Pala de rotor (5) de turbina eólica, que comprende una punta de la pala (10) y un sistema de protección contra rayos,

incluyendo dicha pala

al menos un receptor de rayos (7) en la superficie de la pala a una distancia externa (Lex) del extremo distal de la punta dela pala (10), y

una base receptora de rayos (11) dentro de la pala del rotor (5) dispuesta a una primera distancia interna (Li1) del extremo

distal de la punta de la pala (10),

caracterizada porque

dicha pala del rotor comprende una barrera interna (12) colocada dentro de la pala (5), en la que la punta de la pala (10) yla barrera establecen una cavidad definida (13) dentro de la pala, y en la que la barrera se establece a una segundadistancia interna (Li2) del extremo distal de la punta de la pala,

en la que la primera distancia interna es menor que la segunda distancia interna,

en la que la base receptora de rayos (11) está acoplada al por lo menos un receptor de rayos y está encerrada en lacavidad definida, y

en la que al menos una porción de la cavidad se rellena con medios que tienen una resistencia dieléctrica que essustancialmente mayor que el aire ambiental.

Sistema de protección contra rayos para una pala de rotor de turbina eólica y procedimiento para la fabricación de una pala de este tipo

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una pala de rotor de turbina eólica según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento para fabricar una pala de rotor de turbina eólica.

Descripción de la técnica relacionada

La caída de rayos contra las turbinas eólicas ha sido siempre un problema que necesita atención debido a que los daños en los componentes de las turbinas eólicas reducen el tiempo de funcionamiento de la turbina eólica y se suma a los costes de operación de la turbina eólica.

La tendencia de la tecnología moderna de las turbinas eólicas ha sido la construcción de turbinas eólicas aún más grandes, que aumentan la susceptibilidad de las turbinas eólicas a la caída de rayos. Las palas del rotor de las turbinas eólicas son los componentes de una turbina eólica que están en mayor riesgo de ser alcanzados por un rayo. Se han desarrollado sistemas para proteger las palas del rotor de la turbina eólica contra la caída de rayos.

Algunos de estos sistemas utilizan una capa de metal conductora de corriente sobre la superficie de las puntas de las palas de la turbina eólica o incluso las puntas de las palas hechas de metal. La capa de metal o punta de metal está conectada al conductor inferior de la pala interna, y posteriormente un potencial de tierra, es decir, que actúa como un receptor de rayos ampliado.

La solicitud de patente internacional WO 2005/031158 divulga unos medios de protección contra rayos donde la punta de la pala está parcial o totalmente hecha de metal sólido.

Otros sistemas usualmente tienen uno o más receptores de rayos colocados en la superficie de la pala del rotor conectada a un conductor inferior de la pala interna, que proporciona una trayectoria de baja impedancia a tierra para el seguimiento de los rayos.

Un ejemplo de este sistema se describe en la solicitud de patente internacional WO 02/48546, así como en los documentos WO-A 2005/026358, WO-A 00/14405 y WO-A 96/0782.

Sin embargo, el rayo no siempre golpea a los receptores de los rayos al golpear en la pala del rotor de la turbina eólica. A veces el rayo golpeará y entrará en la punta de la pala y formará una trayectoria a tierra mediante la formación de un arco entre la superficie de la pala y el conductor inferior, aunque esta trayectoria a tierra es más inminente, que si el rayo hubiera impactado directamente en el receptor de rayos. La presencia del arco dentro de la punta de la pala del rotor puede causar daños graves en el extremo de las palas del rotor, por ejemplo, debido al aumento significativo de la temperatura en el espacio confinado de la punta de la pala del rotor.

Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es proporcionar una pala de rotor de turbina eólica sin los inconvenientes de los sistemas conocidos de protección contra rayos, y especialmente para proporcionar una pala de rotor de turbina eólica con un sistema de protección contra rayos mejorado en relación con el arco interno.

Además, es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento ventajoso de producir una pala de rotor de turbina eólica de acuerdo con la presente invención.

La invención

La invención proporciona una pala de rotor de turbina eólica, comprendiendo dicha pala del rotor una barrera interna (12) colocada dentro de la pala (5) , en la que la punta (10) de la pala y la barrera establecen una cavidad (13) definida dentro de la pala, y en la que la barrera establece una segunda distancia interna (Li2) desde el extremo distal de la punta de la pala, en la que la primera distancia interna es menor que la segunda distancia interna, en la que la base del receptor de rayos (11) está acoplada a por lo menos un receptor de rayos y está encerrada en la cavidad definida, y en la que al menos una porción de la cavidad está llena con medios que tienen una resistencia dieléctrica que es sustancialmente mayor que el aire ambiente.

Así se obtiene un sistema de protección contra rayos mejorado para una pala de turbina eólica mediante el cambio de la propiedad eléctrica interna. El valor límite, cuando se produce el corte dieléctrico dentro de la pala del rotor, aumenta sustancialmente, impidiendo así el arco interno.

Al aumentar el campo eléctrico soportado entre la base del receptor de rayos y la superficie interior de la pala del rotor, un campo eléctrico mucho mayor es necesario para iniciar un corte dieléctrico en el interior de la pala del rotor. Al aumentar el campo eléctrico soportado a un tamaño sustancialmente mayor que el campo eléctrico soportado por el aire atmosférico, cuando se utiliza como material de aislamiento interno, la ignición de un arco dentro de la punta de la pala del rotor puede impedirse, y así el daño a la punta de la pala del rotor.

Al cambiar la propiedad eléctrica interna se asegura que la trayectoria del rayo estará fuera de la pala hasta que se alcanza un receptor de rayos, y especialmente sin establecer una jaula metálica protectora sobre la superficie de la pala.

Mediante el término "base receptora de rayos" se entiende cualquier medio para conectar eléctricamente uno o más receptores de rayos a un conductor inferior de rayos.

El término "propiedades eléctricas" debe entenderse como la resistividad, la conductividad o la resistencia dieléctrica.

Mediante el término "aire ambiental" se entiende el aire atmosférico en la pala de la turbina eólica y en la proximidad del punto de intercepción del rayo. Las propiedades eléctricas del aire ambiental pueden variar con la temperatura, humedad presión, etc., que pueden producirse fuera de una pala de la turbina eólica.

En un aspecto de la presente invención, una barrera interna se coloca a una segunda distancia interna desde el extremo distal de la pala del rotor, estableciendo una cavidad definida desde dicha barrera interna al extremo distal de la punta de la pala.

De esta manera, la base receptora de rayos está delimitada en el extremo de la punta de la pala del rotor de la parte restante de la pala del rotor en una cavidad definida y cerrada. Por lo tanto, varias formas posibles de aumentar la resistencia dieléctrica de la capa aislante entre la superficie interior de la pala del rotor y el conductor inferior de rayos están habilitadas en el extremo de la punta de la pala del rotor.

Mediante el término "extremo distal" se entiende el extremo de la punta de la pala del rotor que está más alejado de la base de la pala del rotor de la turbina eólica.

En otro aspecto de la presente invención, dichos medios para cambiar al menos una propiedad eléctrica de la pala del rotor aumentan el campo eléctrico soportado entre la base receptora de rayos y la superficie interna de la pala del rotor. Por lo tanto, es posible aumentar la resistencia del campo eléctrico soportado entre la superficie interior de la pala del rotor y la base receptora de rayos, y por lo tanto, impide el arco interno en caso de la caída de un rayo.

En un aspecto de la presente invención, una barrera interna se coloca a una segunda distancia interna Li2 desde el extremo distal de la pala del rotor, estableciendo una cavidad definida a partir de dicha barrera interna en el extremo distal de la punta de la pala.

En un aspecto de la presente invención, dicha cavidad definida encierra la base receptora de rayos. Así, es posible utilizar el implante para colocar correctamente la base receptora de rayos en relación con los receptores dentro de la pala del rotor.

En un aspecto de la presente invención, dicha base receptora de rayos está incrustada en un implante hecho, por ejemplo, de material plástico o compuesto. Así, es posible establecer un implante con la forma deseada y precisa en un molde. Además, es posible y fácil de colocar la base receptora de rayos correctamente dentro del implante.

En un aspecto de la presente invención, dicho implante está prefabricado con dicha base receptora de rayos y medios para conectar a uno o más receptores de rayos y un conductor inferior de rayos. Así, es fácil establecer el sistema de protección contra rayos en la punta de la pala del rotor.

En aspectos de... [Seguir leyendo]

1. Pala de rotor (5) de turbina eólica, que comprende una punta de la pala (10) y un sistema de protección contra rayos, incluyendo dicha pala

al menos un receptor de rayos (7) en la superficie de la pala a una distancia externa (Lex) del extremo distal de la punta de la pala (10) , y

una base receptora de rayos (11) dentro de la pala del rotor (5) dispuesta a una primera distancia interna (Li1) del extremo distal de la punta de la pala (10) ,

caracterizada porque

dicha pala del rotor comprende una barrera interna (12) colocada dentro de la pala (5) , en la que la punta de la pala (10) y la barrera establecen una cavidad definida (13) dentro de la pala, y en la que la barrera se establece a una segunda distancia interna (Li2) del extremo distal de la punta de la pala,

en la que la primera distancia interna es menor que la segunda distancia interna,

en la que la base receptora de rayos (11) está acoplada al por lo menos un receptor de rayos y está encerrada en la cavidad definida, y

en la que al menos una porción de la cavidad se rellena con medios que tienen una resistencia dieléctrica que es sustancialmente mayor que el aire ambiental.

2. Pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha base receptora de rayos (11) está integrada en un implante (14) hecho, por ejemplo, en materiales plásticos o compuestos.

3. Pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho implante (14) está prefabricado con dicha base receptora de rayos (11) y medios para conectar a uno o más receptores de rayos (7) y un conductor inferior de rayos (8) .

4. Pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque dicho implante (14) comprende una forma que corresponde sustancialmente a la parte interna de la punta de la pala, por ejemplo, una forma de aleta de tiburón y con aberturas laterales (26) para el contacto entre dicha base receptora de rayos (11) y dichos receptores (7) .

5. Palas de rotor (5) de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque dicha segunda distancia interna (Li2) está en el intervalo entre 0, 1 y 2, 0 metros, por ejemplo, entre 0, 2 metros a 0, 6 metros del extremo distal de la pala del rotor (5) de la turbina eólica.

6. Pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho material de relleno de la cavidad (22a) tiene una resistencia dieléctrica mayor de 1 x 107 Voltios/metro, por ejemplo en el intervalo de 2 x 107 Voltios/metro a 8 x 107 Voltios/metro.

7. Pala de rotor (5) de turbina eólica según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos medios (22a) para aumentar el campo eléctrico soportado es un material de poliuretano, por ejemplo, un material de poliuretano no expansible de dos componentes.

8. Turbina eólica con un sistema de protección contra rayos y al menos una pala de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Procedimiento para la fabricación de una pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende las etapas de:

establecer al menos dos carcasas de pala (19, 20) que encierran una cavidad definida,

colocar una base receptora de rayos (11) con una conexión a un conductor inferior de rayos (8) en una carcasa de la pala,

establecer contacto entre al menos un receptor de rayos (7) en la superficie de la pala a una distancia externa (Lex) desde el extremo distal de la punta de la pala (10) y la base receptora de rayos (11) y entre dichas al menos dos carcasas de la pala (19, 20) , y

rellenar al menos una porción de la cavidad con medios que tienen una resistencia dieléctrica que es sustancialmente mayor que el aire ambiental, cambiando así al menos una propiedad eléctrica de la pala del rotor (5) en la base receptora de rayos (11) , en comparación con las propiedades eléctricas de aire ambiental.

10. Procedimiento para la fabricación de una pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 9, en el que la base

receptora de rayos (11) y el conductor inferior de rayos (8) están integrados y conectados en un implante prefabricado (14) .

11. Procedimiento para la fabricación de una pala de rotor (5) de turbina eólica según la reivindicación 10, en el que dicho

implante prefabricado (14) está adaptado a una superficie interior de la pala (18) mediante elevaciones (15) del implante 5 (14) .