ES2609426T3 - Sistema de accionamiento para una aleta de pala de turbina eólica - Google Patents

Sistema de accionamiento para una aleta de pala de turbina eólica Download PDF

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Abstract

Rotor de turbina eólica con una pala (1) de rotor que comprende una aleta (9) y un sistema de accionamiento de aleta, en el que - la pala (1) de rotor comprende un lado (10) de presión y un lado (11) de aspiración, - la aleta (9) comprende una parte (12) 10 fija que se fija a la pala (1) de rotor y una parte (13) móvil que es móvil con respecto a la parte (12) fija, caracterizado porque - la parte (12) fija de la aleta (9) se fija al lado (10) de presión de la pala (1) de rotor, y - el sistema de accionamiento de aleta comprende un elemento de accionamiento, que está integrado en la aleta (9) como una cavidad (19) interior, con un volumen que puede cambiarse de manera reversible situada entre la parte (13) móvil de la aleta y la parte (12) fija de la aleta, un fluido dentro del elemento (19) de accionamiento cuya presión puede ajustarse y un dispositivo de ajuste de presión que está diseñado para presionar fluido dentro de o liberar fluido del elemento (19) de accionamiento para cambiar su volumen.

Description

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SISTEMA DE ACCIONAMIENTO PARA UNA ALETA DE PALA DE TURBINA EOLICA
DESCRIPCION
La presente invencion se refiere a un metodo de regulacion de aleta de una pala de turbina eolica y una aleta que permite una regulacion de este tipo.
Generalmente, en el contexto de palas de rotor de turbina eolica, se pretenden reducir las cargas sobre las palas de turbina eolica. Hasta ahora las palas de turbina eolica y estructuras de soporte se dimensionan habitualmente de modo que pueden resistir la carga dinamica que puede producirse en las condiciones para las que esta certificada la turbina. Pero para turbinas eolicas grandes, el resultado de esta practica son disenos muy pesados con enormes cargas operativas. Por consiguiente, se han desarrollado diversos metodos para una reduccion activa de las cargas operativas.
Un metodo para una reduccion activa de cargas operativas es el paso de pala dclico como tal, por ejemplo el descrito en el documento US 4.298.313. En el paso de pala dclico el angulo de paso de la pala se vana durante un periodo rotacional del rotor. El paso de pala dclico puede regularse por medios sencillos o avanzados, usando el sistema de cabeceo de pala normal. Por ejemplo, se describen sistemas de control de paso en el documento EP 1 666 723 A1 o en el documento US 2006/0145483 A1. Una desventaja de paso dclico es el desgaste en sistemas de actuadores de paso y cojinetes de paso. Ademas, la velocidad de regulacion esta limitada, normalmente con tiempos de respuesta en el orden de segundos, porque el paso dclico requiere el movimiento de grandes masas de inercia en cojinetes con grandes momentos de friccion.
Mas recientemente, se han descrito diversas formas de regulacion de aleta activa. En una regulacion de aleta activa el ajuste de paso normalmente no se cambia. En su lugar, las caractensticas aerodinamicas de la pala se modifican mediante una accion de aleta, permitiendo asf una respuesta deseada a la carga estructural. Se describe un metodo de control de carga aerodinamica de una turbina eolica mediante aletas en, por ejemplo, el documento US 2006/0145483 A1 o el documento JP 2004 248456 A. Una ventaja espedfica de la regulacion de aleta activa es una velocidad de regulacion mas rapida que para el paso dclico. Debido a la inercia limitada de una aleta la regulacion alcanza tiempos de respuesta tfpicos en el orden de decimas de segundos. Las principales debilidades de aletas conocidas son los actuadores complejos requeridos, normalmente sistemas electricos que pueden ser altamente vulnerables a danos por rayos especialmente.
Es por tanto un objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo ventajoso de accionamiento de una aleta de una pala de turbina eolica, que supera las desventajas mencionadas anteriormente. Un objetivo adicional es proporcionar un rotor de turbina eolica, lo que permite una regulacion de aleta ventajosa.
Estos objetivos se resuelven mediante un rotor de turbina eolica, tal como se reivindica en la reivindicacion 1. Las reivindicaciones dependientes definen desarrollos adicionales de la invencion.
De manera general, la presente invencion da a conocer un metodo y un dispositivo para la reduccion de carga sobre palas de turbina eolica. El metodo se basa en la regulacion de aleta por medios no electricos.
En el metodo de accionamiento de una aleta en una pala de rotor de turbina eolica se usa un fluido para expandir de manera reversible un elemento de accionamiento que actua sobre una parte movil de la aleta variando la presion de fluido en el elemento de accionamiento. Cuando no se aplica ninguna presion al elemento de accionamiento, la aleta se restaura, por ejemplo, elasticamente, a su posicion neutra. Cuando se aplica presion, el elemento de accionamiento se expande, deforma la aleta y por tanto la despliega en una direccion deseada. La aleta desplegada cambia las propiedades aerodinamicas del perfil de pala y por tanto las cargas aerodinamicas.
El fluido usado puede ser, por ejemplo, aire, aire comprimido, agua con o sin un agente anticongelante o aceite hidraulico. La presion de fluido en el elemento de accionamiento puede regularse mediante un regulador que responde a cargas de la pala de turbina o la estructura de soporte.
El rotor de turbina eolica la invencion con una pala de rotor se define en la reivindicacion 1.
El dispositivo de ajuste de presion puede comprender un compresor o una bomba con el/la que el elemento de accionamiento estan en conexion de flujo. Ademas, el dispositivo de ajuste de presion puede incluir o conectarlo a un controlador que actua sobre el compresor o bomba de modo que presiona fluido al interior de o libera fluido del elemento de accionamiento segun una presion ajustada por el controlador. En particular, el controlador puede comprender un regulador de presion de fluido que responde a cargas que actuan sobre la pala de turbina o la estructura de soporte. El fluido usado puede ser, por ejemplo, aire, aire comprimido, agua con o sin un agente anticongelante o aceite hidraulico.
Generalmente, el elemento de accionamiento puede ser una manguera de fluido, por ejemplo una manguera de aire comprimido. La manguera puede ser un producto convencional. Ademas, el elemento de accionamiento puede tener
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una seccion transversal plana en el estado desinflado, lo que permitina un encaje mas facil en la aleta, o puede plegarse, lo que aumentana el volumen que puede usarse del elemento de accionamiento sin aumentar significativamente el espacio requerido entre la parte fija de la aleta y la parte movil de la aleta. Ademas, el elemento de accionamiento puede integrarse en la aleta como una cavidad interior, lo que permitina que se formara junto con la aleta de modo que no es necesario ningun accesorio discreto para la aleta.
Ademas, la aleta de la invencion puede montarse preferiblemente a lo largo de la longitud completa del borde de salida desde el reborde hasta el punto de punta. La dimension con respecto a la cuerda de la aleta de la invencion puede fijarse, independiente de la posicion radial o la dimension con respecto a la cuerda puede variar en funcion de la posicion radial.
Generalmente, la aleta de la invencion puede fabricarse como un perfil extruido. La aleta de la invencion puede hacerse de plastico, madera, material termoplastico, material compuesto, material compuesto reforzado con fibra u otra materia prima.
La aleta puede componerse de manera continua o como una serie de elementos de aleta que se situan en diferentes posiciones radiales. Esto ultimo permite una manipulacion y encaje mas faciles de la aleta. Ademas, la aleta puede tener una protuberancia exterior que es beneficiosa para la deformacion facil tal como se desea a presion.
La ventaja general del metodo y el rotor de turbina eolica de la invencion esta en la sustitucion de actuadores de sistemas de aleta conocidos, disposiciones normalmente complejas basadas en un subsistema electrico y actuadores y mecanismos electromecanicos. Estos actuadores de sistemas de aleta conocidos se sustituyen ahora con una combinacion muy sencilla y economica de un cuerpo de accionamiento que cambia de forma y una estructura de aleta de forma adecuada. La solucion descrita tiene la ventaja adicional de que elimina completamente la necesidad de pala de la rafz en sistemas electricos fuera borda. Todos los sistemas activos pueden situarse en el buje de rotor y el accionamiento se realiza por medios que no requieren servicio y no son vulnerables a impactos de rayos, en particular.
Caractensticas, propiedades y ventajas adicionales de la presente invencion se haran evidentes a partir de la siguiente descripcion de realizaciones junto con los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra esquematicamente una pala de rotor de turbina eolica en una vista desde arriba.
La figura 2 muestra esquematicamente una pala de rotor de turbina eolica en una vista en seccion con una aleta en un estado neutro.
La figura 3 muestra esquematicamente una aleta en un estado neutro en una vista en seccion.
La figura 4 muestra esquematicamente una aleta en un estado parcialmente desplegado en una vista en seccion.
La figura 5 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta con una manguera de fluido plegada en un estado neutro.
La figura 6 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta con una manguera de fluido plegada en un estado parcialmente desplegado.
La figura 7 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta de la invencion con actuador integrado en un estado neutro.
La figura 8 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta de la invencion con actuador integrado en un estado parcialmente desplegado.
Ahora, se describira una primera realizacion con referencia a las figuras 1 a 4. La figura 1 muestra esquematicamente una tfpica pala 1 de rotor de turbina eolica en una vista desde arriba. En la figura 1, pueden observarse las caractensticas geometricas particulares de una pala de turbina que son la rafz 3 de pala, el reborde 4, el punto 2 de punta, el borde 7 de ataque, el borde 6 de salida, la lmea 5 de envergadura y la cuerda 8 de referencia. En la rafz 3 de pala la pala de rotor se monta en un buje de rotor. El punto 2 de punta caracteriza la posicion radial maxima de la pala, medida desde la rafz 3 de pala a lo largo de la envergadura 5.
La lmea 5 de envergadura conecta la rafz 3 de pala con el punto 2 de punta. La cuerda 8 de referencia indica la direccion perpendicular a la lmea 5 de envergadura. La cuerda significa la maxima anchura de la pala de turbina perpendicular a la envergadura 5. El reborde 4 significa la posicion radial, medida desde la rafz 3 de pala, en la que la cuerda tiene su valor maximo. El borde 6 de salida es el borde aguas abajo de la pala y se extiende desde la rafz 3 de pala a lo largo del reborde 4 hasta el punto 2 de punta. El borde 7 de ataque es el borde aguas arriba que se extiende desde la rafz 3 de pala hasta el punto 2 de punta.
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La figura 2 muestra esquematicamente una pala de rotor de turbina eolica en una vista en seccion a lo largo de la cuerda 8 de referencia con una aleta en un estado neutro. En la figura 2, pueden observarse la cuerda 8 de referencia, el borde 7 de ataque, el borde 6 de salida y la aleta 9 que esta situada en el borde 6 de salida. La aleta 9 se monta a lo largo de la longitud completa del borde 6 de salida desde el reborde 4 hasta el punto 2 de punta. Ademas, la dimension con respecto a la cuerda de la aleta 9 es fija, independiente de la posicion radial. Ademas, en la figura 2 pueden observarse el lado 10 de presion concavo que se extiende desde el borde 7 de ataque hasta el borde 6 de salida y el lado 11 de aspiracion convexo que se extiende desde el borde 7 de ataque hasta el borde 6 de salida.
La figura 3 muestra esquematicamente una aleta 9 en un estado neutro en una vista en seccion. La aleta 9 comprende una parte 12 fija por la que se fija a la pala 1 de rotor, una parte 13 movil, una articulacion 14, una cavidad 15 y una manguera 16 de fluido. La parte 12 fija se monta firmemente en el borde 6 de salida de la pala 1. La parte 13 movil se conecta a la parte 12 fija mediante una articulacion 14 que, en la presente realizacion, se realiza mediante una seccion fina de material de aleta. Una cavidad 15 esta formada entre la parte 12 fija de la aleta y la articulacion 14. En la presente realizacion la cavidad 15 tiene una abertura 20 que esta situada opuesta a la articulacion 14 entre la parte 12 fija y la parte 13 movil. La abertura 20 permite un movimiento de la parte 13 movil en relacion con la parte 12 fija en la articulacion 14.
Una manguera 16 de fluido elastica, que es, en la presente realizacion, una manguera de aire comprimido se extiende a lo largo del borde de salida de la pala 1 a traves de la cavidad 15. La manguera 16 forma un elemento de accionamiento que acciona la parte 13 movil de la aleta para moverse en relacion con la parte 12 fija. Esta conectada a un compresor que, en la realizacion, permite que se presione aire comprimido dentro de la manguera 16 de fluido. Alternativamente al aire comprimido, tambien pueden usarse agua con o sin un agente anticongelante, aceite hidraulico o cualquier otro tipo de fluido.
En lugar de un compresor, tambien podna usarse una bomba. El uso de una bomba proporcionana un dispositivo de ajuste de presion que no solo puede presionar fluido dentro de, sino tambien aspirar fluido fuera de la manguera 16.
La aleta 9 preferiblemente se fabrica de material termoplastico. Alternativamente, puede estar hecha de plastico, madera, material compuesto, material compuesto reforzado con fibra u otra materia prima. Ventajosamente, la aleta se monta a lo largo de la longitud completa del borde 6 de salida desde el reborde 4 hasta el punto 2 de punta. Tal como se muestra en la figura 3, la aleta 9 se restaura elasticamente a su posicion neutra cuando la manguera se desinfla debido a propiedades elasticas de la articulacion 14. Si se usa una bomba en lugar de un compresor, puede ayudarse a la restauracion aspirando el fluido fuera de la manguera 16. En su estado neutro la manguera 16 de fluido es plana.
Se presiona aire comprimido dentro de la manguera 16 de fluido para desplegar la parte 13 movil de la aleta. La figura 4 muestra esquematicamente la aleta 9 de la figura 3 en un estado parcialmente desplegado en una vista en seccion. En la figura 4, puede observarse el volumen inflado y expandido de la manguera 16 de fluido que presiona contra la articulacion 14 y acciona asf la parte 13 movil de la aleta 9.
El ajuste de la aleta 9 puede regularse mediante la presion del aire comprimido. Esta regulacion puede lograrse mediante un regulador que responde a cargas de la pala de turbina o la estructura de soporte y aplicando una magnitud espedfica de presion a la manguera de fluido.
Se describira una segunda realizacion con referencia a las figuras 5 y 6. Todos los elementos que corresponden a elementos de la primera realizacion se designan mediante los mismos numeros de referencia que en las figuras 3 y 4 y no se describiran otra vez. La figura 5 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta 9 con una manguera 17 de fluido plegada en un estado neutro. De nuevo, pueden verse la parte 12 fija, la parte 13 movil, la articulacion 14 y la cavidad 15 entre la parte 12 fija de la aleta y la articulacion 14, tal como ya se describio en la primera realizacion.
Al presionar aire comprimido o cualquier otro fluido mencionado dentro de la manguera 17 de fluido plegada la manguera se expande mediante un desplegado de los pliegues de la manguera de fluido. Esto se muestra esquematicamente en la figura 6 en la que una aleta 9 de la invencion con una manguera 17 de fluido plegada en un estado parcialmente desplegado se dibuja en una vista en seccion. La manguera 17 de fluido plegada proporciona un volumen aumentado de la manguera de fluido inflada en comparacion con la primera realizacion y por tanto permite un despliegue mas eficaz de la aleta 9.
Ahora, se describira una tercera realizacion con referencia a las figuras 7 y 8. Todos los elementos que corresponden a elementos de la primera realizacion se designan mediante los mismos numeros de referencia que en las figuras 3 y 4 y no se describiran otra vez. La figura 7 muestra esquematicamente, en una vista en seccion, una aleta 9 de la invencion con un elemento de accionamiento integrado en un estado neutro. En la figura 7, aparte de la articulacion 14, parte 12 fija y parte 13 movil de la aleta 9 ya descritas, pueden observarse una cavidad 19 interior que se situa entre la articulacion 14 y dos secciones 21, 22 de pared, una de las cuales pertenece a la parte fija de la aleta y la otra a la parte movil, y un elemento 18 flexible. La cavidad 19 interior, que tiene una abertura 20
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que se situa opuesta a la articulacion 14 se sella mediante el elemento 18 flexible. El elemento 18 flexible se extiende sobre la abertura 20 y conecta las dos secciones 21, 22 de pared de la aleta para cerrar la cavidad 19 interior. Preferiblemente, la articulacion 14 esta disenada para doblarse mas facilmente en la direccion hacia el espacio interior de la cavidad 19 interior que alejandose del espacio interior.
En esta realizacion la cavidad 19 interior es el elemento de accionamiento que acciona la parte 13 movil de la aleta. En el estado neutro de la aleta, cuando no se aplica ninguna presion, la abertura 20 esta cerrada o casi cerrada. Cuando se presiona aire comprimido o cualquier otro fluido mencionado dentro de la cavidad 19 interior el volumen de la cavidad tiende a aumentar. Como consecuencia, las secciones 21,22 de pared se presionan alejandolas entre sf de modo que aumenta la abertura 20. Como la seccion 21 de pared de la parte 12 fija esta fijada al borde de salida de la pala no puede moverse con respecto a la pala 1. Por tanto, todo el movimiento se lleva a cabo por la seccion 22 de pared de la parte 13 movil. Este movimiento ejerce una fuerza sobre la parte movil que intenta mover la parte 13 movil lejos de la parte 12 fija. Sin embargo, como la parte 13 movil esta conectada a la parte 12 fija mediante la articulacion 14, que evita que la parte 13 movil se mueva lejos de la parte 12 fija, este movimiento “lejos” de la parte fija se convierte en un movimiento rotacional alrededor de la articulacion. Como consecuencia se despliega la aleta.
El estado desplegado de la aleta se dibuja en la figura 8, en la que se muestra esquematicamente la aleta 9 con un actuador integrado en una vista en seccion. En comparacion con la figura 7, en la figura 8 puede observarse la forma cambiada del elemento 18 flexible. Cuando la presion en la cavidad interior se libera de nuevo, una fuerza elastica del elemento 18 flexible conduce a una contraccion que a su vez tira de las secciones 21, 22 de pared una hacia la otra para cerrar el espacio 20. Mediante esta accion, la aleta vuelve a su estado neutro. En la realizacion descrita con respecto a las figuras 7 y 8, el actuador se fabrica como parte de la aleta y no es necesaria ninguna manguera de fluido adicional.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Rotor de turbina eolica con una pala (1) de rotor que comprende una aleta (9) y un sistema de accionamiento de aleta,
    5
    en el que
    - la pala (1) de rotor comprende un lado (10) de presion y un lado (11) de aspiracion,
    10 - la aleta (9) comprende una parte (12) fija que se fija a la pala (1) de rotor y una parte (13) movil que es
    movil con respecto a la parte (12) fija,
    caracterizado porque
    15 - la parte (12) fija de la aleta (9) se fija al lado (10) de presion de la pala (1) de rotor, y
    - el sistema de accionamiento de aleta comprende un elemento de accionamiento, que esta integrado en la aleta (9) como una cavidad (19) interior, con un volumen que puede cambiarse de manera reversible situada entre la parte (13) movil de la aleta y la parte (12) fija de la aleta, un fluido dentro del elemento (19)
    20 de accionamiento cuya presion puede ajustarse y un dispositivo de ajuste de presion que esta disenado
    para presionar fluido dentro de o liberar fluido del elemento (19) de accionamiento para cambiar su volumen.
  2. 2. Rotor de turbina eolica, segun la reivindicacion 1,
    25
    caracterizado porque
    el fluido es aire, agua con o sin un agente anticongelante o aceite hidraulico.
    30 3. Rotor de turbina eolica, segun la reivindicacion 1 o 2,
    caracterizado porque
    el elemento (16, 17, 19) de accionamiento tiene una seccion plana o esta plegado.
    35
  3. 4. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
    40 la aleta (9) se monta a lo largo de la longitud completa del borde (6) de salida de la pala (1) de rotor desde
    el reborde (4) hasta el punto (2) de punta.
  4. 5. Rotor de turbina eolica rotor, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,
    45 caracterizado porque
    la dimension de la aleta (9) es fija, independiente de la posicion radial.
  5. 6. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
    50
    caracterizado porque
    la dimension de la aleta (9) vana en funcion de la posicion radial.
    55 7. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
    caracterizado porque
    la aleta (9) esta hecha de plastico, madera, material termoplastico, material compuesto, material compuesto 60 reforzado con fibra u otra materia prima.
  6. 8. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,
    caracterizado porque 65
    la aleta (9) tiene una protuberancia exterior.
  7. 9. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,
    caracterizado porque 5
    la aleta (9) se compone de manera continua o como una serie de elementos de aleta que se situan en diferentes posiciones radiales.
  8. 10. Rotor de turbina eolica, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
    10
    caracterizado porque
    el sistema de accionamiento de aleta comprende un regulador de presion de fluido que responde a cargas de la pala de turbina o la estructura de soporte.
    15
ES07010506.9T 2007-05-25 2007-05-25 Sistema de accionamiento para una aleta de pala de turbina eólica Active ES2609426T3 (es)

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