinamico 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que mira hacia la direction de giro de la pala 10, cuando la pala se monta sobre el buje, y un borde de salida 20 que mira hacia la direccion opuesta al borde de ataque 18.

La zona de plano aerodinamico 34 (tambien denominada la zona perfilada) tiene una forma de pala ideal o casi ideal con respecto a la generation de empuje ascensional, mientras que la zona de ralz 30 debido a consideraciones estructurales tiene una section transversal sustancialmente circular o ellptica, que por ejemplo hace mas facil y seguro montar la pala 10 en el buje. El diametro (o la cuerda) de la zona de ralz 30 es tlpicamente constante a lo largo de toda el area de ralz 30. La zona de transicion 32 tiene un perfil de transicion 42 que cambia gradualmente desde la forma circular o ellptica 40 de la zona de ralz 30 al perfil de plano aerodinamico 50 de la zona de plano aerodinamico 34. La longitud de la cuerda de la zona de transicion 32 se incrementa tlpicamente de modo sustancialmente lineal con el incremento de la distancia r desde el buje.

La zona de plano aerodinamico 34 tiene un perfil de plano aerodinamico 50 con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10. El ancho de la cuerda disminuye con el incremento de la distancia r desde el buje.

Deberla tomarse nota de que las cuerdas de las diferentes secciones de la pala normalmente no se disponen en un plano comun, dado que la pala puede estar retorcida y/o curvada (es decir previamente doblada), proporcionando as! al plano de cuerda una carrera correspondientemente retorcida y/o curvada, siendo este el caso mas frecuente para compensar la velocidad local de la pala que depende del radio desde el buje.

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil de plano aerodinamico 50 de una pala tlpica de una turbina eolica representada con los diversos parametros que se usan tlpicamente para definir la forma geometrica de un plano aerodinamico. El perfil del plano aerodinamico 50 tiene un lado de presion 52 y un lado de suction 54, que, durante el uso —es decir durante el giro del rotor— se enfrentan normalmente al lado hacia el viento (o frente al viento) y al lado de sotavento (o en la direccion del viento), respectivamente. El plano aerodinamico 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala. El plano aerodinamico 50 tiene un grosor t, que se define como la distancia entre el lado de presion 52 y el lado de succion 54. El grosor t del plano aerodinamico varla a lo largo de la cuerda 60. La desviacion respecto a un perfil simetrico viene dada por una llnea de curvatura 62, que es una llnea mediana a traves del perfil del plano aerodinamico 50. La llnea mediana puede hallarse mediante el dibujo de los clrculos inscritos desde el borde de ataque 56 al borde de salida 58. La llnea mediana sigue el centro de estos clrculos inscritos, y la desviacion o distancia desde la cuerda 60 se denomina la curvatura f. La simetrla puede definirse tambien por el uso de parametros denominados curvatura superior y curvatura inferior, que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succion 54 y el lado de presion 52, respectivamente.

Los perfiles del plano aerodinamico se caracterizan frecuentemente por los siguientes parametros: la longitud de cuerda c, la curvatura maxima f, la position df de la curvatura maxima f, el grosor t del plano aerodinamico maximo, que es el diametro mayor de los clrculos inscritos a lo largo de la llnea de curvatura media 62, la posicion dt del grosor maximo t, y un radio de nariz (no mostrado). Estos parametros se definen tlpicamente como relaciones con respecto a la longitud de cuerda c.

Con referencia a la Fig. 4, se muestra una vista ampliada de una parte de la pala 10 de turbina eolica de la Fig. 2, con referencia a los elementos del plano aerodinamico 50 mostrados en la Fig. 3. La pala 10 comprende adicionalmente una matriz de dentados 70 proporcionada en el borde de salida 58 de la pala 10. La matriz 70 comprende una placa base 72 que se extiende a lo largo de la parte del borde de salida 58 de la pala y una pluralidad de dentados 74 que sobresalen desde la placa base 72. Los dentados 74 sobresalen sustancialmente en una direccion de separation desde el borde de ataque 56 de la pala 10, sustancialmente en llnea con la direccion del flujo medio en el borde de salida 58 de la pala 10.

Los dentados 74 actuan como elementos de modulation del flujo, para modular una capa llmite del flujo de aire en el borde de salida de la pala de turbina eolica, para mitigar, desplazar la frecuencia, y/o eliminar el ruido de dispersion generado en el borde de salida 58 de la pala 10 de turbina eolica.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Los dentados 74 se configuran de modo que se define una pluralidad de aberturas pasantes (indicadas en general en 76) en los dentados 74. Las aberturas 76 se disponen de modo que se extienden a traves del cuerpo de los dentados 74 desde una primera superficie del dentado sobre el lado de presion 52 de la pala 10 a una segunda superficie del dentado sobre el lado de succion 54 de la pala 10. Los dentados 76 aseguran que puede tener lugar la comunicacion de la presion o del flujo de aire entre los lados de succion y de presion de los dentados 76, lo que permite que tenga lugar la igualacion de la presion en ambos lados de los dentados 76.

Esta igualacion de la presion actua para reducir la energla del vortice de turbulencia que se dispersa desde los bordes de los dentados. Dado que los dentados actuan para reducir el ruido de baja frecuencia en el borde de salida de la pala, la presencia de las aberturas ayuda a reducir el ruido de alta frecuencia generado por los dentados en si mismos.

Una ventaja sorprendente adicional del uso de las aberturas en los dentados permite un incremento en la fiabilidad y vida util de los dentados en la pala de turbina eolica. El efecto de igualacion de la presion producido por las aberturas reduce las variaciones en las diferencias de presion en ambos lados de los dentados. Normalmente, cuando los dentados experimentan grandes diferencias de presion entre lados de los dentados, esto puede dar como resultado un aleteo del dentado, un movimiento de vibracion de los dentados en el borde de salida de la pala. El aleteo del dentado puede conducir a la separacion de los dentados con angulos de ataque moderados a altos, para diferentes numeros de Reynolds de funcionamiento. En consecuencia, el uso de las aberturas pasantes actua para incrementar la adherencia efectiva de los dentados a la pala, incrementando de ese modo la vida util del dentado.

Otro efecto beneficioso de proporcionar aberturas en los dentados es por las ventajas adicionales que tendran lugar mientras se cambia el paso de la pala cuando la turbina esta en funcionamiento. Dado que pueden experimentarse por los dentados fuerzas dinamicas adicionales cuando se cambia el paso de las palas, esto puede conducir a una separacion drastica o dano de los dentados. Sin embargo, la presencia de aberturas en los dentados actua para relajar la diferencia de presion entre los dos lados, y en consecuencia se incrementa la estabilidad del dentado contra la dinamica de flujo rapidamente cambiante debido al cambio de paso.

Aunque las aberturas 76 proporcionadas en los dentados 74 pueden comprender un unico agujero proporcionado en el cuerpo de dentado, se entendera que pueden proporcionarse otras configuraciones de abertura. Con referencia a las Figs. 5 y 6, se proporcionan vistas ampliadas de disposiciones de aberturas de muestra para dentados de forma triangular simple. Sin embargo, se entendera que la invencion puede aplicarse a cualquier forma de dentado adecuada, por ejemplo almenados, dentados semicirculares, etc.

En las Figs. 5 y 6, el dentado 74 comprende un cuerpo principal triangular 78 sustancialmente plano, que tiene un extremo de base 78a proximal y un extremo de punta 78b distal. Durante el uso, el dentado 74 se dispone de modo que el extremo de base 78a proximal se proporcione adyacente al borde de salida de una pala de turbina eolica (no mostrada), orientandose el extremo de punta 78b distal alejandose del borde de salida en una direction sustancialmente en llnea con la direccion del flujo principal del contorno de la pala de turbina eolica. Los bordes laterales 79 del dentado se extienden entre el extremo de base 78a proximal y el extremo de punta 78b distal.

En la realization de la Fig. 5(a), se proporciona una pluralidad de aberturas circulares 80 sobre el cuerpo de dentado 78, extendiendose las aberturas 80 traves del cuerpo de dentado 78 desde una superficie superior del cuerpo a una superficie inferior del cuerpo 78. Las aberturas 80 se disponen en una disposition separada en serie paralelo, desde una localization adyacente al extremo de base 78a proximal hacia el extremo de punta 78b distal.

En la realizacion mostrada la Fig. 5(b), se proporciona una pluralidad de aberturas rectangulares 82 pasantes sobre el cuerpo de dentado 78, extendiendose las aberturas en una disposicion paralela desde una situation adyacente al extremo de base 78a proximal hacia el extremo de punta 78b distal.

Las aberturas 80, 82 se disponen preferentemente en la forma de varias filas paralelas de aberturas separadas (como con las aberturas circulares 80 de la Fig. 5(a)), o una disposicion paralela de varias aberturas alargadas (como con las aberturas rectangulares 82 de la Fig. 5(b)). En consecuencia, la distribution de aberturas se proporciona sustancialmente en llnea con la direccion del flujo de aire sobre los dentados 74.

Con referencia a las Figs. 6(a) y 6(b), se proporcionan vistas ampliadas de disposiciones de aberturas de muestra adicionales de un dentado de forma triangular simple.

En la Fig. 6(a), se proporciona una serie primaria de aberturas circulares 84 sustancialmente espaciadas a lo largo de la llnea central del cuerpo de dentado 78, extendiendose desde una position adyacente al punto medio del extremo de base 78a proximal del cuerpo de dentado 78 a una localizacion hacia el extremo de punta 78b distal del cuerpo 78.

En ambos lados de la serie primaria de aberturas 84, esta ubicada una serie secundaria de aberturas ovaladas 86 entre las aberturas primarias 84 y los bordes laterales 79 del dentado. Como con las aberturas primarias 84, las

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

aberturas ovaladas 86 secundarias estan separadas en una ilnea desde una localizacion proxima al extremo de base 78a proximal hacia el extremo de punta 78b distal. Las aberturas ovaladas 86 secundarias se disponen de modo que los ovalos se orienten para extenderse en una direccion hacia el exterior entre la serie primaria centrada de aberturas 84 y los bordes 79 del dentado.

En consecuencia, cuando fluye el aire sobre el cuerpo de dentado 78, el flujo de aire de la direccion de flujo principal (es decir a lo largo de la llnea central del dentado 76) fluira directamente sobre la serie primaria de aberturas 84 (tal como se indica por la fecha A). El flujo de aire que no esta en llnea con la direccion de flujo principal fluira en una direccion sustancialmente lateral con relacion a la direccion de flujo principal, es decir desde la llnea central hacia los bordes laterales 79 del cuerpo de dentado 78 (esto se indica por las fechas marcadas B). Como resultado, el flujo de aire lateral se dirige sobre la serie secundaria de aberturas 86.

Preferentemente, dicha serie secundaria de aberturas 86 esta alineada de modo que la direccion de alargamiento de las aberturas esta sustancialmente en llnea con la direccion del flujo lateral sobre el cuerpo de dentado. Esto puede ser entre 0-90 grados, preferentemente entre 45-90 grados con relacion al eje longitudinal central o llnea central del cuerpo de dentado. La alineacion de las aberturas secundarias en dicha forma asegurara que se maximizara el efecto de igualacion de presion de las aberturas secundarias en el flujo lateral sobre el dentado. Tener aberturas en llnea con la direccion del flujo proporcionara longitud suficiente, y en consecuencia tiempo suficiente, para que el flujo se comunique entre los lados de succion y de presion.

La Fig. 6(b) muestra una configuracion similar a la Fig. 6(a), en donde la serie primaria de aberturas circulares 84 se sustituye por una unica abertura rectangular 88 primaria, extendiendose la abertura 88 primaria en una direccion alargada desde una posicion adyacente al punto medio del extremo de base 78a proximal del cuerpo de dentado 78 a una localizacion hacia el extremo de punta 78b distal del cuerpo 78. Como con la realizacion de la Fig. 6(a), el flujo de aire primario sobre el dentado 74 se dirige sobre la abertura 88 primaria, dirigiendose el flujo lateral sobre la serie de aberturas 86 secundarias adyacentes, para proporcionar un efecto de igualacion de presion maximizado.

En una disposicion preferida, las aberturas 76, 80, 82, 84, 86, 88 se dimensionan de modo que el ancho de las aberturas 76, 80, 82, 84, 86, 88 es mayor que o igual a la profundidad del cuerpo de dentado 78, para asegurar que el flujo de aire se comunica facilmente entre las superficies del dentado. Esto proporciona una igualacion de presion efectiva de las superficies, y un rendimiento mejorado de los dentados 78. Por ejemplo, en la realizacion de la Fig. 5(a), el diametro de las aberturas 80 se selecciona para que sea mayor que la profundidad de las aberturas pasantes 80.

En una disposicion preferida adicional, las aberturas 76, 80, 82, 84, 86, 88 se disponen de modo que representan menos que o igual al 25 % del area del perfil triangular definido por los bordes exteriores del cuerpo de dentado 78. Esto asegura que la integridad estructural de los dentados 74 no se debilita al tener aberturas excesivas y tambien que no se introduce un ruido de funcionamiento adicional como resultado del uso de aberturas 76, 80, 82, 84, 86, 88 excesivamente grandes.

Como se muestra en la Fig. 4, los dentados 74 pueden proporcionarse como una unica matriz 70 de dentados localizada en el borde 58 de salida de la pala. Se entendera que pueden aplicarse otras configuraciones de dentados, por ejemplo puede proporcionarse un par de matrices de dentados en el borde de salida, siendo moviles las matrices de dentado relativamente entre si.

En una alternativa adicional, los dentados pueden proporcionarse para un perfil de pala truncado. Con referencia a la Fig. 7, en un perfil truncado la pala de turbina eolica tiene un borde de salida 58 romo o truncado, que tiene una superficie 58a del borde de salida. En dicha pala 10 truncada, la matriz 70 dentada puede proporcionarse en uno o ambos de entre el lado de presion 52 o el lado de succion 54 de la superficie 58a del borde de salida. (En la vista mostrada en la Fig. 7(a), la matriz 70 dentada se proporciona en el lado de succion 54 de la superficie 58a del borde de salida.)

Para impedir adicionalmente danos o separacion de los dentados desde la pala debido al aleteo, los dentados pueden dispersarse o escalonarse en ambos lados de la superficie 58a del borde de salida, de modo que se proporcionara un efecto de reduccion del ruido parcial para el flujo de aire en ambos lados del borde de salida, mientras que se impedira cualquier dano provocado entre dentados adyacentes debido a la separacion entre dentados individuales. Dicha disposicion se ilustra en la Fig. 7(b), en la que se proporciona una primera serie de dentados 76a sobre el lado de succion 54 de la superficie de borde de salida, y se proporciona una segunda serie de dentados 76b sobre el lado de presion 54 de la superficie 58a del borde de salida. Los dentados 76a, 76b pueden disponerse de modo que la distancia entre dentados d de al menos una de las series de dentados es aproximadamente equivalente al ancho de los dentados en la otra serie, de modo que se presenta un perfil de dentado continuo intercalado en el borde de salida 58, proporcionandose dentados 76a, 76b sucesivos sobre lados alternos de la superficie 58a del borde de salida.

5

10

15

20

25

30

Se ilustra una configuration alternativa adicional en la Fig. 7(c), en la que se proporcionan los dentados 76 en la forma de grupos individuales o agrupaciones de dentados 77a, 77b, proporcionandose grupos de dentados sucesivos sobre lados alternos de la superficie 58a del borde de salida, facilitando de ese modo la prevention de danos entre grupos de dentados 77a, 77b adyacentes.

En una mejora adicional de la invention, se entendera que los dentados 76, 76a, 76b o grupos de dentados 77a, 77b pueden ser moviles con relation al borde de salida de la pala, preferentemente moviles en traslacion, para proporcionar un control y adaptabilidad adicional de las caracterlsticas de reduction de ruido de la pala.

Adicional o alternativamente, pueden configurarse los dentados en los que el tamano o forma de las aberturas definidas sobre los dentados pueden ser ajustables, para proporcionar un comportamiento de igualacion de presion ajustable. Esto puede estar en la forma de cualquier metodo de ajuste adecuado, por ejemplo formation de los dentados a partir de un material piezoelectrico. Adicional o alternativamente, los dentados pueden acoplarse con un manguito o cubierta (no mostrado) ajustable que puede manipularse para moverse con relacion al cuerpo de dentado, para cubrir o abrir selectivamente las aberturas definidas en el cuerpo de dentado.

Adicionalmente, se entendera que mientras que los dentados y grupos de dentados 76, 77 ilustrados en el presente documento son sustancialmente planos, pueden emplearse tambien dentados tridimensionales en el borde de salida de la pala para reducir el ruido de dispersion, es decir dentados que pueden variar en profundidad as! como en ancho.

En una mejora adicional, puede proporcionarse un material permeable al aire dentro de las aberturas, por ejemplo una red, una rejilla, una malla. Si el material permeable al aire se forma a partir de un material relativamente flexible, por ejemplo, hilos, goma flexible, etc., esto puede proporcionar una integridad estructural adicional de los dentados, para impedir la flexion o deformation del dentado debido a la presencia de las aberturas en el cuerpo de dentado.

Se entendera que los dentados 76 se proporcionan en el borde de salida de la pala, siguiendo el largo longitudinal de la pala. Preferentemente, los dentados se proporcionan en la zona del 40-98 % de la longitud de la pala desde el extremo de ralz de la pala. En una realization alternativa, los dentados se proporcionan en la zona del 60-95 % de la longitud de la pala. Como la mayor parte de la generation de ruido de una pala de turbina eolica tiene lugar en la zona hacia las secciones exteriores de la pala (debido a las velocidades de viento relativamente altas en efecto en estas secciones exteriores), las caracterlsticas de reduccion de ruido se comportaran mas eficazmente cuando esten ubicadas en estas zonas.

Se entendera que cualesquiera caracterlsticas de las realizaciones anteriores pueden ser intercambiables con las caracterlsticas de cualquier otra realizacion sin apartarse del alcance de la invencion.

La invencion no esta limitada a las realizaciones descritas en el presente documento y puede modificarse o adaptarse sin apartarse del alcance de la presente invencion.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Una pala (10) de turbina eolica para un rotor de una turbina eolica que tiene un arbol de rotor sustancialmente horizontal, comprendiendo el rotor un buje, desde el que se extiende la pala (10) de la turbina eolica sustancialmente en una direction radial cuando se monta en el buje, extendiendose la pala (10) de la turbina eolica en una direction longitudinal paralela a un eje longitudinal y teniendo un extremo de punta (14) y un extremo de ralz (16),

comprendiendo la pala (10) de turbina eolica un contorno perfilado que incluye un lado de presion (52) y un lado de suction (54), as! como un borde de ataque (18, 56) y un borde de salida (20, 58) con una cuerda que tiene una longitud de cuerda que se extiende entre los mismos, generando el contorno perfilado, cuando un flujo de aire incidente impacta sobre el mismo, un empuje ascensional,

en la que la pala (10) de turbina eolica comprende adicionalmente una pluralidad de dentados (74) proporcionados en el borde de salida (20, 58) del contorno, sobresaliendo dichos dentados (74) de manera libre desde dicho borde de salida (20, 58), pudiendo manipularse dicha pluralidad de dentados (74) para reducir el ruido generado durante el funcionamiento de la pala mediante la modulation del flujo de aire en el borde de salida (20, 58) del contorno, comprendiendo cada uno de dicha pluralidad de dentados (70) un cuerpo de dentado sustancialmente triangular que tiene un extremo de base (78a) proximal ubicado adyacente a dicho borde de salida (20, 58) y un extremo de punta (78b) distal que sobresale alejandose de dicho borde de salida (20, 58), y bordes laterales (79) del dentado que se extienden entre dicho extremo de base (78a) proximal y dicho extremo de punta (78b) distal,

en la que se define al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) en dicho cuerpo de dentado sustancialmente triangular entre dicho extremo de base (78a) y dicho extremo de punta (78b).
2. La pala de la reivindicacion 1, en la que el cuerpo de dentado comprende una superficie del lado de presion y una superficie del lado de succion, en la que dicha al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) se extiende desde dicha superficie del lado de presion hasta dicha superficie del lado de succion, en la que dicha al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) actua para igualar la presion entre dicha superficie del lado de presion y dicha superficie del lado de succion.
3. La pala de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que dicha al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) se define de modo que el ancho de la abertura es mayor que o igual a la profundidad de la abertura.
4. La pala de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que dichos dentados (74) se configuran de modo que dicha al menos una abertura pasante (80, 82, 84, 86, 88) comprende menos que o igual al 25 % del area de una delimitation del cuerpo de dentado.
5. La pala de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que al menos una de dichas aberturas pasantes (80, 82, 84, 86, 88) se selecciona de entre las siguientes: una abertura circular; una abertura ovalada; una abertura sustancialmente rectangular.
6. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que dichos dentados (74) comprenden al menos una matriz primaria de aberturas pasantes (84) dispuesta en una direccion longitudinal entre el extremo de base (78a) proximal del dentado (74) y el extremo de punta (78b) distal del dentado (74), y al menos una matriz secundaria de aberturas pasantes (86) dispuesta adyacente a dicha matriz primaria (84).
7. La pala de la reivindicacion 6, en la que dicha al menos una matriz primaria (84) se extiende a lo largo de un eje longitudinal central del cuerpo de dentado entre dicho extremo de base (78a) proximal y dicho extremo de punta (78b) distal.
8. La pala de la reivindicacion 6 o la reivindicacion 7, en la que dicha matriz primaria (84) comprende al menos una de las siguientes: una abertura alargada orientada con un eje primario que se extiende en una direccion entre el extremo de base proximal y el extremo de punta distal; al menos una abertura sustancialmente circular.
9. La pala de una cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en la que dicha al menos una matriz secundaria (86) esta ubicada entre dicha al menos una matriz primaria y uno de dichos bordes laterales (79) del cuerpo de dentado, en la que dicha al menos una matriz secundaria comprende al menos una abertura sustancialmente alargada, y en la que dicha al menos una abertura alargada de dicha al menos una matriz secundaria se dispone de modo que un eje primario de dicha al menos una abertura se extiende en una direccion sustancialmente lateral desde una situation adyacente a dicha al menos una matriz primaria hacia dicho borde lateral del cuerpo de dentado.
10. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que dicho contorno perfilado tiene un borde de salida romo que comprende una superficie de borde de salida que se extiende entre el lado de presion (52) y el lado de succion (54) del contorno en dicho borde de salida (20, 58), en la que los extremos de base (78a) proximales de dicha

pluralidad de dentados estan ubicados en el lado de presion (52) y/o el lado de succion (54) de dicha superficie de borde de salida.
11. La pala de la reivindicacion 10, en la que se proporciona un primer subconjunto de dicha pluralidad de dentados en el lado de presion (52) de dicha superficie de borde de salida, y se proporciona un segundo subconjunto de dicha

5 pluralidad de dentados en el lado de succion (54) de dicha superficie de borde de salida.
12. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que se proporciona un material permeable al aire dentro de dicha al menos una abertura.
13. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que al menos una primera matriz de dicha pluralidad de dentados es movil con relacion al borde de salida de la pala.

10 14. La pala de cualquier reivindicacion precedente, en la que la pala de turbina eolica comprende adicionalmente al

menos un elemento de cubierta movil con relacion a dicha al menos una abertura pasante, pudiendo manipularse dicho elemento de cubierta para cubrir selectivamente al menos una parte de al menos una abertura pasante.
15. Una turbina eolica que tiene al menos una pala de turbina eolica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14.

15