Sistema de protección frente a rayos para pala de turbina eólica.

Pala de turbina eólica (5) que comprende medios de protección frente a rayos, en la que al menos una sección de la punta de pala

(6) está hecha de metal macizo y se incluye como parte de dichos medios de protección frente a rayos (8, 10, 12), y

caracterizada por que

la punta de pala (6) comprende una parte de punta externa (15) y una parte de punta interna (13) en la que la parte interna está integrada en la parte de punta externa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2003/000641.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: HIBBARD,PAUL, CHRISTIANSEN,CLAUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D11/00 (Detalles, partes constitutivas o accesorios no cubiertos por, o con un interés distinto que, los otros grupos de esta subclase)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > INSTALACION DE CABLES O DE LINEAS ELECTRICAS, O DE... > H02G13/00 (Instalaciones de pararrayos; Fijación de éstos a su estructura de soporte (indicación, cómputo o registro de rayos G01; pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T; tomas de tierra, clavijas u otros contactos H01R))

PDF original: ES-2527319_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de protección frente a rayos para pala de turbina eólica Antecedentes de la invención

La invención se refiere a una pala de una turbina eólica según el preámbulo de la reivindicación 1, a una turbina eólica según el preámbulo de la reivindicación 25, a un método para proporcionar medios receptores de rayos a una pala de una turbina eólica y al uso de los mismos.

Descripción de la técnica relacionada

Normalmente, las turbinas eólicas se construyen en zonas con condiciones de mucho viento tales como zonas rurales que comprenden sólo unos pocos obstáculos altos por ejemplo árboles o edificaciones. Sin embargo, las turbinas eólicas se construyen con torres y palas de rotor cada vez más altas con el fin de hacer el uso más eficiente del viento y, siendo las turbinas eólicas los objetos más altos en una zona, por tanto la protección de las turbinas eólicas frente a impactos de rayo es una necesidad.

Un sistema de protección frente a rayos bien conocido para una turbina eólica implica un receptor de rayos en la punta de cada pala de rotor con el fin de captar el impacto de rayo. El rayo se descarga a un potencial de tierra por medio de un conductor de bajada dentro de la pala y conductores de bajada en la góndola y la torre. Con el fin de transmitir la descarga desde el conductor de bajada de la pala giratoria al conductor de bajada de la góndola estacionaria, la corriente de descarga se conduce a través del árbol de pala de rotor a la góndola. La góndola comprende medios, por ejemplo anillos deslizantes, que están conectados al árbol y por tanto permiten eliminar la corriente del árbol y transmitirla al conductor de bajada de la góndola.

Se han sugerido sistemas pararrayos con medios aparentemente mejorados para captar la descarga.

Un ejemplo se da a conocer en la solicitud de patente europea n.° 1 154 537 en la que las palas de turbina eólica están montadas con receptores de rayos. Los receptores son capuchones hechos de aluminio que están conectados a perfiles de aluminio en el borde de salida de la pala. Los receptores están hechos de película de aluminio o un material de aluminio slmllarmente delgado con el fin de mantener un peso reducido. Otro ejemplo se da a conocer en el documento DE 4436 197 A1.

La funcionalidad del sistema pararrayos incluye el hecho de que es más probable que el rayo impacte en la superficie más grande de los capuchones debido a la menor resistencia hacia el potencial de tierra. La corriente de la descarga se dirige posteriormente a través del perfil de aluminio a un potencial de tierra.

Un problema con el sistema de protección frente a rayos de la solicitud de patente europea es el hecho de que la energía del rayo genera un calor considerable que da como resultado un daño de la sección de la pala de turbina eólica colocada bajo el capuchón. El daño puede resultar ser grietas u orificios en la superficie de fibra de vidrio.

Un problema adicional es el hecho de que la energía del rayo vaporiza el aluminio en la posición del impacto dando como resultado una reducción en la fiabilidad de la protección frente a rayos.

Uno de los objetivos de la invención es establecer un receptor de rayos para turbinas eólicas sin la desventaja mencionada anteriormente.

Especialmente, es un objetivo de la invención crear un receptor que pueda sufrir numerosos impactos de rayo sin requerir de inspección o mantenimiento de la pala de turbina eólica y el receptor.

Además, es un objetivo de la invención establecer un receptor de rayos para turbinas eólicas que sea fácil de integrar e instalar en una pala de turbina eólica.

La invención

La invención se refiere a una pala de turbina eólica según la reivindicación 1 que comprende medios de protección frente a rayos en la que al menos una sección de la punta de dicha pala está hecha de metal macizo y se incluye como parte de dichos medios de protección frente a rayos.

De este modo, se obtiene una pala de turbina eólica que puede sufrir numerosos impactos de rayo en las secciones de metal macizo de la punta de pala sin requerir de inspección o mantenimiento de la pala de turbina eólica. Especialmente, el aumento de temperatura en el metal macizo y la punta de pala como tal será inferior que con la técnica anterior ya que el calor puede depositarse más fácilmente en los alrededores.

El metal macizo con menor resistencia garantizará que incluso en los peores escenarios posibles, el metal sólo sufrirá un daño menor sin efecto alguno sobre la funcionalidad de la turbina eólica y los medios de protección frente a rayos. El metal macizo también facilita conectar de manera más firme el conductor de bajada de descargas al receptor de rayos. La menor resistencia en el receptor de rayos y en la conexión del receptor al conductor de bajada

de descargas garantiza que la corriente de descarga también deposite menos calor en la punta de la pala de turbina

eólica.

La frase "sección de la punta... hecha de metal macizo" ha de entenderse como una sección en la que las tres dimensiones (longitud, anchura y grosor) son en cierta medida más que despreciables.

En un aspecto de la invención, dicha punta de pala está hecha de metal. De este modo, es posible que la punta de pala completa forme parte del sistema de protección frente a rayos. Además, la punta de pala puede soportar fácilmente el aumento de temperatura sin requerir posteriormente de inspección o mantenimiento.

En un aspecto adicional de la invención, dicho metal comprende una aleación de metal. La aleación de metal comprende una resistencia a la corrosión excelente al agua y especialmente al agua salada. Además, presenta una resistencia a la erosión excelente, erosión en forma de viento, lluvia y polvo.

En otro aspecto de la invención, dicho metal comprende una aleación de cobre, tal como CuSnioZn2 (bronce RG1) o CuSnsZnsPbs (bronce LG2). De este modo, es posible conseguir una buena conductividad eléctrica, tal como el 13,8% IACS (conductividad relativa al cobre).

Además, es posible conseguir una alta temperatura de fusión de 85°C. La temperatura de fusión es el factor predominante en las tasas de retirada de material durante un impacto de rayo.

En un aspecto de la invención, dicha al menos una sección hecha de metal macizo incluye las partes iniciales curvadas o dobladas de los bordes de ataque y/o de salida según se observa desde el punto superior. Es más probable que el rayo impacte en estas partes y ventajosamente las partes se sujetan firmemente con secciones de metal macizo.

En otro aspecto de la invención, la longitud de dicha al menos una sección hecha de metal macizo está por debajo del 1% de la longitud de pala total y preferiblemente entre el ,1% y el ,5% de la longitud de pala total. Puesto que las secciones de la punta de pala están hechas de metal macizo, el peso es un factor a tener en cuenta y por tanto la longitud de la punta de pala tiene que ser lo más pequeña posible sin perder la capacidad de interceptar impactos de rayo. Puesto que el rayo impacta a menudo en las partes curvadas o dobladas de los bordes de ataque y/o de salida resulta ventajoso que la punta de pala tenga una longitud que se extienda más allá de estas partes de la pala de turbina eólica.

En un aspecto adicional de la invención, dicha punta de pala está montada con barras de conexión en una abertura en la parte superior de la pala de turbina eólica. De este modo, es posible permitir variaciones entre palas por ejemplo usando un número diferente de barras o barras de diferentes tamaños.

La conexión con un número de barras también garantiza una conexión duradera lo que es muy importante en vista de las fuerzas a las... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.

Pala de turbina eólica (5) que comprende medios de protección frente a rayos, en la que al menos una sección de la punta de pala (6) está hecha de metal macizo y se incluye como parte de dichos medios de protección frente a rayos (8, 1, 12), y

caracterizada por que

la punta de pala (6) comprende una parte de punta externa (15) y una parte de punta interna (13) en la que la parte interna está integrada en la parte de punta externa.

2.

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 1, caracterizada por que dicha punta de pala (6) está hecha de metal.

3.

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que dicho metal comprende una aleación de metal.

4.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que dicho metal comprende una aleación de cobre, tal como CuSniZn2 (bronce RG1), CuSn5Zn5Pb5 (bronce LG2) o latón, o una aleación de aluminio, tal como bronce de aluminio.

5.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que dicha al menos una sección hecha de metal macizo incluye las partes iniciales curvadas o dobladas de los bordes de ataque (11a) y/o de salida (11b) según se observa desde el punto superior (18).

6.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que dicha al menos una sección hecha de metal macizo incluye la sección o secciones detrás de los bordes de ataque

(11a) y/o de salida de la punta de pala.

7.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que dicha al menos una sección hecha de metal macizo incluye todas las secciones detrás de la superficie de la punta de pala.

8.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que dicha al menos una sección hecha de metal macizo incluye las partes iniciales curvadas o dobladas de los bordes de ataque (11a), de salida (11b) y el punto superior (18) como una sección o como secciones separadas.

9.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que la longitud de dicha al menos una sección hecha de metal macizo en la dirección longitudinal de la pala de turbina eólica está por debajo del 1% de la longitud de pala total y preferiblemente entre el ,1% y el ,5% de la

longitud de pala total.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que dicha punta de pala comprende un relación grosor/cuerda inferior al 14%.

11.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizada por que la punta de pala está pintada, por ejemplo de color blanco o gris.

12.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que dicha punta de pala (6) comprende un tamaño en la parte inferior (27) que permite el montaje con barras de conexión (9) en una abertura en la parte superior de la pala de turbina eólica.

13.

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 12, caracterizada porque dichas barras de conexión (9) están hechas de un material no conductor, tal como fibra de vidrio, por ejemplo barras de fibra de vidrio

fabricadas por pultrusión.

14.

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 12 ó 13, caracterizada por que la longitud de dichas barras de conexión (9) oscila entre 15 y 8 milímetros, preferiblemente introduciéndose entre 4 y 2 milímetros en las aberturas de la punta de pala e introduciéndose entre 11 y 6 milímetros en la abertura de pala.

15.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada por que los diámetros de dichas barras de conexión (9) oscilan entre 5 y 5 milímetros, tal como 1, 2 ó 3 milímetros.

16.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada porque el número de dichas barras de conexión (9) está entre 3 y 6, tal como 4 ó 5 barras.

17.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizada por que el interior de la pala se sella con paredes de barrera de un material de espuma, tal como espuma de PVC, por debajo

18.

y/o por los lados de la extensión de dichas barras de conexión (9).

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 17, caracterizada por que el volumen definido por dichas paredes de barrera se llena con un material adhesivo fuerte, tal como cola epoxídica de uno o dos componentes.

19.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada por que dicha parte de punta externa (15) define el contorno de la punta de pala (6).

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada por que la parte inferior de dicha parte de punta externa (15) comprende una muesca que corresponde sustancialmente a la forma de dicha parte de punta interna (13) y proporciona una zona de sujeción (16) para dicha parte de

punta interna.

21.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada por que dicha parte de punta interna (13) comprende una zona de conexión (14) para el conductor de bajada de descargas (1) y al menos un orificio de montaje (2a-2d) para dichas barras de conexión (9).

22.

Pala de turbina eólica (5) según la reivindicación 21, caracterizada por que dicha zona de conexión (14) comprende además medios de retención para el conductor de bajada de descargas, tal como un bloque de retención (24).

23.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizada por que dicha punta de pala (6) pesa al menos 5 kilogramos y habitualmente más de 1 kilogramos, tal como aproximadamente 12 kilogramos con una pala de turbina eólica de 32 metros.

24.

Pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizada por que un extremo de dicho conductor de bajada de descargas (1) se asocia con un conector de conductor, tal como una clavija para conductor que se corresponde en cuanto a forma con al menos una abertura (14) en la punta de pala.

Turbina eólica (1) que comprende

medios estacionarlos tales como una góndola (3) y una torre (2),

medios de rotación tales como un rotor que incluye al menos una pala de turbina eólica (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24,

Incluyendo dichos medios estacionarlos y de rotación medios de protección frente a rayos conectados a un potencial de tierra (12).

26.

Turbina eólica (1) según la reivindicación 25, caracterizada porque dicha punta de pala comprende una relación grosor/cuerda inferior al 14%.

27.

Método para proporcionar medios receptores de rayos a una pala de turbina eólica con medios de protección frente a rayos, comprendiendo dicho método las etapas de:

establecer una pala de turbina eólica lista para el montaje de una punta de pala,

colocar una punta de pala que comprende una parte de punta externa y una parte de punta interna en la que la parte interna está integrada en la parte de punta externa,

incluir al menos una sección hecha de metal macizo en la posición de punta de la pala,

conectar dicha parte de punta interna a los medios de protección frente a rayos de la pala, y

conectar dicha punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo a la pala de turbina eólica con barras de conexión.

28.

Método según la reivindicación 27, en el que dicha punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo sustituye a la punta de pala normal de una pala de turbina eólica.

29.

Método según la reivindicación 27 ó 28, en el que dicha punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo se instala posteriormente en la punta de pala normal de una pala de turbina eólica.

3.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, en el que la pala de turbina eólica lista para la punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo se establece retirando la punta de pala normal con un proceso de corte.

31.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 27 a 3, en el que el interior de la pala se sella con

paredes de barrera de un material de espuma por debajo y/o por los lados de la extensión de las barras de conexión.

32. Método según la reivindicación 31, en el que el volumen definido por dichas paredes de barrera se llena con un material adhesivo fuerte, tal como cola epoxídica de uno o dos componentes.

33. Método según la reivindicación 31 ó 32, en el que las barras de conexión de dicha punta de pala que

incluye al menos una sección hecha de metal macizo se introducen en dicho volumen de la pala de turbina eólica.

34. Método según cualquiera de las reivindicaciones 31 a 33, en el que la parte inferior de dicha punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo también se introduce en dicho volumen de la pala 1 de turbina eólica.

36.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 31 a 34, en el que se realiza un trabajo de acabado en la pala de turbina eólica como tal y la punta de pala se pinta, por ejemplo de color blanco o gris.

Uso de un método según cualquiera de las reivindicaciones 27 a 35 en relación con la instalación posterior de una punta de pala que incluye al menos una sección hecha de metal macizo en una pala de turbina eólica.