ES2882333T3 - Receptor de rayos para una pala de rotor de una turbina eólica - Google Patents

Receptor de rayos para una pala de rotor de una turbina eólica Download PDF

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ES2882333T3 ES17793612T ES17793612T ES2882333T3 ES 2882333 T3 ES2882333 T3 ES 2882333T3 ES 17793612 T ES17793612 T ES 17793612T ES 17793612 T ES17793612 T ES 17793612T ES 2882333 T3 ES2882333 T3 ES 2882333T3
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Abstract

Pala (20) de rotor de una turbina (10) eólica, comprendiendo la pala (20) de rotor un sistema de protección contra rayos con al menos un receptor (30) de rayos, comprendiendo el receptor (30) de rayos una parte (31) de receptor que sobresale de la superficie de la pala (20) de rotor, en la que la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima está espaciada de la superficie (29) de la pala (20) de rotor, y caracterizada porque - la parte (31) de receptor está cubierta al menos parcialmente por una cubierta (50) eléctricamente conductora, y - la cubierta (50) está espaciada al menos parcialmente de la parte (31) de receptor por un material no conductor, en particular aire.

Description

DESCRIPCIÓN
Receptor de rayos para una pala de rotor de una turbina eólica
La invención se refiere a una pala de rotor de una turbina eólica con un sistema de protección contra rayos, en la que el sistema de protección contra rayos comprende al menos un receptor de rayos una parte del cual sobresale de la superficie de la pala de rotor. La invención se refiere además a un receptor de rayos de este tipo y a una turbina eólica para generar electricidad que comprende una pala de rotor de este tipo con un receptor de rayos de este tipo. Los daños debidos a impactos de rayos son un serio desafío para las turbinas eólicas. Especialmente las palas de rotor de la turbina eólica están expuestas al riesgo de dañarse. Por tanto, se conoce bien y está bien establecido que las palas de rotor de una turbina eólica necesitan un sistema de protección contra rayos. Esto es particularmente importante a la vista del tamaño constantemente creciente de las turbinas eólicas, concretamente con el aumento de altura del buje y el aumento de longitud de las palas de rotor.
Los sistemas de protección contra rayos convencionales comprenden normalmente uno o varios receptores de rayos que están incorporados en el laminado de carcasa de pala y conectados a un conductor de rayos, en los que el conductor de rayos está dispuesto y preparado para guiar la corriente eléctrica recibida del impacto de rayos al terreno. Alternativa o adicionalmente a los receptores de rayos, puede aplicarse una malla en partes de la superficie de la pala de rotor para atraer y recibir impactos de rayos.
Los receptores de rayos que están incorporados en el laminado de carcasa de pala tienen la ventaja de que tienen un impacto mínimo en cuanto a la resistencia aerodinámica y el ruido generado. Si el receptor de rayos está a ras de la superficie de la pala de rotor, el impacto para el flujo de aire que fluye por la superficie de la pala de rotor es generalmente despreciable.
Alternativamente, los receptores de rayos también pueden sobresalir de la superficie. Esto puede tener la ventaja de captar mejor los impactos de rayos. En las figuras 3 y 4 de la presente solicitud de patente se facilitan ejemplos de receptores de rayos según el estado de la técnica.
Sin embargo, un problema de los sistemas de protección contra rayos existentes es que todavía una cantidad considerable de rayos penetra el laminado de carcasa de pala en cualquier lugar distinto de la terminación de sistema de protección contra rayos, tal como los receptores de rayos. Obsérvese que en general esto no es crítico si el rayo impacta en la pala de rotor, discurre por la superficie de pala y penetra en el laminado de carcasa de pala a través del sistema de receptor de rayos. Sin embargo, se provoca un posible daño a la pala de rotor si la penetración del rayo se produce directamente al interior del laminado de carcasa de pala. Un acontecimiento de este tipo puede conducir a graves daños en la pala de rotor. Como consecuencia, después de uno o varios de tales impactos de rayos, se necesitan trabajos de reparación con el fin de garantizar un alto rendimiento de la turbina eólica. Tales trabajos de reparación en las palas de rotor son particularmente costosos si la turbina eólica es difícilmente accesible, tal como en zonas remotas o en alta mar.
El documento CN201679646 da a conocer un elemento de recepción que tiene un receptor de rayos que comprende una cabeza de recepción de rayos dividida y un perno de protección contra rayos conectados entre sí mediante roscas internas y externas. El documento WO2011080177 da a conocer una pala de turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos. La pala comprende una carcasa que encierra al menos parcialmente una cavidad de pala en la que está colocado un medio de conducción descendente que se extiende entre la parte de raíz y la parte de punta.
Por tanto, existe el deseo de proporcionar un concepto de cómo reducir adicionalmente el riesgo de un daño de la pala de rotor debido a impactos de rayos.
Este objetivo se cumple y se resuelve mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes describen modificaciones y realizaciones ventajosas de la invención.
Según la invención, se proporciona una pala de rotor de una turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos. El sistema de protección contra rayos comprende al menos un receptor de rayos, en el que el receptor de rayos comprende una parte de receptor que sobresale de la superficie de la pala de rotor. El receptor de rayos está caracterizado porque la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima está espaciada de la superficie de la pala de rotor.
La parte de receptor de la pala de rotor se define como la parte del receptor de rayos que recibe, es decir que “atrae”, los rayos. Todos los receptores de rayos comprenden una parte de receptor de este tipo. Algunos receptores de rayos comprenden una parte de receptor que sobresale, dicho de otro modo, asoma, de la superficie de la pala de rotor. Otros receptores de rayos comprenden una parte de receptor que está a ras de la superficie de la pala de rotor. Estos receptores de rayos no tienen una parte de receptor que sobresale de la superficie. A diferencia de los receptores de rayos convencionales, el receptor de rayos de la invención está caracterizado porque comprende una parte de receptor que sobresale diseñada específicamente. La parte de receptor de la invención, diseñada específicamente, tiene la característica técnica de que su extensión lateral máxima, concretamente la extensión lateral máxima de la parte de receptor, está dispuesta apartada de la superficie de la pala de rotor. Dicho de otro modo, la parte de receptor no muestra su extensión lateral máxima en la superficie de la pala de rotor, sino que está espaciada más hacia fuera.
El diseño tiene la ventaja de que, en comparación con receptores de rayos incorporados que están a ras de la superficie de la pala de rotor, se proporciona una mayor “superficie de unión de receptor”. Esto proporciona una mayor zona de atracción para atraer impactos de rayos. Además, se ha demostrado que, si hay una determinada capa de aire entre la parte de receptor del receptor de rayos y la superficie de la pala de rotor, también se aumenta la capacidad de atracción del receptor de rayos para recibir impactos de rayos. Esta “capa de separación de aire” se realiza en la práctica por el hecho de que la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima está espaciada a una distancia de la superficie de la pala de rotor.
Además, es ventajoso si la parte de receptor tiene bordes o rebordes relativamente afilados. Esto también aumenta la probabilidad de que se capte el impacto de rayos por el receptor de rayos. Por tanto, es beneficioso diseñar la parte de receptor de tal manera que la curvatura de la parte de receptor sea la más grande en la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima. En términos descriptivos, una parte de receptor de un receptor de rayos según la presente invención también puede denominarse receptor de rayos que comprende una “forma de seta”. En una realización de la invención, la extensión lateral de la parte de receptor aumenta desde la superficie de la pala de rotor hasta la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima.
Esta característica (opcional) (también) está destinada a crear una zona entre la superficie de la pala de rotor y el lado inferior de la parte de receptor (en la que el lado inferior de la parte de receptor se define como el lado o zona de la parte de receptor que está orientado hacia la superficie de pala de rotor) con el fin de crear una capa de aire entre el lado inferior de la parte de receptor y la superficie de la pala de rotor.
En otra realización de la invención, la extensión lateral máxima de la parte de receptor es mayor que la extensión máxima del receptor en un plano perpendicular a la superficie de la pala de rotor.
Dicho de otro modo, la extensión lateral de la parte de receptor será mayor que el grosor, es decir, la altura, de la parte de receptor. Esto es beneficioso porque una altura baja de la parte de receptor es ventajosa para las propiedades aerodinámicas. En general, cuanto menor es la altura de la parte de receptor, menor será la resistencia aerodinámica de la parte de receptor. A la inversa, una gran extensión lateral es beneficiosa porque, por tanto, se consigue una gran zona por la que se atraen impactos de rayos.
Se pretende que la noción “lateral” sea la dirección que es sustancialmente paralela a la superficie de la pala de rotor en la sección de la pala de rotor en la que está presente el receptor de rayos. Dicho de otro modo, la extensión lateral de la parte de receptor es perpendicular a la dirección ortogonal con respecto a la superficie de la pala de rotor.
En otra realización de la invención, la parte de receptor comprende un orificio pasante para insertar un elemento de sujeción para fijar el receptor de rayos a la pala de rotor restante, en particular para fijar el receptor de rayos a un conductor de rayos de la pala de rotor.
Evidentemente, es necesario unir el receptor de rayos de alguna manera a la pala de rotor restante. Esto se lleva a cabo de manera beneficiosa por un elemento de sujeción, tal como un tornillo o un perno. Alternativamente, también es posible una conexión adhesiva, pero una conexión mediante un elemento de sujeción tiene en general la ventaja de proporcionar una buena estabilidad a largo plazo.
Aparte de la parte de receptor, también puede definirse una parte de conexión para el receptor de rayos. La parte de conexión se define como la parte del receptor de rayos que forma la conexión entre la parte de receptor y el conductor de rayos, en particular un bloque de conductor de rayos. Obsérvese que el conductor de rayos también se denomina algunas veces “conductor descendente de rayos” y el bloque de conductor de rayos se denomina “bloque de conductor descendente de rayos”.
En otra realización de la invención, la parte de receptor comprende un vástago y una caperuza. La caperuza comprende la sección de la parte de receptor con una extensión lateral máxima y el vástago conecta la caperuza con la superficie de la pala de rotor contribuyendo de ese modo adicionalmente a que la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima esté espaciada de la superficie de la pala de rotor.
El “diseño de vástago y caperuza” está dirigido particularmente al denominado “diseño de forma de seta” del receptor de rayos. El vástago puede considerarse como una extensión de la parte de conexión del receptor de rayos. En cualquier caso, el vástago contribuye adicionalmente a mantener la parte de receptor y, en particular, la sección de la extensión lateral máxima de la parte de receptor alejada de la superficie de la pala de rotor. Por tanto, se aumenta la capa de aire o colchón de aire entre el lado inferior de la parte de receptor y la superficie de la pala de rotor.
Otro aspecto de la invención es la cobertura al menos parcial de la parte de receptor del receptor de rayos por una cubierta eléctricamente conductora, en la que la cubierta está espaciada al menos parcialmente de la parte de receptor por un material no conductor, por ejemplo, aire.
La cubierta adicional está destinada a aumentar adicionalmente el potencial de atracción de impactos de rayos del receptor de rayos. Los presentes inventores se han dado cuenta de que, en el estado de la técnica, estas zonas de la pala de rotor que muestran deslaminación u otras inclusiones de aire se golpean y se dañan particularmente por impactos de rayos. Por tanto, se supone que las inclusiones de aire en el laminado de carcasa de pala atraen los rayos de una manera particular. Beneficiándose de este hallazgo y mediante su realización técnica, en el presente documento se propone la cubierta que cubre al menos parcialmente la parte de receptor y que introduce una capa de un material no conductor. Obsérvese que una cubierta eléctricamente conductora de este tipo que está separada al menos parcialmente de la parte de receptor por un material no conductor puede aplicarse en principio a un receptor de rayos de cualquier forma y cualquier diseño. Por tanto, este concepto de cubrir la parte de receptor del receptor de rayos también puede aplicarse a receptores de rayos del estado de la técnica tal como se muestra, por ejemplo, en las figuras 3 y 4 de la presente solicitud. Explicaciones posibles para el efecto técnico identificado de un aumento del potencial de atracción de impactos de rayos son las siguientes:
En primer lugar, se observa un campo eléctrico más alto alrededor de un receptor de rayos cubierto de este tipo, en comparación con receptores de rayos, metálicos, planos, convencionales. Un campo eléctrico más alto significa que puede observarse un punto de concentración para la acumulación de trayectorias principales y, por consiguiente, soportar el acoplamiento de rayos en este punto debido a una acumulación de electrodo entre las capas.
En segundo lugar, se observa un potencial capacitivo más alto mediante un receptor de rayos de este tipo, que está por encima del potencial inductivo de los receptores de rayos convencionales. Este potencial capacitivo también contribuye a un aumento en el potencial de atracción de rayos del receptor de rayos.
Finalmente, una tensión de ruptura en las superficies es más baja que la tensión de ruptura del aire, lo que significa que el impacto de rayos discurre preferiblemente por superficies o entre capas. Esto ayuda a impedir cualquier acoplamiento de rayos tal como una penetración de rayos en la estructura de carcasa de pala fuera del receptor de rayos cubierto.
A modo de ejemplo, la cubierta eléctricamente conductora está diseñada y dispuesta con respecto a la parte de receptor de tal manera que una pluralidad de inclusiones de aire están presentes entre la cubierta y la parte de receptor. Esto conduce a la formación del espaciado al menos parcial de la cubierta desde la parte de receptor del receptor de rayos.
Proporcionar inclusiones de aire es una posible manera de realizar la separación propuesta de la parte de receptor del receptor de rayos por un material no conductor, tal como aire. Proporcionar inclusiones de aire también es compatible con el hecho observado de que los impactos de rayos tienden a impactar preferiblemente en zonas deslaminadas del laminado de carcasa de pala.
En otra realización de la invención, la parte de receptor está cubierta al menos parcialmente por al menos una cubierta eléctricamente conductora adicional, y la cubierta eléctricamente conductora adicional está dispuesta entre el material no conductor y la parte de receptor. Además, la cubierta está espaciada al menos parcialmente de la cubierta adicional por un material no conductor, en particular aire.
Dicho de otro modo, una opción es no sólo disponer una cubierta eléctricamente conductora, sino varias cubiertas eléctricamente conductoras sobre al menos partes de la superficie de la parte de receptor.
Como ejemplo, la primera cubierta eléctricamente conductora puede estar unida directamente a la superficie de la parte de receptor, mientras que la segunda cubierta eléctricamente conductora cubre adicionalmente a continuación la parte de receptor. Con el fin de garantizar una distancia suficiente entre las dos cubiertas eléctricamente conductoras, se propone una pluralidad de espaciadores. En el caso de que el receptor de rayos y especialmente la parte de receptor del receptor de rayos comprenda una forma rotacionalmente simétrica alrededor de un eje que es sustancialmente perpendicular a la superficie de la pala de rotor, estos espaciadores pueden tener la forma de anillos con diferentes radios.
En otra realización de la invención, la cubierta y/o la cubierta adicional están realizadas como una lámina flexible que puede adaptarse a superficies curvas.
Esta lámina flexible puede ser, por ejemplo, una hoja o similar, que puede ponerse fácilmente sobre una parte de receptor del receptor de rayos. Estas láminas flexibles pueden unirse entre sí y con la parte de receptor mediante un adhesivo, por ejemplo. Para proporcionar otro ejemplo, la hoja, es decir, la lámina flexible, puede tener una superficie autoadhesiva mediante la cual puede aplicarse y unirse a la parte de receptor o a otra cubierta de lámina aún existente.
Alternativamente, la cubierta y/o la cubierta adicional también puede estar realizada como una lámina rígida.
En este caso, la lámina rígida puede estar diseñada de tal manera que no cubre directamente la parte de receptor sino que preferiblemente está diseñada de tal manera que proporciona fácilmente un espacio para el aire entre las láminas rígidas. En el caso de las láminas rígidas, estas láminas rígidas pueden tener la forma de discos o anillos planos con diferentes radios.
En otra realización de la invención, la cubierta tiene una abertura para alimentar, es decir insertar, un elemento de sujeción a través de la cubierta, en la que el elemento de sujeción es adecuado para fijar el receptor de rayos a un conductor de rayos de la pala de rotor.
Por tanto, en el caso en el que el receptor de rayos está unido a la pala de rotor restante por medio de un elemento de sujeción, que está dispuesto, por ejemplo, coaxialmente con respecto al receptor de rayos, es ventajoso dejar algo de espacio abierto en la cubierta a través del cual puede insertarse el elemento de sujeción.
Obsérvese que la aplicación de la cubierta eléctricamente conductora que está espaciada de la parte de receptor de un receptor de rayos no se limita a la forma específica del receptor de rayos, en particular la forma específica de la parte de receptor del receptor de rayos, tal como se describió anteriormente. En su lugar, la cubierta puede aplicarse en principio a cualquier tipo de receptores de rayos de un sistema de protección contra rayos para una pala de rotor de una turbina eólica. Por tanto, el aspecto de la invención referente a la cubierta eléctricamente conductora también puede describirse como: se proporciona una pala de rotor de una turbina eólica que comprende un sistema de protección contra rayos con al menos un receptor de rayos, en la que el receptor de rayos comprende una parte de receptor, y en la que la parte de receptor está cubierta al menos parcialmente por una cubierta eléctricamente conductora, y la cubierta está espaciada al menos parcialmente de la parte de receptor por un material no conductor, en particular aire.
La invención se refiere además a una turbina eólica para generar electricidad que comprende al menos una pala de rotor tal como se describió anteriormente.
Además, la invención se dirige a un receptor de rayos como tal, que comprende básicamente las características tal como se dieron a conocer anteriormente con respecto a la pala de rotor. Esto significa que las características que se han presentado y descrito en el contexto de realizaciones de la pala de rotor de la invención también pueden aplicarse al receptor de rayos como una pieza individual. En particular, el receptor de rayos para una pala de rotor de una turbina eólica comprende una parte de receptor, que está dispuesta y preparada para sobresalir de la superficie de la pala de rotor y está caracterizado porque la sección de la parte de receptor con la extensión lateral máxima está diseñada para estar espaciada de la superficie de la pala de rotor.
Las características del receptor de rayos que se refieren a su disposición y a su ubicación con respecto a la pala de rotor también pueden atribuirse al receptor de rayos como tal, porque los receptores de rayos están diseñados y dimensionados normalmente con respecto a su unión y uso concretos con las palas de rotor. Dicho de otro modo, puede decirse que durante el diseño del receptor de rayos como tal puede determinarse y tenerse en cuenta que la extensión lateral máxima está espaciada de la superficie de la pala de rotor, una vez que el receptor de rayos está unido y conectado a la pala de rotor.
Ahora se describen realizaciones de la invención, sólo a modo de ejemplo, mediante la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una turbina eólica para generar electricidad;
la figura 2 muestra una pala de rotor de una turbina eólica con un sistema de protección contra rayos;
la figura 3 muestra primer ejemplo de un receptor de rayos convencional;
la figura 4 muestra un segundo ejemplo de un receptor de rayos convencional;
la figura 5 muestra una primera realización de un receptor de rayos según la invención;
la figura 6 muestra una variación de la primera realización que comprende un orificio pasante para un elemento de sujeción;
la figura 7 muestra el receptor de rayos de la figura 6 en una vista en perspectiva;
la figura 8 muestra el receptor de rayos de las figuras 6 y 7 en combinación con un elemento de sujeción insertado a través del orificio pasante;
las figuras 9 a 11 muestran tres realizaciones adicionales de receptores de rayos, respectivamente;
la figura 12 muestra una primera realización de una cubierta para la parte de receptor de un receptor de rayos; y la figura 13 muestra una segunda realización de una cubierta para la parte de receptor de un receptor de rayos. Los dibujos están en forma esquemática. A elementos iguales o similares se les pueden asignar, y se puede hacer referencia a los mismos, mediante los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra una turbina 10 eólica convencional para generar electricidad. La turbina 10 eólica comprende una torre 11 que está montada en el terreno por un extremo. En el otro extremo de la torre 11, está montada una góndola 12. La góndola 12 está montada habitualmente de manera rotatoria con respecto a la torre 11, que se denomina que comprende un eje de guiñada sustancialmente perpendicular al terreno. La góndola 12 aloja habitualmente el generador de la turbina eólica y la caja de engranajes (si la turbina eólica es una turbina eólica por engranajes). Además, la turbina 10 eólica comprende un buje 13 que es rotatorio alrededor de un eje 14 de rotor sustancialmente horizontal. Con frecuencia se describe que el buje 13 es una parte del rotor, en el que el rotor puede transferir la energía rotacional al generador.
El buje 13 es la parte en la que están montadas las palas 20 de rotor. La pala 20 de rotor está montada habitualmente de manera pivotante en el buje 13. Dicho de otro modo, puede regularse el paso de las palas 20 de rotor alrededor de los ejes 15 de paso, respectivamente. Esto mejora el control de la turbina eólica y en particular de las palas de rotor mediante la posibilidad de modificar la dirección en la que el viento golpea las palas 20 de rotor. Cada pala 20 de rotor está montada en el buje 13 en su sección 21 de raíz. La sección 21 de raíz es opuesta a la sección 22 de punta de la pala de rotor. Obsérvese que, en el ejemplo tal como se muestra en la figura 1, sólo se representan dos palas 20 de rotor. Sin embargo, la mayoría de las turbinas eólicas comprenden hoy en día tres palas de rotor.
La figura 2 muestra una pala 20 de rotor de este tipo de una turbina eólica que comprende una sección 21 de raíz y una sección 22 de punta. Ambas secciones, concretamente la sección 21 de raíz y la sección 22 de punta, comprenden hasta el 10 por ciento en la dirección de envergadura de la pala de rotor. El punto radialmente más exterior de la pala de rotor es la denominada punta 221 de la pala 20 de rotor. La pala 20 de rotor comprende además un borde 23 de salida y un borde 24 de ataque. El borde 24 de ataque tiene normalmente una forma curva y redonda, mientras que el borde 23 de salida puede tener un borde afilado o romo. La línea recta entre el borde 23 de salida y el borde 24 de ataque se denomina cuerda 27. La cuerda 27 divide la superficie aerodinámica en un lado 25 de presión y el borde 26 de succión. En la figura 2 se muestra a modo de ejemplo una de las secciones aerodinámicas. Ha de entenderse que la pala 20 de rotor comprende una pluralidad de secciones aerodinámicas (una a continuación de la otra) desde la sección 21 de raíz hasta la sección 22 de punta. Estas secciones aerodinámicas que cambian gradualmente provocan el cambio gradual de la forma de la pala de rotor. La superficie aerodinámica tiene una forma de generación de sustentación en la mayor parte de las secciones de la pala de rotor. También puede observarse que la pala 20 de rotor comprende un sistema de protección contra rayos con un receptor 30 de rayos y un cable 41 de conductor de rayos. El cable 41 de conductor de rayos conecta el receptor 30 de rayos con el terreno mediante el buje, la góndola y la torre. En realidad, la pala 20 de rotor comprende habitualmente varios receptores de rayos. Por motivos de claridad, se han omitido estos receptores de rayos adicionales en la figura 2.
Las figuras 3 y 4 muestran dos ejemplos de receptores de rayos convencionales, tal como se conocen por la técnica anterior.
La figura 3 ilustra un primer ejemplo de un receptor 30 de rayos convencional. Este receptor 30 de rayos está incorporado en la carcasa 28 de pala de la pala de rotor. La carcasa 28 de pala de una pala de rotor está normalmente compuesta por un material laminado, por ejemplo, laminado reforzado con fibras de vidrio. Alternativa o adicionalmente, el material laminado puede estar reforzado por fibras de carbono.
En la figura 3, el receptor 30 de rayos está diseñado de tal manera que su superficie, la parte 31 de receptor, está a ras de la superficie 29 de la pala de rotor. La superficie 29 de la pala de rotor se entiende como la “superficie exterior” de la pala de rotor. Obsérvese que la carcasa 28 de pala comprende normalmente una superficie exterior y una superficie interna dado que la pala de rotor es normalmente delgada y comprende una cavidad interna en el interior. La parte 31 de receptor del receptor 30 de rayos está conectada a un conductor 40 de rayos mediante la parte 32 de conexión del receptor 30 de rayos, en el que el conductor 40 de rayos comprende un bloque 42 de conductor de rayos y un cable 41 de conductor de rayos. El bloque 42 de conductor de rayos está unido, por ejemplo, moldeado por colada, en la carcasa 28 de pala. El receptor 30 de rayos puede, por ejemplo, estar atornillado en el bloque 42 de conductor de rayos. Una ventaja de un receptor 30 de rayos a ras e incorporado es que su impacto sobre el flujo de aire que fluye por la superficie 29 es mínimo. En particular, se minimiza el ruido y la resistencia aerodinámica.
La figura 4 muestra un segundo ejemplo de un receptor 30 de rayos convencional que está conectado a un conductor 40 de rayos. Este receptor 30 de rayos comprende una parte 31 de receptor y una parte 32 de conexión. La parte 31 de receptor sobresale de la superficie 29 de la pala de rotor. La parte 32 de conexión forma la conexión entre la parte 31 de receptor y el bloque 42 de conductor de rayos. Se observa que, en la práctica, la división en la parte 31 de receptor y la parte 32 de conexión es simplemente una artificial, dado que el receptor 30 de rayos está normalmente compuesto como una única pieza.
La figura 4 muestra la extensión 33 lateral máxima de la parte 31 de receptor del receptor 30 de rayos. Puede observarse que la extensión lateral de la parte 31 de receptor es igual para toda la altura de la parte 31 de receptor. Por tanto, la extensión lateral máxima ya está presente en la superficie 29 de la pala de rotor. Por este motivo, no hay ninguna capa de aire o similar entre la parte 31 de receptor y la superficie 29 de la pala de rotor. Por este motivo, el receptor 30 de rayos de la figura 4 no presenta el efecto técnico ventajoso como el receptor de rayos según la invención.
Las figuras 5 y 6 muestran una primera realización de un receptor 30 de rayos de la invención en una vista en sección transversal, tomada en un plano perpendicular a la superficie 29 de la pala de rotor. Nuevamente, el receptor 30 de rayos comprende una parte 31 de receptor y una parte 32 de conexión. La parte 31 de receptor es la parte del receptor 30 de rayos que sobresale de la superficie 29 de la pala de rotor, mientras que la parte 32 de conexión forma la conexión entre la parte 31 de receptor y el bloque 42 de conductor de rayos. El bloque 42 de conductor de rayos forma, junto con el cable 41 de conductor de rayos, el conductor 40 de rayos.
Obsérvese que el receptor 30 de rayos tiene una forma rotacionalmente simétrica. En la figura 5, se dibuja el eje 35 de rotación correspondiente. El eje 35 de rotación es perpendicular a esta porción de la superficie 29 de la pala de rotor que está en las inmediaciones del receptor 30 de rayos. Una forma rotacionalmente simétrica es la forma más natural para un receptor de rayos y también puede fabricarse fácilmente. Además, no ha de tenerse en cuenta cómo está atornillado exactamente el receptor 30 de rayos en el conductor 40 de rayos.
El receptor 30 de rayos en esta realización de la invención tiene su extensión 33 lateral máxima espaciada de la superficie 29 de la pala de rotor. Dicho de otro modo, la sección 331 de la parte 31 de receptor del receptor 30 de rayos con la extensión 33 lateral máxima de la parte de receptor está espaciada de la superficie 29 de la pala de rotor una determinada distancia 332.
La figura 5 también muestra que la extensión 33 lateral máxima de la parte 31 de receptor supera la extensión máxima de la parte 31 de receptor en un plano perpendicular a la superficie. Dicho de otro modo, la extensión lateral de la parte 31 de receptor es mayor que su altura, es decir su grosor. Esto es beneficioso, dado que por tanto se maximiza el potencial de atracción de rayos mientras que se minimiza el impacto relacionado con la resistencia aerodinámica y el ruido del receptor de rayos.
La figura 6 muestra una variante del receptor 30 de rayos de la invención tal como se ilustra en la figura 5. La variación consiste en un orificio 36 pasante que se proporciona en el receptor 30 de rayos. El orificio 36 pasante atraviesa el receptor 30 de rayos en el centro, es decir a través del eje de rotación. El orificio 36 pasante no sólo atraviesa la parte 31 de receptor, sino también la parte 32 de conexión del receptor 30 de rayos. El tamaño y el diseño del orificio 36 pasante está alineado con una abertura correspondiente en el bloque 42 de conductor de rayos. Por tanto, un elemento de sujeción tal como un tornillo puede insertarse fácilmente en el mismo. Por este motivo, la abertura en el bloque 42 de conductor de rayos tiene una rosca 38 y el elemento de sujeción tiene una rosca 38 correspondiente en su sección de punta.
Las figuras 7 y 8 muestran una vista en perspectiva del receptor 30 de rayos de la figura 6. Se representan tanto la parte 31 de receptor como la parte 32 de conexión, así como el orificio 36 pasante. En la figura 8, un elemento 37 de sujeción, concretamente un tornillo, está insertado en el orificio 36 pasante. El elemento 37 de sujeción tiene una longitud que supera la altura total del receptor de rayos de tal manera que la punta del elemento 30 de sujeción con una rosca 38 correspondiente corresponde a la abertura que se prepara en el bloque de conductor de rayos.
Las figuras 9, 10 y 11 muestran tres realizaciones adicionales de receptores 30 de rayos de la invención. Por motivos de claridad y simplicidad, en las figuras 9 a 11 se omite el conductor de rayos.
La figura 9 muestra un receptor 30 de rayos con una parte 31 de receptor que tiene una caperuza relativamente pronunciada. Sin embargo, la sección con la extensión 33 lateral máxima está espaciada de la superficie 29 de la pala de rotor de tal manera que se forma automáticamente una capa de aire entre el lado 313 inferior de la parte 31 de receptor y la superficie de la pala 29 de rotor. Esto conduce a una capacidad mejorada para atraer impactos de rayos.
La figura 10 difiere de la realización tal como se muestra en la figura 9 en que su parte 31 de receptor es mucho más plana y ancha en comparación con la de la figura 9. Dicho de otro modo, se aumenta la razón entre la extensión 33 lateral máxima y la altura, es decir la extensión máxima en un plano perpendicular a la superficie. Esto puede conducir de manera beneficiosa a una disminución de la resistencia aerodinámica de la parte de receptor y también puede reducir el ruido que se genera por el receptor de rayos.
La figura 11 muestra aún otra realización de la invención. En este caso, el receptor 30 de rayos también comprende una parte 31 de receptor y una parte 32 de conexión, pero la parte 31 de receptor está subdividida en una caperuza 312 y un vástago 311. El vástago 311 es una prolongación o extensión natural de la parte 32 de conexión del receptor 30 de rayos y tiene el efecto técnico de que la zona que está destinada para atraer y recibir realmente los impactos de rayos está incluso más alejada y separada de la superficie 29 de la pala de rotor. Dicho de otro modo, la presencia del vástago 311 ayuda a aumentar adicionalmente la separación y garantiza que la capa, es decir la zona de aire, entre la parte de receptor, concretamente la caperuza 312, y la superficie 29 de la pala de rotor se mantiene estable. En particular, la realización de la figura 11 puede denominarse diseño de “forma de seta” de un receptor de rayos.
Las figuras 12 y 13 muestran dos realizaciones de un receptor de rayos cubierto. La figura 12 muestra básicamente el mismo receptor de rayos o uno muy similar tal como se muestra en la figura 6. El receptor 30 de rayos comprende una parte 31 de receptor y una parte 32 de conexión. Todo el receptor 30 de rayos está conectado al bloque 42 de conductor de rayos por medio de un elemento 37 de sujeción roscado. El elemento 37 de sujeción está bien ajustado en un orificio pasante correspondiente del receptor de rayos y una abertura correspondiente en el bloque 42 de conductor de rayos. En contraste con la realización tal como se da a conocer en la figura 6, la realización tal como se muestra en la figura 12 comprende dos cubiertas, concretamente la cubierta 50 y la cubierta 51 adicional. Estas cubiertas 50, 51 pueden entenderse como discos u objetos planos que están montados encima de la parte de receptor del receptor de rayos. Están compuestas por material rígido tal como metal y garantizan que la capa de aire que está presente entre la parte 31 de receptor y la cubierta 51 adicional, así como entre la cubierta 51 adicional y la cubierta 50, se mantiene durante el funcionamiento de la turbina eólica. Esta capa de aire, en combinación con los rebordes afilados de la cubierta y la cubierta adicional, puede ayudar a mejorar el potencial de atracción del receptor de rayos en comparación con receptores de rayos convencionales.
La figura 13 muestra aún otra realización de un receptor de rayos cubierto de este tipo. Esta vez, la cubierta cubre totalmente la parte 31 de receptor y la cubierta no está compuesta por un material de metal rígido, sino por una hoja, tal como una lámina flexible. Nuevamente, están presentes dos láminas, concretamente la cubierta 50 y la cubierta 51 adicional. Dado que las cubiertas 50, 51 son flexibles, ha de garantizarse que permanecen y se mantienen espaciadas entre sí. Esto se realiza mediante una pluralidad de espaciadores 52 que están compuestos por un material no conductor tal como anillos.
Obsérvese nuevamente que estos diseños tal como se muestran en las figuras 12 y 13 también pueden aplicarse en principio a receptores de rayos convencionales tal como se muestra en las figuras 3 y 4. Estos receptores de rayos convencionales también pueden beneficiarse de una capa estructurada de este tipo que comprende material de cubierta eléctricamente conductor y material no conductor entre el receptor de rayos y la capa de cubierta.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Pala (20) de rotor de una turbina (10) eólica, comprendiendo la pala (20) de rotor un sistema de protección contra rayos con al menos un receptor (30) de rayos, comprendiendo el receptor (30) de rayos una parte (31) de receptor que sobresale de la superficie de la pala (20) de rotor, en la que
    la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima está espaciada de la superficie (29) de la pala (20) de rotor, y caracterizada porque
    - la parte (31) de receptor está cubierta al menos parcialmente por una cubierta (50) eléctricamente conductora, y
    - la cubierta (50) está espaciada al menos parcialmente de la parte (31) de receptor por un material no conductor, en particular aire.
  2. 2. Pala (20) de rotor según la reivindicación 1, en la que la extensión lateral de la parte (31) de receptor aumenta desde la superficie (29) de la pala (20) de rotor hasta la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima.
  3. 3. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la extensión (33) lateral máxima de la parte (31) de receptor es mayor que la extensión (34) máxima de la parte (31) de receptor en un plano perpendicular a la superficie (29) de la pala (20) de rotor.
  4. 4. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la curvatura de la parte (31) de receptor es la mayor en la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima.
  5. 5. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte (31) de receptor comprende un orificio (36) pasante para insertar un elemento (37) de sujeción para fijar el receptor (30) de rayos a la pala de rotor restante, en particular para fijar el receptor (30) de rayos a un conductor (40) de rayos de la pala (20) de rotor.
  6. 6. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte (31) de receptor comprende un vástago (311) y una caperuza (312), y en la que
    - la caperuza (312) comprende la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima, y
    - el vástago (311) conecta la caperuza (312) con la superficie (29) de la pala (20) de rotor contribuyendo de ese modo adicionalmente a que la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima esté espaciada de la superficie (29) de la pala (20) de rotor.
  7. 7. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cubierta (50) eléctricamente conductora está diseñada y dispuesta de tal manera con respecto a la parte (31) de receptor que una pluralidad de inclusiones de aire están presentes entre la cubierta (50) y la parte (31) de receptor formando, por tanto, el espaciado al menos parcial de la cubierta (50) desde la parte (31) de receptor.
  8. 8. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones 6 ó 7, en la que
    - la parte (31) de receptor está cubierta al menos parcialmente por al menos una cubierta (51) eléctricamente conductora adicional,
    - la cubierta (51) adicional está dispuesta entre el material no conductor y la parte (31) de receptor, y - la cubierta (50) está espaciada al menos parcialmente de la cubierta (51) adicional por un material no conductor, en particular aire.
  9. 9. Pala (20) de rotor según la reivindicación 8, en la que una pluralidad de espaciadores (52) están dispuestos entre la cubierta (50) y la cubierta (51) adicional para garantizar el espaciado al menos parcial de la cubierta (50) desde la cubierta (51) adicional.
  10. 10. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cubierta (50) está realizada como una lámina flexible que puede adaptarse a superficies curvas.
  11. 11. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cubierta está realizada como una lámina rígida.
  12. 12. Pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cubierta (50) tiene una abertura para alimentar un elemento (37) de sujeción a través de la cubierta (50), en la que el elemento (37) de sujeción es adecuado para fijar el receptor (30) de rayos a un conductor (40) de rayos de la pala (20) de rotor.
  13. 13. Turbina (10) eólica para generar electricidad que comprende al menos una pala (20) de rotor según una de las reivindicaciones anteriores.
  14. 14. Receptor (30) de rayos para una pala (20) de rotor de una turbina (10) eólica, que comprende una parte (31) de receptor
    en el que la sección (331) de la parte (31) de receptor con la extensión (33) lateral máxima está diseñada para estar espaciada de la superficie (29) de la pala (20) de rotor, y
    caracterizado porque
    - la parte (31) de receptor está cubierta al menos parcialmente por una cubierta (50) eléctricamente conductora, y
    - la cubierta (50) está espaciada al menos parcialmente de la parte (31) de receptor por un material no conductor, en particular aire.
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