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WO2009144356A1 - Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores - Google Patents

Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores

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Abstract

Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores en el borde de ataque y/o borde salida (siendo este último con alto espesor relativo) situados en la zona de la raíz, de forma que se mejora el comportamiento aerodinámico y por tanto la cantidad de energía extraída del viento respecto de palas tradicionales con raíz cilíndrica u ovalada.

Description

PALA DE AEROGENERADOR CON ELEMENTOS HIPERSUSTENTADORES

Objeto de Ia invención.

El objeto de Ia presente patente de invención es una pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores en Ia zona de raíz de Ia pala, donde dichos elementos son de dos tipos: elementos hipersustentadores en Ia zona de borde de ataque y en Ia zona de borde de salida, de tal forma que dicha pala sea optimizada aerodinámicamente en toda su geometría para aumentar Ia producción energética del aerogenerador.

Antecedentes de Ia invención.

Las palas tradicionales de los aerogeneradores se unen al buje a través de una zona cilindrica conocida como raíz, cuya longitud característica suele ser de varios metros. Para Ia mayoría de los aerogeneradores, Ia función de dicha zona es típicamente estructural y no contribuye significativamente a Ia producción del aerogenerador, ya que no está optimizada aerodinámicamente.

En el actual estado de Ia técnica se describen elementos postizos en Ia zona de raíz para mejorar las prestaciones de Ia pala, sin embargo, se caracterizan por tener un borde de salida afilado y una longitud de cuerda en Ia unión con Ia raíz muy grande.

Así, por ejemplo, tenemos el documento WO 2007/131937 que describe una pala para un generador eólico con un elemento postizo del borde de salida postizo a Ia estructura de Ia propia pala.

Descripción de Ia invención.

Para paliar el problema comentado, se presenta Ia pala de aerogenerador con elemento hipersustentador, objeto de Ia presente patente de invención. Dichos elementos hipersustentadores son de dos tipos diferenciados en función de su posición y uso en Ia pala:

(i) Elemento hipersustentador de Ia zona de borde de salida de aerogeneradores;

(ii) Elemento hipersustentador de Ia zona de borde de ataque de aerogeneradores; El elemento hipersustentador de borde de salida es una pieza fija, y no móvil como en otros elementos aerodinámicos de borde de salida relatados en el estado de

Ia técnica. El borde de salida de este elemento es de un espesor mayor que los bordes de salida conocidos, obteniéndose un mayor coeficiente de sustentación, Io que a su vez permite construir el postizo con una menor longitud total (menor cuerda). Es decir, que para una misma sustentación, con un mayor espesor relativo de borde de salida se obtiene un elemento con una menor longitud o cuerda. El dispositivo permite además una construcción de Ia pala con una menor torsión, debido a que dispone de un mayor ángulo de entrada en pérdidas a altos ángulos de ataque. Este elemento hipersustentador puede formar parte de una pala enteriza y no sólo como elemento adicional o postizo.

El elemento hipersustentador de borde de ataque es uno seleccionado entre: (i) un primer elemento hipersustentador de borde de ataque, de curva suave adaptada a Ia raíz de Ia pala sin puntos de inflexión en su superficie exterior; (ii) un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque, con una menor superficie de contacto con Ia raíz de Ia pala y un punto de inflexión en su superficie externa, en Ia parte inferior, mejorando su comportamiento de trabajo;

(iii) un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque, de perfil externo pronunciado, sin puntos de inflexión en dicha superficie y una zona de contacto con Ia raíz inferior a las del primer y segundo elemento; (iv) un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque, con una zona de contacto mínima con Ia raíz , Io que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en Ia superficie externa de este cuarto elemento, incrementando el coeficiente de sustentación máximo; El uso combinado de ambas configuraciones (borde de salida y borde de ataque) se obtienen las siguientes ventajas técnicas:

Se obtiene una mayor energía producida por el aerogenerador, al mejorar el coeficiente aerodinámico de las palas.

Se obtiene una mejora en el rendimiento a velocidades de viento incidentes más bajas, dado que el ángulo de incidencia del viento se ha mejorado.

Se puede utilizar en palas ya instaladas, también se mejora y facilita su producción y transporte.

Breve descripción de las figuras. A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor Ia invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La figura 1 es una vista en planta de una pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores incorporados, tal y como se describe en Ia presente invención.

La figura 2 es una sección transversal de Ia pala de aerogenerador con el primer elemento hipersustentador de borde de ataque incorporado.

La figura 3 es una sección transversal de Ia pala de aerogenerador con el segundo elemento hipersustentador de borde de ataque incorporado. La figura 4 es una sección transversal de Ia pala de aerogenerador con el tercer elemento hipersustentador de borde de ataque incorporado. La figura 5 es una sección transversal de Ia pala de aerogenerador con el cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque incorporado.

La figura 6 es una vista en perfil de un aerogenerador con elementos hipersustentadores incorporados, según Ia presente invención.

Realización preferente de Ia invención.

Tal y como puede observarse en las figuras adjuntas, Ia pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores comprende, al menos, un elemento hipersustentador de borde de salida (1 ) con un final romo y una longitud de cuerda (C) entre un 5% y un 30% inferior a un perfil convencional para el mismo coeficiente de sustentación; y porque el radio de Ia zona de unión está relacionado con el radio de Ia raíz (4) de Ia pala (3), así como con el espesor de dicho elemento hipersustentador de borde de salida (1 ).

El primer elemento hipersustentador de borde de salida (1 ) puede ser postizo o integrado en una pala enteriza.

El elemento hipersustentador de borde de ataque (2) es uno seleccionado entre:

(i) un primer elemento hipersustentador de borde de ataque (20), de curvatura suave adaptada a Ia raíz (4) de Ia pala (3) sin puntos de inflexión en su superficie exterior;

(ii) un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque (21 ), con una menor superficie de contacto con Ia raíz (4) de Ia pala (3) y un punto de inflexión en su superficie externa, en Ia parte inferior;

(iii) un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque (22), de perfil externo pronunciado, que mantiene un hueco entre si mismo y Ia raíz de forma que deja pasar cierta cantidad de flujo de aire entre el intradós y el extradós del perfil para energizar Ia capa límite del extradós del perfil y mejorar el comportamiento aerodinámico, donde además este tercer elemento (22) puede ser móvil (rotatorio respecto del centro del cilindro y conocido en aerodinámica como "slot") de tal forma que se adapta mejor a las condiciones de operación fijadas por el flujo incidente mediante Ia modificación de CL y αstaiι

(iv) un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23), con una zona de contacto mínima con Ia raíz (4), Io que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en Ia superficie externa de este cuarto elemento (23), donde además este cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23) o "slot" puede ser móvil

(rotatorio, ídem), de tal forma que se optimice Ia relación CL y OSTALL En el diseño de los elementos hipersustentadores que se acoplaran a Ia pala del aerogenerador, tanto en el borde de ataque como en el borde de salida, además de tener en cuenta una optimización de Ia relación entre el coeficiente de sustentación CL y el ángulo de ataque ÜSTALL, debe tener en cuenta una distancia de seguridad entre los límites geométricos de los postizos y Ia propia máquina.

En Ia figura 6 se muestra una realización del aerogenerador completo representándose Ia torre (8), Ia góndola (9) y Ia pala (3) y donde específicamente se muestra Ia incorporación de dichos postizos hipersustentadores en Ia pala de un aerogenerador en Ia que se señalan gráficamente las distancias de seguridad de los diferentes elementos: distancia de seguridad del buje (5), distancia de seguridad de Ia góndola (6) y distancia de seguridad de Ia torre (7 ), para una longitud de cuerda máxima, de manera que se obtiene una distancia de seguridad de unos 300mm en Ia góndola, de unos 300mm en el buje y de unos 400mm en Ia torre.

Claims

Reivindicaciones.
1.- Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores caracterizada porque comprende al menos
- un elemento hipersustentador de borde de ataque (2), integrado en Ia raíz de Ia pala, con movimiento relativo entre el elemento postizo de borde de ataque y Ia raíz de pala - un elemento hipersustentador de borde de salida (1 ) integrado en Ia raíz de Ia pala dando continuidad a Ia superficie de Ia pala en una longitud de cuerda (C) y con un final romo.
2.- Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores de Ia reivindicación 1 caracterizada porque el elemento hipersustentador de borde de ataque (2) es uno seleccionado entre:
(i) un primer elemento hipersustentador de borde de ataque (20), de curvatura suave adaptada a Ia raíz (4) de Ia pala (3) sin puntos de inflexión en su superficie exterior;
(ii) un segundo elemento hipersustentador de borde de ataque (21 ), con una menor superficie de contacto con Ia raíz (4) de Ia pala (3) y un punto de inflexión en su superficie externa, en Ia parte inferior;
(iii) un tercer elemento hipersustentador de borde de ataque (22), de perfil externo pronunciado, sin puntos de inflexión en dicha superficie y una zona de contacto con Ia raíz inferior a las del primer (20) y segundo elemento (21 );
(iv) un cuarto elemento hipersustentador de borde de ataque (23), con una zona de contacto mínima con Ia raíz (4), Io que a su vez propicia un punto de inflexión muy pronunciado en Ia superficie externa de este cuarto elemento
(23).
3.- Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores, según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque comprende, al menos, un elemento hipersustentador de borde de salida (1 ) con un final romo y una longitud de cuerda (C) entre un 5% y un 30% inferior a un perfil convencional con un mismo coeficiente de sustentación.
4.- Pala de aerogenerador con elementos hipersustentadores de Ia reivindicación 1 caracterizada porque el radio de Ia zona de unión está relacionado con el radio de Ia raíz (4) de Ia pala (3), así como con el espesor de dicho elemento hipersustentador de borde de salida (1 ).
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