MXPA06012371A - Paleta para un rotor de turbina de energia eolica. - Google Patents

Paleta para un rotor de turbina de energia eolica.

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Abstract

Una paleta (16) para un rotor (12) de una turbina (10) de energia eolica incluye caras (20, 22) superior e inferior opuestas, bordes (24, 26) delantero y trasero que conectan las caras superior e inferior, un medio (64) para generar aire presurizado, y por lo menos una abertura (40) de salida en comunicacion fluida con el medio generador de aire presurizado y arreglado en por lo menos una de la cara superior, una cara inferior y el borde trasero para descargar el aire presurizado dentro del aire alrededor de por lo menos una de las caras superior e inferior y los bordes delantero y trasero.

Description

PALETA PARA UN ROTOR DE TURBINA DE ENERGÍA EÓ ICA Campo de la Invención La invención se relaciona con una paleta para un rotor de una turbina de energía eólica y más en particular, con un sistema para influenciar la capa del límite aerodinámico alrededor de la paleta cuando se somete a una corriente de aire.
Antecedentes de la Invención Para mejorar el funcionamiento general de las turbinas de energ ía eólica , una medida es mejorar las características dinámicas de las paletas del rotor. El desempeño aerodinámico de la paleta del rotor está limitado a una generación no conveniente de vórtices en la raíz y en la punta de la paleta y por la ubicación de las líneas de transición en las caras superior e inferior de la paleta, a lo largo de cuyas líneas, la corriente de aire se convierte de un flujo laminar en un flujo turbulento, que no se puede utilizar para los efectos de elevación aerodinámica que actúan en la paleta. En particular, los vórtices en la raíz y en la punta son inconvenientes no solamente con respecto a los desempeños aerodinámicos sino también con respecto a la generación de ruido no deseado y sombreados de turbulencia, que afectan las turbinas de energía eólica adyacentes en una estación de viento.
Breve Descripción de la Invención En un aspecto, se proporciona una paleta para un rotor de una turbina de energía eólica. La paleta incluye caras superior e inferior opuestas, bordes delantero y trasero opuestos, que conectan las caras superior e inferior, un medio para generar aire presurizado, y por lo menos una abertura de salida de aire en comunicación fluida con el medio generador de aire presurizado y arreglada por lo menos en una de la cara superior, la cara inferior y el borde trasero para descargar el aire presurizado en el aire alrededor de por lo menos una cara superior e inferior y los bordes trasero y delantero. En otro aspecto, se proporciona un método para influenciar el flujo de aire alrededor de una paleta del rotor de una turbina de energía eólica. El método incluye descargar el aire presurizado fuera de por lo menos una abertura de salida de aire y dentro de la capa límite de una corriente de aire que fluye a través de la paleta del rotor.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 ilustra una vista general de una turbina de energía eólica para paletas de rotor que están provistas con aberturas de salida de aire para expulsar chorros de aire presurizado. La Figura 2 ilustra la punta de una paleta de rotor en mayor escala para ilustrar las características de construcción básicas del medio generador de aire presurizado de conformidad con una modalidad de la invención. La Figura 3 ilustra una vista en la dirección del borde delantero de la paleta del rotor en su punta. La Figura 4 i lustra una vista en sección transversal de una paleta de rotor de una turbina de energía eólica sin la provisión de las aberturas de salida de aire, como se sugiere de conformidad con la invención; y La Figura 5 ilustra una vista en sección transversal de una paleta de rotor de una turbina de energía eólica que comprende aberturas de salida de aire para desplazar la transición de un flujo laminar a turbulento hacia el borde delantero de la paleta.
Descripción Detallada de la Invención En una modalidad de la invención, por lo menos una abertura de salida para descargar el aire presurizado, está arreglada en por lo menos una de las caras superior e inferior opuestas y/o en el borde trasero de la paleta a lo largo del cual se conectan las caras superior e inferior de las caras, como a lo largo del borde delantero de la paleta. El ai re presurizado se genera por medio de un medio para generar ai re presurizado. Esto significa que puede operar como un medio activo o pasivo para generar aire presurizado con la ayuda de un ventilador o su similar o al recibir el aire de una corriente de aire, a la cual se somete la paleta durante la operación y libera este aire presurizado a través de la por lo menos una abertura de salida. En una modalidad, el medio para generar aire presurizado se puede diseñar como un medio activo y pasivo.
La por lo menos una abertura de salida en una modalidad, arreglada por ejemplo, en la punta de una paleta del rotor en la cara de la misma que se somete a succión del aire que fluye a lo largo de la cara. Alrededor de la punta, hay un corte aerodinámico entre el lado de succión y el lado de presión alrededor de la paleta. El corte corto junto con la rotación del rotor de la turbina de energía eólica resulta en la creación de flujos de vórtices tridimensionales, que a su vez reducen la elevación aerodinámica que actúa en la punta de la paleta. En esto, el aire presurizado es expulsado hacia la punta, se impide la generación de vórtices alrededor de la punta y se desplazan lejos de la punta para que se mejore el desempeño aerodinámico de la punta. Esto mismo aplica para la raíz de la paleta de una turbina de energía eólica, que también genera vórtices de tridimensionales. Además, al arreglar la por lo menos una abertura de salida de una pluralidad de aberturas de salida en el extremo superior o caras de la paleta mientras se expulsa el aire presurizado hacia el borde trasero de la paleta, da como resultado en un desplazamiento de la línea de separación entre el flujo laminar y turbulento hacia el borde trasero, lo que a su vez resulta en un uso más efectivo de la superficie de la paleta para propósitos aerodinámicos. De conformidad con esto, un aspecto de la invención se relaciona con la distribución y dirección de chorros de aire a lo largo de la superficie de la paleta hacia el área de la capa de límite aerodinámico alrededor de la paleta, en donde se crean vórtices y/o turbulencias de áreas para que sea incremente el porcentaje del tamaño superficial total de la paleta, que se puede utilizar para propósitos aerodinámicos, lo cual resulta en un mejor funcionamiento aerodinámico de la paleta del rotor. En una modalidad de la presente invención, el medio generador de aire presurizado comprende por lo menos una abertura de entrada de aire arreglada en el borde delantero de la paleta o en otra ubicación de ia paleta o rotor. La abertura de entrada de aire está en conexión fluida con la por lo menos una abertura de salida de aire. Como alternativa, el medio generador de aire presurizado incluye múltiples aberturas de entrada de aire arregladas en el borde delantero y en conexión fluida con la por lo menos una abertura de salida de aire o una pluralidad de aberturas de salida de aire de la paleta. La conexión fluida entre la abertura de entrada de aire y cada una de las aberturas de salida de aire se puede lograr con uno o una pluralidad de conductores de fluido. Para mejorar el funcionamiento de la entrada de aire de por lo menos una abertura de entrada de aire, el medio generador de aire presurizado también puede incluir un colector, por ejemplo, como un canal estrecho que proporciona un efecto Venturi que actúa en el aire introducido para proporcionar presión al mismo. Además, el medio de control como válvulas de flujo, aletas, registros de flujo, diafragmas de flujo, un conductor elástico flexible o su semejantes es provisto para controlar la velocidad específica de flujo y la presión específica relativa de aire presurizado que abandona la abertura de salida de aire o aberturas de salida. También, con la ayuda de este medio de control es posible cerrar en forma selectiva las individuales de las aberturas de salida de aire que puedan ser convenientes, dependiendo de la corriente de aire que fluye alrededor de la paleta. En otro aspecto de la presente invención, el medio generador de aire presurizado incluye un ventilador para soplar aire presurizado fuera de la por lo menos una abertura de salida de aire. Este ventilador puede tomar aire a través de una abertura de entrada de aire arreglada en el borde delantero de la paleta o en otra ubicación de la paleta o rotor. En otro aspecto, el ventilador es provisto como un elemento del medio generador de aire presurizado, además del medio generador pasivo de aire presurizado antes descrito. Una salida del ventilador puede abrirse o cerrarse en forma selectiva con el fin de agregar aire presurizado generado por el ventilador al flujo de aire presurizado creado desde la abertura de entrada de aire del medio generador pasivo de aire presurizado. Además, el aire presurizado sale a través de una abertura de salida de aire, que puede incluir por lo menos una terminación o por lo menos una forma con tipo boquilla con el fin de introducir una forma de expansión de chorro en la abertura de salida de aire o una cantidad específica de vórtices en chorro en una dirección de vórtices específica. Como se describe antes, la presente invención se puede aplicar a turbinas de energía eólica a partir de la acción y del tipo de reacción, es decir, a turbinas de energía eólica que cuentan con un eje de rotación horizontal o vertical . Más específicamente, la Figura 1 ilustra la construcción general de una turbina 10 de energía eólica provista con paletas de rotor diseñadas de conformidad con una modalidad. La turbina 1 0 de energ ía eólica incluye un rotor 12 que tiene un cubo 14 desde el cual se extienden en forma radial tres paletas 16 del rotor. El número de paletas del rotor, en modalidades alternativas, puede ser mayor o menor que tres. El rotor 12 está arreglado en una cavidad (no mostrada) de la turbina 10 de energía eólica, la cavidad se apoya en una torre 1 8. La cavidad tiene la capacidad de girar alrededor del eje vertical , mientras el rotor 12 gira alrededor del eje horizontal . De conformidad con esto, la turbina 1 0 de energía eólica de la Figura 1 es del tipo de acción. Sin embargo, la invención también se puede aplicar en rotores del tipo de turbina de energía eólica de reacción. Cada paleta 1 0 de rotor incluye una cara 20 superior y una cara 22 inferior opuesta (no mostrada en la Figura 1 pero ilustrada en las Figuras 3 a la 5), un borde 24 delantero y un borde 26 trasero opuesto con respecto a la dirección de rotación 28 del rotor 1 2. Cada paleta 16 del rotor también comprende una raíz 30 mediante la cual la paleta 16 se conecta con un cubo 14 y una punta 32 en el extremo radial de la paleta 1 6. Como se puede observar en la Figura 1 , los diferentes grupos 34, 36 y 38 de las aberturas 40, 42 y 44 de salida están arreglados en la superficie 20 superior de cada paleta 16. En una modalidad alternativa, las paletas 16 incluyen más o menos de tres grupos y cada grupo incluye más o menos que el número de aberturas ilustrado en la Figura. En otra modalidad, los grupos 34, 36 y 38 y las aberturas 40, 42 y 44 están arreglados diferentes a los mostrados en la Figura 1 . El arreglo de aberturas 40 de salida de aire del grupo 34 en la punta 32 de la paleta 16 se muestra con más detalle en las Figuras 2 y 3. Como se puede observar a partir de la Figura 3, en la punta 32 de la paleta 1 6 se proporciona una abertura 46 de entrada de aire arreglada en el borde 24 delantero de la paleta 16. Sin embargo, se debe notar que esta abertura 46 de entrada de aire también se puede arreglar en una porción diferente del borde 24 delantero. La abertura 46 de entrada de aire está en comunicación fluida con cada una de las aberturas 46 de salida de aire, que en la Figura 2, se muestran por un canal 48 desde cada conductor individual de fluido extendido que llevan a las aberturas 40 de salida de aire. Como alternativa, las aberturas 40 de salida de aire se pueden arreglar dentro de un canal de aire común. Como se puede observar en particular en la Figura 3, las aberturas 40 de aire están dirigidas hacia la punta 32 de la paleta 16. Durante la operación del rotor 1 2, el aire entra en la punta 32 a través de la abertura 46 de entrada de aire y es guiado a través de los conductores 50 de fluido y fuera por las aberturas 40 de salida de aire, como se muestra por las flechas 52 de la Figura 3. Las corrientes 52 individuales de aire evitan la creación de un vórtice alrededor de la punta 32 de la paleta 16, de modo que la corriente de aire a lo largo de las caras 20 y 22 inferior y superior alrededor de la punta 32 es más laminar y de conformidad con esto, se puede utilizar efectivamente para la elevación aerodinámica . En una modalidad, el funcionamiento de entrada de aire y la generación de aire presurizado del aire tomado a través de las aberturas se mejoran al arreglar un colector 54 Venturi en la abertura 46 de entrada de aire. Con esta construcción de canal estrecho, el aire es forzado dentro del canal 48, lo cual proporciona una presurización mejorada del aire. En una modalidad, las aberturas individuales de salida de aire se cierran y abren en forma selectiva. De conformidad con esto, como se muestra en la Figura 2, varias válvulas 56 están arregladas asociadas con cada una de las aberturas 40 de salida de aire. Las válvulas 56 se controlan, en una modalidad, por medio de una unidad 58 de control . En una modalidad , la paleta 16 del rotor también incluye un ventilador 60 arreglado dentro de la paleta 16 del rotor, dentro de un cubo 14, o en cualquier otra ubicación dentro o fuera de la turbina 10 de energía eólica, para generar una corriente activa de aire dirigida hacia las aberturas 40 de salida de aire. El ventilador 60, así como una aleta 62 de cierre o apertura , se controlan por una unidad de control , que en la modalidad de la Figura 2, también controla las válvulas 56. Por supuesto, se debe observar que el medio 64 generador de aire presurizado provisto por la abertura 56 de entrada de aire y las aberturas 40 de salida de aire, junto con el canal 48 y los conductores 50 de fluido pueden operar sin un ventilador 60. El sistema de comunicación interna de fluido para descargar el aire presurizado fuera de las aberturas 40 de salida de aire, como se muestra en las Figuras 2 y 3, se relaciona con una combinación de sistemas pasivos y activos. Un sistema de comunicación fluida del tipo pasivo comprende una comunicación fluida entre la abertura 46 de entrada y las aberturas 40 de salida, sin un ventilador o su similar, mientras un sistema de comunicación de fluido tipo activo incluye un ventilador motorizado en comunicación fluida con la abertura 46 de entrada de aire y las aberturas 40 de salida de aire. Sin considerar el tipo de sistema de comunicación fluida, tipo activo o pasivo, las aberturas 40 de salida están diseñadas, en una modalidad , como boquillas para expulsar el aire presurizado como chorros de aire. Por medio de los chorros 52 de aire presurizado expulsados de las aberturas 40 de salida de aire junto con la cara 20 superior de la paleta 16 y perpendiculares a la corriente de aire a la cual se somete la paleta 16 del rotor, reduce y/o evita la generación de vórtices en la punta 32 de la paleta 1 6 del rotor. Por medio de las aberturas 42 de salida de aire de la Figura 1 , que están arregladas en la cara 20 superior más cerca del borde 26 trasero que del borde 24 delantero, es posible desplazar la transición del flujo laminar al flujo turbulento, a lo largo de la paleta 16 hacia su borde 26 trasero. Este fenómeno se ilustra en las Figuras 4 y 5. La situación normal sin las aberturas 46 de salida de aire se muestra en la Figura 4. La corriente 66 de aire fluye como un flujo laminar a lo largo de la cara 20 superior y la cara 22 inferior hasta las transiciones 68, 70 desde las cuales el flujo laminar se vuelve turbulento. La Figura 5 muestra que con la ayuda de las aberturas 42 de salida de aire, los chorros 72 de aire presurizado son expulsados a lo largo de la cara 20 superior y hacia el borde 28 trasero, para que la transición en la cara 20 superior se desplace hacia atrás hacia el borde 26 trasero, lo que da como resultado un incremento en el porcentaje del área superficial aerodinámicamente utilizada para la elevación. El aire que es expulsado a través de las aberturas 42 de salida de aire se puede introducir por medio de aberturas de entrada de aire adicionales (no mostradas) arregladas en el borde 24 delantero de la paleta 16 y/o por aire generado en forma activa por medio de un ventilador y otro ventilador provisto en la turbina 1 0 de energía eólica. Las aberturas 44 de salida de aire en la raíz 30 de la paleta 16 son operativamente similares al desplazamiento de la transición como se muestra en las Figuras 4 y 5, por la provisión de las aberturas 42 de salida de aire.
Mientras la i nvención ha sido descrita en términos de varias modalidades específicas, las personas experimentadas en la técnica reconocerán que la invención se puede practicar con modificaciones dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims (9)

REIVI NDICACION ES
1 . Una paleta (1 6) para un rotor (1 2) de una turbina (1 0) de energ ía eólica , la paleta está caracterizada porque comprende: caras (20, 22) superior e inferior opuestas; bordes (24, 26) delantero y trasero opuestos, que conectan las caras superior e inferior; un medio (64) para generar aire presurizado; y por lo menos una abertura (40) de salida de aire en comunicación fluida con el medio generador de aire presurizado arreglado en por lo menos una de la cara superior, la cara inferior y el borde trasero para descargar el aire presurizado dentro del aire alrededor de por lo menos una de las caras superior e inferior y los bordes delantero y trasero.
2. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque además comprende una raíz (30) y una punta (32) arregladas en los extremos de los bordes delantero y trasero (24, 26) , la por lo menos una abertura (40) de salida de aire arreglada en por lo menos una de las caras (20, 22) superior e inferior en por lo menos una de la raíz y de la punta.
3. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque el medio (64) generador de aire presurizado comprende por lo menos una abertura (46) de entrada de aire arreglada en el borde (24) delantero y en comunicación fluida con la por lo menos una abertura (40) de salida de aire.
4. La paleta (1 6) de conform idad con la reivindicación 3 , caracterizada porque se proporcionan múltiples aberturas (40) , cada abertura de salida en comunicación fluida con la por lo menos una abertura (46) de entrada de aire por medio de por lo menos un conducto (50) de fluido.
5. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el medio (64) generador de aire presurizado también comprende un colector arreglado en por lo menos una abertura (46) de entrada.
6. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el medio (64) de aire presurizado también comprende un colector arreglado en por lo menos una abertura (46) de entrada de aire.
7. La paleta (1 6) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque el medio (64) de aire presurizado comprende un ventilador (60) para soplar aire presurizado fuera de por lo menos una abertura (40) de salida de aire.
8. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque una salida del ventilador (60) está en comunicación fluida con la por lo menos una abertura (40) de salida de aire y en donde una abertura de entrada del ventilador es provista para introducir aire por el ventilador.
9. La paleta (1 6) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque la abertura de entrada para el ventilador (60) está en comunicación fluida con la por lo menos una abertura (46) de entrada de aire del medio (64) generador de aire presurizado. 1 0. La paleta (16) de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque una salida del ventilador (60) está en comunicación fluida con la por lo menos una abertura (40) de salida de aire y en donde la abertura de entrada del ventilador es provista para introducir aire por el ventilador.
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