WO2007051879A1 - Pala partida para aerogeneradores - Google Patents

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WO2007051879A1
WO2007051879A1 PCT/ES2006/000595 ES2006000595W WO2007051879A1 WO 2007051879 A1 WO2007051879 A1 WO 2007051879A1 ES 2006000595 W ES2006000595 W ES 2006000595W WO 2007051879 A1 WO2007051879 A1 WO 2007051879A1
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blade
angle
blades
tower
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PCT/ES2006/000595
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Inventor
Jose Ignacio LLORENTE GONZÁLEZ
Sergio Vélez Oria
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Gamesa Innovation & Technology, S.L.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a split blade for wind turbines, composed of at least two sections joined together and constituted so as to eliminate the risk of impact of the tip of the blade with the tower, due to the flexion of the blade before certain cases of extreme load, while the bending moment caused by the weight of the blades in the tower is hardly increased, because the center of gravity of the blades is moved as little as possible from the axis of the tower.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26)
  • EP 01019631 a wind turbine blade is described, in which its geometry is modified, giving some curvature along the end third of the blade. This curvature causes the distance between the blade tip and the tower to increase, achieving the counter-arrow and avoiding the risk of impact with the tower.
  • the blade described in this patent is constituted in one piece and, therefore, presents the classic transport problems to the wind turbine assembly point.
  • Another way to achieve a counterstroke in the blades is described in WO-03060319.
  • the joining of the blades with the rotor core is carried out according to a plane that is not perpendicular to the axis of the blade, but forms a certain angle therewith, so that it is achieved at the tip of the shovel the counter-arrow necessary to avoid the risk of collision of said tip with the tower.
  • the invention is applied to one-piece blades.
  • root angle a certain angle of the blade from the rotor hub
  • US Patents 20030227174 in which the blades are split
  • EP 0368374 in which the rotor includes two blades in one piece and the root angle is variable.
  • US 4533297 can be cited, which encompasses the two concepts described above, applied to a split blade: root angle and intermediate inclination angle. The first is achieved by making the blade start of the rotor bushing at a certain angle and the second by joining two sections of each blade with a connector that includes a joint and joining the tip and connector of each blade with the tip and connectors of the adjacent blades by means of two cables.
  • the present invention has as its object a split blade for wind turbines, composed of two or more sections connected consecutively by rigid joints, and in which at least the axes of the end sections form an angle greater than 180 °, on the opposite side to the tower, so that being the inner section or sections parallel to the axis of the tower, the most extreme section will run in a divergent direction with respect to said axis.
  • the blade will have a counter-arrow that will increase the distance between the end of the blade and the tower.
  • the adjacent adjacent sections of consecutive sections define a seat and joint plane between them that is not perpendicular to the axis of the blade, but forms a certain angle therewith.
  • the aforementioned seat plane coincides with the bisector of the angle defined by the axes of the two sections.
  • the extreme cross section of one of the sections at least, is inclined with respect to the axis of said section, with the angle of inclination that allows the counter-arrow to be achieved. desired for the end section of the blade and, thereby, the increase in distance between the end of said blade and the tower.
  • the angle between Consecutive sections can be achieved by including a wedge between adjacent cross sections of said sections.
  • said sections could be perpendicular to the axis of the corresponding section.
  • the intermediate inclination angle can also be achieved by tilting the adjacent extreme cross sections of two consecutive sections.
  • the two extreme cross sections may have the same or different inclination, provided that with the inclination of both sections the desired intermediate inclination angle is achieved.
  • the rigid union between consecutive sections can be achieved by any system, for example as described in the PCT / ES 2005/100168 application, of the same applicants.
  • the blades can be constituted by two or more sections and the object of the invention could be applied only between two consecutive sections or at the junction of each two sections.
  • the blade of the invention could also have a certain root angle, so that the distance between the end of the blade and the tower was a consequence of the root angle and the intermediate inclination angle.
  • the section farthest from the root will rotate in a cone with greater taper than the cone in which the section closest to the root rotates.
  • shovel of the invention achieves a better behavior in the face of the inclement weather and a lower rate of vibrations, through the configuration resulting from the union of the different sections of the blades as described, the center of gravity of the set of blades, and therefore that of the set of the blades, the rotor and the elements of the gondola, will be closer to the axis of the tower, which will reduce the bending moment produced by the own weight of the blades in the tower, which It will result in an improvement of the design criteria of the wind turbine.
  • Figure 1 is a schematic elevation of a wind turbine constituted according to the invention, in which the blades have an intermediate inclination angle.
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1, in which the wind turbine blades have a root angle and an intermediate inclination angle.
  • Figure 3 shows in schematic section the connection between the two consecutive sections of a wind turbine blade, according to the invention.
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3, showing an execution variant.
  • Figure 5 is a schematic section similar to Figure 3, showing a second variant of execution.
  • Figure 6 is a view similar to Figure 1, showing a wind turbine with the blades subdivided into three sections, according to the invention. Detailed description of one embodiment
  • Figure 1 shows a wind turbine that it includes a column or tower 1 in which the gondola 2 is mounted, which includes an alternator driven by a rotor 3 composed of blades 4 that start from a central hub 5.
  • the blades 4 are composed in the example represented by two sections, an internal one 6, which is parallel to the axis 8 of the column and is connected to the hub 5 in a traditional manner, and an external section 7 which forms an angle with the internal section 6 of intermediate inclination ⁇ .
  • This arrangement means that the set of the blades 4 has a counter-arrow with which the end 9 of the blades is far from the column or tower 1, with respect to the blade that follows the direction of the inner section 6, parallel to the axis 8 of the column.
  • Figure 2 shows a wind turbine of similar constitution, in which the inner section 6 of the blades forms a root angle ⁇ with the axis 8 of the column.
  • the end section 7 of the blades forms an angle ⁇ 1 with the inner section 6, so that the end 9 of the blades is separated from the tower 1 a distance that is a function of the angles ⁇ and ⁇ 1 .
  • connection between sections 6 and 7 is rigid and can be carried out by any known system.
  • the angle ⁇ or O ⁇ 1 can be achieved by providing one of the sections, in the example shown in Figure 3 to section 7, of an end section 10 that forms with the axis 11 of said section an angle such that the desired counter-arrow can be achieved.
  • section 6 will have an extreme section perpendicular to axis 12 of said section.
  • the extreme sections of sections 6 and 7 may have an inclination, equal or different, that is referenced with the number 10 'and which will allow obtaining the same counter-arrow between the two sections as in case of figure 3.
  • Figure 5 shows an execution variant in which the angle ex or ⁇ 1 is corrected by inserting between the adjacent end sections of two consecutive sections 6 and 7 a wedge-shaped intermediate part 16, whose angle "c" will be supplementary to the angle "d” formed between axes 11 and 12 of sections 6 and 7.
  • the one-piece blade 13 is shown as a broken line which would have a counter-arrow equivalent to the blade of the invention formed by sections 6 and 7.
  • sections 6 and 7 form, on the side directed towards tower 1, an angle greater than 180 °, which makes the end section 7 run in a divergent direction with respect to the axis 8 of the tower, thus leaving the end 9 of the blades away from said tower.
  • Figure 6 shows a wind turbine of general constitution coinciding with that shown in Figure 1, the same references being used to designate matching elements. The difference is that the blades 4 are subdivided into three sections, an internal one 6 which, as in the case of figure 1, part of the hub 5 and is parallel to the axis 8 of the column, an intermediate one 14, which forms with the section 6 an angle ⁇ , and an external one 15, which forms an angle ⁇ with the intermediate section.
  • This constitution will facilitate the transport of the blades and will allow the blades to have a larger counterflight, with which it separates, even more the end 9 of the blade of tower 1.

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Abstract

Pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o más tramos (6 y 7) unidos consecutivamente entre si mediante uniones rigidas. Los ejes de dichos tramos forman un ángulo mayor de 180° por el lado enfrentado a la torre (1) del aerogenerador.

Description

PALA PARTIDA PARA AEROGENERADORES
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una pala partida para aerogeneradores, compuesto por al menos dos tramos unidos entre si y constituida de modo que se elimine el riesgo de impacto de la punta de la pala con la torre, debido a la flexión de la pala ante ciertos casos de carga extrema, al tiempo que apenas se incrementa el momento flector provocado por el peso de las palas en la torre, debido a que se aleja lo menos posible el centro de gravedad de las palas respecto del eje de la torre.
Uno de los principales criterios de diseños de las palas para aerogeneradores es la deflexión de punta de pala ante ciertos casos de carga extremos. La gran longitud y flexibilidad de las palas provoca que, a su paso por la torre, exista el riesgo de impacto entre pala y torre en caso de no estar correctamente dimensionada la pala. La normativa vigente regula incluso dicha máxima deflexión en punta. Esto provoca que, según sea la estructura de la pala, el criterio de diseño sea dimensionante, y por tanto responsable directo del peso y coste de la pala. Además, al aumentar el peso de la pala o alejar su centro de gravedad del eje de la torre, aumentan las cargas en el resto del aerogenerador, siendo por tanto dicho criterio de diseño responsable indirecto del peso y coste del aerogenerador . Antecedentes de la invención
Para eliminar o reducir el riesgo de impacto entre palas y torre, sin recurrir al criterio de diseño dimensionante, es ya conocido el dotar a la pala de una contraflecha, con la que se logre aumentar la distancia entre punta de pala y torre, contrarrestando asi la deflexión de punta de pala, pero aumentando consecuentemente la distancia entre el centro de gravedad de las palas respecto del eje de la torre, lo cual provoca un aumento de las cargas en el aerogenerador .
HOJA DE REMPLAZO (REGLA 26) En Ia EP 01019631 se describe una pala para aerogeneradores, en la que se modifica su geometría, dando cierta curvatura a lo largo del tercio extremo de la pala. Esta curvatura provoca que la distancia entre la punta de pala y la torre aumente logrando la contraflecha y evitando el riesgo de impacto con la torre. Sin embargo la pala descrita en esta patente esta constituida de una sola pieza y, por tanto presenta los problemas clásicos de transporte hasta el punto de montaje del aerogenerador . Otra forma de lograr una contraflecha en las palas se describe en la WO-03060319. De acuerdo con dicha patente la unión de las palas con el núcleo del rotor se lleva a cabo según un plano que no es perpendicular al eje de la pala, sino que forma un cierto ángulo con el mismo, de modo que se logre en la punta de la pala la contraflecha necesario para evitar el riesgo de colisión de dicha punta con la torre.
Como en el caso anterior, la invención esta aplicada a palas de una sola pieza.
El mismo concepto expuesto, la formación de un cierto ángulo de la pala a partir del buje del rotor, en adelante denominado "ángulo de raiz", se describe en las patentes US 20030227174, en la cual las palas son partidas; y en la EP 0368374, en la cual el rotor incluye dos palas de una sola pieza y el ángulo de raiz es variable. Por último puede citarse la US 4533297, que engloba los dos conceptos antes expuestos, aplicados a una pala partida: ángulo de raiz y ángulo de inclinación intermedio. El primero se logra haciendo que la pala arranque del buje del rotor con un cierto ángulo y el segundo mediante la unión de dos tramos de cada pala con un conector que incluye una articulación y uniendo la punta y conector de cada pala con la punta y conectores de las palas adyacentes mediante sendos cables . A través de los conectores entre tramos de cada pala y regulando la longitud de los cables, es posible definir el ángulo del tramo extremo de las palas. En este caso, aunque las palas son partidas, el ángulo de inclinación intermedio exige un conector entre tramos, compuesto por una articulación, y cables con los que se fija, regulando su longitud, dicho ángulo de inclinación intermedio, todo lo cual supone una estructura complicada, costosa y de comportamiento inseguro ante las inclemencias climáticas.
En los documentos anteriormente citados se hace caso omiso a la repercusión del incremento de la distancia entre el centro de gravedad de las palas y el eje de la torre, y por tanto no se tiene en cuenta el aumento de las cargas como consecuencia del momento flector que este hecho provoca. Descripción de la invención
La presente invención tiene por objeto una pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o mas tramos conectados consecutivamente mediante uniones rígida, y en la que al menos los ejes de los tramos extremos forman entre si un ángulo mayor de 180°, por el lado enfrentado a la torre, de modo que al ser el tramo o tramos internos paralelos al eje de la torre, el tramo mas extremo discurrirá en dirección divergente respecto de dicho eje. De este modo la pala presentará una contraflecha que hará que aumente la distancia entre el extremo de la pala y torre .
Para ello, según una forma de realización, las secciones extremas adyacentes de tramos consecutivos definen un plano de asiento y unión entre las mismas que no es perpendicular al eje de la pala, sino que forma un cierto ángulo con el mismo. El plano de asiento citado coincide con la bisectriz del ángulo definido por los ejes de los dos tramos .
Para lograr esta disposición, de acuerdo con la invención, en la unión de dos tramos consecutivos la sección transversal extrema de uno de los tramos, al menos, esta inclinada respecto del eje de dicho tramo, con el ángulo de inclinación que permita lograr la contraflecha deseada para el tramo extremo de la pala y, con ello, el aumento de distancia entre el extremo de dicha pala y la torre.
Según una variante de ejecución, el ángulo entre tramos consecutivos puede lograrse mediante la inclusión de una cuña entre las secciones transversales adyacentes de dichos tramos. En este caso dichas secciones podrían ser perpendiculares al eje del tramo correspondiente. También el ángulo de inclinación intermedio puede lograrse mediante inclinación de las secciones transversales extremas adyacentes de dos tramos consecutivos. En este caso las dos secciones transversales extremas pueden tener igual o diferente inclinación, siempre que con la inclinación de ambas secciones se logre el ángulo de inclinación intermedio deseado .
La unión rígida entre tramos consecutivos puede lograrse por cualquier sistema, por ejemplo según se describe en la solicitud PCT/ES 2005/100168, de los mismos solicitantes.
Como puede comprenderse, las palas pueden estar constituidas por dos o mas tramos y el objeto de la invención podría ser aplicado solo entre dos tramos consecutivos o en la unión de cada dos tramos. Además, la pala de la invención podría presentar también un determinado ángulo de raíz, de modo que la distancia entre el extremo de la pala y la torre fuese consecuencia del ángulo de raíz y del ángulo de inclinación intermedio. Con esta realización el tramo más alejado de la raíz girará en un cono de mayor conicidad que el cono en el que gira el tramo más cercano a la raíz.
Al ser la pala de la invención partida, se reducen los problemas de transporte hasta el lugar de instalación del aerogenerador . Por otro lado, al ser la unión entre tramos de la pala rígidos, eliminando articulaciones y cables de unión entre palas, se logra una mejor aerodinámica, puesto que se dispone de una pala continua. Asimismo se eliminan partes móviles, lo cual se traducirá en un funcionamiento más seguro y fiable, una mayor resistencia y un menor desgaste, o lo que es igual una mayor vida de las palas. También con la pala de la invención se logra un mejor comportamiento ante las inclemencias climáticas y un menor Índice de vibraciones, mediante la configuración resultante de la unión de los diferentes tramos de las palas tal y como se ha descrito, el centro de gravedad del conjunto de las palas, y por consiguiente el del conjunto de las palas, el rotor y los elementos de la góndola, se encontrará más próximo al eje de la torre, con lo cual se reducirá el momento flector producido por el peso propio de las palas en la torre, lo que repercutirá en una mejora de los criterios de diseño del aerogenerador . Breve descripción de los dibujos
El objeto de la invención podrá comprenderse mejor con la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra de forma esquemática y a título de ejemplo no limitativo una posible forma de realización.
En los dibujos:
La figura 1 es un alzado esquemático de un aerogenerador constituido de acuerdo con la invención, en el que las palas presentan un ángulo de inclinación intermedio.
La figura 2 es una vista similar a la figura 1, en el que las palas del aerogenerador presentan un ángulo de raíz y un ángulo de inclinación intermedio. La figura 3 muestra en sección esquemática la unión entre los dos tramos consecutivos de una pala de aerogenerador, de acuerdo con la invención.
La figura 4 es una vista similar a la figura 3, mostrando una variante de ejecución. La figura 5 es una sección esquemática similar a la figura 3, mostrando una segunda variante de ejecución.
La figura 6 es una vista similar a la figura 1, mostrando un aerogenerador con las palas subdivididas en tres tramos, de acuerdo con la invención. Descripción detallada de un modo de realización
En la figura 1 se muestra un aerogenerador que incluye una columna o torre 1 en la que va montada la góndola 2, que incluye un alternador accionado por un rotor 3 compuesto por palas 4 que parten de un buje central 5.
Las palas 4 están compuestas en el ejemplo representado por dos tramos, uno interno 6, que es paralelo al eje 8 de la columna y se conecta al buje 5 de forma tradicional, y un tramo externo 7 que forma con el tramo interno 6 un ángulo de inclinación intermedio α. Esta disposición hace que el conjunto de las palas 4 tenga una contraflecha con la cual el extremo 9 de las palas queda alejado de la columna o torre 1, respecto de la pala que siguiera la dirección del tramo interno 6, paralelo al eje 8 de la columna.
En la figura 2 se muestra un aerogenerador de constitución similar, en el que el tramo interno 6 de las palas forma un ángulo de raiz β con el eje 8 de la columna. Además el tramo extremo 7 de las palas forma un ángulo α1 con el tramo interno 6, de modo que el extremo 9 de las palas queda separado de la torre 1 una distancia que es función de los ángulos β y α1.
De acuerdo con la invención la unión entre los tramos 6 y 7 es rigida y puede llevarse a cabo por cualquier sistema conocido. El ángulo α ó OÍ1 puede conseguirse dotando a uno de los tramos, en el ejemplo representado en la figura 3 al tramo 7, de una sección extrema 10 que forma con el eje 11 de dicho tramo un ángulo tal que permita lograr la contraflecha deseada entre los tramos 6 y 7. En este caso el tramo 6 tendrá una sección extrema perpendicular al eje 12 de dicho tramo. También, según se muestra en la figura 4, las secciones extremas de los tramos 6 y 7 pueden presentar una inclinación, igual o diferente, que se referencia con el número 10' y que permitirá obtener entre los dos tramos la misma contraflecha que en el caso de la figura 3. En la figura 5 se muestra una variante de ejecución en la que el ángulo ex o α1 se corrige intercalando entre las secciones extremas adyacentes de dos tramos consecutivos 6 y 7 una pieza intermedia 16 en forma de cuña, cuyo ángulo "c" será suplementario del ángulo "d" formado entre los ejes 11 y 12 de los tramos 6 y 7. Con la constitución comentada, mediante la unión rígida de los tramos 6 y 7, se obtienen palas continuas, con las que se logra un mejor comportamiento aerodinámico.
En las figuras 1 y 2 se representa mediante linea discontinua la pala 13 de una sola pieza que tendría una contraflecha equivalente a la pala de la invención formada por los tramos 6 y 7.
Con cualquiera de las realizaciones mostradas en las figuras 1 y 2 los tramos 6 y 7 forman, por el lado dirigido hacia la torre 1, un ángulo mayor de 180°, lo cual hace que el tramo extremo 7 discurra en dirección divergente respecto del eje 8 de la torre, quedando asi alejado el extremo 9 de las palas respecto de dicha torre.
En la figura 6 se muestra un aerogenerador de constitución general coincidente con el mostrado en la figura 1, utilizándose las mismas referencias para designar elementos coincidentes. La diferencia estriba en que las palas 4 están subdivididas en tres tramos, uno interno 6 que, como en el caso de la figura 1 parte del buje 5 y es paralelo al eje 8 de la columna, uno intermedio 14, que forma con el tramo 6 un ángulo β, y uno externo 15, que forma con el tramo intermedio un ángulo γ.
Esta constitución facilitará el transporte de las palas y permitirá que las palas puedan tener una contraflecha mayor, con la que se separa, mas aun el extremo 9 de la pala de la torre 1.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Pala partida para aerogeneradores, compuesta por dos o mas tramos unidos consecutivamente entre si, caracterizado porque la unión entre cada dos tramos consecutivos es rigida y los ejes de dichos tramos forman un ángulo mayor de 180° por el lado enfrentado a la torre del aerogenerador , discurriendo el tramo mas extremos en dirección divergente respecto del eje de la torre.
2.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque en la unión de dos tramos consecutivos dichos tramos apoyan directamente entre si a través de sus secciones transversales y al menos una de tales secciones presenta una inclinación respecto del eje del tramo correspondiente cuyo ángulo es suplementario con el ángulo menor que forman entre si los ejes de dichos tramos.
3.- Pala según la reivindicación 1, caracterizada porque las secciones transversales adyacentes de tramos consecutivos son perpendiculares a los ejes de dichos tramos y la unión de los mismos se lleva a cabo con interposición entre dichas secciones de una pieza rigida en cuña, cuyo ángulo es suplementario del ángulo menor que forman entre si los ejes de dichos tramos .
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