Paleta de turnina eólica reforzada.

Una paleta de turbina eólica que comprende

una cubierta (30) que tiene una sección con un perfil aerodinámico,

al menos una viga (22, 24), y

al menos un miembro de refuerzo alargado (38) conectado dentro de la cubierta para incrementar la resistencia de lapaleta y en donde, cada una de al menos un miembro de refuerzo alargado se ubica entre la parte más trasera de almenos una viga y en el borde trasero (40) de la paleta, cada una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38)tiene un primer extremo y un segundo extremo y que se extiende en una dirección longitudinal entre el primerextremo y el segundo extremo y en donde el primer extremo se conecta la parte superior de la cubierta (32) y elsegundo extremo se conecta a la parte inferior de la cubierta (34) evitando de esta manera la deformación de laparte trasera de la cubierta.

Paleta de turbina eólica reforzada.

La presente invención se relaciona con una paleta reforzada para una turbina eólica, en particular con una paleta que tiene miembros de refuerzo alargados en la paleta con el fin de evitar la deformación de la parte trasera de la cubierta.

Típicamente, una paleta de turbina tiene una cubierta aerodinámica y una viga, tal como un brazo o una vigueta. La vigueta puede ser un brazo único, pero a menudo se utilizan dos viguetas. Las dos viguetas junto con las partes de la cubierta que se extienden entre las dos viguetas forman el así llamado perfil de caja. La parte superior e inferior del perfil de caja a menudo se denomina como tapas. Algunos tipos de paletas son diseñados con una vigueta en la forma de un perfil de caja que es elaborado separadamente y unido entre las cubiertas de superficie prefabricadas. La cubierta aerodinámica se hace típicamente de una lámina de plásticos reforzados con fibra, fibra de vidrio y/o otros materiales. Típicamente, la cubierta aerodinámica se hace de dos partes de cubierta que se ensamblan para formar la cubierta. Las paletas de la turbina eólica de acuerdo con la técnica anterior son conocidas de los documentos US 2007/0189903 A1 y US 2007/0217918 A1.

Bajo condiciones de operación normales, la paleta de turbina eólica se somete a cargas en un ángulo con la dirección de la aleta. Es común resolver esta carga sobre la paleta en sus componentes en la dirección de la aleta y del borde. La dirección de la aleta es una dirección sustancialmente perpendicular al eje transversal a través de una sección transversal de la aleta. La dirección de la aleta puede así ser considerada como la dirección, o la dirección opuesta/inversa, en el cual el levantamiento aerodinámico actúa sobre la paleta. Las cargas en el borde ocurren en una dirección perpendicular a la dirección de la aleta. La paleta está además sometida a cargas de torsión que son principalmente aerodinámicas y cargas de inercia, Estas cargas pueden someter la paleta a movimientos armónicos u oscilaciones a la frecuencia propia de torsión de la paleta; comparar con Figura 1 para una indicación de las cargas en las direcciones.

Cuando la paleta se somete a una carga de borde la sección de cubierta entre el borde trasero de la paleta y la viga interna se deforma por fuera del plano "neutro" (o inicial) de la superficie, ver Fig. 10. La deformación induce tensiones de pelado en el borde trasero de la paleta y consecuentemente esta puede conducir a una falla de fatiga en la unión adhesiva del borde de cola donde las dos partes de cubierta se conectan entre sí. Adicionalmente, la deformación de la cubierta puede conducir a las deformaciones tanto en la cubierta como en la viga en la conexión entre la viga y la cubierta y esto puede conducir a una falla de fatiga de la viga y/o falla de fatiga de la cubierta y/o falla de fatiga en la conexión entre la viga y la cubierta.

La falla de fatiga en la del borde trasero, la cubierta, la viga o las conexiones puede ser finalmente causa de que la hoja se rompa.

La deformación también puede conducir a un pandeo de la cubierta y esta reduce la resistencia final de la paleta porque la cubierta está soportando una carga. Adicionalmente las deformaciones también comprometen la eficiencia aerodinámica de la paleta en razón a que la forma diseñada del perfil de la paleta ya no se mantiene.

Las cargas de borde pueden además originar que el borde trasero de la paleta para deformarse en un patrón de post pandeo estable. Esto es causado por el doblamiento de la paleta desde el borde de ataque hacia el borde trasero. El material de la paleta en el borde de ataque es luego sometido a tensión y el borde trasero a compresión. En razón a que el borde trasero es relativamente delgado, este no puede soportar fuerzas de compresión sustanciales antes de que este se doble fuera de su plano neutro. Cuando esto ocurre, algo de la carga del borde trasero es transferido y distribuido a través de la parte de la cubierta alejado el borde trasero hasta que se establece el equilibrio de las fuerzas. Aunque esta deformación no conduce inmediatamente a falla, esta disminuye el margen de seguridad para la carga de falla general de la paleta y también incrementa las tensiones de pelado y corte en el borde trasero.

Sometida a cargas de aleta, la sección de la cubierta aerodinámica entre el borde trasero y la viga interna se deforma por fuera del plano de la posición de superficie "neutra" de manera similar a la descrita anteriormente para las cargas de borde. Esta deformación también induce tensiones de corte y pelado en el borde trasero de la paleta. La sección se deformara en un estado de "nivel de energía más bajo", es decir una situación en donde la mayor cantidad de tensión en la paleta se distribuye a otras secciones de la paleta. Cuando parte de la cubierta se deforma de esta manera, es usualmente denominado como un "panel inefectivo". La distribución de las tensiones a otras partes de la paleta significa que estas partes estén sometidas a una carga mayor. Esto da como resultado una deflección de punta mayor de la paleta. Además, las deformaciones de la superficie de la paleta comprometen la eficiencia aerodinámica de la paleta, porque la forma diseñada del perfil ya no se mantiene.

Así, existe necesidad de una paleta de turbina eólica en la cual la deformación de la cubierta se evite o minimice y en donde la estructura de la paleta se fortalezca al incrementar el peso total.

Es aún otro objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una resistencia total incrementada y una rigidez total.

Es aún otro objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con resistencia creciente a la falla de fatiga.

Es por lo tanto un objeto de la presente invención suministrar un perfil aerodinámico con resistencia mejorada contra la falla por pandeo del perfil.

Es aún otro objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una resistencia creciente al pandeo del borde trasero.

Es aun otro objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una resistencia creciente al pandeo de la sección de la cubierta aerodinámica entre el borde trasero y la viga interna.

Es por lo tanto un objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una resistencia mejorada contra deformaciones del perfil de la paleta.

Es también un objeto de la presente invención suministrar un perfil de paleta reforzado para una paleta de turbina eólica.

Es por lo tanto un objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una resistencia mejorada contra las deformaciones de la cubierta.

Es otro objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con peso reducido.

También es un objeto de la presente invención suministrar una paleta de turbina eólica con una confiabilidad mejorada de las juntas entre las partes de la cubierta.

Es un objeto adicional suministrar una paleta de turbina eólica capaz de trabajar bajo cargas aerodinámicas severas y optimizar la eficiencia aerodinámica, por ejemplo la salida de energía de la paleta.

Es además un objeto de la presente invención suministrar alternativas a la técnica anterior.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, los objetos anteriormente mencionados y otros se cumplen mediante una paleta de turbina eólica que tiene las características de la reivindicación 1.

De acuerdo a un segundo aspecto de la presente invención, los objetos anteriormente mencionados y otros se cumplen mediante un método que tiene las características de la reivindicación 17.

La paleta de turbina eólica se puede utilizar en una turbina eólica de eje vertical, tal como una turbina eólica Darrieus, una turbina eólica estrella, etc. O en una turbina eólica de eje horizontal, tal como las turbinas de viento modernas comunes usualmente de tres paletas, algunas veces de dos paletas o aún de una paleta (y contra balanceada) , etc.

La paleta de acuerdo con la presente invención también se pude utilizar en la industria aeronáutica, por ejemplo como un ala de helicóptero, como un ala de aeroplano etc.

La paleta de turbina eólica puede ser aplicable no solamente al viento, sino también a una variedad de flujos... [Seguir leyendo]

1. Una paleta de turbina eólica que comprende

una cubierta (30) que tiene una sección con un perfil aerodinámico,

al menos una viga (22, 24) , y al menos un miembro de refuerzo alargado (38) conectado dentro de la cubierta para incrementar la resistencia de la paleta y en donde, cada una de al menos un miembro de refuerzo alargado se ubica entre la parte más trasera de al menos una viga y en el borde trasero (40) de la paleta, cada una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) tiene un primer extremo y un segundo extremo y que se extiende en una dirección longitudinal entre el primer extremo y el segundo extremo y en donde el primer extremo se conecta la parte superior de la cubierta (32) y el segundo extremo se conecta a la parte inferior de la cubierta (34) evitando de esta manera la deformación de la parte trasera de la cubierta.

2. Una paleta de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos un miembro de refuerzo alargado (38) comprende una pluralidad de miembros de refuerzo alargados ubicados en relación espaciada a lo largo de la extensión longitudinal de la paleta.

3. Una paleta de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se extiende en una dirección que forma un ángulo con relación a la extensión longitudinal de la paleta que varía desde 70° a 110° preferiblemente de 80° a 100°, más preferiblemente de 85° a 95°.

4. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a la reivindicación 3, en donde al menos una de al menos uno de los miembros de refuerzo alargado (38) se extiende en una dirección que es sustancialmente perpendicular con la extensión longitudinal de la paleta.

5, Una paleta de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se extiende sustancialmente perpendicular a la cuerda de perfil de la paleta.

6. Una paleta de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos uno de los miembros de refuerzo alargado (38) comprende una pluralidad de miembros de refuerzo alargado (38) ubicado en relación espaciada a lo largo de la extensión longitudinal de la paleta con una distancia mutua que es menor de 2xD, en donde D es la distancia entre el primero y segundo extremo de una de la pluralidad de los miembros de refuerzo alargado

7. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde uno de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) forma un ángulo con otro de al menos un miembro de refuerzo alargado.

8. Una paleta de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el ángulo varía de 15° a 135°.

9. Una paleta de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos uno de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se extiende sustancialmente en paralelo a la viga (22, 24) .

10. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1- 8, en donde al menos uno de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) forma un ángulo con la viga (22, 24) que varía de 0° a 70°, preferiblemente de 0° a 40°, más preferiblemente de 0° a 20°, más preferiblemente de 0° a 10°, y aún más preferiblemente de 0° a 5°.

11. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) forma un ángulo con la viga (22, 24) que varía de 10° a 70°, preferiblemente 10° a 40°, más preferiblemente de 10° a 20°

12. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) es un alambre flexible con una resistencia a la tensión alta sin una capacidad de resistir fuerzas de compresión.

13. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se hace de plástico reforzado.

14. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos

uno de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se hace de madera, tal como bambú, abedul, madera 5 laminada, etc., o, acero, aleación de metales ligeros etc.

15. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) comprende un número de elementos individuales que comprenden fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de aramida, fibras de polietileno, o fibras de PBO (polifenileno benzobisoxcuasol) .

16. Una paleta de turbina eólica de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) se hace de material a base de fibras de planta con alto grado de contenido de celulosa, tales como fibras bastas, tales como lilo, yute, etc.

17. Un método para incrementar la resistencia de una paleta de turbina eólica que tiene una cubierta (30) con una sección que tiene un perfil aerodinámico y al menos un viga (22, 24) , el método comprende las etapas de Ubicar al menos un miembro de refuerzo alargado (38) dentro de la cubierta (30) entre la parte más trasera de al menos una viga y el borde trasero de la paleta, cada una de al menos un miembro de refuerzo alargado (38) que tiene un primer extremo y un segundo extremo y que se extiende en un dirección longitudinal entre el primer extremo y el segundo extremo y,

Conectar el primer extremo a la parte superior (32) de la cubierta y el segundo extremo a la parte inferior (34) de la 20 cubierta.