PALA DE ROTOR DE TURBINA EOLICA Y TURBINA EOLICA CON REGULACION DE PASO.

Pala (1) de rotor de turbina eólica con un perfil (5) de superficie aerodinámica que tiene un lado (15) de presión,

un lado (13) de succión y un dispositivo (21) de inducción de pérdida de sustentación ubicado en el lado (15) de presión del perfil (5) de superficie aerodinámica, teniendo el dispositivo (23) de inducción de pérdida de sustentación la sección transversal de un triángulo isósceles, caracterizada porque el dispositivo de inducción de pérdida de sustentación está ubicado cerca del borde (9) de ataque del perfil (5) de superficie aerodinámica por debajo del 5% de la longitud de cuerda del perfil (5) de superficie aerodinámica

Pala de rotor de turbina eólica y turbina eólica con regulación de paso.

La presente invención se refiere a una pala de rotor de turbina eólica y a una turbina eólica con regulación de paso que comprende un rotor con al menos una pala de rotor.

Existen dos maneras diferentes de regular la potencia de salida de una turbina eólica, concretamente la regulación del paso y la regulación de la pérdida de sustentación.

En turbinas eólicas con regulación de paso la potencia de la turbina eólica se regula ajustando un ángulo de paso apropiado para las palas de rotor del rotor. Al ajustar el ángulo de paso, la máquina puede hacerse funcionar con la velocidad de rotor óptima en un intervalo amplio de velocidades de viento. Sin embargo, las turbinas eólicas habitualmente funcionan en un campo de viento turbulento. Una turbina eólica con regulación de paso que funciona en un campo de viento turbulento de este tipo a una velocidad de viento elevada puede experimentar una sustentación negativa en una parte de la superficie aerodinámica de la pala de rotor. En este caso la carga de viento sobre la pala de turbina será opuesta a la dirección principal del viento. Si esto se correlaciona con una carga de sustentación positiva sobre las otras dos palas de un rotor de tres palas pueden producirse momentos de guiñada y vuelco muy elevados que actúan sobre la estructura de la turbina eólica.

El problema de momentos de vuelco y guiñada muy elevados se ha tratado hasta ahora dimensionando la estructura de las palas de rotor de turbina eólica para soportar las cargas que se producen.

En turbinas eólicas con regulación de la pérdida de sustentación la limitación de potencia se regula ajustando una velocidad de rotor apropiada. El ajuste de la velocidad de rotor se realiza induciendo una pérdida de sustentación en las palas de rotor. Los ángulos de paso de las palas de rotor se fijan en máquinas de este tipo. Para turbinas eólicas con regulación de la pérdida de sustentación se conoce usar turbuladores en el borde de ataque del perfil de superficie aerodinámica de una pala de rotor con el fin de reducir las vibraciones de pérdida de sustentación. Los turbuladores de este tipo se dan a conocer, por ejemplo, en el documento EP 0 954 701 B1.

El hecho de que se produzcan momentos de guiñada y vuelco muy elevados es un problema de una turbina eólica con regulación de paso y no de una turbina eólica con regulación de la pérdida de sustentación puesto que la velocidad de rotor y el ángulo de paso de las palas de rotor a una velocidad de viento dada diferirá según el mecanismo de regulación usado.

El documento WO 01/16482 A1 describe una pala para una turbina eólica que tiene generadores que generan turbulencia ubicados en el lado de succión de la pala. Puede haber generadores que generan turbulencia adicionales en el lado de presión de la pala.

El documento US 2007/110585 A1 describe una pala de rotor para una turbina eólica en la que se han formado elementos de característica aerodinámica. Estos elementos influyen en el flujo de aire en la superficie durante el funcionamiento de la turbina eólica y están dispuestos en un patrón bidimensional. Los elementos de características aerodinámica no están presentes cerca del borde de ataque del perfil de superficie aerodinámica. En algunas realizaciones los elementos de característica aerodinámica pueden tener la forma de un triángulo isósceles.

El documento WO 2004/099608 A1 describe una pala de turbina eólica que incluye medios de regulación de la sustentación ajustables.

El documento WO 2006/122547 A1 describe una pala de turbina eólica con regulación de paso que comprende medios de generación de turbulencia que están ubicados en el lado de succión de la pala.

El documento EP 0 947 693 A2 describe una pala de rotor de turbina eólica que tiene un segundo perfil de superficie aerodinámica ubicado en el borde de ataque de la pala.

El documento WO 2007/114698 A2 describe una pala de rotor de turbina eólica que tiene generadores de torbellinos ubicados en el lado de succión y el lado de presión de la pala. Los generadores de torbellinos tienen secciones transversales de triángulos escalenos.

Por lo tanto es un objetivo de la presente invención proporcionar una pala de rotor de turbina eólica que sea adecuada para superar el problema mencionado anteriormente en una turbina eólica con regulación de paso. Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar una turbina eólica con regulación de paso mejorada.

El primer objetivo se soluciona mediante una pala de rotor de turbina eólica según la reivindicación 1. El segundo objetivo se soluciona mediante una turbina eólica con regulación de paso según la reivindicación 3. Las reivindicaciones dependientes contienen desarrollos adicionales de la invención.

Una pala de rotor de turbina eólica según la invención comprende un perfil de superficie aerodinámica que tiene un lado de presión o contra el viento y un lado de succión o a favor del viento. En el lado de presión del perfil de superficie aerodinámica está ubicado un dispositivo de inducción de pérdida de sustentación. El dispositivo de inducción de pérdida de sustentación tiene una sección transversal de un triángulo isósceles y está ubicado cerca del borde de ataque, es decir, por debajo del 5% de la longitud de cuerda del perfil, en particular entre el 2% de la longitud de cuerda y el 5% de la longitud de cuerda.

Tal como ya se ha mencionado en la introducción, ya se conocen dispositivos de inducción de pérdida de sustentación en el borde de ataque o en el lado a favor del viento de un perfil de superficie aerodinámica de pala de rotor de turbina eólica a partir de turbinas eólicas con regulación de pérdida de sustentación. En estos casos los dispositivos de inducción de pérdida de sustentación se usan para reducir la sustentación positiva y de este modo reducir la potencia activa de una turbina eólica. Sin embargo, los dispositivos de inducción de pérdida de sustentación en el lado contra el viento de un perfil de superficie aerodinámica de pala de turbina eólica tienen efectos diferentes en comparación con los dispositivos de inducción de pérdida de sustentación en el borde de ataque o lado a favor del viento para la regulación de la potencia en turbinas eólicas con regulación de pérdida de sustentación. Al situar dispositivos de inducción de pérdida de sustentación de este tipo en el lado contra el viento en turbinas eólicas con regulación de paso, la sustentación negativa máxima en la superficie aerodinámica se reduce perturbando el flujo en el lado contra el viento.

La presente invención se basa en la siguiente observación:

una turbina eólica funciona en un campo de viento turbulento. Esto da como resultado un ángulo diferente de ataque del viento relativo con un ángulo de paso dado medido con respecto a la cuerda del perfil. Sin embargo, diferentes ángulos de ataque generan diferentes sustentaciones en la superficie aerodinámica. Para condiciones de funcionamiento normales con turbulencia moderada una turbina con regulación de paso siempre funciona en una parte lineal de la curva de sustentación, es decir, la sustentación cambia de manera proporcional a un cambio en el ángulo de ataque. En algunas situaciones, sin embargo, una combinación de la posición de rotor y una fuerte cizalladura en el campo de viento puede dar como resultado un ángulo de ataque fuera de esta zona lineal. En estas situaciones las cargas sobre la turbina estarán muy relacionadas con la sustentación máxima y la sustentación mínima de la superficie aerodinámica. Tanto la sustentación mínima como la sustentación máxima se consiguen justo antes de que la superficie aerodinámica entre en pérdida. En la situación con sustentación negativa el flujo se separa en el lado aguas arriba de la superficie aerodinámica. Por lo tanto, el cambio del valor absoluto de la sustentación mínima de una superficie aerodinámica disminuiría tanto la fatiga como las cargas extremas sobre la turbina.

El dispositivo de inducción de pérdida de sustentación de la pala de rotor de turbina eólica según la invención tiene la ventaja de reducir el valor absoluto de la sustentación negativa máxima aunque no influye, en ningún grado apreciable, en las características de funcionamiento del perfil de pala en condiciones de funcionamiento normales. Por otro lado, en condiciones de funcionamiento que pueden generar una carga altamente asimétrica...

1. Pala (1) de rotor de turbina eólica con un perfil (5) de superficie aerodinámica que tiene un lado (15) de presión, un lado (13) de succión y un dispositivo (21) de inducción de pérdida de sustentación ubicado en el lado (15) de presión del perfil (5) de superficie aerodinámica, teniendo el dispositivo (23) de inducción de pérdida de sustentación la sección transversal de un triángulo isósceles, caracterizada porque el dispositivo de inducción de pérdida de sustentación está ubicado cerca del borde (9) de ataque del perfil (5) de superficie aerodinámica por debajo del 5% de la longitud de cuerda del perfil (5) de superficie aerodinámica.

2. Pala (1) de rotor de turbina eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo (23) de inducción de pérdida de sustentación está ubicado entre el 2% de la longitud de cuerda y el 5% de la longitud de cuerda.

3. Turbina eólica con regulación de paso que comprende un rotor con al menos una pala (1) de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.