Perfil de una pala de rotor y pala de rotor de una instalación de energía eólica.

Perfil (1-4) de una pala de rotor (5) de una instalación de energia eólica con un lado superior

(lado de aspiración) (1) y un lado inferior (lado de presión) (8) con una linea de curvatura media (21, 25) Y una cuerda (18) entre el borde de ataque (10) y el borde de fuga (11) del perfil (1-4), en el que la linea de curvatura media (21, 25) discurre al menos por secciones por debajo de la cuerda (18) en la dirección del lado de presión(8), en el que la linea de curvatura media (21, 25) está dispuesta en una sección entre el 0% al 60% de la profundidad de perfil del perfil (1-1) por debajo de la cuerda (18), caracterizado porque la linea de curvatura media (21, 25) está dispuesta completamente en una sección entre el 5% al 50%, en particular 2% a 60 %, por .debajo de la cuerda (18), presentando el perfil (1-4) un espesor de perfil relativo de más del 49%, siendo la localización del espesor máximo en porcentaje de la cuerda menor del 35 %.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/006574.

Solicitante: Senvion SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Überseering 10 (Oval Office) 22297 Hamburg ALEMANIA.

Inventor/es: PETSCHE,MARC, KORJAHN,MATTHIAS, GOLLNICK,BERT.

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)

PDF original: ES-2541146_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Perfil de una pala de rotor y pala de rotor de una instalación de energía eólica.

La invención se refiere a un perfil de una pala de rotor de una instalación de energía eólica, una multiplicidad de perfiles de este tipo, asi como una pala de rotor correspondiente de una instalación de energía eólica.

Del documento DE 1 28 3 411 A1 se conoce un peifil correspondiente de una pala de rotor de una instalación de energía eólica. asi como una familia correspondiente o una multiplicidad de perfiles. Los perfiles de ala o perfiles 1 dados a conocer en este documento presentan un borde de fuga romo, un lado de aspiración esencialmente oval y un lado de presión esencialmente en forma de S.

También se conocen otros perfiles. En particular también se conocen perfiles de baja velocidad, que se usan cerca de la raíz de la pala de rotor o cerca del buje de la instalación de energía eólica.

A partir de Dieter Allhaus "Niedriggeschwindigkoitsprofile [Perfiles de baja velocidad]*, Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH. Braunschwelg/Wiesbade. 1996, se fabrica un perfil conocido con espesor relativamente bajo, dado que un perfil conocido en si se obtiene mediante corte det borde de fuga o escalado alto en el espesor a los valores de espesor relativos requeridos que se necesitan cerca de la raíz de la pala. Como ejemplo se puede 2 mencionar para ello el FX 77-W-5, que se da a conocer en las páginas 162 a 163 en este libro mencionado. Este perfil obtiene con un número de Reynolds de 2,75 mili, en el estado limpio un coeficiente de sustentación máximo de Ce = 1.6 con un ángulo de ataque de 1® y en el estado sucio, es decir turbulento, un máximo Ca de ,8 con un ángulo de ataque de 4°. El FX 77-W-5 tiene un espesor de perfil relativo del 5%.

En el marco de la invención, bajo ángulo de ataque o ángulo de flujo se entiende un ángulo del viento aparente que fluye respecto a la cuerda del perfil. Para definiciones eventuales se remite en particular al libro de texto de Erich Hau `WindktZftanlagen [Instalaciones eólicas]* 4a edición, 28, en particular página 126 y siguientes.

Los perfiles conocidos con espesor de perfil relativo elevado, como por ejemplo et FX 77-W-5. poseen en el 3 estado limpio un coeficiente de sustentación Ca aceptable, pero el coeficiente de sustentación máximo cae claramente con flujo turbulento, es decir, en el estado sucio. También se modifica claramente el ángulo de ataque aerodinámico con el que se obtiene el coeficiente de sustentación máximo en el estado sucio. Este comportamiento, a saber la sustentación baja en caso de ensuciamiento con una gran modificación de ángulo de ataque para el coeficiente de sustentación máximo, es muy desfavorable para las instalaciones eólicas. Si como ángulo de ataque 35 de disefio, es decir, et ángulo de ataque que se usa en el diseño de la pala de rotor durante el cálculo dei perfil correspondiente, se selecciona el ángulo o un ángulo algo menor con el que el perfil limpio posee el coeficiente de sustentación máximo, lo que es razonable dado que se deben mantener pequeñas las profundidades de pala, el coeficiente de sustentación se reduce entonces en el estado sucio a una fracción del valor limpio. El perfil del FX 83- W-5 sólo tiene propiedades aerodinámicas moderadas debido al borde de fuga grueso ya con flujo laminar. Con 4 flujo turbulento presenta todavía coeficientes de sustentación elevados, pero luego tiene finezas relativamente malas. Además, el espesor máximo de este perfil está en aproximadamente el 8% de ta longitud de perfil o longitud de cuerda, lo que es menos convenientemente estructuralmente para un buen desarrollo de curva de la pala de rotor. Por consiguiente sólo se puede fabricar una distancia relativamente pequeña de la banda principal en una pala con el perfil del FX 83-W-5, lo que da como resultado reducciones correspondientes en la capacidad de 45 construcción y el peso de la pala de una pala de rotor.

En los documentos GB 2 265 672 A. Standish K.J.: "Aerodynamic Analysis of Blunt Trailing Edge Airfoils", Journal of Solar Energy Engineering, ASME International, DOI: 1,1115/1.162913. DE 28 29 716 A1. DE 36 4 78 A1, EP 1 845 258 A1 y Fuglsang P. et al.: "Development of the Riso Wind Turbine Airfoils", Wind Energy, DOI: 5 1.12/WE.117 están representados distintos perfiles de las palas de rotor o alas.

El objetivo de la presente invención es especificar un perfil de una pala de rotor de una instalación de energía eólica y correspondientemente una multiplicidad de perfiles, asi como una pala de rotor correspondiente que obtiene buenas propiedades aerodinámicas, tanto con flujos laminares como también turbulentos. En este caso también se 55 debe minimizar en particular et peso de la pala.

Este objetivo se resuelve mediante un perfil de una pala de rotor de una instalación de energía eólica con un lado superior (lado de aspiración) y un lado inférior (lado de presión) con una linea de curvatura media y una cuerda entre el borde de ataque y el borde de fuga del perfil, discurriendo la linea de curvatura media al menos por secciones por

debajo de la cuerda en la dirección del lado de presión, estando dispuesta la linea de curvatura media en una sección entre el % at 6% de la profundidad de perfil del perfil por debajo de la cuerda, estando dispuesta la linea de curvatura media completamente en una sección entre el 5% al 5%, en particular 2% a 6%, por debajo de la cuerda, presentando el perfil un espesor de perfil relativo de más del 49%, siendo la localización del espesor máximo 5 en porcentaje de la cuerda menor det 35%.

Mediante esta medida en un perfil según la invención se puede seleccionar un ángulo de ataque elevado, pudiéndose obtener un coeficiente de sustentación elevado y una fineza elevada. De este modo se puede mantener baja la torsión de una pala de rotor provista de un perfil de este tipo o bien de una pala de rotor provista de una 1 familia o de una multiplicidad de perfiles, de modo se puede obtener una distanda lo más grande posible de la banda principal sin una rotación de la banda principal y por consiguiente se reduce el peso de la pala de rotor.

Dado que la linea de curvatura media está dispuesta a una distanda entre el % al 6%. en particutar el % al 5% de la profundidad de perfil del perfil por debajo de la cuerda, es posible un perfil con propiedades aerodinámicas muy 15 buenas para una instalación de energía eólica.

Dado que la linea de curvatura media está dispuesta completamente en una sección entre el 5% al 5%. en particular el 2% al 6%, por debajo de la cuerda, el diseño del perfil también es relativamente poco problemático para números de Reynolds más bajos.

Preferentemente el valor de la cuivatura máxima es menor de ,15, es dedr el 1,5%. La curvatura es en este caso la distanda de la linea de curvatura media respecto a la cuerda en porcentaje de la longitud de cuerda. La curvatura máxima es por consiguiente para el perfil dado la distancia mayor de la linea de curvatura media respecto a la cuerda en porcentaje de la longitud de cuerda. En el marco de la invendón, la linea de curvatura media es la linea 25 de los centros de los circuios inscritos entre el lado superior e inferior del perfil. En el marco de la invendón, la cuerda está definida como la tinea del centro del borde de fuga del perfil hada el punto de perfil más alejado, lo que se corresponde con el punto de nariz. En el marco de la invención, la curvatura de la linea de curvatura media está definida como la segunda derivada de la función de la linea de curvatura media. El espesor de perfil máximo o en el marco de la invención también denominado espesor de perfil relativo es el espesor máximo de un perfil 3 peipendicularmente a la cuerda referido a la longitud... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1 perfil (1-4) de una pala de rotor (5) de una instalación de energía eótica con un lado superior (lado de

aspiración) (7) y un lado inferior (lado de presión) (8) con una linea de curvatura media (21, 25) y una cuerda (18) 5 entre el borde de ataque (1) y el borde de fuga (11) del perfil (1-4), en el que la linea de curvatura media (21. 25) discurre at menos por secciones por debajo de la cuerda (18) en la dirección del lado de presión (6), en el que la linea de curvatura media (21, 25) está dispuesta en una sección entre el % al 6% de la profundidad de perfil del perfil (1-4) por debajo de la cuerda (18), caracterizado porque la linea de curvatura media (21, 25) está dispuesta completamente en una sección entre el 5% al 5%. en particular 2% a 6%. por debajo de la cuerda (18), 1 presentando el perfil (1-4) un espesor de perfil relativo de más del 49%, siendo la localización del espesor máximo en porcentaje de la cuerda menor del 35%,

2. Perfil (1-4) según la reivindicación 1, caracterizado porque el valor de la curvatura máxima es menor del 1.5%.

3. Perfil (1-4) según la reivindicación 1 ó 2. caracterizado porque la segunda derivada de la linea de curvatura media (21, 25) (curvatura de la linea de curvatura media) es igual a cero o positiva del 1% al 4%, en particular del 5% al 5%. en particular del 2% al 6% de la profundidad de perfil.

4. Perfil (1-4) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el perfil (1-4) presenta un

espesor de perfil relativo de más del 55% o igual al 55%. siendo la localización del espesor máximo en porcentaje de la cuerda menor del 35%.

5. Perfil (1-4) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el perfil (14) presenta un 25 espesor de perfil relalivo de más del 49%, en particular más del 5% o igual al 5%. obteniéndose con flujo

turbulento una fineza mayor de 6, en particular mayor de 1, en particular mayor de 15.

6. Perfil según una de las reivindicaciones 1 a 5. caracterizado porque el perfil (1-4) presenta un espesor de perfil relativo de más del 49% con una localización del espesor máximo en porcentaje de la cuerda de

menos del 35%, obteniéndose un coeficiente de sustentación (ca) con flujo turbulento de más de ,9, en particular más de 1,4.

7. Perfil (1-4) según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el espesor de perfil relativo se sitúa en más del 65%, en particular mayor o igual al 7%.

8. Perfil (1-4) según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado obtienen con ángulos de ataque de 6° a 15*. en particular 8* a 14*.

9. Perfil según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque está previsto un ladio de nariz 4 que es mayor que el 18% de la profundidad de perfil, siendo asimétrico el perfil (1-4) en la zona de nariz.

1. Perfil (1-4) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se obtiene una relación de más de ,75 entre el coeficiente de sustentación (ca) máximo con flujo turbulento respecto al coeficiente de sustentación (ca) máximo con flujo laminar.

11. Perfil (1-4) según una de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizado porque el lado de aspiración (7) y el lado de presión (8) del perfil (1-4) presentan respectivamente al menos por zonas un contorno cóncavo en la zona posterior.

12. Multiplicidad de perfiles (14) según una de las reivindicaciones 1 a 11, que están realizados en al

menos una zona de la pala de rotor (5) de una instalación de energía eólica.

13. Pala de rotor (5) de una instalación de energía eólica con una multiplicidad de perfiles (1-4) según la

reivindicación 12. en la que en particular la multiplicidad de perfiles (1-4) está dispuesta en una zona de transición 55 (13) de la pala de rotor (5) cerca de la raíz de la pala (12).