Pala de turbina eólica con elemento amortiguador.
Una pala (18) para una turbina eólica (10), que comprende:
un cuerpo de carcasa (30) definido por una primera y una segunda carcasas (32,
34) que se extienden entreun borde de ataque (36) y un borde de salida (38);
un larguero interior (40) que soporta al menos una porción del cuerpo de carcasa (30); y
un elemento amortiguador (100) acoplado a al menos uno del cuerpo de carcasa (30) o del larguero interior(40), estando configurado el elemento amortiguador (100) para moverse con respecto al cuerpo de carcasa(30) para disipar las vibraciones de la pala (18), y teniendo el elemento amortiguador (100) un mayor gradode libertad en una dirección de batimiento entre la primera y la segunda carcasas (32, 34) que en unadirección de borde entre los bordes de ataque y de salida (36, 38),
caracterizado porque el elemento amortiguador (100) está acoplado al larguero interior (40) y comprende unaprimera y una segunda superficies (102, 104) que se extienden en una dirección alejada del larguero interior(40) y hacia el borde de salida (38), estando separadas las primera y segunda superficies (102, 104) en ellarguero interior (40) pero unidas en una localización alejada del larguero interior (40) para definir una caja.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/026198.
Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.
Nacionalidad solicitante: Dinamarca.
Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.
Inventor/es: WESTERGAARD,CARSTEN HEIN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D1/06 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › F03D 1/00 Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/02). › Rotores.
PDF original: ES-2424491_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Pala de turbina eólica con elemento amortiguador
Campo técnico
La presente invención se refiere al amortiguamiento de las vibraciones de una pala de turbina eólica. Más específicamente, la presente invención se refiere a un elemento para amortiguar las vibraciones de borde de una pala de turbina eólica, a una pala de turbina eólica que incluye dicho elemento, y a un procedimiento para amortiguar las vibraciones de borde con dicho elemento.
Antecedentes Existen dos tipos principales de vibraciones naturales (es decir, oscilaciones resonantes) asociadas con la pala de una turbina eólica. Las vibraciones de batimiento se producen en un plano perpendicular a los bordes de ataque y de salida de la pala. Las vibraciones de borde se producen en un plano que atraviesa los bordes de ataque y de salida. Ambos tipos de vibraciones someten a la pala a cargas significativas que pueden intensificar los daños por fatiga y llevar al fallo. Por lo tanto, es importante evitar la excitación de estas vibraciones.
Esto es particularmente cierto cuando una pala inicia una condición operativa denominada pérdida aerodinámica. Durante la pérdida aerodinámica, el flujo de aire sobre la superficie superior de la pala se vuelve cada vez más turbulento. Si la turbulencia u otros factores excitan las vibraciones naturales de la pala, las fuerzas aerodinámicas tienden a amplificar estos movimientos. Esto se produce debido a un principio denominado amortiguamiento aerodinámico negativo.
Existe un alto riesgo de daños en la situación anteriormente descrita, especialmente en las turbinas reguladas por pérdida aerodinámica en las que se utiliza intencionadamente la pérdida aerodinámica para controlar la potencia producida. Específicamente, las fuerzas aerodinámicas que excitan las vibraciones naturales durante el funcionamiento son función del cuadrado de la velocidad de la punta de la pala. Estas fuerzas son significativas durante la pérdida aerodinámica debido a que dicha condición se produce a unas velocidades del viento relativamente elevadas.
Las turbinas reguladas por cambio de ángulo de paso no experimentan la situación anteriormente descrita tanto como las turbinas reguladas por pérdida aerodinámica. Esto se debe a que las palas de una turbina regulada por cambio de ángulo de paso pueden inclinarse para cambiar la aerodinámica cuando se detecta un amortiguamiento aerodinámico negativo. No obstante, aún puede producirse la situación durante un breve periodo de tiempo. Las palas de una turbina regulada por cambio de ángulo de paso también pueden experimentar la amplificación de las vibraciones naturales cuando están “paradas” durante una tormenta con vientos extremadamente elevados. Sin embargo, en tal situación, las fuerzas aerodinámicas que excitan las vibraciones naturales de la pala son función del cuadrado de la velocidad del viento.
Existen dos principios principales que contrarrestan el amortiguamiento aerodinámico negativo: 1) otro principio aerodinámico conocido como amortiguamiento dinámico, y 2) amortiguamiento estructural. Aunque el amortiguamiento dinámico juega un papel importante para reducir las vibraciones de batimiento, sólo resulta ligeramente efectivo para reducir las vibraciones de borde. Por lo tanto, el factor principal a la hora de evitar las vibraciones de borde es el amortiguamiento estructural de una pala.
Se han desarrollado varias maneras de aumentar el amortiguamiento de una pala estructural. Por ejemplo, el documento WO 95/21327 da a conocer una pala que tiene un elemento reductor de la oscilación orientado en la dirección de las oscilaciones no deseadas. Aunque la solicitud de patente describe en primer lugar el elemento reductor de la oscilación utilizando términos genéricos y lo representa utilizando símbolos convencionales, la mayor parte de las realizaciones dadas a conocer son amortiguadores de líquido sintonizados. Estos amortiguadores están diseñados específicamente (es decir, “sintonizados”) para que tengan una frecuencia natural que corresponda sustancialmente a la frecuencia natural dominante de la pala. Como tales, su efectividad a la hora de amortiguar las vibraciones depende de la frecuencia. Normalmente, también requieren mantenimiento y su acceso e instalación pueden resultar difíciles.
También son conocidos los amortiguadores pasivos. Un ejemplo de amortiguador pasivo se da a conocer en el documento WO 99/43955. Sin embargo, debido a que los amortiguadores pasivos son normalmente difíciles de diseñar e implementar, el número de soluciones adecuadas desarrolladas ha sido limitado. Aún hay mucho espacio para mejoras en esta área.
Resumen La siguiente divulgación proporciona una pala para una turbina eólica. La pala generalmente comprende un cuerpo
de carcasa, un larguero interior que soporta al menos una porción del cuerpo de carcasa, y un elemento amortiguador acoplado a al menos uno del cuerpo de carcasa o del larguero interior (el elemento amortiguador podría estar acoplado al cuerpo de carcasa y/o al larguero interior) . El cuerpo de carcasa está definido por una primera y una segunda carcasas que se extienden entre un borde de ataque y un borde de salida. El elemento amortiguador está configurado para moverse con respecto al cuerpo de carcasa para disipar las vibraciones de la pala. Adicionalmente, el elemento amortiguador tiene un mayor grado de libertad en una dirección de batimiento entre la primera y la segunda carcasas que en una dirección de borde entre los bordes de ataque y de salida.
Se dan a conocer a modo de ejemplos diferentes realizaciones del elemento amortiguador. El término “medio amortiguador” se refiere a alguna de estas realizaciones, o a todas ellas, junto con los equivalentes de dichas realizaciones. El elemento amortiguador puede comprender, por ejemplo, una primera porción acoplada con el cuerpo de carcasa y/o el larguero interior, una segunda porción acoplada con el cuerpo de carcasa y/o el larguero interior, y un material de unión que acopla la primera porción a la segunda porción. El material de unión tiene una menor rigidez que la primera y la segunda porciones pero una mayor capacidad de amortiguamiento que la primera y la segunda porciones.
Puede haber un único elemento amortiguador en la pala o una pluralidad de elementos amortiguadores acoplados a la pala. Adicionalmente, el elemento amortiguador puede estar formado al menos parcialmente con la pala o sujeto a la misma de manera separada. Como tal, la anterior divulgación proporciona un elemento amortiguador autónomo, adicionalmente a una pala de turbina eólica que incorpore tal elemento. El elemento amortiguador autónomo puede comprender una caja configurada para su acoplamiento al larguero interior y para su movimiento con respecto al cuerpo de carcasa para disipar las vibraciones de la pala. La caja, como todos los elementos amortiguadores anteriormente descritos, tiene un mayor grado de libertad en una dirección de batimiento entre la primera y la segunda carcasas que en una dirección de borde entre los bordes de ataque y de salida.
Finalmente, también se proporciona una turbina eólica que incorpora la pala y el elemento amortiguador, junto con un procedimiento para disipar las vibraciones de borde de la pala de dicha turbina eólica. Así, el procedimiento implica operar la turbina eólica de tal modo que la pala experimente vibraciones de borde. En respuesta, el elemento amortiguador se mueve con respecto al cuerpo de carcasa principalmente en la dirección de batimiento para amortiguar las vibraciones de borde. En este contexto, el término “principalmente” se refiere al grado de libertad del elemento amortiguador; el movimiento relativo es mayor en la dirección de batimiento que en la dirección de los bordes.
Estos y otros aspectos resultarán más aparentes a partir de la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones, así como los dibujos adjuntos. Obsérvese que al describir el mismo tipo de elementos, los adjetivos numéricos tales como “primer/a” y “segundo/a”, se utilizan meramente por claridad. Están asignados arbitrariamente y pueden intercambiarse. Como tal, el uso de estos adjetivos en las reivindicaciones puede o no corresponder con el uso de los mismos adjetivos en la descripción detallada (p. ej., un “primer elemento” en las reivindicaciones podría referirse a cualquier “elemento”, y no necesariamente a los etiquetados como “primero” en la siguiente descripción detallada) .
Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una realización de una turbina eólica;
La Fig. 2 es una vista en perspectiva de una pala... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Una pala (18) para una turbina eólica (10) , que comprende:
un cuerpo de carcasa (30) definido por una primera y una segunda carcasas (32, 34) que se extienden entre un borde de ataque (36) y un borde de salida (38) ;
un larguero interior (40) que soporta al menos una porción del cuerpo de carcasa (30) ; y
un elemento amortiguador (100) acoplado a al menos uno del cuerpo de carcasa (30) o del larguero interior (40) , estando configurado el elemento amortiguador (100) para moverse con respecto al cuerpo de carcasa (30) para disipar las vibraciones de la pala (18) , y teniendo el elemento amortiguador (100) un mayor grado de libertad en una dirección de batimiento entre la primera y la segunda carcasas (32, 34) que en una 10 dirección de borde entre los bordes de ataque y de salida (36, 38) ,
caracterizado porque el elemento amortiguador (100) está acoplado al larguero interior (40) y comprende una primera y una segunda superficies (102, 104) que se extienden en una dirección alejada del larguero interior
(40) y hacia el borde de salida (38) , estando separadas las primera y segunda superficies (102, 104) en el larguero interior (40) pero unidas en una localización alejada del larguero interior (40) para definir una caja.
3. Una pala (18) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que la primera y la segunda superficies (102, 104) de la caja son convexas.
5. Una pala (18) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el elemento amortiguador (100) comprende: un soporte (122) acoplado a la primera carcasa (32) y que se extiende hacia la segunda carcasa (34) , en la que la caja está acoplada al larguero interior (40) en una primera unión (126) , y al soporte (122) en una segunda unión (128) , teniendo la caja un grosor entre el larguero interior (40) y el soporte (122) que converge en la primera y la segunda uniones (126, 128) .
6. Una pala (18) de acuerdo con la reivindicación 5, en la que la caja comprende:
una primera porción (62) acoplada a la primera y la segunda uniones (126, 128) y que incluye una superficie exterior (132) encarada con la primera carcasa (32) ;
una segunda porción (64) acoplada a la primera y la segunda uniones (126, 128) y que incluye una superficie exterior (134) encarada con la segunda carcasa (34) ; y
una tercera porción (136) que acopla la primera porción (62) a la segunda porción (64) entre la primera y la segunda uniones (126, 128) , estando formada la tercera porción (136) por un material que tiene una rigidez menor que la primera y la segunda porciones (62, 64) pero una capacidad de amortiguamiento mayor que la primera y la segunda porciones (62, 64) .
7. Una pala (18) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente:
8. Una turbina eólica (10) , que comprende:
una pluralidad de dichos elementos amortiguadores (100) , acoplado cada uno a al menos uno del cuerpo de 40 carcasa (30) o el larguero interior (40) .
una torre (12) ;
una góndola (14) soportada por la torre (12) ; y
un rotor (15) que incluye un buje (16) , acoplado rotativamente a la góndola (14) , y una pala (18) de acuerdo 45 con cualquiera de las reivindicaciones precedentes acoplada al buje (16) .
9. Un procedimiento para disipar las vibraciones de borde en la pala (18) de la turbina eólica (10) de la reivindicación 8, que comprende:
operar la turbina eólica (10) de tal modo que la pala (18) experimente vibraciones de borde, en el que el elemento amortiguador (100) se mueve con respecto a dichos cuerpo de carcasa (30) o larguero interior (40) en la dirección de batimiento para amortiguar las vibraciones de borde.
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