Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo.

Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo,

incorporando medios de regulación de la sustentación formados por membranas (4, 4a) elásticas, dispuestas en la superficie de la cara de extradós, del perfil aerodinámico, las cuales membranas (4, 4a) poseen una cámara interior que se dispone conectada a un circuito neumático (8) por el que se aplica una depresión de referencia generada mediante bombas de vacío (9), de manera que dichas membranas (4, 4a) pueden deformarse en función del aire incidente sobre la pala (1) de aplicación, para modificar las características aerodinámicas de la misma.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200519.

Solicitante: TORRES MARTINEZ,MANUEL.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: TORRES MARTINEZ,MANUEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B64C21/08 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA.B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 21/00 Perturbación del flujo de aire sobre las superficies de aeronaves actuando sobre el flujo de la capa límite (control de capa límite en general F15D). › ajustables.
  • F03D1/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 1/00 Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00). › Rotores.
  • F03D7/02 F03D […] › F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.

Fragmento de la descripción:

PALA DE AEROGENERADOR, DE GEOMETRÍA VARIABLE CON CONTROL PASIVO

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con la acción dinámica de las palas de aerogenerador en su función de captación de la energía del viento, proponiendo una pala de geometría variable capaz de reducir las cargas extremas que recibe la pala, por medio de un sistema de membranas elásticas de control pasivo activadas mediante la distribución de presiones

a lo largo del perfil aerodinámico que conforma la pala, en relación con presiones de referencia que actúan sobre las membranas y que son generadas por bombas de succión.

Estado de la técnica

Las palas de un aerogenerador son los elementos que captan la energía del viento, para hacer girar un rotor que acciona a un generador eléctrico, consistiendo dichas palas en estructuras de gran envergadura (entre 50 y 70 metros de longitud para potencias de entre 2 y 5 MW del aerogenerador de aplicación) , con las que la captación de energía eólica es proporcional al área de barrido de las mismas, de manera que la técnica actual tiende a aumentar la relación entre el área de barrido de las palas y la potencia nominal de los aerogeneradores, para aumentar la producción de éstos con vientos de velocidad más baja.

En ese sentido, el concepto estructural de las palas, el diseño de perfiles aerodinámicos más eficientes y los procesos de fabricación automatizada que garanticen la repetitividad, la calidad y la reducción de costes, son actualmente los principales factores de concentración de la innovación en el sector de los aerogeneradores.

El aumento de la relación entre el área de barrido de las palas y la potencia nominal del aerogenerador de aplicación, se soluciona convencionalmente con la utilización de palas más largas, lo cual se encuentra

con unos aspectos críticos, como el aumento de las cargas que debe soportar el aerogener ador y el ruido aerodinámico.

El ruido aerodinámico es la principal fuente de acústica en los aerogeneradores, factor que está

regulado por la normativa vigente, produciéndose dicho ruido aerodinámico en las zonas más exteriores de las palas; de manera que, para mantener el ruido dentro de los niveles admitidos, puede ser necesaria una reducción de la velocidad de giro del rotor eólico, lo que supone un mayor par mecánico, mayores cargas y necesidades adicionales en el generador eléctrico.

Por otro lado, la acción del viento ocasiona sobre las palas de los aerogeneradores un efecto de presión en la cara de intradós y un efecto de succión en la cara de extradós, aumentando este efecto de succión a lo largo de la pala, desde la raíz hasta la punta, lo cual hace que las palas tengan que soportar cargas de trabajo que varían en el tiempo, de manera que fuertes vientos y ráfagas extremas provocan cargas elevadas, fatiga. Los aumentos de carga tienen su origen en que el aumento de la velocidad del viento conlleva un aumento de la velocidad relativa en el perfil de las palas y una modificación del ángulo de ataque de dicho perfil, los cuales efectos combinados dan lugar a una fuerza resultante mayor que la fuerza estimada de diseño.

siendo necesarios diseños robustos y sobredimensionamientos de los elementos estructurales para soportar dichas cargas y el comportamiento de

Además, la velocidad del viento no es uniforme en toda la superficie de barrido de las palas de los aerogeneradores, ya que además de las diferencias locales que se producen por fenómenos transitorios, como las turbulencias o cambios de dirección, la velocidad del viento tiende también a aumentar con la altura respecto del suelo, según una ley logarítmica, lo cual lleva a que en un aerogenerador el funcionamiento de cada pala se vea afectado, en función de la posición de la pala y de la aleatoriedad del viento, por una resultante de cargas aerodinámicas diferente a la de las otras palas.

Por ello, en las palas de los aerogeneradores modernos se incorporan sistemas para la reducción de cargas y la optimización de la potencia; siendo el sistema más habitual el mecanismo de pitch, mediante el cual cada pala se orienta para que encuentre su posición óptima en cada punto de trabaj o; existiendo también otros sistemas, por ejemplo frenos aerodinámicos en la zona de la punta de las palas. Sin embargo, dichos sistemas convencionales tienen, en general, un tiempo de respuesta que no les permite

reaccionar a tiempo ante fenómenos transitorios rápidos, como las ráfagas de viento, que acaban

ocasionando cargas más elevadas en las palas y en el conjunto de los aerogeneradores.

Se han propuesto al respecto diversas técnicas para la reducción de las cargas en las palas de los aerogeneradores, por medio de modificaciones de la geometría del perfil de las palas, en cuyo sentido, por ej emplo:

La Patente US 6361275 propone un sistema de control de cargas por medio de la introducción de mecanismos de pitch independientes para cada una de las palas.

La Patente EP 2282052 propone un sistema para aumentar la sustentación generada por cada pala a través de un perfil de pequeñas dimensiones, que permanece unido a la pala en condiciones normales, pero que se puede separar de la misma para conseguir el aumento de la sustentación.

La Patente US 4692095 propone un sistema de medios que en funcionamiento normal se encuentran en el intradós de la pala (zona de alta presión donde la influencia de dichos medios es relativamente baja) , pero que en determinados momentos se trasladan al extradós (zona de baj a presión donde la influencia de esos medios es importante) , modificando así las características aerodinámicas de la pala.

La Patente WO 2004/099608 propone una pala de aerogenerador que incorpora unos sistemas de solapas situadas en el borde de ataque y/o en el borde de

salida, a lo largo de la dirección longitudinal de la pala, activándose dichas solapas por medios hidráulicos, electromagnéticos, neumáticos o fibras piezoeléctricas, para modificar las propiedades aerodinámicas de la pala según los requisitos del punto de trabajo, a través de unos sensores incorporados en la pala.

La Patente WO 2008/080407 propone una pala de aerogenerador que incorpora una serie de ranuras y/o huecos que emiten aire, para modificar las propiedades aerodinámicas de la pala según los requisitos del punto de trabaj o, por la acción de sensores incorporados en la pala.

La Patente ES 2261100 propone un aerogenerador que incorpora medios que se activan en un sector del área de barrido de las palas, para reducir la generación de ruido, siendo además posible la aplicación para disminuir la sustentación según la velocidad del viento incidente.

Todos estos sistemas son accionados por actuadores de uno u otro tipo, cuyo tiempo de respuesta desde la detección de la necesidad hasta que se consigue la posición final, es habitualmente superior al tiempo necesario para lograr un correcto control de las cargas

ante variaciones rápidas de las condiciones aerodinámicas que afectan a las palas en los aerogeneradores. Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone una pala de aerogenerador dotada de un sistema de geometría variable, con control pasivo a través de las presiones generadas por el aire incidente en el perfil aerodinámico.

Dicho sistema se basa en la disposición de unas

membranas elásticas situadas en el perfil aerodinámico a lo largo de la dirección longitudinal de la pala, siendo esas membranas capaces de deformarse por la diferencia entre la presión actuante sobre la cara exterior de las mismas que se halla expuesta al aire incidente sobre la pala y una presión de referencia, generada por bombas de succión, que actúa sobre la parte interior.

De este modo se obtiene una pala en la que las membranas incorporadas en ella se deforman en función del aire incidente sobre la pala, consiguiéndose mediante dicha deformación de las...

 


Reivindicaciones:

1. -Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, incorporando medios de regulación de la sustentación situados sobre' la superficie de la cara extradós del perfil aerodinámico en la dirección longitudinal de la pala (1) de aplicación, caracterizada porque los medios de regulación de la sustentación están formados por membranas (4, 4a) elásticas, las cuales quedan con su cara exterior expuesta al fluj o de aire que incide sobre la superficie exterior del perfil aerodinámico de la pala

(1) , poseyendo dichas membranas (4, 4a) una cámara interior que se dispone conectada a un circuito neumático (8) por el que se aplica una depresión (10) de referencia generada mediante bombas de vacío (9) .

2. -Pala de aerogenerador, de geometría variable

con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque las membranas (4, 4a) se sitúan en zonas distribuidas en la anchura del perfil aerodinámico de la pala (1) .

3. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque las membranas (4, 4a) se sitúan en zonas distribuidas en el sentido longitudinal de la pala (1) .

4. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque al menos un grupo de membranas (4, 4a) se sitúa en una zona próxima al borde de salida (7) del perfil aerodinámico de la pala

(1) .

5. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque las bombas de vacío (9) se sitúan en cualquier parte del aerogenerador de aplicación o fuera del mismo.

6. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque las membranas (4, 4a) se disponen conectadas, individualmente o por grupos, mediante correspondientes circuitos neumáticos

(8) a bombas de vacío (9) independientes.

7. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque la depresión (10) que generan las bombas de vacío (9) en relación con las membranas (4, 4a) , es controlada por parámetros de funcionamiento del aerogenerador de aplicación, como la velocidad de giro de las palas (1) o el ángulo de orientación de las mismas.

8. - Pala de aerogenerador, de geometría variable con control pasivo, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque en la cámara

interior de las membranas (4, 4a) se dispone una malla (15) que impide que las paredes de la cámara queden pegadas.

 

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