ES2938983T3 - Pala de rotor para una turbina eólica - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una pala de rotor (100) para una turbina eólica, que tiene una raíz de pala de rotor (102), un borde exterior de pala de rotor (104), un borde de ataque (106) y un borde de salida (108). El borde de ataque (106) y el borde de salida (108) definen una cuerda de perfil (110), cuya longitud aumenta desde la base de la pala del rotor (102) hasta el borde exterior de la pala del rotor (104). Los centros de cuerda (112) definen una línea central de la pala (114) que se extiende desde la raíz de la pala (102) hasta el borde exterior de la pala (104), y la línea central de la pala (114) divide el borde exterior de la pala (104) en una parte del borde delantero (116) y una parte del borde de salida (118), en la que en el borde exterior (104) de la pala del rotor está dispuesta una aleta (120), que se extiende solo a lo largo de la parte del borde de salida (118). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Pala de rotor para una turbina eólica

Campo técnico

La invención se refiere a una pala de rotor para una turbina eólica, con una raíz de pala de rotor, una punta de pala de rotor, un borde de ataque y un borde de salida. El borde de ataque y el borde de salida definen una cuerda. También se refiere a un anillo de rotor con una pala de rotor y a una turbina eólica con una pala de rotor.

Estado de la técnica

Las palas de rotor, los anillos de rotor y las turbinas eólicas se conocen en principio en el estado de la técnica.

Por ejemplo, el documento EP 2 998 572 B1 describe así una pala de rotor de turbina eólica que presenta un lado superior, un lado inferior, un borde de ataque, un borde de salida, una fijación de buje y una punta de la pala, en donde la pala de rotor de turbina eólica está dividida en una zona de buje, una zona central y una zona de punta de pala y está definida una zona de raíz desde la fijación de buje hasta la profundidad máxima de la pala. Dentro de la pala de rotor de turbina eólica está previsto una canal de guía de aire que discurre radialmente hacia fuera para conducir el aire aspirado desde una zona de succión hacia una zona de soplado dispuesta en la zona de la punta de la pala. Se realiza una succión de capa límite, en donde la succión del aire se realiza en el lado superior de la pala de rotor de turbina eólica, y está previsto un cercado de capa límite en la zona de buje próxima a la fijación de buje para impedir un flujo en la dirección de la fijación de buje.

En el caso de palas de rotor de turbinas eólicas, puede producirse una compensación de presión no deseada en la zona de la punta de pala entre el lado de presión y el lado de succión de la pala de rotor, en cuyo caso el aire fluye alrededor de la punta de la pala. Este efecto conduce a una fuerza ascensional reducida en la zona de la punta de la pala y a turbulencias pronunciadas, que aumentan la resistencia al flujo. En las palas de rotor de este tipo, en la zona de la punta de la pala se suelen utilizar ángulos de paso de pala pequeños y perfiles con poca o ninguna fuerza ascensional y longitud de cuerda reducida. Como resultado, las turbulencias pueden reducirse, permaneciendo sin embargo en el caso de una fuerza ascensional subóptima en la zona de la punta de la pala.

La publicación DE 102014 115524 A1 describe una pala de rotor de turbina eólica con secciones que se unen entre sí desde la raíz de la pala hasta la punta de la pala en la siguiente secuencia. La pala de rotor comprende una sección de conexión de pala para conectar con un buje del rotor, un cuerpo de pala de rotor que presenta un perfil aerodinámico, un lado de succión y un lado de presión, una sección de transición que presenta una curvatura hacia el lado de succión o el lado de presión, y una aleta que presenta una pluralidad de perfiles con en cada caso una cuerda y un centro de cuerda. Además, la pala de rotor de turbina eólica comprende una superficie de aleta en la que están dispuestas las cuerdas, una línea central que conecta los centros de las cuerdas entre sí, un borde de salida del perfil, un borde de ataque del perfil, una altura, una sección de base contigua a la sección de transición, una sección de punta unida a la punta de la pala y una sección central que conecta la sección de base y la sección de punta entre sí. Un ángulo de barrido está dispuesto entre una línea de referencia, que está dispuesta en la superficie de la aleta y de manera ortogonal a una cuerda de un perfil de la aleta adyacente a la sección de transición, y la línea central en la que la sección de punta es mayor que en la sección base, en donde el ángulo de barrido se mide desde la línea de referencia hacia el borde de salida de perfil de la aleta. El borde de salida del perfil de la aleta está curvado de manera cóncava en al menos una sección. El documento WO2015067387 A1 describe otro ejemplo de una turbina eólica, en donde están dispuestas aletas en las palas de rotor.

En el caso de las palas de rotor conocidas de turbinas eólicas, a pesar del uso de aletas, el flujo alrededor de la punta de la pala no se puede evitar por completo. Las palas de rotor conocidas presentan en su uso todavía fuertes turbulencias, lo que tiene un efecto negativo sobre la eficiencia de la pala de rotor y, por lo tanto, de la turbina eólica. Adicionalmente, las turbinas eólicas conocidas en el estado de la técnica generan una gran cantidad de ruido.

Descripción de la invención

El objetivo de la invención crear una pala de rotor que pertenece al campo técnico mencionado al principio para una turbina eólica, que permita una eficiencia más alta y menores niveles de ruido durante su funcionamiento.

La solución del objetivo se define por las características de la reivindicación 1. La invención comprende una pala de rotor para una turbina eólica con una raíz de pala de rotor, un borde exterior de pala de rotor, un borde de ataque y un borde de salida, en donde el borde de ataque y el borde de salida definen una cuerda, cuya longitud está configurada de manera creciente desde la raíz de pala de rotor hasta el borde exterior de pala de rotor. La pala de rotor comprende centros de cuerda que, extendiéndose desde la raíz de pala de rotor hasta el borde exterior de pala de rotor, definen una línea central de pala de rotor, y la línea central de pala de rotor divide el borde exterior de pala de rotor en una sección de borde de ataque y una sección de borde de salida. Además, en el borde exterior de pala de rotor está dispuesta una aleta que se extiende únicamente a lo largo de la sección de borde de salida.

Una pala de rotor en el sentido de la invención ha de entenderse como una pala de rotor que es adecuada en particular para su uso en una turbina eólica. Por lo tanto, debe cumplirse el propósito de que la pala de rotor o todo el anillo de rotor pueda ponerse en movimiento por el viento que se aproxima. Por el contrario, una pala de rotor en el sentido de la invención debe distinguirse de palas de rotor de este tipo que se ponen en movimiento, por ejemplo, por el agua que se aproxima. Este es el caso a modo de ejemplo en centrales hidráulicas. Asimismo, las palas de rotor conocidas deben distinguirse de una pala de rotor en el sentido de la invención, que se utilizan para provocar un flujo de fluido en el estado accionado. Este es el caso, por ejemplo, de las hélices de propulsión de barcos o de los ventiladores de aire.

Debido a ello se consigue por ejemplo la ventaja técnica de que puede conseguirse un desprendimiento de vórtice mejorado en el borde de salida y en particular en la zona del borde de salida contigua a la sección del borde de salida. Debido a ello puede conseguirse una eficiencia significativamente mayor de todo el sistema de turbinas eólicas. Adicionalmente, puede producirse una reducción considerable del ruido, lo que hace que el uso de la pala de rotor de acuerdo con la invención sea mucho más versátil. Por consiguiente, por ejemplo, es posible utilizar una turbina eólica con una pala de rotor de acuerdo con la invención en las inmediaciones de zonas residenciales.

De acuerdo con una forma de realización preferida, la distancia A entre la sección de borde de salida y una base de la aleta aumenta desde la línea central de pala de rotor hacia el borde de salida. Debido a ello se consigue la ventaja técnica, por ejemplo, de que la altura de la aleta aumenta continuamente en la dirección del borde de salida. A su vez, el aumento continuo permite una mejora adicional en el comportamiento de desprendimiento de vórtices, ya que puede impedirse durante más tiempo un desprendimiento del flujo laminar en la pala de rotor. Mediante esto se mejora adicionalmente la eficiencia y la reducción del ruido.

Para producir un flujo óptimo alrededor de la aleta y reducir los desprendimientos de capa límite y turbulencias no deseados durante el funcionamiento de la pala de rotor, la base de la aleta está configurada en forma circular en el plano de la pala de rotor. Debido a ello puede generarse en particular más par, con velocidades de viento más bajas, ya que el fluido experimenta más resistencia como resultado de la desviación. En general, se eleva más con ello la eficiencia.

De acuerdo con otra forma de realización preferida, la base circular de la aleta es parte de un círculo de rotación de la pala de rotor. Debido a ello se consigue la ventaja técnica, por ejemplo, de que la altura de la aleta aumenta de manera desproporcionada en la dirección del borde de salida. El aumento desproporcionado de la altura de la aleta, a su vez, permite una mejora adicional en el comportamiento de desprendimiento de vórtices, de manera que la eficiencia y la reducción del ruido pueden mejorarse adicionalmente. El efecto del aumento desproporcionado de la altura de la aleta puede verse favorecido por una inclinación posterior adecuada de la pala de rotor. Debido al aumento de la longitud de la cuerda desde la raíz de pala de rotor hasta el borde exterior de pala de rotor, una proporción de superficie especialmente grande de la pala de rotor en la zona de la sección de borde de salida está disponible como aleta debido a la inclinación posterior de la pala de rotor.

En particular, en la zona exterior de la pala de rotor, es ventajoso en comparación con la zona interior de la pala de rotor debido a las velocidades más altas si el grosor del perfil disminuye desde la raíz de pala de rotor hasta el borde exterior de pala de rotor. Debido a ello se debilita la fuerza de succión en el extremo exterior, de manera que puede reducirse la formación de diferencias de presión.

Para realizar una transición especialmente baja en rozamiento desde la raíz de pala de rotor hasta el grosor de pala de rotor, está configurada de manera casi constante una relación entre el grosor del perfil y la longitud de la cuerda a lo largo del eje longitudinal de la pala.

Debido a las diferentes velocidades que se producen durante el funcionamiento en la pala de rotor entre la raíz de pala de rotor y el borde exterior de pala de rotor, las diferentes secciones de la pala de rotor se corresponden con diferentes tareas o acciones. Por ejemplo, la tarea de arrancar o iniciar se asigna a la zona de la pala de rotor dispuesta en la zona de la raíz de pala de rotor. En otras palabras, es importante para esta zona permitir la fuerza ascensional también en caso de bajas velocidades del aire o del viento y, por lo tanto, provocar el arranque de la pala de rotor. Para provocar el arranque, la pala de rotor presenta un ángulo de ajuste de al menos 30 ° en la raíz de pala de rotor. Sin embargo, dependiendo del efecto deseado, el ángulo de arranque puede estar configurado también más grande o más pequeño.

Como ya se ha explicado, las diferentes secciones de la pala de rotor se corresponden con diferentes tareas o acciones debido a las diferentes velocidades de movimiento, tal como se producen durante el funcionamiento en la pala de rotor entre la raíz de pala de rotor y el borde exterior de pala de rotor. Por ejemplo, la denominada sección de pala de resistencia se asigna en la zona del borde exterior de pala de rotor. En otras palabras, es importante que esta zona genere tanta resistencia como sea posible para permitir la velocidad más alta posible y el par más alto posible incluso a bajas velocidades del aire o del viento. Para lograr la mayor resistencia posible y mantener la pala de rotor en movimiento, la pala de rotor presenta un ángulo de ajuste de como máximo 5 ° en el borde exterior de pala de rotor.

De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, un ángulo de ajuste en el borde exterior de pala de rotor es superior a cero en el borde de ataque y es inferior o igual a cero en el borde de salida. Esta transición del ángulo de ataque desde el borde de ataque hasta el borde de salida se consigue mediante una curvatura de la cuerda en la zona del borde exterior de pala de rotor. La medida de la curvatura está relacionada en este sentido con la resistencia deseada y la velocidad periférica prevista de la pala de rotor. Debido a ello se consigue el efecto técnico, por ejemplo, de que el borde de salida de la pala de rotor deja un estado de flujo casi laminar en el fluido. Debido a ello, la siguiente pala de rotor apenas tiene que lidiar con turbulencias en el fluido, de manera que puede conseguirse una eficiencia óptima con cada una de las siguientes palas de rotor.

Tal como ya se ha explicado, el ángulo de ajuste puede variar dependiendo de la sección de la pala de rotor. Para reducir los desprendimientos de capa límite y turbulencias no deseados durante el funcionamiento de la pala de rotor, la pala de rotor presenta una torsión, que está configurada de manera continua desde la raíz de pala de rotor hasta el borde exterior de pala de rotor.

Según una forma de realización especialmente preferida, tanto el borde de ataque como el borde de salida están configurados en forma de hoz. En particular, la configuración en forma de hoz es ventajosa en relación con una curvatura de la pala de rotor. Mediante la curvatura y la forma de hoz se consigue un ángulo de ajuste alto en la zona de la raíz de pala de rotor. Esto es particularmente útil para la función de arranque independiente de la pala de rotor. Debido a la deseada función de pala de resistencia en la zona exterior de la pala de rotor, el ángulo de ajuste se reduce hacia el exterior, lo que se favorece adicionalmente por la forma de hoz.

Para aumentar la estabilidad de la pala de rotor durante el funcionamiento y para reducir la tendencia a la oscilación, la línea central de la pala de rotor presenta una inclinación posterior con respecto a un eje longitudinal de la pala en la dirección de rotación. De esta manera, el punto de presión geométrico de la pala de rotor se desplaza fuera del cuerpo de pala de rotor, de manera que puede reducirse considerablemente una posible oscilación. La supresión de la oscilación es soportada por consiguiente por un par que mantiene la pala de rotor bajo tensión constante. En otras palabras, la pala de rotor tiene por consiguiente la tendencia hacia la posición en bandera.

De acuerdo con una forma de realización especialmente preferida, la inclinación posterior de la línea central de la pala de rotor comprende un ángulo de inclinación posterior p entre 1 ° y 10 °. Según otra forma de realización, la inclinación posterior de la línea central de la pala de rotor comprende un ángulo de inclinación posterior entre 2 ° y 6 °. Según aún otra forma de realización, la inclinación posterior de la línea central de la pala de rotor comprende un ángulo de inclinación posterior entre 3 ° y 4 °.

Según una forma de realización adicional, la pala de rotor presenta una curvatura configurada en el eje longitudinal de la pala. En particular, la configuración curvada es ventajosa en relación con una configuración en forma de hoz de la pala de rotor. Mediante la curvatura y la forma de hoz se consigue un ángulo de ajuste alto en la zona de la raíz de pala de rotor. Esto es útil, por ejemplo, para la función de arranque independiente de la pala de rotor. Debido a la deseada función de pala de resistencia en la zona exterior de la pala de rotor, el ángulo de ajuste se reduce hacia el exterior, lo que se favorece adicionalmente por la forma de hoz.

Con respecto a otro aspecto de la presente invención, la solución del objetivo se define mediante un anillo de rotor para una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 15. Según esto, el anillo de rotor comprende una pluralidad de palas de rotor de acuerdo con una de las formas de realización anteriores.

Las ventajas del anillo de rotor de acuerdo con la invención se corresponden de forma similar a las ventajas de la pala de rotor de acuerdo con la invención, de manera que, por ejemplo, puede conseguirse un desprendimiento de vórtices mejorado en el borde de salida y en particular en la zona del borde de salida, contigua a la sección de borde de salida, de cada pala de rotor. Debido a ello puede conseguirse una eficiencia significativamente mayor de todo el sistema de turbinas eólicas. Adicionalmente, puede producirse una reducción considerable del ruido, lo que hace que el uso del anillo de rotor de acuerdo con la invención sea mucho más versátil. Por consiguiente, por ejemplo, es posible utilizar una turbina eólica con una pala de rotor de acuerdo con la invención en las inmediaciones de zonas residenciales.

Según una forma de realización especial, el anillo de rotor comprende al menos 2 y como máximo 8 palas de rotor. Según otra forma de realización, el anillo de rotor comprende 6 palas de rotor. De acuerdo con extensos experimentos científicos y ensayos en túnel de viento, el anillo de rotor de acuerdo con la invención presenta una eficiencia máxima con exactamente 6 palas de rotor. Esto se debe al hecho de que se forma una distancia entre el borde de salida de una pala de rotor y el borde de ataque de la siguiente pala de rotor de modo que el fluido entre las palas de rotor puede calmarse tanto como sea posible en el estado de funcionamiento de la turbina eólica. Esto permite condiciones de flujo óptimas para la siguiente pala de rotor y eleva la eficiencia. Existe en este caso una estrecha correlación con la relación velocidad periférica/velocidad del viento de todo el anillo de rotor.

Según una forma de realización adicional, el anillo de rotor presenta una relación velocidad periférica/velocidad del viento de como máximo 7. Según otra forma de realización, el anillo de rotor presenta una relación velocidad periférica/velocidad del viento de como máximo 4. Según aún otra forma de realización, el anillo de rotor presenta una relación velocidad periférica/velocidad del viento de 1,5.

La relación velocidad periférica/velocidad del viento se define como la relación entre la velocidad periférica y la velocidad del viento. Las turbinas eólicas conocidas en el estado de la técnica presentan altas relaciones velocidad periférica/velocidad del viento en el intervalo de 5 a 8 y se designan como las denominadas máquinas de alta velocidad. El anillo de rotor de acuerdo con la invención puede describirse como la denominada máquina de baja velocidad, ya que también puede conseguirse una relación velocidad periférica/velocidad del viento de 1,5.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la solución del objetivo se soluciona mediante una turbina eólica con una pala de rotor o un anillo de rotor de acuerdo con una de las formas de realización precedentes.

Las ventajas de la turbina eólica de acuerdo con la invención se corresponden de forma similar a las ventajas de la pala de rotor de acuerdo con la invención o del anillo de rotor de acuerdo con la invención. Con la turbina eólica de acuerdo con la invención también se consigue un desprendimiento de vórtices mejorado en el borde de salida de cada pala de rotor. Debido a ello se consigue una eficiencia significativamente mayor de la turbina eólica. Adicionalmente, puede producirse una reducción considerable del ruido, lo que hace que el uso de la turbina eólica de acuerdo con la invención sea mucho más versátil. La turbina eólica de acuerdo con la invención puede utilizarse, por ejemplo, en las inmediaciones de zonas residenciales.

De la siguiente descripción detallada y de la totalidad de las reivindicaciones de patente se desprenden otras formas de realización ventajosas y combinaciones de características de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos usados para la explicación del ejemplo de realización muestran:

la figura 1 una forma de realización de una pala de rotor de acuerdo con la invención,

la figura 2 otra forma de realización de una pala de rotor de acuerdo con la invención con ángulo de inclinación posterior,

la figura 3A una vista en sección transversal de una pala de rotor de acuerdo con la invención en la sección A-A de la figura 1,

la figura 3B una vista en sección transversal de una pala de rotor de acuerdo con la invención en la sección B-B de la figura 1,

la figura 3C una vista en sección transversal de una pala de rotor de acuerdo con la invención en la sección C-C de la figura 1,

la figura 3D una vista en sección transversal de una pala de rotor de acuerdo con la invención en la sección D-D de la figura 1,

la figura 4 una vista lateral de una pala de rotor de acuerdo con la invención desde la vista E-E de la figura 1, y

la figura 5 una vista esquemática de un anillo de rotor de acuerdo con la invención.

En principio, en las figuras, las mismas partes están provistas de las mismas referencias.

Modos de realización de la invención

La figura 1 muestra una forma de realización de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención. La pala de rotor 100 es adecuada para configurar un anillo de rotor 20o (no mostrado) con una pluralidad de palas de rotor 100. Una sección inferior de la pala de rotor 100 comprende una raíz de pala de rotor 102 que está adyacente a un buje de una turbina eólica cuando la pala de rotor 100 está en funcionamiento. El borde exterior de pala de rotor 104 de la pala de rotor 100 está ubicado en un extremo exterior de la pala de rotor 100, que está opuesto a la raíz de pala de rotor 102. Por encima del borde exterior de pala de rotor 104 está indicada la dirección de rotación v del anillo de rotor 200 en uso mediante una flecha. Adicionalmente, la pala de rotor 100 presenta un borde de ataque 106 y un borde de salida 108. Tanto el borde de ataque 106 como el borde de salida 108 están configurados en cada caso en forma de hoz, en donde el respectivo vientre de ambas curvaturas en forma de hoz está configurado hacia adelante en la dirección de rotación v de la pala de rotor 100. En otras palabras, la curvatura en forma de hoz de la pala de rotor 100 está configurada en contra de la dirección de rotación v. Desde el borde de ataque 106 hasta el borde de salida 108, una conexión en línea recta define en cada caso una cuerda 110 (no mostrada). Se dan en este caso más detalles en la descripción de las figuras 3A a 3D. La longitud de la cuerda 110 aumenta continuamente partiendo de la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104. El centro geométrico de cada cuerda define un centro de cuerda 112 (no mostrado). El curso continuo o la yuxtaposición continua de todos los centros de cuerda 112 desde la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104 definen una línea central de la pala de rotor 114.

Al igual que el borde de ataque 106 y el borde de salida 108, la línea central de la pala de rotor 114 está configurada en forma de hoz.

En el extremo superior de la pala de rotor 100, la línea central de la pala de rotor 114 divide el borde exterior de pala de rotor 104 en una sección de borde de ataque 116 y una sección de borde de salida 118. La sección de borde de ataque 116 define una mitad delantera del borde exterior de pala de rotor 104, en la dirección de rotación v, que limita directamente con el borde de ataque 106. La sección de borde de salida 118 define de manera correspondiente una mitad trasera del borde exterior de pala de rotor 104, en la dirección de giro v, que limita directamente con el borde de salida 108. En la zona de la sección de borde de salida 118 se encuentra una aleta 120. La extensión de la aleta 120 está limitada preferentemente a la zona de la sección de borde de salida 118, sin embargo la aleta puede extenderse también más allá de esto. Por ejemplo, la aleta 120 puede extenderse por toda la sección de borde de salida 118 hacia la sección de borde de ataque 118. Una altura de la aleta 120 aumenta continuamente hacia el borde de salida 108. Como altura ha de entenderse en este caso la distancia entre el borde exterior de la aleta y el cuerpo de la pala de rotor. Por consiguiente, el borde exterior de la aleta está más alto directamente en el borde de salida 108 (véase A2) que en un punto más hacia el interior del borde exterior de la aleta (véase A1). Por consiguiente, la altura de la aleta 120 en la dirección de rotación v es la mayor en el extremo trasero del borde exterior de pala de rotor 104 en una sección que limita con el borde de salida 108. La aleta 120 forma una línea que se encuentra en el plano del cuerpo de la pala de rotor, a lo largo de la cual está representada la transición de la pala de rotor 100 a la aleta 120. En otras palabras, la línea marca una torcedura en el cuerpo de la pala de rotor, que representa la base 122 de la aleta 120. La base 122 de la aleta 120 forma una distancia A variable con respecto al borde exterior de pala de rotor 104 o bien la sección de borde de salida 118. La distancia A entre la sección de borde de salida 118 y la base 122 de la aleta 120 aumenta continuamente desde la línea central de la pala de rotor 114 en la dirección del borde de salida 108. Por consiguiente, una distancia A1 está configurada más pequeña que la distancia A2. Puede distinguirse esquemáticamente que la base 122 de la aleta 120 está configurada de forma circular en el plano de la pala de rotor. La configuración circular se trata con mayor detalle en las figuras 2 y 6 en particular. Mediante la configuración de la aleta 120 en la zona de la sección de borde de salida 118, la sección del borde de salida 118 se convierte en el borde exterior de la aleta y está doblada hacia arriba por el cuerpo de la pala de rotor.

La figura 2 muestra otra forma de realización de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención con un ángulo de inclinación posterior p. El ángulo de inclinación posterior p resulta de una posición inclinada del eje longitudinal de la pala 124, 124' contra la dirección de rotación v de la pala de rotor 100. La inclinación posterior aumenta la estabilidad de la pala de rotor 100 en el funcionamiento y reduce adicionalmente la tendencia a la oscilación. Como ya se explicó, el punto geométrico de presión de la pala de rotor 100 se desplaza en este sentido, de manera que se produce un par que mantiene la pala de rotor 100 bajo tensión permanente. De acuerdo con la figura 2, el ángulo de inclinación posterior p óptimo asciende a aproximadamente de 3 ° a 4 °. Esta forma de realización también muestra esquemáticamente la configuración circular de la base 122 de la aleta 120, que está configurada de manera que descanse en el plano de la pala de rotor. La configuración circular se trata con más detalle en la descripción de la figura 6. Adicionalmente, las ventajas de la interacción entre el ángulo de inclinación posterior p y el pie circular 122 de la aleta 120 deben discutirse en este punto. Debido a que la pala de rotor 100 o el eje longitudinal de pala 124, 124' presentan un ángulo de inclinación posterior p y debido a que la base 122 está configurada de forma circular, la base circular 122 de la aleta 120 puede ser parte de un círculo de rotación 202 de la pala de rotor 100 en una configuración óptima. En otras palabras, el radio y el centro de la base circular 122 así como el radio y el centro de un círculo de rotación de la pala de rotor 100 son idénticos. Se omite en este punto una descripción repetida de características idénticas de la figura anterior.

La figura 3A muestra una vista en sección transversal de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención en la sección A-A de la figura 1. La sección A-A se encuentra adyacente o al menos en la zona de la raíz de pala de rotor 102. La cuerda 110 tiene la longitud más corta en la zona de la raíz de pala de rotor 102, ya que la longitud de la cuerda 110 aumenta continuamente hacia el borde exterior de pala de rotor 104. Una vista en sección de un plano de rotación 204 indica el plano en el que se mueven la pala de rotor 100 y todo el anillo de rotor 200 (no mostrado) en el funcionamiento de la turbina eólica 300 (no mostrada). La cuerda 110 encierra un ángulo de ajuste a con el plano de rotación 204. Este ángulo de ajuste a asciende a aproximadamente 30 ° en la raíz de pala de rotor 102. Como ya se explicó, las diferentes secciones de la pala de rotor 100 se corresponden con diferentes tareas o acciones. La zona de la raíz de pala de rotor 102 permite que el arranque o el inicio independiente del anillo de rotor 200. En otras palabras, es importante permitir la fuerza ascensional incluso a bajas velocidades del aire o del viento y, por lo tanto, provocar el arranque de la pala de rotor 100. Esto es posible gracias a un ángulo de ajuste a determinado, que asciende a aproximadamente 30 ° en esta forma de realización en cuestión. Mediante el ángulo de ajuste a se genera una diferencia de presión que apoya la función de arranque. Otro parámetro que influye en la diferencia de presión es el grosor del perfil D, que representa la dimensión del espesor de la pala de rotor dispuesta ortogonalmente a la cuerda 106. La dirección de rotación v debe entenderse en la figura 3A como la dirección de movimiento de la pala de rotor 100, en donde el borde de ataque 106 y el borde de salida 108 ilustran nuevamente la dirección de movimiento de la pala de rotor 100. La intersección de la cuerda 110 y el plano de rotación 204 corresponde al centro de la cuerda 112.

La figura 3B muestra una vista en sección transversal de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención en la sección B-B de la figura 1. La sección B-B está ubicada en una sección media de la pala de rotor 100 entre la raíz de pala de rotor 102 y el borde exterior de pala de rotor 104. La cuerda 110 es algo más larga en esta zona que en la zona de la raíz de pala de rotor 102. El plano de rotación 204 muestra de nuevo el plano de movimiento de la pala de rotor 100 y de todo el anillo de rotor 200 (no mostrado) en el funcionamiento, y la cuerda 110 encierra un ángulo de ajuste a con el plano de rotación 204. El ángulo de ajuste a es ligeramente menor que en la zona de la raíz de pala de rotor 102 y se encuentra entre 0 ° y 30 °. La intersección de la cuerda 110 y el plano de rotación 204 se corresponde nuevamente con el centro de la cuerda 112. El grosor del perfil D está dimensionado algo más corto que el grosor del perfil D en la sección A-A de la figura 3A. Se omite en este punto una descripción repetida de características idénticas de la figura anterior.

La figura 3C muestra una vista en sección transversal de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención en la sección C-C de la figura 1. La sección C-C está ubicada en una sección de la pala de rotor 100 que se encuentra adyacente o al menos en la proximidad del borde exterior de pala de rotor 104. La cuerda 110 es algo más larga en esta zona que en la zona de la sección central B-B y claramente más larga que en la sección A-A en la zona de la raíz de pala de rotor 102. La propia cuerda 110 está configurada de manera casi paralela al plano de rotación 204. El ángulo de ajuste a se encuentra aproximadamente en 0 °. El grosor del perfil D está dimensionado otra vez algo más corto que el grosor del perfil D en la sección A-A de la figura 3A y que el grosor del perfil D en la sección B-B de la figura 3B. Se omite en este punto una descripción repetida de características idénticas de las figuras anteriores.

La figura 3D muestra una vista en sección transversal de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención en la sección D-D de la figura 1. La sección D-D está ubicada en una sección de la pala de rotor 100 que se encuentra inmediatamente adyacente al borde exterior de pala de rotor 104. La cuerda 110 está configurada igualmente más larga en esta zona que en la zona de la sección central B-B y más larga que en la sección A-A de la zona de la raíz de pala de rotor 102. La cuerda 110 y el plano de rotación 204 encierran juntos un ángulo de ajuste a, que presenta un signo negativo con respecto a las figuras 3A y 3B anteriores. El ángulo de ajuste a asciende en este caso a aproximadamente -10 °, ya que el ángulo de ajuste a se extiende por debajo del plano de rotación 204. El grosor del perfil D está configurado de nuevo algo más corto que el grosor del perfil D en la sección B-B de la figura 3B. En la zona del borde de salida 108 se encuentra una sección deformada hacia arriba que representa una parte de la aleta 120 en el tramo D-D. Se omite en este punto una descripción repetida de características idénticas de las figuras anteriores.

La figura 4 muestra una vista lateral de una pala de rotor 100 de acuerdo con la invención desde la vista E-E de la figura 1. En la vista lateral, la pala de rotor 100 muestra una curvatura configurada en el eje longitudinal de pala 124 (no mostrado). La curvatura está configurada, por consiguiente, entre la raíz de pala de rotor 102 y el borde exterior de pala de rotor 104 y está superpuesta mediante una torsión que resulta de los diferentes ángulos de ajuste a de acuerdo con las vistas en sección A-A a D-D de las figuras 3A a 3D. La aleta 120 está dispuesta en el borde exterior de pala de rotor 104, que se encuentra únicamente en la zona de la sección de borde de salida 118 (no mostrada) y, por lo tanto, solo es parcialmente visible en la vista lateral.

La figura 5 muestra una vista esquemática de un anillo de rotor 200 de acuerdo con la invención. El anillo de rotor 200 comprende en total seis palas de rotor 100. La dirección de rotación v está indicada esquemáticamente mediante flechas de dirección y el círculo de rotación 202 está indicado esquemáticamente en el perímetro del anillo de rotor 200. El anillo de rotor 200 comprende exactamente seis palas de rotor 100, ya que de este modo la eficiencia es especialmente alta. Esto se debe a la distancia óptima entre dos palas de rotor 100 que se suceden. Por consiguiente, un fluido puede calmarse lo suficiente después de abandonar un borde de salida 108 de una pala de rotor 100, de manera que resultan a ser posible relaciones óptimas para el borde de ataque de la siguiente pala de rotor 100. Esto permite condiciones de flujo óptimas y, por lo tanto, eleva la eficiencia de la turbina eólica.

En resumen, se puede afirmar que las formas de realización de la pala de rotor de acuerdo con la invención pueden combinarse entre sí. Ninguna de las características divulgadas excluye la combinación con otra característica y las combinaciones individuales de características interactúan entre sí y forman efectos sinérgicos. Por ejemplo, el grosor del perfil D disminuye desde la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104. Esto se ha descrito en detalle en las figuras 3A a 3D. Además, en las figuras 3A a 3D se ha descrito que las cuerdas 110 aumentan de longitud. Para realizar una transición especialmente baja en rozamiento desde la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104, está configurada de manera casi constante una relación entre el grosor del perfil D y la longitud de la cuerda 110 desde la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104. Por ejemplo, debido a ello se debilita la fuerza de succión en el extremo exterior, de manera que puede reducirse la formación de diferencias de presión. Otro ejemplo de un efecto sinérgico se muestra por medio de la torsión de la pala de rotor 100. La torsión transcurre de forma continua desde la raíz de pala de rotor 102 hasta el borde exterior de pala de rotor 104 y se explica mediante el ángulo de ajuste a entre la cuerda 110 y el plano de rotación en las secciones A-A a D-D correspondientes. Como resultado, el anillo de rotor de acuerdo con la invención es especialmente eficiente como el denominado motor de baja velocidad, ya que también puede realizarse una relación velocidad periférica/velocidad del viento de hasta 1,5. Adicionalmente, la configuración en forma de hoz es especialmente ventajosa en relación con una curvatura de la pala de rotor. Mediante la curvatura y la forma de hoz se consigue un ángulo de ajuste a alto en la zona de la raíz de pala de rotor 102. Esto es particularmente útil para la función de arranque independiente de la pala de rotor. Debido a la deseada función de pala de resistencia en la zona exterior de la pala de rotor, el ángulo de ajuste a se reduce hacia el exterior, lo que se favorece adicionalmente por la forma de hoz.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Pala de rotor (100) para una turbina eólica, con:

una raíz de pala de rotor (102),

un borde exterior de pala de rotor (104),

un borde de ataque (106) y un borde de salida (108), en donde el borde de ataque (106) y el borde de salida (108) definen una cuerda (110), cuya longitud está configurada de manera creciente desde la raíz de pala de rotor (102) hasta el borde exterior de pala de rotor (104), en donde

los centros de cuerda (112) que se extienden desde la raíz de pala de rotor (102) hasta el borde exterior de pala de rotor (104) definen una línea central de pala de rotor (114), y

la línea central de pala de rotor (114) divide el borde exterior de pala de rotor (104) en una sección de borde de ataque (116) y una sección de borde de salida (118), en donde

una aleta (120) está dispuesta en el borde exterior de pala de rotor (104), la cual se extiende únicamente a lo largo de la sección de borde de salida (118).

2. Pala de rotor (100) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que una distancia (A) entre la sección de borde de salida (118) y una base (122) de la aleta (120) aumenta desde la línea central de pala de rotor (114) hacia el borde de salida (108).

3. Pala de rotor (100) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que la base (122) de la aleta (120) está configurada en forma circular en el plano de la pala de rotor.

4. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la base (122) en forma circular de la aleta (120) es parte de un círculo de rotación (202) de la pala de rotor (100).

5. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un grosor del perfil (D) disminuye desde la raíz de pala de rotor (102) hasta el borde exterior de pala de rotor (104).

6. Pala de rotor (100) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada por que una relación entre el grosor del perfil (D) y la longitud de la cuerda (110) está configurada de manera casi constante desde la raíz de pala de rotor (102) hasta el borde exterior de pala de rotor (104).

7. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la pala de rotor (100) presenta un ángulo de ajuste (a) de al menos 30 ° en la raíz de pala de rotor (102).

8. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la pala de rotor (100) presenta un ángulo de ajuste (a) de como máximo 5 ° en el borde exterior de pala de rotor (104).

9. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que un ángulo de ajuste (a) en el borde exterior de pala de rotor (104) es mayor de cero en el borde de ataque (106) y es menor de o igual a cero en el borde de salida (108).

10. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la pala del rotor (100) presenta una torsión que está configurada de manera continua desde la raíz de pala de rotor (102) hasta el borde exterior de pala de rotor (104).

11. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que tanto el borde de ataque (106) como el borde de salida (108) están configurados en forma de hoz.

12. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la línea central de pala de rotor (114) presenta una inclinación posterior con respecto a un eje longitudinal de pala (124) en la dirección de rotación.

13. Pala de rotor (100) de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que la inclinación posterior de la línea central de pala de rotor (114) comprende un ángulo de inclinación posterior (p) entre 1 ° y 10 °, en particular entre 2 ° y 6 °, en particular entre 3 ° y 4 °.

14. Pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la pala de rotor (100) presenta una curvatura configurada en el eje longitudinal de pala (124).

15. Anillo de rotor (200) para una turbina eólica, con una pluralidad de palas de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Anillo de rotor (200) de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado por que el anillo de rotor (200) comprende al menos 2 y como máximo 8 palas de rotor (100), en particular 6 palas de rotor (100).

17. Anillo de rotor (200) de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, caracterizado por que el anillo de rotor (200) presenta una relación velocidad periférica/velocidad del viento de como máximo 7, en particular de como máximo 4, en particular de 1,5.

18. Turbina eólica (300) con una pala de rotor (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14.