ES3037885T3

ES3037885T3 - Aerodynamic structure

Info

Publication number: ES3037885T3
Application number: ES18180146T
Authority: ES
Inventors: Stefan Oerlemans
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2025-10-07
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: EP3587799B1; CN110645140B; US11236722B2; EP3587799C0; US20200003177A1; EP3587799A1; CN110645140A

Abstract

La invención describe una estructura aerodinámica (1) para su montaje en la superficie (20S, 20P, 30) de una pala de rotor de aerogenerador (2). Dicha estructura (1) comprende varios elementos de peine (10T, 10F), uno de los cuales comprende dientes de peine (100) dispuestos en un plano de peine (10P). El plano de peine (10P) de un elemento de peine montado (10T, 10F) es esencialmente perpendicular al borde de salida (TE) de la pala de rotor (2) y a la superficie aerodinámica (20S, 20P) de la pala de rotor (2). La invención describe además una pala de rotor de aerogenerador (2) que comprende al menos una de estas estructuras aerodinámicas (1), y un método para equipar una pala de rotor de aerogenerador (2) con dicha estructura aerodinámica (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura aerodinámica

La invención describe una estructura aerodinámica para una pala de rotor de turbina eólica, una pala de rotor de turbina eólica con dicha estructura aerodinámica y un método para equipar una pala de rotor de turbina eólica con una estructura aerodinámica.

El nivel de ruido generado por una turbina eólica es un factor importante que determina si se concederá el permiso para construir una turbina eólica de ese tipo, especialmente cuando el sitio está cerca de una zona residencial. En general, el ruido que se origina en el rotor aerodinámico se considera el más problemático. Por lo tanto, se están invirtiendo muchos esfuerzos en encontrar formas de reducir el ruido generado por las palas de rotor de las turbinas eólicas a medida que se mueven por el aire. La forma más sencilla de reducir el ruido que se origina en un rotor aerodinámico es reducir su velocidad de rotación, pero esto está directamente asociado con una penalización sustancial en la energía de salida. Por lo tanto, sería más preferible identificar otras formas de reducir el nivel de ruido.

Para una turbina eólica grande con palas de rotor de más de 20 a 30 m de longitud, la fuente de ruido dominante es el ruido del borde posterior. Cuando el aire fluye sobre el lado de succión o el lado de presión se forman remolinos, lo que provoca turbulencias que pasan por el borde posterior de la pala. El ruido que se produce principalmente cuando esta turbulencia pasa por el borde posterior se denomina “ ruido del borde posterior” . La causa del ruido del borde posterior también puede considerarse como la dispersión de presiones superficiales inestables en el borde posterior. Las presiones superficiales inestables son la “ huella” de la capa límite turbulenta, es decir, son causadas por el campo de presión de los remolinos turbulentos en la capa límite. El ruido del borde posterior se genera principalmente en la parte exterior de una pala de rotor, debido a las velocidades de rotación más altas hacia el extremo exterior de la pala de rotor.

Hay varias formas de modificar una pala de rotor con el objetivo de reducir el ruido del borde posterior. Por ejemplo, en lugar de un borde posterior recto, al borde posterior se le puede dar una forma dentada o de “ diente de sierra” a lo largo de una parte exterior de la pala de rotor. Las estrías reducen eficazmente la dispersión de los vórtices en el borde posterior. Sin embargo, si bien un borde dentado de este tipo puede reducir el ruido del borde posterior hasta cierto punto, no puede eliminar el ruido por completo. Por lo tanto, si bien las estrías del borde posterior pueden reducir el ruido del borde posterior, se mantienen niveles de ruido significativos.

El efecto de reducción del ruido de las estrías del borde posterior se puede mejorar colocando elementos de peine entre las estrías. Un elemento de peine se origina a lo largo de los bordes de dos estrías adyacentes y termina en una línea de terminación definida por las puntas de esas estrías. Dichos elementos de peine se encuentran en el mismo plano que las estrías, es decir, los dientes de peine se encuentran cerca de la dirección principal del flujo de aire. Se puede entender que el efecto acústico beneficioso de dichos elementos de peine proviene de la difusión de un vórtice en forma de herradura (es decir, los peines entre estrías rompen un vórtice grande en vórtices más pequeños) y/o de la disipación de parte de la energía en el flujo de aire turbulento. En un enfoque de la técnica anterior, el documento WO2017/180192A1 propone una pala de rotor con elementos de peine dispuestos a lo largo de su borde posterior. El documento WO2014/048581A1 propone un enfoque similar para reducir el ruido aerodinámico de las palas de rotor, mediante la implementación de un peine de borde posterior que tiene múltiples espinas alineadas. Los elementos de peine propuestos en estos documentos se extienden desde el borde posterior hasta quedar en el plano de la dirección principal del flujo de aire sobre el perfil aerodinámico de la pala de rotor.

Si bien las estrías y los elementos de peine integrados en el plano pueden tener un efecto positivo notable en el ruido del borde posterior al difundir la turbulencia inmediatamente detrás del borde posterior, no tienen un efecto significativo en la turbulencia que se presenta corriente arriba del borde posterior. Por lo tanto, las soluciones conocidas tienen una capacidad limitada para reducir el ruido aerodinámico generado por una pala de rotor.

Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar una forma mejorada de reducir el ruido generado por una pala de rotor de turbina eólica.

Este objeto se consigue mediante la estructura aerodinámica de la pala de rotor de la turbina eólica de la reivindicación 1; mediante la pala de rotor de turbina eólica de la reivindicación 10; y mediante el método de la reivindicación 15 para equipar una pala de rotor de turbina eólica con una estructura aerodinámica. Según la invención, la estructura aerodinámica debe montarse en una superficie de una pala de rotor de turbina eólica y comprende varios elementos de peine, un elemento de peine que comprende dientes de peine (también denominados fibras de peine) dispuestos en un plano de peine, en donde el plano de peine de un elemento de peine montado es esencialmente perpendicular al borde posterior de la pala de rotor y a la superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor. Todos los dientes o fibras de un elemento de peine se encuentran en un plano común, es decir, el plano de peine.

Una superficie de montaje puede ser una superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor. Del mismo modo, una superficie de montaje puede ser la superficie de un conjunto de borde posterior dispuesto a lo largo del borde posterior de la pala de rotor. Un elemento de peine que sea esencialmente paralelo a la superficie de montaje y/o esencialmente paralelo al borde posterior no necesita ser exactamente perpendicular a la superficie de montaje o al borde posterior, y el plano de un elemento de peine puede diferir del normal en cada caso en unos pocos grados. Los elementos de peine se pueden montar corriente arriba y/o corriente abajo del borde posterior. Un elemento de peine de la estructura aerodinámica de la invención se extiende en una dirección hacia fuera desde la superficie de montaje y, por lo tanto, no se encuentra en el plano de la dirección principal del flujo de aire. En otras palabras, el plano de un elemento de peine no es paralelo a la superficie de perfil aerodinámico o a la superficie del conjunto de borde posterior, sino que es esencialmente perpendicular a ella. Por lo tanto, el elemento de peine de la invención actúa como un separador en sentido transversal en la capa límite y puede servir para “ suavizar” cualquier inestabilidad en la capa límite cuando pasa por encima del borde posterior de la pala de rotor. Los términos “ separador en sentido transversal” y “ elemento de peine” pueden considerarse sinónimos en lo que sigue, a menos que se indique lo contrario. La estructura aerodinámica de la invención se realiza para contrarrestar una fuente específica de ruido aerodinámico, a saber, la turbulencia cerca del borde posterior. El efecto de los separadores o elementos de peine en sentido transversal es romper los vórtices en tal turbulencia, de modo que el flujo de aire se haga más homogéneo a medida que pasa por el borde posterior. Por lo tanto, la estructura aerodinámica de la invención puede reducir eficazmente el ruido aerodinámico que surge de la turbulencia cerca del borde posterior.

Utilizado en su sentido aceptado, un “ elemento de peine” puede entenderse como un conjunto de dientes de peine o fibras de peine que se extienden desde la línea de montaje interior hasta una línea de terminación exterior. Los extremos interiores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de montaje y los extremos exteriores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de terminación.

Preferiblemente, se monta un elemento de peine en la pala de rotor de modo que sus dientes de peine subtiendan un ángulo en el intervalo de 0° a 45° con respecto a la superficie de montaje. Por lo tanto, un elemento de peine separador en sentido transversal tiene una forma esencialmente triangular, y los términos “ separador en sentido transversal” y “ elemento de peine triangular” pueden usarse como sinónimos en lo que sigue, a menos que se indique lo contrario. Dependiendo de la realización de la estructura aerodinámica, los elementos de peine triangular pueden actuar para “ cortar” o “ rebanar” el flujo de aire entrante, o pueden actuar para empujar el flujo de aire entrante más hacia afuera desde la superficie de perfil aerodinámico, como se explicará más adelante. Para contrarrestar las fuerzas que actúan sobre los dientes flexibles del elemento de peine cuando un flujo de aire pasa sobre la pala de rotor, un elemento de peine separador en sentido transversal puede comprender una o más nervaduras de soporte dispuestas para mantener el ángulo de inclinación deseado entre el elemento de peine y la superficie de montaje de la pala de rotor.

La pala de rotor de la turbina eólica comprende al menos un ejemplo de la estructura aerodinámica de la invención montada en una superficie de montaje de la pala de rotor.

Las emisiones de ruido de una turbina eólica que está equipada con tales palas de rotor se pueden reducir de manera efectiva. Durante el funcionamiento de la turbina eólica, las palas de rotor se mueven a través del aire, de modo que un flujo de aire pasa sobre una pala de rotor, y el flujo de aire pasará primero sobre la estructura aerodinámica de la invención antes de llegar al borde posterior de la pala de rotor. La turbulencia cerca del borde posterior de una pala de rotor puede difundirse eficazmente mediante los separadores en sentido transversal, de modo que la turbina eólica pueda cumplir los requisitos de las normas de ruido acústico aplicables cuando funcione a su energía nominal de salida.

Realizaciones y características particularmente ventajosas de la invención se dan por las reivindicaciones dependientes, como se revela en la siguiente descripción. Las características de distintas categorías de reivindicaciones pueden combinarse según corresponda para obtener realizaciones adicionales que no se describen en la presente memoria.

Preferiblemente, un separador en sentido transversal está dispuesto sobre un medio de montaje que puede unirse a una superficie de montaje, por ejemplo, a una superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor. Alternativa o adicionalmente, una superficie de montaje puede ser una superficie de un conjunto de borde posterior de la pala de rotor.

Como se mencionó anteriormente, el plano de peine de un elemento de peine montado puede ser esencialmente perpendicular al borde posterior de la pala de rotor y también a la superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor. Efectivamente, la línea de montaje de un elemento de peine separador de este tipo en sentido transversal se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular al borde posterior de la pala de rotor. Sin embargo, los efectos centrífugos pueden provocar que el flujo de aire muestre un “ barrido” diagonal hacia la punta de la pala de rotor. Por lo tanto, en una realización preferida de la invención, dependiendo de su posición exterior, la línea de montaje de un elemento de peine separador en sentido transversal puede subtender un ángulo de hasta 45° con respecto al borde posterior. Preferiblemente, las líneas de montaje de los elementos de peine más interiores son esencialmente perpendiculares al borde posterior de la pala de rotor, mientras que las líneas de montaje de los elementos de peine más exteriores subtienden gradualmente ángulos cada vez mayores con respecto al borde posterior, de modo que el elemento de peine más exterior subtiende un ángulo de hasta 45° con respecto al borde posterior.

Debe entenderse que los medios de montaje de la estructura aerodinámica están unidos a la superficie de perfil aerodinámico de la pala en una dirección transversal, es decir, en una dirección definida por una línea que se extiende entre la raíz de la pala y la punta de la pala, o en una dirección definida por el borde posterior de la pala de rotor, de modo que los elementos de peine estén dispuestos en una dirección transversal. En una realización preferida de la invención, los medios de montaje de la estructura aerodinámica de la invención están unidos a la superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor a una distancia hacia dentro (es decir, corriente arriba) desde el borde posterior. La distancia hacia el interior desde el borde posterior se puede determinar mediante el cálculo utilizando modelos adecuados y/o basándose en observaciones obtenidas de pruebas tales como pruebas en túneles de viento, mediciones acústicas en campo, etc. En tal realización, la línea de montaje se dispone de manera efectiva a una distancia a barlovento del borde posterior. Del mismo modo, la estructura aerodinámica de la invención puede realizarse de manera que los elementos de peine terminen a lo largo o más allá del borde posterior de la pala de rotor. En cualquiera de estas realizaciones, la estructura aerodinámica comprende preferiblemente una pluralidad de tales elementos de peine separadores en sentido transversal dispuestos a intervalos de 0,5 a 5 cm en la región exterior de la pala de rotor.

Alternativa o adicionalmente, la superficie de montaje puede ser la superficie de un conjunto de borde posterior de la pala de rotor, por ejemplo, se puede montar un elemento de peine en una estría de un conjunto de borde posterior dentado. En tal realización, la estructura aerodinámica comprende preferiblemente uno o más elementos de peine separadores en sentido transversal en cada estría.

Un elemento de peine puede estar hecho de cualquier material adecuado, por ejemplo plástico. Se puede fabricar un elemento de peine usando cualquier técnica adecuada, tal como moldeo por inyección, fundición, etc. Preferiblemente, las fibras/dientes de peine son paralelos entre sí y están separados por una distancia suficientemente grande. Por ejemplo, las fibras de peine pueden tener un diámetro del orden de 1 mm y pueden estar separadas por una distancia que es aproximadamente la misma que el diámetro de la fibra del peine.

La estructura aerodinámica se puede construir de cualquier manera adecuada. En una realización preferida de la invención, la estructura aerodinámica se fabrica formando los elementos de peine e incrustando los dientes de un elemento de peine a una profundidad adecuada en los medios de montaje a lo largo de una línea de montaje. La serie de puntos desde los que los dientes de un elemento de peine se extienden hacia fuera desde los medios de montaje puede considerarse colectivamente como la “ línea de montaje” de ese elemento de peine. En una realización alternativa, la estructura aerodinámica se fabrica formando los elementos de peine y pegando los extremos internos de los dientes de un elemento de peine a lo largo de una línea de montaje en la superficie del medio de montaje. En otra realización alternativa, la estructura aerodinámica se fabrica formando los elementos de peine, formando orificios en los medios de montaje a lo largo de una línea de montaje y, desde debajo de los medios de montaje, haciendo pasar los dientes de un elemento de peine a través de los orificios. Los medios de montaje pueden realizarse como una tira de material (por ejemplo, plástico) que se pega o se une de otro modo a la superficie exterior de la pala de rotor, de modo que una pala de rotor ya existente pueda equiparse con una o más instancias de la estructura aerodinámica de la invención.

Una realización de la estructura aerodinámica de la invención puede montarse en el lado de succión de la pala de rotor. Alternativa o adicionalmente, se puede montar una realización de la estructura aerodinámica de la invención en el lado de presión de la pala de rotor.

Como se ha mencionado anteriormente, la forma de un elemento de peine triangular o de un separador transversal se define mediante la línea de montaje interior y la línea de terminación exterior. La línea de montaje de un elemento de peine es preferiblemente recta; de manera similar, la línea de terminación es preferiblemente recta. La línea de terminación de dicho elemento de peine también se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular a la superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor. En una realización de este tipo, cuando el elemento de peine está montado corriente arriba del borde posterior, el elemento de peine tiene una forma triangular general, con el vértice del triángulo más alejado del borde posterior. Cuando los elementos de peine triangulares se montan en las estrías de un conjunto de borde posterior, el vértice del triángulo puede coincidir con el borde posterior. En una realización preferida de la invención, la estructura aerodinámica comprende una serie de tales elementos de peine verticales que actúan como separadores en sentido transversal, es decir, los elementos de peine “ cortan” o separan el flujo de aire que pasa por encima de la pala de rotor, con el efecto de difundir o romper la coherencia transversal de la turbulencia de la capa límite cerca del borde posterior. La estructura aerodinámica puede extenderse sobre el 50 % exterior de la pala de rotor y puede comprender dichos elementos de peine triangulares “verticales” dispuestos a intervalos a lo largo de los medios de montaje. Las características de los planos de peine (separación, altura, etc.) pueden variar según su posición radial a lo largo de la pala de rotor.

Como se mencionó en la introducción, una pala de rotor de turbina eólica puede estar equipada con estrías a lo largo de una porción de su borde posterior con el fin de reducir el ruido aerodinámico. En una realización preferida de la invención, la estructura aerodinámica se realiza de manera que la línea de montaje de un elemento de peine coincida con la línea central de una estría. En otras palabras, un elemento de peine está dispuesto en línea con cada estría. El efecto de esta disposición es mejorar la separación a lo ancho de la turbulencia en el flujo de aire corriente arriba de las estrías del borde posterior.

Como se explicó anteriormente, también se conoce la disposición de un elemento de peine en el plano entre estrías, es decir, un elemento de peine que se encuentra en el mismo plano que las estrías del borde posterior. Se puede lograr una mayor disipación de la turbulencia alrededor del borde posterior colocando un elemento de peine para “ cortar” el plano de estrías. Por lo tanto, en una realización preferida de la invención, los dientes de peine de un elemento de peine se originan cerca de un punto entre dos estrías adyacentes (por ejemplo, justo corriente arriba del borde posterior), y la línea de terminación del elemento de peine es esencialmente perpendicular al plano que contiene las estrías. En tal realización, el elemento de peine tiene una forma general de abanico que forma un ángulo recto con respecto a sus estrías adyacentes. Este tipo de elemento de peine puede tener un efecto beneficioso a la hora de reducir la turbulencia cerca del borde posterior. Por supuesto, estos “ elementos de peine en forma de abanico” verticales también se pueden utilizar además de cualquiera de las realizaciones anteriores, que comprenden una pluralidad de elementos de peine triangulares montados en una superficie de montaje.

Uno de los mecanismos de reducción de ruido asociados con un borde posterior dentado es que la capa límite del lado de succión puede alejarse de la superficie de perfil aerodinámico, lo que aumenta la distancia entre la turbulencia del lado de succión y el borde posterior, y reduce la eficiencia de dispersión acústica, es decir, la transformación de la turbulencia en presión acústica.

Otra forma de lograr tal efecto es disponer un elemento aerodinámico adicional en el lado de succión del perfil aerodinámico. Este elemento adicional puede tener la forma de un plano o rectángulo alargado alineado en paralelo con el borde posterior e inclinado en un ángulo comprendido entre 0° y 45° con respecto a la superficie de perfil aerodinámico de la pala de rotor, de modo que este elemento plano actúa como una especie de “ cubierta” para alejar la capa límite del lado de succión de la superficie de perfil aerodinámico. Esto tiene el efecto beneficioso concomitante descrito anteriormente, a saber, mover los vórtices más grandes de la capa límite más lejos de la superficie de perfil aerodinámico para suprimir la dispersión acústica en el borde posterior. Preferiblemente, dicho elemento plano se extiende a lo largo de la mitad exterior o el tercio exterior de la pala de rotor.

Otros objetos y características de la presente invención serán evidentes a partir de las siguientes descripciones detalladas consideradas en conjunto con los dibujos adjuntos. Sin embargo, debe entenderse que los dibujos están diseñados únicamente con fines ilustrativos y no como una definición de los límites de la invención.

La figura 1 muestra una realización de la estructura aerodinámica de la invención;

La figura 2 muestra una realización alternativa de la estructura aerodinámica de la figura 1;

La figura 3 muestra una realización adicional de la estructura aerodinámica de la invención;

La figura 4 muestra una realización alternativa de la estructura aerodinámica de la figura 3;

La figura 5 muestra una realización alternativa de un elemento de peine;

La figura 6 muestra una pala de rotor de una turbina eólica;

La figura 7 ilustra el desarrollo de turbulencia sobre una pala de rotor.

En los diagramas, números similares se refieren a objetos similares en todas partes. Los objetos en los diagramas no están necesariamente dibujados a escala.

La figura 1 muestra una realización de la estructura aerodinámica de la invención 1, unida al lado de succión 20S de una pala de rotor de turbina eólica 2. En esta realización ejemplar, la estructura aerodinámica 1 comprende varios elementos de peine triangulares 10T dispuestos en un medio 11T de montaje de tal manera que los elementos 10 de peine actúan como separadores 10T en sentido transversal. Estos pueden estar separados por una distancia de 0,5 a 5 cm. El medio 11T de montaje tiene una profundidad o anchura de 11W para alojar los elementos 10T de peine, y está montado a una distancia 11D del borde posterior TE de la pala 2 de rotor.

Cada elemento de peine triangular 10T tiene una forma definida por una línea de montaje interior M y una línea de terminación exterior T. Aquí, la línea de montaje M de cada elemento 10T de peine se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular al borde posterior TE de la pala 2 de rotor, y la línea de terminación T de cada elemento 10T de peine se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular a la superficie 20S de perfil aerodinámico de la pala 2 de rotor. En esta realización ejemplar, la línea de montaje M puede extenderse sobre una longitud de 3 a 10 cm, por ejemplo, y la línea de terminación T puede extenderse hasta una altura de hasta 4 cm.

La pala 2 de rotor también tiene un conjunto de borde posterior dentado, es decir, una serie de estrías 30 están dispuestas a lo largo del borde posterior TE para reducir el ruido aerodinámico que surge del flujo de vórtices que pasan por el borde posterior de la pala de rotor a medida que pasa por el aire. El dibujo también muestra elementos 31 de peine adicionales en el plano entre estrías contiguas 30, con el objetivo de reducir aún más el ruido del borde posterior.

Los elementos 10T triangulares de peine están dispuestos uniformemente a lo largo de los medios de montaje 11T y están separados por una distancia 10D. En esta realización, hay aproximadamente dos separadores 10T en sentido transversal por estría 30, dispuestos de manera que la línea de montaje M de cada segundo elemento 10T de peine se extienda a lo largo de las líneas centrales 30C de una estría 30. Alternativamente, podrían disponerse hasta diez de estos elementos 10T triangulares de peine a lo largo de los medios de montaje por cada estría 30 en el borde posterior TE.

En lugar de una sola fila de separadores 10T en sentido transversal, como se muestra aquí, los medios de montaje pueden transportar dos o más filas de separadores 10T en sentido transversal. Por ejemplo, una fila de separadores en sentido transversal puede estar dispuesta corriente arriba de una segunda fila de separadores en sentido transversal. Alternativamente, se puede proporcionar una disposición escalonada, en la que los separadores en sentido transversal de una segunda fila comienzan entre los separadores en sentido transversal de una primera fila.

Otra versión de esta realización se muestra en la figura 2, que (por motivos de claridad) muestra solo uno de esos elementos 10T de peine por estría 30. El diagrama también indica la disposición paralela de los dientes 100 de peine a medida que estos se extienden desde la línea de montaje M hasta la línea de terminación perpendicular T. Los dientes 100 de peine o las fibras de peine 100 están esencialmente alineados con la dirección del flujo principal sobre la superficie de la pala 2 de rotor. El diagrama también muestra una nervadura de soporte 101 que actúa para mantener la forma vertical de un elemento 10T de peine.

En esta realización, los medios de montaje 11T están unidos a la superficie 20S de perfil aerodinámico de la pala de rotor de tal manera que las líneas de terminación T de los elementos 10T de peine se cruzan de manera efectiva con el borde posterior<t E>de la pala 2 de rotor. En el lado izquierdo del diagrama, se muestran tres planos que se cruzan PX, PY,<P z .>El plano 10P de peine de un elemento de peine triangular o separador en sentido transversal 10T coincide con el plano PZ, que es efectivamente perpendicular u ortogonal al plano PX de la superficie de perfil aerodinámico 10S, y también al plano PY que contiene el borde posterior TE y que es perpendicular al plano PX.

La figura 3 muestra otra realización, en este caso con dos filas de elementos 10T de peine montados corriente arriba del borde posterior TE. Para mayor claridad, el diagrama solo indica una porción exterior de una pala 2 de rotor. Los elementos 10T de peine de una fila están desplazados con respecto a los elementos 10T de peine de la otra fila. En esta realización ejemplar, la separación entre los elementos 1<0 t>de peine disminuye al aumentar la distancia radial hacia fuera a lo largo de la pala 2 de rotor. El tamaño de los elementos 10T de peine puede disminuir hacia la punta de la pala de rotor. Por supuesto, se pueden usar más de dos filas de elementos 10T de peine, y las filas no necesitan comprender el mismo número de elementos de peine, y pueden comprender elementos de peine de diferentes tamaños.

La figura 4 muestra otra realización del sello de borde de la invención. De nuevo, se muestran dos filas de elementos 10T de peine. En este caso, los elementos 10T de peine de las filas están montados alineados entre sí. En esta realización ejemplar, el tamaño de los elementos 10T de peine disminuye al aumentar la distancia radial hacia fuera a lo largo de la pala 2 de rotor. En esta realización, las líneas de montaje M de los elementos 10T de peine subtienden en ángulo recto con respecto al borde posterior en la posición más interior, mientras que los elementos de peine más exteriores 10T tienen líneas de montaje M que subtienden ángulos más grandes 0 con respecto al borde posterior TE.

Por supuesto, se puede usar cualquier combinación de estas realizaciones. Por ejemplo, se puede usar una disposición de filas desplazadas con elementos de peine relativamente grandes e intervalos de separación relativamente grandes en la parte más interna de la mitad más externa de la pala. Se pueden usar elementos de peine más pequeños a intervalos de separación más pequeños en el resto de la parte exterior de la pala de rotor.

La figura 5 muestra otra realización, en la que una fila de separadores 10T en sentido transversal está dispuesta a lo largo del borde posterior TE de una pala 2 de rotor. En esta realización, también se monta una “ cubierta” plana 21 en el lado de succión 20S de la pala 2 para ayudar a alejar la capa límite del lado de succión de la pala 2. La cubierta 21 está preferiblemente inclinada en un ángulo bajo p de menos de 45° con respecto a la superficie 20S de perfil aerodinámico. La cubierta 21 y la disposición de los separadores 10T en sentido transversal pueden montarse en un medio de montaje común que a continuación se une a la superficie 20S de perfil aerodinámico, o pueden montarse por separado.

Otra versión de esta realización se muestra en la figura 6. En este caso, los separadores 10T en sentido transversal están montados en estrías 30 de un conjunto de borde posterior. El medio 11T de montaje en este caso puede ser una lámina adhesiva triangular que se ajusta a la superficie exterior de una estría 30. Este diagrama también muestra una cubierta plana adicional 21 que puede montarse en la superficie 20S de perfil aerodinámico, con el propósito de alejar la turbulencia de la superficie.

La figura 7 muestra una realización alternativa. Aquí, un elemento de peine en forma de abanico 10F está dispuesto entre estrías adyacentes 30 a lo largo del borde posterior TE de la pala 2 de rotor. La línea de terminación 12T del elemento en forma de abanico 10F es perpendicular al plano de las estrías 30. El efecto de dicho elemento de peine en forma de abanico 10F es difundir aún más el flujo turbulento entre las estrías 30, y dicho elemento de peine en forma de abanico 10F se puede usar en cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente, por ejemplo, en lugar de cualquier elemento de peine en el plano entre las estrías 30 a lo largo del borde posterior TE. Se puede formar un elemento de peine en forma de abanico 10F de modo que todos los dientes de peine se originen en un vértice entre las estrías o justo corriente arriba de dicho punto.

Un medio 11F de montaje puede ser cualquier medio adecuado que pueda unir el elemento 10F de peine entre las estrías 30.

La figura 8 muestra una pala 2 de rotor de una turbina eólica. El diagrama muestra el borde delantero LE, el borde posterior TE y el lado de succión 20S. En la técnica anterior, es conocido unir un componente dentado 3 a lo largo de una longitud de montaje L del borde posterior TE en la parte exterior de la pala de rotor. En las realizaciones de la estructura aerodinámica de la invención 1 descritas anteriormente, se puede suponer que los medios de montaje están unidos en una dirección paralela al borde posterior TE a lo largo de una longitud de montaje L similar.

La figura 9 ilustra el desarrollo de turbulencia cuando una pala 2 de rotor se mueve en una dirección de rotación. El diagrama muestra un flujo de aire inicialmente laminar F20S en la capa límite sobre el lado de succión 20S de la pala 2 de rotor, y un flujo de aire inicialmente laminar F20P en la capa límite sobre el lado de presión 20P de la pala 2 de rotor. La capa límite generalmente no puede permanecer estable, de modo que, a medida que el flujo de aire pasa sobre el perfil aerodinámico, se desarrolla una turbulencia en el borde posterior V<te>. El ruido acústico se genera a partir de la ruptura de los vórtices en la región de turbulencia V<te>.

Aunque los diagramas muestran principalmente una estructura aerodinámica colocada en el lado de succión de la pala de rotor, se entenderá que una estructura aerodinámica puede disponerse, alternativa o adicionalmente, en el lado de presión. Como se ha explicado anteriormente, la estructura aerodinámica de la invención actúa para reducir el ruido aerodinámico generado como resultado de la turbulencia corriente arriba del borde posterior. Por lo tanto, aunque algunos diagramas indican un borde posterior dentado, debe entenderse que la estructura aerodinámica de la invención no requiere dicho borde posterior dentado, sino que puede implementarse debido a su contribución a la reducción del ruido del borde posterior.

Aunque la presente invención se ha descrito en forma de realizaciones preferidas y variaciones sobre las mismas, se entenderá que podrían realizarse numerosas modificaciones y variaciones adicionales a las mismas sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Una estructura aerodinámica (1) para montaje en una superficie (20S, 20P, 30) de una pala (2) de rotor de turbina eólica, cuya estructura aerodinámica (1) comprende varios elementos (10T, 10F) de peine, un elemento (10T, 10F) de peine que comprende dientes (100) de peine dispuestos en un plano (10P) de peine, en donde dicho conjunto de dientes de peine se extiende desde la línea de montaje interior hasta la línea de terminación exterior en donde los extremos interiores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de montaje y los extremos exteriores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de terminación;

en donde todos los dientes de un elemento de peine se encuentran en un plano común,

caracterizada porqueel plano (10P) de peine de un elemento (10T, 10F) de peine montado es esencialmente perpendicular al borde posterior (TE) de la pala (2) de rotor y a la superficie (20S, 20P) de perfil aerodinámico de la pala (2) de rotor.
2. Estructura aerodinámica según la reivindicación 1, en donde los dientes (100) de peine de un elemento (10T, 10F) de peine terminan a lo largo de una línea de terminación (T), cuya línea de terminación (T) se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular a la superficie (20S, 20P, 30) de montaje.
3. Estructura aerodinámica según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde un elemento (10T) de peine está dispuesto sobre un medio (11T) de montaje, cuyo medio (11T) de montaje está realizado para montar el elemento (10T) de peine en una superficie (20S, 20P) de perfil aerodinámico de la pala (2) de rotor.
4. Estructura aerodinámica según la reivindicación 3, en donde los elementos (10T, 10F) de peine están dispuestos a intervalos de 0,5 cm a 5 cm.
5. Estructura aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un elemento (10T) de peine está dispuesto sobre un medio (11T) de montaje, cuyo medio (11T) de montaje está realizado para montar el elemento (10T) de peine en una estría (30) de un conjunto (3) de borde posterior dentado de la pala (2) de rotor.
6. Estructura aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (100) de peine de un elemento (10T, 10F) de peine se originan a lo largo de una línea (10M) de montaje, cuya línea (10M) de montaje se extiende en una dirección que es esencialmente perpendicular al borde posterior (TE) de la pala (2) de rotor.
7. Estructura aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (100) de peine de un elemento (10T, 10F) de peine se originan a lo largo de una línea (10M) de montaje, cuya línea (10M) de montaje subtiende un ángulo (0) de hasta 45° con respecto al borde posterior (TE) de la pala (2) de rotor.
8. Estructura aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los dientes (100) de peine de un elemento (10T, 10F) de peine están inclinados formando un ángulo en el intervalo de 0° a 45° con respecto a la superficie (20S, 20P, 30) de montaje.
9. Estructura aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un elemento de peine (10F) está dispuesto sobre un medio (11F) de montaje, cuyo medio (11F) de montaje está realizado para montar el elemento de peine (10F) entre las estrías (30) de un conjunto (3) de borde posterior dentado de la pala (2) de rotor.
10. Una pala (2) de rotor de turbina eólica que comprende al menos una estructura aerodinámica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 montada en una superficie (20S, 20P, 30) de montaje de la pala (2) de rotor.
11. Una pala de rotor de turbina eólica según la reivindicación 10, en donde la superficie de montaje es el lado de succión (20S) de la pala (2) de rotor.
12. Una pala de rotor de turbina eólica según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en donde la superficie de montaje es el lado de presión (20P) de la pala (2) de rotor.
13. Una pala de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde la pala (2) de rotor está equipada con una serie de estrías (30) a lo largo de su borde posterior (TE), y en donde una línea (10M) de montaje de un elemento (10T, 10F) de peine de una estructura aerodinámica (1) se extiende a lo largo de una línea central (30C) de una estría (30).

Una pala de rotor de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde la pala (2) de rotor está equipada con una serie de estrías (30) a lo largo de su borde posterior (TE) y comprende además un elemento (12) de peine con estrías dispuesto entre dos estrías adyacentes (30), en donde los dientes (100) de peine del elemento (12) de peine con estrías se originan en un vértice (30A) formado por las estrías adyacentes (30), y en donde los dientes (100) de peine de un elemento (12) de peine con estrías terminan a lo largo de una línea de terminación (T) que es esencialmente perpendicular a un plano que contiene las estrías. (30).

Un método para equipar una pala (2) de rotor de turbina eólica con una estructura aerodinámica (1), cuyo método comprende las etapas de

formar un elemento (10T, 10F) de peine que comprende dientes (100) de peine dispuestos en un plano (10P) de peine;

en donde dichos dientes de peine se extienden desde la línea de montaje interior hasta una línea de terminación exterior, en donde los extremos interiores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de montaje y los extremos exteriores de los dientes de peine se encuentran a lo largo de la línea de terminación;

en donde todos los dientes de un elemento de peine se encuentran en un plano común,

disponer el elemento (10T, 10F) de peine sobre una superficie (20S, 20P, 30) de perfil aerodinámico de la pala (2) de rotor de manera que el plano (10P) de peine del elemento (10T, 10F) de peine montado sea esencialmente perpendicular al borde posterior (TE) de la pala (2) de rotor y a la superficie (20S, 20P) de perfil aerodinámico de la pala (2) de rotor.