Sistema de detección de proximidad entre una pala de turbina eólica y una pared de la torre.

Un sistema sensor (50) para la monitorización de la desviación de palas de turbina (22) de una turbina eólica (10),

que incluye una pluralidad de palas de turbina montadas en un buje (20) del rotor soportado por una góndola (16) encima de una torre (12), comprendiendo dicho sistema:

un primer componente (52) configurado en cada una de las palas de la turbina; y

un segundo componente (58) configurado en la torre a una altura para detectar la presencia de dicho primer componente cuando las palas giran más allá de la torre y generar un parámetro medible correspondiente, estando dicho segundo componente dispuesto sustancialmente completamente alrededor de la circunferencia de la torre para detectar dichos primeros componentes en cualquier posición de giro de la góndola respecto a la torre. caracterizado porque:

dicho primer componente (52) comprende una fuente magnética (56) unida a cada una de las palas (22) de la turbina, y comprendiendo dicho segundo componente (58) una bobina detectora (62) formada alrededor de la torre (12), induciendo dichas fuentes magnéticas una corriente detectable en dicha bobina detectora cuando dichas fuentes magnéticas pasan por dicha bobina detectora dentro de una distancia (42) definida entre las palas y la torre.

Sistema de detección de proximidad entre una pala de turbina eólica y una pared de la torre

La presente invención se refiere en general a turbinas eólicas y, más particularmente, a un sistema de detección de proximidad de las palas de la turbina con relación a la torre para evitar un golpe con la torre.

La energía eólica se considera en la actualidad una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio ambiente disponibles, y las turbinas eólicas han ganado una mayor atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola, y una o más palas de la turbina. Las palas de la turbina capturan la energía cinética del viento usando principios conocidos de lámina metalizada y transmiten la energía cinética a través de energía de rotación para girar un eje de acoplamiento de las palas del rotor a una caja de engranajes, o si no se utiliza una caja de engranajes, directamente al generador. El generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que puede ser desplegada en una red de suministro eléctrico.

Para asegurar que la energía eólica sigue siendo una fuente de energía viable, se han hecho esfuerzos para aumentar las salidas de energía mediante la modificación del tamaño y la capacidad de las turbinas eólicas. Dicha modificación ha sido aumentar la longitud de las palas de la turbina. Sin embargo, como se conoce generalmente, la desviación de una pala de turbina es una función de la longitud de la pala, junto con la velocidad del viento, los estados de funcionamiento de la turbina y la rigidez de la pala. Por lo tanto, palas de la turbina más largos están sujetos a un aumento de las fuerzas de desviación, sobre todo cuando una turbina eólica está funcionando en condiciones de velocidad de fuertes vientos. Este aumento de las fuerzas de desviación no sólo produce fatiga en las palas de turbina y otros componentes de la turbina eólica, sino que también pueden aumentar el riesgo de que las palas de turbina golpeen la torre. Un golpe con la torre puede dañar significativamente una pala de turbina y la torre y, en algunos casos, incluso puede derribar toda la turbina eólica.

Se conocen dispositivos y sistemas para la detección de la desviación de la pala de turbina utilizando diversos tipos de sensores activos o mecánicos. La patente US 6.619.918 describe el uso de medidores de deformación de fibra óptica en las palas de la turbina para medir la carga sobre las palas y deducir la distancia del extremo como una función de la carga medida. La patente US 7.059.822 describe un sistema en el que unas vigas están acopladas a las palas y la desviación de las palas se determina como una función de la cantidad de desviación de las vigas. La patente US 7.246.991 describe un sistema de control para evitar un golpe a la torre que utiliza una señal de un sensor que mide la desviación de las palas de la turbina. Se describen varios tipos de sensores posibles, incluyendo galgas extensométricas, acelerómetros montados en las palas y dispositivos de radar activos. Un procedimiento adicional se desvela en el documento US 2007/0102939 de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los sensores convencionales y sistemas asociados son relativamente complejos y costosos, y la calibración de tales sensores puede ser bastante compleja y consumir mucho tiempo. Por otra parte, los sensores se limitan generalmente a la detección de la presencia de la pala en una sola posición circunferencial en la torre. Sin embargo, la góndola puede asumir prácticamente cualquier posición de giro con respecto a la torre, que puede resultar en que las palas pasen la torre en el lado opuesto del sensor (es decir, un receptor o componente transmisor) montados en la torre.

Por consiguiente, existe una necesidad de un sistema sensor de curvatura de la pala que es mecánicamente sencillo, robusto, y proporciona una detección fiable de la pala alrededor de toda la circunferencia de la torre.

Varios aspectos y ventajas de la presente invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser claros a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención.

La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.

Éstas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan y que constituyen una parte de esta memoria, ilustran realizaciones de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la presente invención.

En los dibujos:

La figura 1 proporciona una vista en perspectiva de una turbina eólica;

La figura 2 proporciona una vista lateral de una turbina eólica de acuerdo con una realización de la presente invención; y

La figura 3 proporciona una vista lateral de una turbina eólica de acuerdo con otra realización de la presente invención.

Se hará ahora referencia en detalle a las realizaciones de la presente invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación, no de limitación de la presente

invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que diversas modificaciones y variaciones se pueden hacer en la presente invención sin apartarse del ámbito o espíritu de la presente invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una forma de realización se pueden utilizar con otra realización para producir una realización adicional. Por lo tanto, se pretende que la presente invención cubre tales modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica 10 de eje horizontal. Sin embargo, se debe apreciar que la turbina eólica 10 puede ser una turbina eólica de eje vertical. La turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde un sistema de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12, y un rotor 18 que está acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje 20 giratorio y una o más palas 22 de la turbina acopladas a y que se extienden hacia fuera desde el buje 20. La torre 12 se fabrica a partir de metal tubular, hormigón, o cualquier otro material adecuado y está configurado en una estructura de soporte 14.

Las palas 22 de la turbina generalmente pueden tener cualquier longitud adecuada que permite a la turbina eólica 10 funcionar según lo diseñado. Por ejemplo, las palas 22 de la turbina puede tener una longitud que varía de aproximadamente 15 metros (m) a aproximadamente 91 m. Las palas 22 de la turbina están separadas alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para permitir que la energía cinética sea transferida desde el viento en energía mecánica útil, y posteriormente, en energía eléctrica. Específicamente, el buje 20 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico (no ilustrado) situado dentro de la góndola 16 para permitir que se produzca la energía eléctrica. Además, las palas 22 de la turbina pueden estar acopladas al buje 20 mediante el acoplamiento de una porción de raíz de la pala 24 en el buje 20 en una pluralidad de regiones 26 de transferencia de carga. Por lo tanto, cualquier carga inducida a las palas 22 de la turbina se transfiere al buje 20 a través de las regiones de transferencia de carga 26.

Como se muestra en la realización ilustrada, la turbina eólica puede incluir también un sistema de control de turbina o controlador 36 de la turbina dentro de la góndola 16 o en cualquier posición sobre o en la turbina eólica 10 o el sistema de soporte 14. El controlador 36 puede estar configurado para controlar los diversos modos operativos de la turbina eólica 10 (por ejemplo, secuencias de puesta en marcha o de apagado). Además, el controlador 36 puede estar configurado para controlar un ángulo de paso o paso de la pala de cada una de las palas de la turbina con respecto a un eje de cabeceo 34 a través de un sistema de ajuste del paso 32 para controlar la carga y la potencia generada por la turbina eólica 10 mediante el ajuste de una posición angular de al menos una pala de turbina 22 en relación con el viento. Además, como la dirección 28 del viento cambia, el controlador 36 puede estar configurado para controlar una dirección de guiñada de la góndola 16 alrededor de un eje de guiñada 38 para posicionar las palas 22 de la turbina con respecto a la dirección 28 del viento. Por ejemplo, el controlador 36 puede controlar un mecanismo 40 de... [Seguir leyendo]

1. Un sistema sensor (50) para la monitorización de la desviación de palas de turbina (22) de una turbina eólica (10), que incluye una pluralidad de palas de turbina montadas en un buje (20) del rotor soportado por una góndola (16) encima de una torre (12), comprendiendo dicho sistema:

un primer componente (52) configurado en cada una de las palas de la turbina; y

un segundo componente (58) configurado en la torre a una altura para detectar la presencia de dicho primer componente cuando las palas giran más allá de la torre y generar un parámetro medible correspondiente, estando dicho segundo componente dispuesto sustancialmente completamente alrededor de la circunferencia de la torre para detectar dichos primeros componentes en cualquier posición de giro de la góndola respecto a la torre.

caracterizado porque:

dicho primer componente (52) comprende una fuente magnética (56) unida a cada una de las palas (22) de la turbina, y comprendiendo dicho segundo componente (58) una bobina detectora (62) formada alrededor de la torre (12), induciendo dichas fuentes magnéticas una corriente detectable en dicha bobina detectora cuando dichas fuentes magnéticas pasan por dicha bobina detectora dentro de una distancia (42) definida entre las palas y la torre.

2. El sistema sensor (50) según la reivindicación 1, en el que dicho sistema es un sistema activo con uno de dichos primer (52) o segundo componentes (58), que comprende un transmisor (54) activo y el otro de dichos primer o segundo componentes comprende un receptor (60).

3. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho sistema es un sistema pasivo.

4. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho sistema es un sistema inductivo pasivo en el que el parámetro medible es inducido en dicho segundo componente (58) por la presencia de dichos primeros componentes (52) dentro de una distancia (42) definida entre las palas (22) y la torre (12).

5. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, que comprende además un controlador (64) asociado con dicha bobina detectora (62) para determinar la distancia (42) entre las palas (22) y la torre (12) como una función de la magnitud de la corriente inducida.

6. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho controlador (64) está configurado además para generar señales de control para iniciar la acción para evitar un golpe de la pala cuando la distancia (42) entre las palas (22) y la torre (12) alcanza un valor de referencia.

7. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha fuente magnética (56) comprende imanes individuales incrustados en cada una de las puntas de las palas de la turbina en una posición de manera que estén orientados hacia la torre (12) en una condición de plena carga de las palas (22).

8. El sistema sensor (50) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha bobina detectora (62) comprende devanados de alambre formados alrededor de la torre (12).

9. Una turbina eólica (10), que comprende: una torre (12);

una góndola (16) encima de dicha torre, siendo dicha góndola giratoria en relación a dicha torre;

una pluralidad de palas (22) de turbina montadas en un buje (20) del rotor soportado por dicha góndola; y

un sistema de sensor (50) de desviación de las palas como se define en cualquier reivindicación anterior.