ES2591209T3 - Pala de turbina eólica con dispositivo de reducción de ruido - Google Patents

Pala de turbina eólica con dispositivo de reducción de ruido Download PDF

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Abstract

Pala (1) de turbina eólica con un dispositivo de reducción de ruido en forma de un borde (3) de salida dentado, caracterizada porque dicho borde (3) de salida dentado comprende nervios (7) de rigidización y dientes (6), de modo que un diente (6) está dotado de un nervio (7) de rigidización.

Description

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PALA DE TURBINA EOLICA CON DISPOSITIVO DE REDUCCION DE RUIDO
DESCRIPCION
La presente invencion se refiere a una pala de turbina eolica con un dispositivo de reduccion de ruido en forma de un borde de salida dentado.
Las palas de turbina eolica generan ruido aerodinamico cuando funciona la turbina eolica y el rotor esta en movimiento rotacional. En general, el mecanismo de fuente de ruido aerodinamico para alabes de sustentacion puede clasificarse de la siguiente manera: a) flujo de capa lfmite turbulento desprendido del borde de salida, b) capa ifmite separada y flujo de alabe calado, c) desprendimiento de vortices debido a inestabilidades de capa lfmite laminar, y d) desprendimiento de vortices desde bordes de salida romos.
Se encontro que la fuerza principal del ruido aerodinamico se origina en el borde de salida de la envergadura exterior de palas de turbina eolica. Un hallazgo sorprendente fue que el ruido desde la punta de pala es de menor importancia. Tambien se encontro que el ruido producido por las palas es proporcional a la velocidad del viento (es decir velocidad rotacional) en las palas.
El ruido fija una limitacion en como de cerca puede construirse una turbina eolica a zonas residenciales y a que frecuencia rotacional puede girar un rotor de una turbina eolica.
Se conoce bien la optimizacion de palas de turbina eolica en la fase de diseno para reducir ruido aerodinamico. La union de dispositivos de reduccion de ruido al borde de salida de palas de turbina eolica como un reajuste o produccion posterior se conoce bien en la industria de turbinas eolicas. Un ejemplo para un dispositivo de reduccion de ruido es una placa de plastico dentada como una parte de un paquete de reajuste unido al borde de salida de palas de turbina eolica. La union o produccion de palas de turbina eolica con aletas es otro medio para reducir ruido desde la pala de turbina eolica.
El documento EP 1314885 A1 da a conocer un borde de salida dentado flexible para palas de rotor de turbina eolica. Para mejorar la eficacia de un rotor de turbina eolica existente se propone unir un panel dentado a al menos una parte del borde de salida de las palas de turbina eolica. Pueden mejorarse las caractensticas de sustentacion y resistencia de una superficie de sustentacion usando bordes de salida dentados.
El documento EP 0652367 A1 propone una turbina eolica que tiene un borde de salida con forma de diente de sierra. Para obtener esta forma puede usarse una tira en forma de diente de sierra que se fija al borde de salida de la pala de rotor.
El documento US 2008/0166241 A1 da a conocer un cepillo de pala de turbina eolica con cerdas o un cepillo dispuesto en una superficie exterior de la pala de turbina eolica. La funcion de las cerdas es lograr un efecto de reduccion de ruido. Las cerdas pueden disponerse en al menos una fila a lo largo de una direccion longitudinal de la pala o en la proximidad de un borde de salida.
El documento DE 10340978 B1 da a conocer de manera similar una pala de turbina eolica con un cepillo unido al borde de salida en el que se ramifican fibras unicas del cepillo. Las ramas del cepillo imitan las plumas de un buho.
El documento WO 2012/071679 A1 da a conocer una pala de rotor de una turbina eolica, en la que un reductor de ruido se monta de manera desmontable en la pala de rotor mediante una placa de montaje y medios de union. Es un objeto de la presente invencion dotar una pala de turbina eolica de un dispositivo de reduccion de ruido eficaz.
Segun la presente invencion este objeto se logra mediante una pala de turbina eolica segun la reivindicacion 1.
El borde de salida dentado comprende multiples dientes, de modo que cada diente esta provisto de un nervio de rigidizacion. Mediante el uso de dichos dientes pueden variarse la flexibilidad y rigidez del borde de salida dentado de manera controlada. Un factor adicional para la optimizacion esta en las propiedades de los materiales de los nervios de rigidizacion. Por consiguiente, puede lograrse una rigidez particular conformando y eligiendo una cierta composicion de materiales.
Los nervios de rigidizacion se disponen en dicho borde de salida dentado de manera que una protuberancia lateral del borde de salida dentado esta dotada de un nervio de rigidizacion. El borde de salida dentado es basicamente una placa base que se ajusta a un lado de la pala. Los nervios de rigidizacion se extienden verticalmente desde la superficie del borde de salida dentado.
En la pala de turbina de la invencion se prefiere que el diametro de los nervios de rigidizacion disminuya gradualmente hacia el extremo exterior del borde de salida. Esta forma esta adaptada a las fuerzas de actuacion y mantiene una cierta rigidez del borde de salida dentado que evita vibraciones no deseadas.
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Segun un desarrollo adicional de la pala de turbina eolica de la invencion los nervios de rigidizacion tienen extremos redondeados. Se ha demostrado que los extremos redondeados dan buenos resultados con respecto al rendimiento acustico y aerodinamico.
En la pala de turbina de la invencion, dichos nervios de rigidizacion se alinean preferiblemente en paralelo. Por consiguiente pueden alinearse lateralmente varios o todos los nervios de rigidizacion.
Segun la invencion los nervios de rigidizacion pueden disponerse en la zona que oscila aproximadamente entre el 70% y el 100% de la envergadura. Preferiblemente los nervios de rigidizacion se disponen entre el 75% y el 95% de la envergadura. La union de los nervios de rigidizacion en esta zona ha demostrado los mejores resultados con respecto a la reduccion de ruidos aerodinamicos.
Para simplificar la produccion de los nervios de rigidizacion se ha concebido que se impriman por una impresora 3D. Esta tecnologfa de produccion permite dotar a los nervios de rigidizacion de una rigidez variante dentro de la estructura. Sin embargo, como alternativa los nervios de rigidizacion pueden hacerse de plastico moldeado por colada o cortarse y mecanizarse desde una placa.
La invencion se refiere ademas a una turbina eolica, que comprende una torre, un generador electrico con un eje de rotor y un buje al que se conectan palas de turbina eolica.
La turbina eolica de la invencion comprende dichas palas de turbina eolica de la invencion.
La invencion y su principio subyacente se entenderan mejor cuando se considere la siguiente descripcion detallada de realizaciones preferidas.
En los dibujos adjuntos:
la figura 1 es una vista desde arriba de una pala de turbina eolica de la invencion;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un borde de salida dentado;
y la figura 3 es una vista en seccion transversal del borde de salida dentado de la figura 2.
La figura 1 es una vista desde arriba de una pala 1 de turbina eolica con una rafz 2 de pala para conectar la pala 1 a un buje de un rotor que es parte de un generador electrico. Ademas, la pala 1 de turbina eolica comprende un borde 3 de salida, un borde 4 de ataque y una punta 5 de pala.
La pala 1 de turbina eolica comprende un dispositivo de reduccion de ruido en forma de un borde 3 de salida dentado que comprende nervios 7 de rigidizacion.
La figura 2 es una vista en perspectiva del borde 3 de salida dentado. Como puede verse en la figura 2 el borde 3 de salida dentado comprende “dientes” 6, que se extienden lateralmente desde la pala 1 de turbina eolica, de modo que cada diente esta provisto de un nervio 7 de rigidizacion. En la figura 2 puede verse que un nervio 7 de rigidizacion tiene un diametro que disminuye hacia su extremo exterior. Varios o todos los nervios 7 de rigidizacion se disponen en paralelo y su tamano y diametro pueden modificarse para influenciar el efecto de reduccion de ruido. De manera similar, el tamano y distancia entre dientes 6 adyacentes pueden elegirse para obtener un efecto de reduccion de ruido y aerodinamico espedfico.
Los nervios 7 refuerzan y rigidizan los dientes del borde 3 de salida y por tanto contrarrestan las vibraciones o una deformacion de los dientes. En palas de turbina eolica convencionales las vibraciones pueden llevar a flameo y ruido adicional. La flexion de los dientes puede alterar la forma del alabe y llevar a un rendimiento aerodinamico adverso y ruido adicional. Por consiguiente, estos efectos no deseados pueden evitarse usando dichos nervios 7 de rigidizacion, de modo que cada diente 6 del borde 3 de salida dentado esta dotado de a nervio 7 de rigidizacion. El uso de bordes redondeados reduce adicionalmente la emision de ruido.
Cuando se usan los nervios 7 de rigidizacion, el material base para los dientes 6 puede ser mas flexible de lo que sena el caso sin el nervio. Los nervios 7 de rigidizacion pueden dimensionarse de diferentes maneras para lograr la rigidez deseada de los dientes 6. El nervio 7 puede ademas dimensionarse de una manera que proporciona un rendimiento aerodinamico ventajoso.
La figura 3 es una vista en seccion transversal del borde 3 de salida que esta dotado de un nervio de 7 rigidizacion. En la vista en seccion transversal puede verse que los nervios 7 de rigidizacion tienen bordes redondeados y que el borde 3 de salida tiene un espesor que disminuye gradualmente en ambos lados.
En esta realizacion los nervios 7 de rigidizacion se imprimen con una impresora 3D. Usando esta tecnologfa de
produccion pueden producirse, si es necesario, varios nervios 7 con formas, dimensiones ligeramente diferentes y rigidez variante. Los nervios 7 de rigidizacion estan hechos de un material plastico.
El uso de los nervios 7 de rigidizacion en el borde 3 de salida dentado como dispositivo de reduccion de ruido mejora 5 significativamente la emision de ruido durante la rotacion de la pala de turbina eolica. Ademas la frecuencia rotacional de un rotor y/o el diametro de rotor pueden aumentarse para permitir un funcionamiento mas eficaz de una turbina eolica. Otro efecto positivo de la reduccion de ruido es que pueden construirse turbinas eolicas mas cerca de zonas residenciales.
10 Aunque la presente invencion se ha descrito en detalle con referencia a la realizacion preferida, la presente invencion no esta limitada por los ejemplos descritos a partir de los que el experto puede derivar otras variaciones sin apartarse del alcance de la invencion.

Claims (5)

  2. 2.
    10 3.
  3. 4. 15
  4. 5.
    20 6. 7.
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    REIVINDICACIONES
    Pala (1) de turbina eolica con un dispositivo de reduccion de ruido en forma de un borde (3) de salida dentado, caracterizada porque dicho borde (3) de salida dentado comprende nervios (7) de rigidizacion y dientes (6), de modo que un diente (6) esta dotado de un nervio (7) de rigidizacion.
    Pala de turbina eolica segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el diametro de los nervios (7) de rigidizacion disminuye gradualmente hacia el extremo exterior del borde (3) de salida.
    Pala de turbina eolica segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque los nervios (7) de rigidizacion tienen bordes redondeados.
    Pala de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos nervios (7) de rigidizacion estan alineados en paralelo.
    Pala de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los nervios (7) de rigidizacion se disponen en una zona que oscila aproximadamente entre el 70% y el 100%, preferiblemente entre el 75% y el 95 %, de la envergadura.
    Pala de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los nervios (7) de rigidizacion estan impresos por una impresora 3D.
    Pala de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los nervios (7) de rigidizacion estan hechos de plastico moldeado por colada o cortados y mecanizados desde una placa.
    Turbina eolica, que comprende una torre, un generador electrico con un eje de rotor y un buje al que se conectan palas (1) de turbina eolica, caracterizada porque la turbina eolica comprende palas (1) de turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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