Una pala de aerogenerador (11) de perfil aerodinámico con un borde de ataque (13),

un borde de salida (15) y lados de presión y succión (17, 19) entre el borde de ataque (13) y el borde de salida (15), en la que el lado de presión (19) incluye una zona modificada (31) que está configurada para reducir el coeficiente negativo de sustentación y que se implementa ó bien añadiendo un dispositivo (33) tal como una cinta de entrada en pérdida a la pala (11) o bien añadiendo o insertando en la pala (11) un dispositivo deformable y medios de actuación para proporcionarle cambios de forma y tamaño

Una pala de aerogenerador.

Campo de la invención

La invención se refiere a palas de aerogeneradores que minimizan la fatiga y las cargas extremas y más en particular a palas de aerogeneradores que minimizan la fatiga y las cargas extremas en la sección intermedia de la pala.

Antecedentes

Un reto actual de la industria de aerogeneradores es proporcionar un diseño de pala que minimice la fatiga y las cargas extremas permitiendo, consecuentemente, reducir el material, peso y precio de la pala.

Las secciones del perfil aerodinámico de las palas de aerogeneradores operan en un régimen normal a unos ángulos de ataque que oscilan desde unos pequeños ángulos de ataque, cuando la sustentación se encuentra en la zona baja de la parte lineal de la curva sustentación vs. ángulo de ataque, hasta unos grandes ángulos de ataque cuando la sección del perfil aerodinámico se encuentra justo antes de entrar en pérdida o cuando está en pérdida.

La variación de las cargas aerodinámicas puede ser medida como las oscilaciones de la sustentación y la resistencia aerodinámica. La desviación típica estándar de un conjunto de datos o de una serie temporal se usa a menudo como un buen indicador de la oscilación. Una desviación típica grande de la sustentación y la resistencia significa que la variación de las cargas aerodinámicas es grande provocando grandes cargas de fatiga.

Las diferentes secciones de una pala están sujetas a cargas diferentes, particularmente en palas grandes. En aerogeneradores con control de "paso variable" cuando se alcanza la potencia nominal o a altas velocidades de viento se giran las palas hacia la posición de bandera reduciendo el coeficiente de sustentación para reducir el exceso de energía. En estas situaciones puede suceder que la sección de raíz de la pala tenga una sustentación positiva y la punta de la pala una sustentación negativa causando grandes cargas de fatiga, especialmente en la región intermedia de la pala.

En otras situaciones operacionales, las palas del aerogenerador son movidas hacia la posición de bandera para ir parando el rotor y, finalmente, detener el aerogenerador. En ese caso es deseable una sustentación negativa en las palas pero una sustentación negativa muy grande durante el período de transición puede implicar grandes cargas en las palas y en cualquier otro de los componentes del aerogenerador.

Otra situación en la que se encuentran grandes cargas de fatiga tiene lugar durante la variación del ángulo de paso que se lleva a cabo para minimizar los efectos de las ráfagas de viento y la turbulencia atmosférica de gran magnitud. Cuando la turbulencia causa un incremento en la velocidad del viento, el ángulo de paso de las palas se incrementa reduciendo el ángulo de ataque para disminuir las cargas aerodinámicas. Al incremento de la velocidad del viento le sucede habitualmente un decremento de la velocidad del viento lo que requiere menores ángulos de paso y mayores ángulos de ataque para producir el mismo par motor. Durante este proceso puede suceder que parte de la pala, especialmente en su región exterior, cambia de ángulos de ataque positivos a negativos ó viceversa en muy poco tiempo. Como esto significa que esa parte de la pala está en la zona de sustentación negativa de la curva sustentación vs. ángulo de ataque y cambia hacia la zona positiva en un período de tiempo muy corto, ese proceso impone una carga en la pala que cambia de dirección con el tiempo.

La presente invención está orientada a proporcionar una solución a esos problemas.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar una pala de aerogenerador que minimiza la fatiga y las cargas extremas en la pala, particularmente en su región intermedia.

Otro objeto de la invención es proporcionar una pala de aerogenerador que minimiza la fatiga y las cargas extremas en otros componentes del aerogenerador.

Esos y otros objetos se consiguen proporcionando una pala de aerogenerador de perfil aerodinámico con un borde de ataque, un borde de salida y lados de presión y succión entre el borde de ataque y el borde de salida que incluye una zona modificada en el lado de presión que está configurada para reducir el coeficiente negativo de sustentación y que está ubicada, en una realización preferente de la invención, entre dos secciones correspondientes a posiciones de la cuerda en el rango del 1%-20%, y más preferentemente en el rango del 5%-20%, de la longitud de la cuerda, medida desde el borde de ataque.

En una realización preferente, dicha zona modificada está ubicada a lo largo de una región de la pala que se extiende entre el 20%-50% de su longitud medida desde su punta. Se consigue con ello una pala que permite reducir la fatiga y las cargas extremas sin necesidad de extender dicha modificación a la largo de la longitud completa de la pala.

En otra realización preferente, dicha zona modificada se implementa añadiendo un dispositivo tal como una cinta de entrada en pérdida a la pala. Se consigue con ello una pala que permite reducir la fatiga y las cargas extremas por medio de un dispositivo de bajo coste que puede ser añadido fácilmente a la pala bien durante su fabricación o bien después de estar fabricada.

En otra realización preferente, dicha zona modificada se implementa añadiendo o insertando en la pala un dispositivo deformable y medios actuadores para proporcionarle cambios de forma y tamaño. Se consigue con ello una pala que permite reducir la fatiga y las cargas extremas por medio de un dispositivo controlado activamente.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista esquemática de un perfil conocido de pala de aerogenerador.

La Figura 2 es una vista esquemática de un perfil de pala de aerogenerador según la presente invención.

La Figura 3 muestra la curva coeficiente de sustentación vs. ángulo de ataque correspondiente al perfil ilustrado en la Figura 1.

La Figura 4 muestra la curva coeficiente de sustentación vs. ángulo de ataque correspondiente al perfil ilustrado en la Figura 2.

La Figura 5 es una vista en planta de una pala con un dispositivo añadido según la presente invención.

Las Figuras 6a, 6b, 6c, 6d, 6e muestran varias cintas de entrada en pérdida en sección transversal.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

El objetivo tradicional del diseño de las palas de aerogeneradores es lograr el mejor rendimiento posible de los perfiles, entendiendo habitualmente por ello tener gran sustentación y pequeña resistencia.

Una pala de aerogenerador típica 11 tiene generalmente un perfil optimizado respecto al flujo tal como el mostrado en la Figura 1 con un borde de ataque 13, un borde de salida 15 y una superficie sustentadora con un lado de succión 17 y un lado de presión 19.

La Figura 3 muestra una curva típica 21 del coeficiente de sustentación CL vs. ángulo de ataque AOA para ese tipo de perfiles. Estas curvas tienen un valor máximo y mínimo para CL, estando asociado el máximo a una sustentación positiva y el mínimo a una sustentación negativa y consiguientemente hay una variación significativa V1 entre la máxima sustentación positiva y la máxima sustentación negativa.

De acuerdo con la presente invención, las grandes cargas de fatiga que aparecen en aquellas situaciones en las que la región exterior de la pala (hacia su punta) pasa rápidamente de tener una sustentación negativa a tener una sustentación positiva o viceversa, debido especialmente a turbulencia y ráfagas, se reducen modificando el perfil en la región exterior de la pala para reducir su coeficiente de sustentación negativo.

El objetivo de dicha modificación es un perfil con la curva 23 del coeficiente de sustentación CL vs. ángulo de ataque AOA mostrada en la Figura 4 que tiene una menor variación V2 entre la máxima sustentación positiva y la máxima sustentación negativa que en el perfil mostrado en la Figura 1.

La eliminación de sustentación en la parte exterior de la pala a ángulos de ataque negativos es beneficiosa para las cargas en la región intermedia de la pala especialmente con mucho viento. En esta situación...

1. Una pala de aerogenerador (11) de perfil aerodinámico con un borde de ataque (13), un borde de salida (15) y lados de presión y succión (17, 19) entre el borde de ataque (13) y el borde de salida (15), caracterizada porque el lado de presión (19) incluye una zona modificada (31) que está configurada para reducir el coeficiente negativo de sustentación.

2. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha zona modificada (31) está ubicada entre dos secciones correspondientes a posiciones de la cuerda en el rango del 1%-20%, de la longitud de la cuerda, medida desde el borde de ataque (13).

3. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 2, caracterizada porque dicha zona modificada (31) está ubicada entre dos secciones correspondientes a posiciones de la cuerda en el rango del 5%-20%, de la longitud de la cuerda, medida desde el borde de ataque (13).

4. Una pala de aerogenerador (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque dicha zona modificada (31) está ubicada a lo largo de una región de la pala (11) extendida entre el 20%-50% de su longitud medida desde su punta (29).

5. Una pala de aerogenerador (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque dicha zona modificada (31) está implementada añadiendo un dispositivo (33) a la pala (11).

6. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 5, caracterizada porque dicho dispositivo (33) es una cinta de entrada en pérdida de sección rectangular, triangular, semi-circular o cuarto-circular.

7. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 6, caracterizada porque la máxima anchura w de dicha cinta de entrada en pérdida está comprendida en el rango 0.5-10 mm y la máxima altura t está comprendida en el rango 0.1-2 mm.

8. Una pala de aerogenerador (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque dicha zona modificada (31) está implementada añadiendo o insertando en la pala (11) un dispositivo deformable y medios de actuación para proporcionarle cambios de forma y tamaño.

9. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho dispositivo deformable está realizado con un material inteligente y dichos medios de actuación son medios eléctricos.

10. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 9, caracterizada porque dicho material inteligente es un material piezoeléctrico.

11. Una pala de aerogenerador (11) según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho dispositivo deformable es un dispositivo inflable y dichos medios de actuación son medios de inflado.