ES2813394T3 - Cuerpo de extensión de las palas del rotor y planta de energía eólica - Google Patents

Cuerpo de extensión de las palas del rotor y planta de energía eólica Download PDF

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Abstract

Un cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") para su uso con una pala del rotor (5, 5', 5") de un rotor de una planta de energía eólica (1), en donde el cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") se extiende longitudinalmente, en donde un elemento generador de elevación (8, 9, 13, 14, 15) se fija en la circunferencia (12) del cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6"), en donde el elemento generador de elevación (8, 9, 13, 14, 15) que se fija a la superficie del rotor tiene tanto un elemento adicional perfilado (15) con un borde trasero romo, que se fija en la parte inferior del cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") en la dirección del flujo de aire (20), como un generador de vórtices, en particular un generador de vórtices (9), en un lado de la succión (11) del cuerpo de extensión de las palas del rotor.

Description

DESCRIPCIÓN
Cuerpo de extensión de las palas del rotor y planta de energía eólica
La invención se refiere a un cuerpo de extensión de las palas del rotor para usar con una pala del rotor de un rotor de una planta de energía eólica, en donde el cuerpo de extensión de las palas del rotor se extiende longitudinalmente, donde un elemento generador de elevación se fija a la circunferencia del cuerpo de extensión de las palas del rotor. Además, la invención se refiere a una pala del rotor correspondiente con un cuerpo de extensión de las palas del rotor y al uso de un cuerpo de extensión de las palas del rotor en una pala del rotor de una planta de energía eólica. Finalmente, la invención se refiere a una planta de energía eólica.
Se conoce que, para aumentar la potencia de una planta de energía eólica, se elevan las palas del rotor mediante el uso de cuerpos de extensión de las palas del rotor que suelen ser cilíndricos.
La patente internacional núm. WO 01/42647 A2 describe cuerpos de extensión de las palas del rotor correspondientes. Estos cuerpos de extensión de las palas del rotor, puramente estructurales, se utilizan para extender las palas del rotor y así aumentar la superficie de barrido de las palas del rotor cuando el rotor gira, incluidas las palas del rotor. De esta manera, se consigue más potencia de la correspondiente planta de energía eólica. Sin embargo, los cuerpos de extensión de las palas del rotor son cilíndricos y por lo tanto no generan ninguna elevación, sino que frenan el rotor debido a la resistencia del aire.
La patente de los Estados Unidos núm. US 2011/0142636 A1 describe un conjunto de extensión para una pala del rotor de una planta de energía eólica, en donde el conjunto de extensión tiene un ala que define un perfil esencialmente aerodinámico.
Además, la patente internacional núm. WO 2013/171257 A1 describe un sistema y un método para aplicar dispositivos adicionales a la pala de un rotor de una planta de energía eólica. Aquí, los dispositivos aerodinámicos se disponen en la pala del rotor con una viga de soporte.
Además, la patente alemana núm. DE 102011 088025 A1 describe una pala del rotor de una planta de energía eólica con una parte interior de la pala del rotor y una parte exterior de la pala del rotor, en donde la parte interior de la pala del rotor y la parte exterior de la pala del rotor están conectadas entre sí (ver la reivindicación 1).
Además, la patente alemana núm. DE 20 2011 103 091 U1 describe una pala del rotor para una planta de energía eólica.
Además, la patente alemana núm. DE 102008037 605 A1 describe un ala de varias partes para una planta de energía eólica, que tiene un elemento de extensión del cubo. Además, el ala de varias partes también tiene un carenado aerodinámico, en donde el carenado aerodinámico está fijado sobre el elemento de extensión del cubo.
La patente europea núm. EP 2 343451 A1 describe una planta de energía eólica con una pluralidad de dispositivos de guía de flujo, dispuestos en una superficie perfilada en el lado de la presión de la pala del rotor. Los dispositivos de guía de flujo, que se extienden longitudinalmente, se combinan en un primer grupo de guía de flujo. Se conocen otros ejemplos del estado de la técnica de las patentes europeas núm. EP 2292 926 A1 y EP 2527 642 A2.
El objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un cuerpo de extensión de las palas del rotor, una pala del rotor con un cuerpo de extensión de las palas del rotor y una planta de energía eólica correspondiente, en la que se aumente la potencia muy eficazmente a bajo costo.
Este objetivo se logra mediante un cuerpo de extensión de las palas del rotor para su uso con una pala de un rotor de una planta de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1, una pala de un rotor con un cuerpo de extensión de las palas del rotor de acuerdo con la reivindicación 3, una planta de energía eólica con una pala del rotor de acuerdo con la reivindicación 4, y el uso de un cuerpo de extensión de las palas del rotor en una pala de una planta de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 5.
Mediante el cuerpo de extensión de las palas del rotor de acuerdo con la invención, un cuerpo de extensión de las palas del rotor que solo se utiliza estructuralmente se convierte en un medio de generación de elevación, mediante el cual se puede aumentar la potencia extraída del viento de la pala del rotor, a la que está unido el cuerpo de extensión de las palas del rotor. Preferentemente, el cuerpo de extensión de las palas del rotor tiene forma cilíndrica o tiene sección transversal circular. Esto permite un acoplamiento especialmente eficaz y sencillo del cuerpo de extensión de las palas del rotor a un cubo de la pala del rotor y a una pala del rotor, ya que las posibilidades de conexión para ello suelen ser también circulares. El cuerpo de extensión de las palas del rotor es longitudinalmente alargado, es decir, en particular tiene una extensión longitudinal que es una extensión del eje longitudinal de una pala del rotor cuando la pala del rotor y el cuerpo de extensión de las palas del rotor están conectados entre sí. El cuerpo de extensión de las palas del rotor está diseñado preferentemente como un segmento de tubo de acero.
De acuerdo con la invención, el elemento generador de elevación comprende un generador de vórtice, en particular, como un generador de vórtice clásico, en un lado de la succión del cuerpo de extensión de las palas del rotor. Se supone que el lado de la succión es el lado que representa el lado de la succión cuando la pala del rotor está conectada al cuerpo de extensión de las palas del rotor.
Preferentemente el generador de vórtices se instala en un área de la superficie de ataque del viento, es decir, antes de un ángulo de 90° con respecto a la dirección local de entrada, cuando se consulta un área de carga parcial superior de una planta de energía eólica para la orientación de la pala del rotor o del cuerpo de extensión de las palas del rotor, es decir, antes de un giro del viento interior de una pala del rotor y, por lo tanto, del cuerpo de extensión de las palas del rotor conectado a la pala del rotor.
Mediante el uso de un generador de vórtices en el lado de la succión del cuerpo de extensión de las palas del rotor, se logra un flujo turbulento alrededor de las palas del rotor aguas abajo del generador de vórtices, lo que reduce la resistencia en el lado de la succión y por lo tanto produce una elevación hacia el lado de la succión. Los generadores de vórtices en particular causan vórtices discretos en la estela de los generadores de vórtices, asegurando así una mezcla eficiente de la capa límite. Esto lleva en particular a la mezcla de capas de aire energéticas con capas de aire en la cercanía directa de la pared, que ya han perdido energía cinética debido a la fricción.
Preferentemente, el elemento generador de elevación es un elemento de resistencia al aire, especialmente un perfil en L. Este se encuentra preferentemente en el lado de la presión, y en particular preferentemente en un ángulo de 90° con respecto a la dirección del flujo de aire local que prevalece en el rango superior de carga parcial de una planta de energía eólica. El elemento de resistencia al aire puede ser remachado, pegado, atornillado o soldado al cuerpo de extensión de las palas del rotor. Por consiguiente, los generadores de vórtice a utilizar preferentemente o un generador de vórtice a utilizar preferentemente pueden ser pegados, remachados, atornillados o soldados al cuerpo de extensión de las palas del rotor.
El elemento de resistencia al aire, que es preferentemente un perfil en L, puede, por ejemplo, doblarse fácilmente a partir de una chapa de metal. Preferentemente, una pata del perfil en L se fija al cuerpo de extensión de las palas del rotor. La otra pata se extiende preferentemente hacia afuera, esencialmente de forma radial con respecto al cuerpo de extensión de las palas del rotor.
De acuerdo con la invención, el elemento de generación de elevación tiene un perfil de elemento de fijación que se fija a la parte inferior del cuerpo de extensión de las palas del rotor en la dirección del flujo de aire. De ese modo se genera una elevación correspondiente similar a la del perfil aerodinámico de una pala del rotor. De esta manera, la producción de energía o de potencia de la planta de energía eólica se puede aumentar muy eficientemente con el cuerpo de extensión de las palas del rotor.
De acuerdo con la invención, el elemento de fijación del perfil es un elemento de fijación del perfil con un borde trasero romo.
De acuerdo con la invención, una pala del rotor está provista de un cuerpo de extensión de las palas del rotor de acuerdo con la invención.
Preferentemente, una planta de energía eólica está provista del correspondiente cuerpo de extensión de las palas del rotor descrito anteriormente.
De acuerdo con la invención, un cuerpo de extensión de las palas del rotor de acuerdo con la invención se utiliza en una pala del rotor de una planta de energía eólica.
Otras características de la invención se desprenden de la descripción de las modalidades de acuerdo con la invención junto con las reivindicaciones y los dibujos acompañantes. Las modalidades de acuerdo con la invención pueden cumplir con características únicas o con una combinación de varias características.
A continuación, se describe la invención sin limitación de la idea general de la invención sobre la base de ejemplos de modalidades tomando como referencia los dibujos, en donde en los dibujos se hace referencia explícita a todos los detalles de acuerdo con la invención no explicados más detalladamente en el texto. Se muestran:
En la Figura 1: una vista esquemática de una planta de energía eólica de acuerdo con la invención,
En la Figura 2: una representación esquemática tridimensional del cuerpo de extensión de una pala del rotor con una sola pala del rotor,
En la Figura 3: una vista transversal esquemática del cuerpo de extensión de una pala del rotor de acuerdo con la invención,
En la Figura 4: una vista seccional esquemática de otra modalidad de otro cuerpo de extensión de las palas del rotor, En la Figura 5: una vista seccional esquemática de otra modalidad de otro cuerpo de extensión de las palas del rotor, En la Figura 6: vista seccional esquemática de otra modalidad de un cuerpo de extensión de las palas del rotor y En la Figura 7: una vista seccional esquemática adicional de otra modalidad de un cuerpo de extensión de las palas del rotor.
En los dibujos, los elementos y/o partes iguales o similares tienen los mismos números de referencia, de modo que no haya necesidad de explicarlos de nuevo.
La Figura 1 muestra una vista esquemática de una planta de energía eólica 1 de acuerdo con la invención. La planta de energía eólica 1 tiene una torre 2, erigida sobre el suelo. La torre 2 puede ser una torre tubular o una torre de rejilla. La planta de energía eólica también puede erigirse en el mar. La torre 2 tiene una góndola 3, que típicamente contiene un generador, que está conectado a través de un cubo 4 al rotor, que comprende las palas 5, 5' y 5", y a la planta de energía eólica. Entre las palas del rotor 5, 5',5" y el cubo 4 hay cuerpos de extensión de las palas del rotor 6, 6' y 6". Estos se pueden conectar, por ejemplo, tanto al cubo como a la respectiva pala del rotor mediante conexiones estándar atornilladas en las bridas. En este sentido, se hace referencia, por ejemplo, a la patente internacional núm. WO 01/42647 A2.
En la Figura 1 el rotor está equipado con palas de 5, 5', 5", que están esencial o completamente ajustadas con respecto a su ángulo de inclinación, de modo que se pueda obtener el máximo rendimiento energético del viento que viene de frente, es decir, del viento que viene de la dirección de observación. Esto significa que las palas del rotor de 5,5' y 5", que son ajustables en cuanto a su ángulo de inclinación, están dispuestas de tal manera que la superficie máxima de las palas del rotor está orientada hacia el viento y puede obtener el máximo rendimiento de energía del viento. Esta es una posición de la pala del rotor que se utiliza normalmente en el rango superior de carga parcial de una planta de energía eólica. A medida que el viento aumenta, las palas del rotor se ajustan en consecuencia para que giren cada vez más hacia el viento hasta que se muevan a la posición de bandera a una velocidad de viento de apagado. Si la posición de las palas del rotor en la Figura 1 se considerara como una posición de 0°, la posición de bandera estaría a unos 90°.
La Figura 2 muestra una representación esquemática tridimensional de un cuerpo de extensión de las palas del rotor 6, que tiene forma cilíndrica y una circunferencia 12. El cuerpo de extensión de las palas del rotor 6 se extiende longitudinalmente, es decir, a lo largo del eje longitudinal 7 de la pala del rotor 5, que también se muestra esquemáticamente en un suplemento, y en parte, hacia la raíz de la pala del rotor. El cuerpo de extensión de las palas del rotor 6 y la pala del rotor 5 se muestran aquí por separado. Un cuerpo en L 8 o un perfil en L 8 se monta en el cuerpo de extensión de las palas del rotor como elemento de resistencia al aire. El elemento de resistencia del aire 8 es alargado, esencialmente paralelo al eje longitudinal del cuerpo de extensión de las palas del rotor.
La Figura 3 muestra esquemáticamente una vista seccional de un cuerpo de extensión de las palas del rotor 6 en un campo de viento. Un flujo de aire 20 fluye hacia el área frontal del cuerpo de extensión de las palas del rotor 6. La resistencia del cuerpo de extensión de las palas del rotor 6 da como resultado un ensanchamiento del flujo de aire 21. Se están adoptando medidas apropiadas para asegurar que se genere una fuerza de elevación 22 correspondientemente grande con la menor fuerza de resistencia 23 posible. En este ejemplo de modalidad, por ejemplo, se instala un generador de vórtices 9 en el lado de la succión 11 y un elemento de resistencia 8 en el lado de la presión 12, en este caso en forma de un perfil en L. También se puede prever que solo se utilice uno de estos dos elementos. Sin embargo, es preferible que ambos elementos se utilicen al mismo tiempo, ya que así se puede optimizar el efecto.
El generador de vórtice 9 está situado en el lado de la succión 11, en la dirección del flujo de aire 20. El elemento de resistencia 8 está dispuesto preferentemente a 90° con respecto a la dirección del flujo de aire, por lo que se proporciona una posición angular de la pala del rotor o del cuerpo de extensión de la misma, que prevalece en el rango superior de carga parcial de una planta de energía eólica.
La Figura 4 muestra una vista seccional esquemática de otra modalidad del cuerpo de extensión de las palas del rotor 6. Un generador de vórtice 9 también se proporciona aquí. Además, en la parte inferior de la circunferencia 12 del cuerpo de extensión de las palas del rotor 6 se coloca un elemento de sujeción perfilado con un borde trasero afilado 14. Alternativamente, y mostrado como líneas discontinuas, también se puede proporcionar un alerón 13.
La Figura 5 muestra una vista seccional esquemática de otro cuerpo de extensión de las palas del rotor. En este caso, un elemento de sujeción perfilado 15 con un borde trasero romo se fija en la parte inferior de la circunferencia 12 del cuerpo de extensión de las palas del rotor 6.
Al proporcionar un alerón como elemento de sujeción no estructural de un borde trasero o en el área posterior del cuerpo de extensión de las palas del rotor, se aumenta el área efectiva de elevación. En consecuencia, la elevación se incrementa utilizando un elemento de sujeción perfilado con un borde trasero afilado o con un borde trasero romo. Especialmente, mediante el uso de un generador de vórtices 9 se optimiza el efecto.
La Figura 6 muestra una vista seccional esquemática a través de otra modalidad de un elemento de extensión de las palas del rotor. En esta modalidad, se proporcionan tanto un generador de vórtice 9 como un elemento de resistencia 8. Además, un cuerpo de extensión del lado de la succión 16 está dispuesto en el lado de la succión. En este ejemplo de modalidad, el cuerpo de extensión del lado de la succión 16 representa esencialmente una extensión tangencial del lado de la succión, con lo que se aumenta la salida.
La Figura 7 muestra esquemáticamente otra modalidad de un cuerpo de extensión de las palas del rotor 6. Además del generador de vórtices 9 y el cuerpo de extensión del lado de la succión 16, ya mostrado en la Figura 6, en el lado de la presión también se proporciona un alerón 13. En este ejemplo de modalidad, el alerón 13 está provisto de un impacto S en el perfil para aumentar aún más la elevación.
Todas las características mencionadas, incluidas las que se pueden ver en los dibujos por sí solas, así como las características individuales que se describen en combinación con otras características, se consideran esenciales para la invención, tanto por sí solas como en combinación. Las modalidades de acuerdo con la invención pueden cumplir con características individuales o con una combinación de varias características. En el marco de la invención, las características marcadas con "en particular" o "preferentemente" deben entenderse como características opcionales.
Lista de referencia de los dibujos:
1 Planta de energía eólica
2 Torre
3 Casa de máquinas
4 Cubo
5, 5', 5" Pala del rotor
6, 6', 6" Cuerpo de extensión de las palas del rotor
7 Eje longitudinal
8 Elemento de resistencia
9 Generador de vórtice
10 Lado de la presión
11 Lado de la succión
12 Circunferencia
13 Alerón
14 Elemento de fijación perfilado con borde trasero afilado
15 Elemento de fijación perfilado con borde trasero romo
16 Cuerpo de extensión del lado de la succión
20 Flujo de aire
21 Flujo de aire
22 Fuerza de elevación
23 Resistencia

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") para su uso con una pala del rotor (5, 5', 5") de un rotor de una planta de energía eólica (1), en donde el cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") se extiende longitudinalmente, en donde un elemento generador de elevación (8, 9, 13, 14, 15) se fija en la circunferencia (12) del cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6"), en donde el elemento generador de elevación (8, 9, 13, 14, 15) que se fija a la superficie del rotor tiene tanto un elemento adicional perfilado (15) con un borde trasero romo, que se fija en la parte inferior del cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") en la dirección del flujo de aire (20), como un generador de vórtices, en particular un generador de vórtices (9), en un lado de la succión (11) del cuerpo de extensión de las palas del rotor.
2. El cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento generador de elevación (8, 9, 13, 14, 15) comprende un elemento de resistencia al aire (8), en particular un perfil en L.
3. Una pala del rotor (5, 5', 5") con un cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2.
4. Una planta de energía eólica (1) que tiene una pala del rotor (5, 5', 5") de acuerdo con la reivindicación 3.
5. Uso de un cuerpo de extensión de las palas del rotor (6, 6', 6") de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2 en una pala del rotor (5, 5', 5") de una planta de energía eólica (1).
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