Pala de turbina eólica dividida en secciones.

Pala de turbina eólica (100) que define una cuerda (116) que se extiende desde un borde de ataque

(118) hasta un borde de salida (120) de la pala de turbina eólica (100) y un grosor (122) que se extiende en una dirección (124) transversal a la cuerda (116), comprendiendo la pala de turbina eólica (100) dos o más secciones de pala (102, 104, 106) cada una de las cuales define una zona que no es de junta (126) y, en uno o cada uno de sus extremos, una zona de junta (128);

en la que las secciones de pala (102, 104, 106) se conectan por pares (130) de modo que las zonas de junta (128) de cada par (130) se conectan en una junta (132), por lo que la junta (132) se sitúa entre dos zonas que no son de junta (126);

en la que al menos una de las juntas (132) tiene un grosor aumentado (122) y una cuerda más ancha (116) con respecto al grosor (122) y la cuerda (116) de las dos zonas que no son de junta (126) entre las que se sitúa la junta (132) para aumentar el segundo momento de inercia en el área de la junta (132); caracterizada por que:

la forma geométrica de una sección transversal (134) de la pala de turbina eólica (100) en el área de al menos una de las juntas (132) es sustancialmente igual que la forma geométrica de una sección transversal (136) de la pala de turbina eólica en una zona que no es de junta adyacente a la junta, de modo que el contorno de cualquiera de las dos secciones transversales (134, 136) puede ajustarse a escala para coincidir con el contorno de la otra de las dos secciones transversales (136, 134); y por que:

una primera de las dos zonas de junta (128) de cada junta (132) define una zona distal (162) y una segunda de las dos zonas de junta (128) de cada junta (132) define una zona proximal (160) con respecto a un buje (108) de la pala de turbina eólica (100), y en la que:

- la anchura de la cuerda (116) en el área de la zona distal (162) aumenta en la dirección del buje (108) de la pala de turbina eólica (100);

- la anchura de la cuerda (116) en el área de las zonas que no son de junta (126) aumenta en la dirección del buje (108) de la pala de turbina eólica (100); y

- la anchura de la cuerda (116) en el área de la zona proximal (160) disminuye en la dirección del buje (108) de la pala de turbina eólica (100).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/050846.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 42 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: HANCOCK, MARK, HIBBARD,PAUL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con el eje de rotación dispuesto... > F03D1/06 (Rotores)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > Control de las bombas de inyección de combustible,... > F02D1/06 (por dispositivos dependientes de la presión del fluido de trabajo del motor (F02D 1/08 tiene prioridad))

PDF original: ES-2542869_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Pala de turbina eólica dividida en secciones Campo de la invención La presente invención se refiere a una pala de turbina eólica que comprende una o más secciones de pala que están conectadas mediante una junta. Las dimensiones tanto del grosor como de la cuerda de la junta están aumentadas en el área de la junta con respecto al grosor y la cuerda en una parte que no es de junta de la sección de pala.

Antecedentes de la invención Las turbinas eólicas modernas comprenden una pluralidad de palas de rotor de turbina eólica, normalmente tres palas, teniendo en la actualidad cada pala un peso de hasta 15 toneladas y una longitud de hasta 65 metros.

Para facilitar el transporte de este tipo de palas grandes, está previsto que las palas estén compuestas por una pluralidad de secciones de pala, que se ensamblan en el lugar en el que va a levantarse la turbina eólica. Las secciones de pala pueden conectarse en una zona de junta cuando se ensambla la pala. Sin embargo, tales juntas pueden hacer que la pala se debilite estructuralmente en el área de la junta y, por tanto, existe la necesidad de reforzar la pala en esta área.

En uso, la junta está sometida a una carga por flexión y centrífuga provocada por la rotación de la pala. Por consiguiente, la junta debe estar diseñada para hacer frente al esfuerzo cortante y al esfuerzo normal provocado por estos tipos de carga. Ambos tipos de esfuerzo en la junta dependen del grosor de la sección de pala, por tanto, el aumento del grosor reduce el esfuerzo por ejemplo debido a la flexión.

Sin embargo, desde un punto de vista aerodinámico, a menudo es preferible minimizar el grosor de la pala. Por consiguiente, el experto tiene que enfrentarse a dos principios contradictorios: el aumento del grosor mejora la resistencia, lo que sin embargo no es deseable desde un punto de vista aerodinámico, y la reducción del grosor es deseable desde un punto de vista aerodinámico, aunque esto reduce la resistencia de la junta.

Para abordar el reto a menudo se usan materiales de alta resistencia tales como fibra de vidrio y fibra de carbono para conseguir el perfil aerodinámico y la resistencia deseados. Tales materiales se fijan a menudo entre sí por medio de un adhesivo tal como un adhesivo de resina epoxídica de dos componentes.

En el caso de juntas unidas por pernos, unos pernos metálicos pueden asumir la carga. Sin embargo, el acero de alta resistencia puede asumir menos esfuerzo que la fibra de carbono, y considerando únicamente las cargas estáticas, los pernos tienen que tener aproximadamente 1, 5 veces el área de sección transversal de la fibra de carbono para poder asumir la misma carga. Además, debido a la carga de fatiga, los pernos metálicos necesitarían un área de sección transversal incluso mayor. Esto, sin embargo, obliga al experto a aumentar el grosor de la pala lo que, como se indicó anteriormente, no es deseable.

El documento FR1187166 describe una pala de turbina eólica dividida en secciones con juntas que permiten la torsión de la pala a lo largo de su longitud. El documento DE943880 describe una pala formada a partir de piezas individuales conectadas entre sí.

Es un objetivo de una realización de la presente invención proporcionar una pala dividida en secciones que tenga una resistencia aumentada en el área de la junta.

Además, es un objetivo de una realización de la presente invención proporcionar una pala dividida en secciones que minimice cualquier reducción en el rendimiento aerodinámico en el área de la junta.

Descripción de la invención En comparación con las palas convencionales, se ha encontrado que un ligero aumento de la anchura de la cuerda en el área de la junta en comparación con las partes adyacentes de la pala, mientras se mantiene sustancialmente la misma relación de la cuerda con respecto al grosor a lo largo de la longitud de la pala, reduce considerablemente el esfuerzo mientras que la aerodinámica de la pala se compromete de manera insignificante.

Por tanto, la presente invención se refiere a una pala de turbina eólica tal como se define en la reivindicación 1.

Al proporcionar tanto un grosor aumentado como una cuerda más ancha en el área de la junta se aumenta la resistencia de la pala en esta área puesto que el segundo momento de inercia en el área de la junta es mayor que el segundo momento de inercia en un área que no es de junta de la pala. Esto reduce el esfuerzo en la junta tanto durante la parada como durante el funcionamiento de la pala de turbina eólica.

Además, aumentando tanto la cuerda como el grosor, la pala puede diseñarse de modo que se mitigue cualquier cambio en las propiedades aerodinámicas en la región de la junta de modo que sea aceptable cualquier reducción en el rendimiento aerodinámico local.

La relación del grosor con respecto a la cuerda (relación T/C) cambia a lo largo de la longitud de la pala; en la raíz de la pala la relación T/C puede ser de aproximadamente 1 y, en la punta de la pala, la relación T/C puede ser de aproximadamente 0, 1. En la presente invención, la relación T/C en la junta es comparable a la relación T/C en las regiones de la pala adyacentes a la junta, o a la que sería la relación T/C si no existiera la junta. Sin embargo, también es posible que si, por ejemplo, se duplica el grosor de la junta, la anchura de cuerda sólo se aumente en un 50%; en este ejemplo no se mantiene el perfil aerodinámico, sino que se minimiza el aumento en la relación grosor/cuerda.

En el contexto de la presente invención, el término "cuerda" designará la distancia desde el borde de ataque hasta el borde de salida de la pala en cualquier posición dada a lo largo de la longitud de la pala.

Adicionalmente, en el contexto de la presente invención, el término "grosor" designará la distancia entre el lado de barlovento y el lado de sotavento de la pala. Normalmente, el grosor será la parte más gruesa de la sección transversal.

Además, en el contexto de esta invención, el "extremo proximal" de la pala de turbina eólica designará el extremo de buje y el "extremo distal" de la pala de turbina eólica designará la punta.

Adicionalmente, en el contexto de la presente invención, el término "longitud" de la pala designará la dirección desde el buje hasta la punta. En esta invención puede decirse que las dimensiones en esta dirección son más cortas o más largas.

Además, el término "anchura" designará la dirección desde el borde de ataque hasta el borde de salida, es decir la dirección de cuerda de la pala. En esta invención puede decirse que las dimensiones en esta dirección son más anchas o más estrechas.

Adicionalmente, el término "grosor" de la pala designará la dirección que se extiende entre el lado de barlovento y el lado de sotavento de la pala, es decir una dirección transversal a la cuerda. En esta invención puede decirse que las dimensiones en esta dirección son más gruesas o más delgadas.

La pala de turbina eólica comprende una pluralidad de secciones de pala, tal como dos, tres, cuatro, cinco, seis o cualquier otro número. Cada una de las secciones de pala define al menos una zona de junta para la unión de la sección de pala a otra sección de pala. Generalmente, las secciones de pala pueden dividirse en tres categorías, definiendo cada una de ellas al menos una zona que no es de junta y al menos una zona de junta:

La primera categoría comprende la sección de pala de punta que define la punta de la pala. La sección de pala de punta define, según se observa desde la punta de la pala y hacia el buje: una punta, una zona que no es de junta y una zona de junta.

La segunda categoría comprende la sección de pala de buje que define... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Pala de turbina eólica (100) que define una cuerda (116) que se extiende desde un borde de ataque (118) hasta un borde de salida (120) de la pala de turbina eólica (100) y un grosor (122) que se extiende en una dirección (124) transversal a la cuerda (116) , comprendiendo la pala de turbina eólica (100) dos o más secciones de pala (102, 104, 106) cada una de las cuales define una zona que no es de junta (126) y, en uno o cada uno de sus extremos, una zona de junta (128) ;

en la que las secciones de pala (102, 104, 106) se conectan por pares (130) de modo que las zonas de junta (128) de cada par (130) se conectan en una junta (132) , por lo que la junta (132) se sitúa entre dos zonas que no son de junta (126) ;

en la que al menos una de las juntas (132) tiene un grosor aumentado (122) y una cuerda más ancha (116) con respecto al grosor (122) y la cuerda (116) de las dos zonas que no son de junta (126) entre las que se sitúa la junta (132) para aumentar el segundo momento de inercia en el área de la junta (132) ; caracterizada por que:

la forma geométrica de una sección transversal (134) de la pala de turbina eólica (100) en el área de al 15 menos una de las juntas (132) es sustancialmente igual que la forma geométrica de una sección transversal (136) de la pala de turbina eólica en una zona que no es de junta adyacente a la junta, de modo que el contorno de cualquiera de las dos secciones transversales (134, 136) puede ajustarse a escala para coincidir con el contorno de la otra de las dos secciones transversales (136, 134) ; y por que:

una primera de las dos zonas de junta (128) de cada junta (132) define una zona distal (162) y una segunda 20 de las dos zonas de junta (128) de cada junta (132) define una zona proximal (160) con respecto a un buje (108) de la pala de turbina eólica (100) , y en la que:

- la anchura de la cuerda (116) en el área de la zona distal (162) aumenta en la dirección del buje (108) de la pala de turbina eólica (100) ;

- la anchura de la cuerda (116) en el área de las zonas que no son de junta (126) aumenta en la dirección 25 del buje (108) de la pala de turbina eólica (100) ; y -la anchura de la cuerda (116) en el área de la zona proximal (160) disminuye en la dirección del buje (108) de la pala de turbina eólica (100) .

2. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en la que cada una de las secciones de pala (102, 104, 106) define una sección de larguero (138) con al menos un extremo de fijación, y en la que los extremos de fijación de las secciones de larguero (138) se conectan por pares (130) de modo que los extremos de fijación de cada par (130) definen al menos una parte de la junta (132) .

3. Pala de turbina eólica según la reivindicación 2, en la que al menos una sección de larguero (138) tiene un grosor aumentado y/o una anchura aumentada en el área del extremo de fijación con respecto al grosor y la anchura de una parte de extremo que no es de fijación de la sección de larguero (138) .

4. Pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la relación del grosor (122) con respecto a la cuerda (116) (relación T/C) de la junta (132) es sustancialmente igual que la relación del grosor con respecto a la cuerda de las dos zonas que no son de junta (126) entre las que se sitúa la junta.

5. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en la que la anchura de la cuerda (116) es un 20 por ciento mayor en al menos una sección transversal de la zona de junta (128) con respecto a la anchura de la cuerda (116) en una transición entre la zona de junta (128) y una de las zonas que no son de junta (126) .

6. Pala de turbina eólica según la reivindicación 1, en la que el grosor (122) es un 20 por ciento mayor en al menos una sección transversal de la zona de junta (128) con respecto al grosor (122) en una transición entre la zona de junta (128) y una de las zonas que no son de junta (126) .

7. Turbina eólica que tiene un rotor que comprende al menos dos palas de turbina eólica (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.