ES2980589T3 - Reducción de la carga aerodinámica durante la instalación y servicio de las palas en una turbina eólica - Google Patents

Reducción de la carga aerodinámica durante la instalación y servicio de las palas en una turbina eólica Download PDF

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Abstract

Se propone un método (100) para instalar o realizar un mantenimiento de una turbina eólica (10) que comprende al menos una pala de rotor (20) que tiene una pluralidad de dispositivos aerodinámicos (30) para influir en el flujo de aire (61) que fluye desde el borde de ataque (41) de la pala de rotor (20) de la turbina eólica (10) hasta el borde de salida (31) de la pala de rotor (20). El método comprende las etapas de: - activar (110) los dispositivos aerodinámicos (30), - instalar (120) la pala de rotor (20) o realizar un mantenimiento en la turbina eólica, - desactivar (130) los dispositivos aerodinámicos (30). La fase de activación (110) de los dispositivos aerodinámicos (30) se realiza antes o durante la fase de instalación (120) de la pala del rotor (20) o de realización de un servicio en el aerogenerador y la fase de desactivación (130) de los dispositivos aerodinámicos (30) se realiza durante o después de la fase de instalación de la pala del rotor o de realización de un servicio en el aerogenerador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Reducción de la carga aerodinámica durante la instalación y servicio de las palas en una turbina eólica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para reducir la carga aerodinámica durante la instalación y servicio de las palas en una turbina eólica.
Antecedentes de la técnica
Durante los casos de instalación y servicio de las palas, no hay control sobre las cargas aerodinámicas de las palas, porque el control de cabeceo y el control de velocidad del rotor no están activos. Estas cargas pueden determinar el diseño de los componentes de la turbina eólica, como los pernos del cubo y de la pala, y de las herramientas de instalación y servicio, p. ej., las grúas. La carga de las palas durante la instalación puede determinar los requisitos sobre la cantidad de pernos de pala necesarios antes de retirar la grúa. Las cargas de las palas durante el servicio pueden determinar los requisitos sobre los componentes del rotor, tales como el bloqueo del rotor y el bloqueo del cabeceo.
Se conocen métodos que pueden utilizarse para reducir tales cargas. Por ejemplo, la pala puede instalarse con una alineación con el viento, intentando minimizar la carga aerodinámica, o el rotor puede orientarse de manera que se reduzcan las cargas aerodinámicas de la pala. Además, se pueden instalar complementos temporales, como las tiras de fijación, en la pala durante la instalación. El documento EP 2708734 A1, por ejemplo, describe una pala de turbina eólica que comprende uno o más dispositivos de perturbación del flujo, para provocar la separación del flujo de aire, dispuestos en el lado de succión de la pala, en donde el dispositivo de perturbación del flujo es extraíble. El documento EP 3225 834 A1 describe un método que comprende las etapas de fijar una cubierta temporal en la pala del rotor, para cubrir al menos una parte del dispositivo aerodinámico antes de elevar la pala del rotor hasta la parte superior de la torre de la turbina eólica, y retirar la cubierta posteriormente.
Dichos métodos aún no se consideran óptimos. Por lo tanto, un objeto de la presente invención es reducir de manera eficiente las cargas durante la instalación y servicio de las palas en una turbina eólica. En particular, sería deseable lograr dicho alcance sin utilizar elementos temporales adicionales en las palas, con el fin de reducir el tiempo de intervención y los costes.
Resumen de la invención
Este objetivo puede lograrse mediante el asunto objeto según la reivindicación independiente. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
Según la presente invención, se proporciona un método para instalar o dar servicio a una turbina eólica que incluye al menos una pala de rotor que tiene una pluralidad de dispositivos aerodinámicos para influir en el flujo de aire que fluye desde el borde delantero de la pala del rotor de la turbina eólica hasta el borde posterior de la pala del rotor. El método comprende las etapas de:
- activar los dispositivos aerodinámicos,
- instalar la pala del rotor o realizar un servicio en la turbina eólica,
- desactivar los dispositivos aerodinámicos.
La fase de activación de los dispositivos aerodinámicos se realiza antes o durante la fase de instalación de la pala del rotor o de realización de un servicio en la turbina eólica. La fase de desactivación de los dispositivos aerodinámicos se realiza durante o después de la fase de instalación de la pala del rotor o de realizar un servicio en la turbina eólica. El método de la presente invención permite la activación de los dispositivos aerodinámicos para cambiar la forma de la pala durante la instalación o realización de un servicio en una turbina eólica. El cambio en la forma de la pala reduce las fuerzas aerodinámicas desarrolladas por el viento que fluye sobre la pala. Las fuerzas aerodinámicas más bajas conducen a una menor oscilación de las palas y a menores cargas de las palas, que las herramientas de instalación (p. ej., las grúas) o la turbina eólica tienen que compensar o soportar. Dichos dispositivos aerodinámicos están integrados en las palas del rotor, no son un complemento temporal como las tiras de entrada en pérdida. Por lo tanto, no es necesario añadirlo antes de la instalación/servicio y retirarlo después de la instalación/servicio. El método anterior hace, con respecto a la instalación y servicio de la técnica anterior:
- más flexibles, porque las palas se hacen menos sensibles y más estables respecto a la dirección y velocidad del viento;
- más rápidos, debido a una mayor flexibilidad, también dependiendo del hecho de que no se necesitan complementos extraíbles;
- más baratos, porque precisa menos tiempo, y las herramientas pueden ser más pequeñas, debido a la menor carga.
La menor carga de las palas durante la instalación reduce los requisitos sobre la cantidad de pernos de pala necesarios antes de retirar la grúa. Las cargas más bajas de las palas durante el servicio reducen los requisitos sobre los componentes del rotor, tales como el bloqueo del rotor y el bloqueo del cabeceo.
Los dispositivos aerodinámicos son aletas, es decir, unos dispositivos aerodinámicos instalados en el borde posterior de la pala de rotor. De manera alternativa, los dispositivos aerodinámicos son alerones, es decir, un dispositivo aerodinámico instalado en el borde delantero o en una posición intermedia entre el borde delantero y el borde posterior de la pala de rotor. Las aletas y los alerones pueden proporcionarse conjuntamente en la pala del rotor.
Los dispositivos aerodinámicos pueden activarse antes de la fase de instalación de la pala del rotor o de realizar un servicio, por ejemplo, antes de la fase de elevación de la pala del rotor. De manera alternativa, los dispositivos aerodinámicos pueden activarse durante la instalación de la pala del rotor o durante la realización de un servicio, por ejemplo, durante la fase de elevación de la pala del rotor.
Según las realizaciones de la presente invención, cada dispositivo aerodinámico se puede mover mediante un accionador entre una primera configuración saliente y una segunda configuración retraída, estando los dispositivos aerodinámicos en la primera configuración saliente cuando se activan, y en la segunda configuración retraída cuando se desactivan. Los dispositivos aerodinámicos pueden desactivarse una vez finalizada la fase de instalación de la pala del rotor o de realizar un servicio en la turbina eólica, por ejemplo, después de que la pala del rotor se haya conectado al cubo de la turbina eólica. De manera alternativa, los dispositivos aerodinámicos pueden desactivarse durante la instalación de la pala del rotor, por ejemplo, durante la fase de elevación de la pala del rotor.
Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se infieren de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación en la memoria haciendo referencia a ejemplos de realización, no estando la invención limitada a los mismos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una turbina eólica;
la Figura 2 muestra una pala de rotor de una turbina eólica con un dispositivo aerodinámico, que puede ser operado para llevar a cabo la presente invención;
la Figura 3 muestra una primera sección radial de la pala de rotor de la Figura 2;
la Figura 4 muestra una segunda sección radial de la pala de rotor de la Figura 2.
la Figura 5 muestra un diagrama de bloques de un método según la presente invención.
la Figura 6 muestra un diagrama de bloques de otra realización de un método según la invención.
Descripción detallada
Los dibujos están en forma esquemática. Elementos similares o idénticos se indican mediante los mismos o diferentes signos de referencia.
LaFigura 1muestra una turbina eólica 10 convencional para generar electricidad. La turbina eólica 10 comprende una torre 11 que está montada sobre el terreno 16 en un extremo. En el extremo opuesto de la torre 11 hay montada una góndola 12. La góndola 12 está montada generalmente de forma giratoria con respecto a la torre 11, que se indica como comprendiendo un eje de guiñada sustancialmente perpendicular al suelo 16. La góndola 12 normalmente aloja el generador de la turbina eólica y el engranaje (si la turbina eólica es una turbina con engranaje). Además, la turbina eólica 10 comprende un cubo 13 que gira alrededor de un eje Y de rotor. Cuando no se especifican de otro modo, los términos axial, radial y circunferencial más adelante hacen referencia al eje Y de rotor.
El cubo 13 a menudo se describe como parte de un rotor de turbina eólica, en donde el rotor de turbina eólica es capaz de girar alrededor del eje Y de rotor y transferir la energía de giro a un generador eléctrico (no mostrado).
La turbina eólica 1 comprende además al menos una pala 20 (en la realización de la Figura 1, el rotor eólico comprende tres palas 20, de las cuales solo dos palas 20 son visibles) montada en el cubo 13. Las palas 4 se extienden sustancialmente de forma radial con respecto al eje Y de giro.
Cada pala 20 de rotor está montada de forma general pivotable respecto al cubo 13, para inclinarse alrededor de los ejes de cabeceo X respectivos. Esto mejora el control de la turbina eólica y, en particular, de las palas de rotor por la posibilidad de modificar la dirección en la que el viento golpee las palas 20 de rotor. Cada pala 20 de rotor está montada en el cubo 13 en su sección 21 de raíz. La sección 21 de raíz es opuesta a la sección 22 de punta de la pala de rotor.
LaFigura 2ilustra la pala 20 de rotor que comprende un dispositivo aerodinámico 30 en forma de un alerón accionado. Entre la sección 21 de raíz y la sección 22 de punta, la pala 20 de rotor comprende además una pluralidad de secciones de perfil aerodinámico para generar sustentación. Cada sección de perfil aerodinámico comprende un lado 25 de succión y un lado 26 de presión. La forma del perfil aerodinámico de la parte de perfil aerodinámico se simboliza mediante un perfil de perfil aerodinámico que se muestra en la Figura 2 y que ilustra la forma de la sección transversal de la pala de rotor en esta posición en dirección transversal. Señalar también que el lado 25 de succión está dividido o separado con respecto al lado 26 de presión por una línea 27 de cuerda que conecta un borde anterior 41 con un borde posterior 31 de la pala 20 de rotor. El dispositivo aerodinámico 30 en la Figura 2 es móvil mediante una línea 53 de presión conectada a un accionador neumático 34. Según la realización de las figuras adjuntas, el accionador neumático 34 se realiza como una manguera. La manguera 34 comprende una piel exterior elástica, de modo que puede inflarse y desinflarse reversiblemente y durante muchos ciclos cuando se acciona mediante la línea 53 de presión. La línea 53 de presión está comprendida en un sistema 52 de suministro de presión y está controlada por una unidad 51 de control. El sistema 52 de suministro de presión proporciona aire presurizado u otro gas presurizado, al accionador neumático 34. En este contexto, el término “ fluido presurizado” no solo implica presión positiva, sino también presión negativa, en la que el fluido es aspirado (o “ extraído” ) del accionador neumático 34. La línea 53 de presión podría realizarse en la práctica en forma de tubos o tuberías que no cambian significativamente su volumen. La unidad 51 de control es responsable de establecer una presión específica en el sistema 52 de suministro de presión, que posteriormente proporcione una cierta presión predeterminada en el accionador neumático 34. Al controlar la presión del aire presurizado, el accionador neumático 34 se opera entre una configuración inflada y una desinflada. Cualquiera de la unidad 51 de control y el sistema 52 de suministro de presión pueden ubicarse en la sección 21 de raíz de la pala 20 de rotor, o colocarse en otra parte de la turbina eólica, tal como, p. ej., en el cubo 13 de la turbina eólica 10 o en la góndola 12 o en la torre 11. La pala 20 de rotor comprende adicionalmente una unidad 40 de regulación de flujo que comprende múltiples pares de generadores de vórtice. La unidad 40 de regulación de flujo está dispuesta en el lado 25 de succión de la pala 20 entre el dispositivo aerodinámico 30 y el borde posterior 31. La unidad 40 de regulación de flujo puede estar dispuesta en el lado 25 de succión de la pala 20 entre el borde delantero 41 y el dispositivo aerodinámico 30. La unidad 40 de regulación de flujo puede no estar presente, y puede que solo el dispositivo aerodinámico 30 se utilice para regular el flujo en la superficie de la pala 20. La pala 20 puede comprender una pluralidad de dispositivos aerodinámicos 30. El dispositivo aerodinámico 30 puede configurarse como una aleta de borde posterior. La pala 20 puede comprender una pluralidad de dispositivos aerodinámicos 30 que incluyan aletas y alerones.
La Figura3muestra el dispositivo aerodinámico 30 en una primera configuración saliente, correspondiente a una configuración inflada del accionador neumático 34. En la primera configuración, el dispositivo aerodinámico 30 desvía el flujo de aire 71 que fluye desde el borde delantero 41 hasta el borde posterior 31 de la pala del rotor. El dispositivo aerodinámico 30 en la primera configuración saliente induce la retención. Esto se visualiza con vórtices 63 relativamente grandes aguas abajo del dispositivo aerodinámico 30. Una consecuencia de la retención inducida es una disminución en la elevación de la pala del rotor y, en consecuencia, una carga reducida de la pala del rotor y componentes relacionados de la turbina eólica.
La Figura4muestra el dispositivo aerodinámico 30 en una segunda configuración retraída, es decir, movido hacia abajo hacia la superficie de la pala 20 de rotor, correspondiente a una configuración desinflada del accionador neumático 34. En esta segunda configuración, el flujo 71 de aire que fluye a través del dispositivo aerodinámico 30 permanece unido a la superficie de la pala 20 de rotor, por lo tanto, no se produce ninguna separación de flujo, es decir, retención. Como consecuencia de ello, la sustentación de la pala del rotor aumenta. Los vórtices 64 de reenergización se generan en la capa límite mediante los generadores 40 de vórtices, lo que tiene el efecto de ayudar a aumentar la sustentación. Como resultado, pueden obtenerse los valores más altos de sustentación.
Al operar el accionador neumático 34 del dispositivo aerodinámico 30 a través de la línea 53 de presión, el dispositivo aerodinámico 30 puede moverse entre la primera configuración saliente y la segunda configuración retraída, con el fin de variar las propiedades aerodinámicas de la pala según se desee y solicite, al instalar o realizar un servicio en la turbina eólica 10.
Como se muestra en la Figura5,cuando se instala la turbina eólica 10, el método 100 comprende una primera etapa 110 de activación del dispositivo aerodinámico 30 al comienzo o durante la elevación e instalación de la pala 20 del rotor. En la primera etapa 110, el dispositivo aerodinámico 30 se activa para alcanzar la primera configuración saliente. La activación del dispositivo aerodinámico 30 cambia la forma de la pala. El cambio en la forma de la pala reduce las fuerzas aerodinámicas desarrolladas por el viento que fluye sobre la pala 20 del rotor. En una segunda etapa 120 del método, la pala 20 del rotor se instala en el cubo 13. En una tercera etapa 130 del método, una vez completada la instalación, el dispositivo aerodinámico 30 se desactiva, es decir, el dispositivo aerodinámico 30 se lleva a la segunda configuración retraída.
De manera alternativa, cuando se realiza un servicio en la turbina eólica 10, el método 100 comprende una primera etapa 110 de activación del dispositivo aerodinámico 30 al comienzo o durante el procedimiento del servicio. En la primera etapa 110, el dispositivo aerodinámico 30 se activa para alcanzar la primera configuración saliente. La activación del dispositivo aerodinámico 30 cambia la forma de la pala. El cambio en la forma de la pala reduce las fuerzas aerodinámicas desarrolladas por el viento que fluye sobre la pala 20 del rotor. El servicio se realiza en una segunda etapa 120 del método. En una tercera etapa 130 del método, una vez completado el servicio, el dispositivo aerodinámico 30 se desactiva, es decir, el dispositivo aerodinámico 30 se lleva a la segunda configuración retraída.
En otra realización, como se muestra en la Figura 6, la primera fase 110 de activación de los dispositivos aerodinámicos 30 y/o la tercera fase 130 de desactivación de los dispositivos aerodinámicos 30 se llevan a cabo durante la fase 120 de instalación de la pala 20 del rotor o de realizar un servicio en la turbina eólica. Por ejemplo, los dispositivos aerodinámicos 30 pueden activarse y/o desactivarse durante una fase de elevación de una pala 20 de rotor hacia el cubo 13, dependiendo de las condiciones (intensidad y dirección) del viento.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Método (100) para instalar o realizar un servicio en una turbina eólica (10) que incluye al menos una pala (20) de rotor que tiene una pluralidad de dispositivos aerodinámicos (30) para influir en el flujo (61) de aire que fluye desde el borde delantero (41) de la pala (20) de rotor de la turbina eólica (10) hasta el borde posterior (31) de la pala (20) de rotor, comprendiendo el método las etapas de:
    -activar (110) los dispositivos aerodinámicos (30),
    -instalar (120) la pala (20) del rotor o realizar un servicio en la turbina eólica,
    -desactivar (130) los dispositivos aerodinámicos (30),
    en donde la fase (110) de activación de los dispositivos aerodinámicos (30) se lleva a cabo antes o durante la fase (120) de instalación de la pala (20) de rotor o de realización de un servicio en la turbina eólica, y la fase (130) de desactivación de los dispositivos aerodinámicos (30) se lleva a cabo durante o después de la fase (120) de instalación de la pala (20) de rotor o de realización de un servicio en la turbina eólica.
    Método (100) según la reivindicación 1, en donde los dispositivos aerodinámicos (30) se activan al instalar la turbina eólica (10) al comienzo de una fase de elevación de al menos una pala (20) de rotor o durante la fase de elevación de al menos una pala (20) de rotor.
    Método (100) según las reivindicaciones 1 o 2, en donde los dispositivos aerodinámicos (30) se desactivan al instalar la turbina eólica (10) al final de una fase de elevación de al menos una pala (20) de rotor o durante la fase de elevación de al menos una pala (20) de rotor.
    Método (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada dispositivo aerodinámico (30) se puede mover mediante un accionador entre una primera configuración saliente y una segunda configuración retraída, estando los dispositivos aerodinámicos (30) en la primera configuración saliente cuando se activan, y en la segunda configuración retraída cuando se desactivan.
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