Pala para aerogenerador de eje horizontal, que consta de dos cuerpos aplanados que se disponen enfrentados en convergencia longitudinal hacia la punta sin contactar entre ellos,

uniéndose dichos cuerpos mediante una celosía intermedia formada por tirantes (3) de perfil aerodinámico, los cuales se unen a los cuerpos aplanados mediante uniones articuladas que confieren flexibilidad al conjunto estructural para evitar roturas por fatiga

Pala para aerogenerador de eje horizontal.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los aerogeneradores que se utilizan para producción eléctrica mediante aprovechamiento de la energía eólica, particularmente los de tipo de eje horizontal que disponen de un rotor de palas que se dispone enfrentado al viento para recibir un accionamiento giratorio, proponiendo una pala con una particular realización estructural, para dichos aerogeneradores.

Estado de la técnica

Las palas de aerogenerador de eje horizontal presentan habitualmente una configuración aerodinámica en una realización monoplano, de modo que conforme aumenta el tamaño de dichas palas surgen inconvenientes en los aspectos siguientes:

- La longitud máxima está limitada por el transporte, lo que implica que se tiene que renunciar a un porcentaje de rendimiento para facilitar el desplazamiento hasta los parques de instalación de los aerogeneradores.

- Estructuralmente se necesita ir a grosores altos, y como consecuencia de las limitaciones de longitud, los perfiles aerodinámicos que se utilizan son de elevado grosor relativo, lo que hace que su eficiencia aerodinámica baje, disminuyendo el rendimiento energético.

- La flecha en punta es grande y puede provocar impactos de la pala contra la torre del aerogenerador, lo cual obliga a recurrir a formas que afectan al rendimiento y complican la fabricación.

- La fabricación de cada pala resulta costosa, ya que la cantidad de material que hay que incorporar es elevada.

- Las grandes longitudes crean problemas de pandeo de las pieles estructurales de las palas, lo que hace necesario incrementar el grosor de los núcleos de las palas para estabilizarlas.

- El diámetro del rodamiento de acoplamiento sobre el buje aumenta, siendo su costo elevado y pocos los fabricantes de los rodamientos necesarios.

- El acceso a los parques de instalación de los aerogeneradores necesita de unas pistas caras, debido a los transportes que se deben utilizar.

Para anular esos inconvenientes se han desarrollado diversas soluciones de realizaciones constructivas de las palas, como por ejemplo:

La Patente FR 2 609 506, presenta una solución constructiva de palas formadas según una configuración en anillo.

Las Patentes WO 03/036082, US 6 902 370 y US 6 972 498, presentan soluciones constructivas de palas formadas de manera telescópica.

La Patente EP 0 064 742, presenta una solución constructiva de dos palas gemelas dispuestas en un soporte común de acoplamiento a un rotor giratorio, disponiendo cada una de las palas de un movimiento rotacional independiente para su orientación.

Las Patentes US 1 780 431 US 4 081 221 y WO 2006/128940, presentan soluciones constructivas de dos o más palas asociadas de manera fija sobre un soporte común de acoplamiento al rotor giratorio que se tiene que accionar.

Y la Patente US 1 820 529, presenta una solución constructiva de palas formadas por dos cuerpos que divergen desde la punta de la pala hasta la base de la misma, uniéndose dichos cuerpos en la parte de separación mediante tirantes intermedios.

Todas estas soluciones tienen como fin proporcionar una superficie de pala que permita cumplir con la eficiencia necesaria de captación de la acción del viento, con unas dimensiones de longitud que hagan posible salvar en la mejor medida los inconvenientes anteriormente mencionados. Sin embargo tales soluciones no proporcionan características que aseguren debidamente la resistencia estructural de las palas para la función de trabajo a la que se hallan destinadas, debiendo recurrirse a formaciones constructivas con materiales caros y elementos de mucho peso que reducen la eficiencia de las palas.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone una pala destinada para los aerogeneradores de eje horizontal, la cual se ha desarrollado según una configuración estructural que soluciona eficazmente los problemas que se derivan de una longitud sobredimensionada, proporcionando unas características que mejoran el comportamiento de la pala en su función de aplicación, sin penalizar el transporte, ya que la longitud máxima del conjunto estructural de la pala queda dentro de los rangos de transporte normal.

Esta pala objeto de la invención se compone de dos cuerpos aplanados independientes, esencialmente iguales, los cuales se extienden enfrentados convergiendo desde la raíz de la pala hacia la punta, sin llegar a contactar entre sí, con unión entre dichos cuerpos mediante una estructura de celosía formada con tirantes de perfil aerodinámico y unión de los mismos con respecto a los cuerpos aplanados mediante acoplamientos articulados.

De esta forma se obtiene una estructura de la pala, en la que las uniones articuladas entre los tirantes de la celosía central y los cuerpos aplanados determinan una flexibilidad que evita puntos rígidos de tensión propensos a la rotura por fatiga a consecuencia de los esfuerzos que sufre la pala en el trabajo de su función de aplicación.

Dicha estructura de la pala resulta así con la rigidez y la resistencia necesarias, pero con un amortiguamiento ante las cargas súbitas, proporcionado por la unión entre los tirantes de la celosía central y los cuerpos aplanados, que las cargas que se transmiten al buje sobre el que se acopla la pala y las cargas puntuales en las zonas de las uniones estructurales de la propia pala, disminuyen.

La disposición geométrica relativa entre los dos cuerpo aplanados de la pala, permite además situar el eje elástico en la posición deseada, de forma que ante cambios bruscos de la dirección o intensidad del viento el sistema reacciona torsionándose y bajando el ángulo de ataque, incluso antes de que el sistema de control de paso ("pitch") reaccione. De esta forma se reduce el tiempo de respuesta, consiguiendo así disminuir el valor de los picos de carga mecánica en el aerogenerador, los picos de potencia generada y las sobrevelocidades de giro.

Por otro lado, la utilización de un sistema de pala biplano unida por celosía aumenta considerablemente la rigidez respecto de una pala biplano solo unida en la raíz y en la punta, lo cual hace que los modos de vibración de la pala aumenten su valor de frecuencia natural y que, por lo tanto, el sistema de control de "pitch" del aerogenerador pueda ser más rápido.

Ello permite aumentar el ancho de banda del sistema de control de "pitch", elevando la influencia relativa de la modificación del control de ángulo de "pitch" (ß) sobre la velocidad del rotor (O), de manera que este hecho permite el control de palas mayores, donde el aumento del radio de la pala eleva proporcionalmente más la influencia relativa de la modificación de la velocidad del viento (V) sobre la velocidad del rotor (O), es decir la relación de derivadas parciales ?ialO/?ialV, que la relación de derivadas parciales ?ialO/?ialß.

El perfil aerodinámico de los tirantes de la celosía que une a los cuerpos aplanados, permite por su parte optimizar el rendimiento, ya que dichos tirantes presentan una resistencia aerodinámica mínima, frenando muy poco la pala en la dirección de giro, en tanto que los tirantes oblicuos se pueden orientar de forma que la resultante de las fuerzas aerodinámicas colabore en la extracción de energía del viento, minimizando las cargas en la pala.

Por otra parte, desde el punto de vista estructural se pueden separar más las zonas resistentes y dar mayor inercia a cada sección sin perjudicar la aerodinámica, ya que la función aerodinámica se desacopla de la estructural, pudiendo utilizarse perfiles de bajo espesor relativo y alta eficiencia, con los que se logra en este caso una gran rigidez estructural.

Además, la fabricación de los elementos componentes de la pala se simplifica y la cantidad de material necesario se reduce, lográndose unas condicionantes de pandeo menos severas, con un peso también reducido, que permite disminuir el diámetro del acoplamiento de sujeción de la pala en su montaje.

El transporte se simplifica igualmente, al disminuir la longitud máxima de la pala, pudiendo incluso transportarse los elementos componentes por separado, y realizarse el ensamblaje de los mismos en el lugar de instalación de los aerogeneradores de aplicación.

Como efecto colateral se puede conseguir también la disminución de las pérdidas de punta de la pala, y como consecuencia un incremento...

1. Pala para aerogenerador de eje horizontal, del tipo formado por un conjunto biplano, caracterizada porque consta de dos cuerpos aerodinámicos aplanados (1) y (2) esencialmente iguales que se disponen enfrentados, los cuales se extienden longitudinalmente en convergencia desde la raíz de la pala hacia la punta sin llegar a contactar entre ellos, con una celosía intermedia de unión entre dichos cuerpos (1) y (2) formada por tirantes (3) que son también de perfil aerodinámico, estableciéndose las uniones de dichos tirantes (3) de la celosía intermedia respecto de los cuerpos aplanados (1) y (2) mediante uniones articuladas que confieren flexibilidad.

2. Pala para aerogenerador de eje horizontal, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque los tirantes (3) oblicuos de la celosía intermedia se disponen orientados de forma que la resultante de las fuerzas aerodinámicas de los mismos colabora en la extracción de energía del viento que actúa sobre la pala.

3. Pala para aerogenerador de eje horizontal, de acuerdo con la primera reivindicación caracterizada porque según una realización las uniones entre los tirantes (3) de la estructura intermedia y los cuerpos aplanados (1) y (2), se forman con un soporte (4) fijado sobre el cajón estructural central (6) del cuerpo aplanado (1) ó (2) que corresponda, y un tornillo (7) acoplado al tirante (3) respectivo, poseyendo dicho tornillo (7) una cabeza anular (8), por medio de la cual se establece unión articulada con el soporte (4) correspondiente mediante un pasador (9).

4. Pala para aerogenerador de eje horizontal, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque los cuerpos aplanados (1) y (2) se unen en el extremo de la pala mediante un montante transversal (10) de sección aerodinámica.