ES3038255T3

ES3038255T3 - Split rotor blade of a wind power plant and rotor blade segment

Info

Publication number: ES3038255T3
Application number: ES20153162T
Authority: ES
Inventors: Thomas Lipka; Andreas Nickel; Tim Berend Block
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2025-10-10
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: US20210222668A1; EP3855014A1; EP3855014C0; PL3855014T3; US11746741B2; EP3855014B1

Abstract

La invención se refiere a una pala de rotor dividida (110) para una turbina eólica (100), que está formada por al menos un primer segmento de pala de rotor (132) y un segundo segmento de pala de rotor (134) con respecto a un eje longitudinal (120) de la pala de rotor (110), en donde el primer segmento de pala de rotor (132) tiene una primera región de conexión (154) a lo largo del eje longitudinal (120) en un primer extremo de conexión (136) y el segundo segmento de pala de rotor (134) tiene una segunda región de conexión (156) a lo largo del eje longitudinal (120) en un segundo extremo de conexión (138) que está asignado al primer extremo de conexión (136), las dos regiones de conexión (154, 156) están conectadas en un punto de división (130) de la pala de rotor (110) y forman una región de segmentación común (160), en la región de segmentación (160) de la pala de rotor (110) se forma un segmento exterior común (132, 134) El contorno (152) de la pala de rotor (110) es simplemente curvado.La invención también se refiere a un segmento de pala de rotor (132). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Pala de rotor dividida de una turbina eólica, así como segmento de pala de rotor

La presente invención hace referencia a una pala de rotor dividida de una turbina eólica. Además, la invención hace referencia a un segmento de pala de rotor.

Las turbinas eólicas modernas están formadas por una pluralidad de palas de rotor, habitualmente por tres palas, que por ejemplo respectivamente pueden presentar un peso de hasta 35 toneladas y una longitud de hasta 90 metros.

Para simplificar el transporte de las palas de rotor de ese tamaño, se prevé que las palas de rotor se compongan de dos o más segmentos de la pala de rotor, que se montan en el lugar de instalación de la turbina eólica. Las palas de rotor de esa clase también se denominan como palas de rotor segmentadas o divididas. Los segmentos de la pala de rotor habitualmente se conectan entre sí en puntos de división durante el montaje de la pala de rotor. Las conexiones de esa clase, sin embargo, pueden provocar que la pala de rotor se debilite estructuralmente en las áreas de segmentación, de modo que en esas áreas se requiere un refuerzo estructural de la pala de rotor.

Durante el funcionamiento, las conexiones de los segmentos de la pala de rotor, debido a la rotación de la pala de rotor, están expuestas a una carga de flexión y a una carga centrífuga. De manera correspondiente, las conexiones deben estar diseñadas de modo que las mismas resistan las tensiones de cizallamiento y tensiones normales causadas por esa clase de carga. Las dos clases de tensiones en las conexiones dependen de un grosor de la sección transversal de la pala de rotor, de manera que un aumento del grosor reduce la tensión que se produce, por ejemplo, debido a un par de flexión.

En cuanto al aspecto aerodinámico, sin embargo, mayormente se considera preferente minimizar el grosor de las palas de rotor. Por consiguiente, el experto se enfrenta a dos problemas contradictorios: el aumento del grosor mejora la resistencia de la pala de rotor, pero no es deseable en cuanto al aspecto aerodinámico, y la reducción del grosor es deseable en cuanto al aspecto aerodinámico, pero reduce la resistencia de la conexión.

La solicitud WO 2013/075718 A1 hace referencia a una pala de turbina eólica, en particular una pala de turbina eólica segmentada.

La solicitud US 9284 948 B2 hace referencia a una pala de turbina eólica con un ajuste parcial de la pala, donde la pala presenta un perfil aerodinámico truncado que está proporcionado en el límite de ajuste de la pala, de la pala.

La solicitud US 2015/292477 A1 hace referencia a una pala de rotor de una turbina eólica con un primer segmento de la pala de rotor y un segundo segmento de la pala de rotor. Los dos segmentos de la pala de rotor están conectados mediante una unión por tornillos.

La solicitud US 8777 573 B2 hace referencia a una pala de turbina eólica que se compone de una o varias secciones de la pala que están conectadas mediante una articulación.

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un diseño para una pala de rotor dividida que, por una parte, proporcione una resistencia particularmente elevada y, por otra parte, posibilite buenas propiedades aerodinámicas en un área de segmentación de la pala de rotor dividida.

Según un primer aspecto se describe una pala de rotor dividida para una turbina eólica que, con respecto a un eje longitudinal de la pala de rotor, está formada por al menos un primer segmento de la pala de rotor y un segundo segmento de la pala de rotor. El primer segmento de la pala de rotor, en un primer extremo de conexión, presenta una primer área de conexión, en particular a lo largo del eje longitudinal, y el segundo segmento de la pala de rotor, en un segundo extremo de conexión que está asociado al primer extremo de conexión, presenta una segunda área de conexión, en particular a lo largo del eje longitudinal. Las dos áreas de conexión están conectadas en un punto de división de la pala de rotor, y conforman un área de segmentación en común. En el área de segmentación de la pala de rotor, un contorno externo en común de la pala de rotor, formado por la conexión de los dos segmentos de la pala de rotor, está curvado de forma simple. Un aumento de una curvatura previa de la pala de rotor en el área de segmentación es constante a lo largo del eje longitudinal.

La pala de rotor de turbina eólica descrita está formada por dos segmentos de la pala de rotor conectados en el punto de división. Según la invención se prevé que en el área del punto de división, el área de segmentación, el contorno externo de la pala de rotor, que también se denomina como cubierta aerodinámica y/o que se forma por la superficie externa de la cubierta de la pala de rotor, presente una curvatura simple. Esto significa que sólo se encuentra presente una curvatura en una dimensión, en particular transversalmente con respecto al eje longitudinal de la pala de rotor. En otra dimensión, por ejemplo con respecto al eje longitudinal, esencialmente no se encuentra presente ninguna curvatura (es decir en el marco de tolerancias de fabricación), es decir, que el valor de curvatura es de 0. En la invención, por tanto, se prevé una conformación de la cubierta o contorno especialmente optimizada, que en el área de segmentación, desde un contorno curvado de forma doble, pasa a un contorno curvado de forma simple.

El área de segmentación, por ejemplo en los perfiles aerodinámicos, se extiende con un borde posterior delgado, como se utilizan preferentemente en la mitad de la pala externa, observado en la dirección de profundidad de la pala, desde el borde del saliente, en un área de entre el 10 y el 70 por ciento de la profundidad de la pala. En los perfiles con un borde posterior grueso, en particular en los así llamados perfiles de parte posterior plana, como se utilizan preferentemente en la mitad de la pala interna, el área de segmentación preferentemente se extiende sobre casi toda la profundidad del perfil, y en particular directamente hasta el borde posterior grueso, de modo que aquí son posibles entre el 5 y hasta el 100 % de la profundidad del perfil. El área de segmentación comprende por ejemplo el área de la pala de rotor, así como de los segmentos de la pala de rotor, en donde están alojados los elementos estructurales para la conexión de los segmentos de la pala de rotor. En el área del borde del saliente y del borde del extremo, la pala de rotor, debido a una conformación especial, condicionada por ejemplo de forma aerodinámica, puede presentar una forma doblemente curvada. El área de segmentación se extiende en este caso entre el 10 y el 70 por ciento.

La solución según la invención permite alcanzar en el área de segmentación un alto grado de resistencia mecánica de la estructura, en combinación con propiedades aerodinámicas especialmente convenientes. Debido a esto, en particular de forma óptima en cuanto al espacio de construcción, en particular se introducen muchos elementos de conexión, como manguitos soporte, en el área de segmentación, y se utilizan para la conexión de los segmentos. Una ventaja esencial reside en el hecho de que con la variación propuesta de la cubierta aerodinámica es posible una incorporación de esos elementos de conexión en la concha de pala de rotor que forma la cubierta aerodinámica, sin un gran árbol de refuerzo, pérdida de espacio de construcción o relleno interior complejo de los manguitos soporte o manguitos roscados. De este modo, se posibilitan el número óptimo de manguitos soporte, la posición óptima de los manguitos soporte y la conexión óptima del refuerzo principal a esos manguitos soporte.

Una cubierta aerodinámica de un pala de rotor no dividida en general está optimizada de forma aerodinámica y mecánicamente estructural para la producción máxima de energía eólica. Esto significa que la misma, exceptuando la conexión de pala circular debido a consideraciones mecánicas estructurales, está doblemente curvada, tiene curvatura previa a lo largo de su eje longitudinal y, a lo largo del eje longitudinal, presenta perfiles aerodinámicos enfilados y rotados unos con respecto a otros (torsión).

Los inventores han identificado que un contorno externo de la pala de rotor, doblemente curvado, rotado en las secciones transversales del perfil y conformado libremente, en combinación con una curvatura previa, es problemático para la conexión de los segmentos, en particular en el caso de divisiones próximas a la punta de la pala, de la pala de rotor. En particular se dificultaría en alto grado una instalación o una colocación a medida de componentes de construcción rectos, con la consecuencia de una pérdida de espacio de construcción. Las conexiones rectas de pernos longitudinales, habitualmente utilizadas, mediante manguitos soporte, en ese caso deberían fijarse en el interior de la cubierta, curvada en todas las direcciones espaciales, de la pala de rotor. En el caso de una cubierta o concha de pala de rotor aerodinámica no modificada, esto conduciría a una enorme pérdida de espacio de construcción para esos elementos de conexión y, con ello, a una implementación muy inconveniente en términos de la construcción y de la mecánica estructural. Mediante la solución según la invención es posible evitar o al menos reducir los problemas de esa clase.

Los dos segmentos en particular están conectados de forma alineada, de manera que los perfiles de la sección transversal que se encuentran presentes en el punto de división se fusionan entre sí de forma continua, al menos con respecto al contorno externo. Mediante la conexión de los segmentos, en el punto de conexión puede estar presente un espacio. Expresado de otro modo, mediante la división no se propone una variación abrupta del perfil aerodinámico, por tanto, del contorno externo.

En este punto, cabe señalar que las palas de rotor en general se fabrican a partir de semi-conchas que se conectan unas con otras en bordes que se extienden en dirección del eje longitudinal. Para fabricar las semiconchas se utilizan moldes en los que se coloca una estructura laminada que se impregna con resina mediante un proceso de infusión de vacío y a continuación se cura. Los moldes predeterminan el contorno externo de las semi-conchas, así como de la pala de rotor. Ese contorno externo es determinante para las propiedades estructurales y aerodinámicas de la pala de rotor, en particular en cuando a la conexión en el área del punto de división, optimizada del modo aquí descrito.

La pala de rotor de una turbina eólica está dividida en al menos dos segmentos de la pala de rotor. También son posibles dos o más puntos de división, donde los otros segmentos pueden estar acoplados mecánicamente, de forma análoga al sistema de conexión descrito.

En el contexto de la presente descripción se aplican las siguientes definiciones:

El término "profundidad del perfil" (así como "cordón" o "cuerda") define la distancia del borde anterior hasta el borde posterior de un perfil de pala de rotor, es decir, desde el borde del saliente del perfil hasta el borde del extremo del perfil, en cualquier punto a lo largo del eje longitudinal. Las dimensiones en esa dirección, en esta invención, pueden denominarse como mayores o menores.

Además, el término "grosor del perfil" (así como "altura del perfil") define la distancia máxima entre el lado de succión y el lado de presión de un perfil de pala de rotor, es decir, en una dirección perpendicular a la profundidad del perfil y perpendicular al eje longitudinal. Las dimensiones en esa dirección, en esta invención, pueden denominarse como mayores o menores.

Adicionalmente, el término "longitud" de la pala de rotor debe denominar la distancia entre la conexión de la pala de rotor y la punta de la pala de rotor, en dirección del eje longitudinal de la pala de rotor.

La relación del grosor del perfil con respecto a la profundidad del perfil, el así llamado "grosor relativo del perfil", varía a lo largo de la longitud de la pala de rotor. En la raíz de la pala de rotor, el grosor relativo del perfil en general es del 100 por ciento, y en la punta de la pala de rotor puede ser del 10 por ciento.

Cabe señalar que al referirse al área de segmentación también están consideradas las áreas de conexión. No necesariamente, el área de segmentación comprende las dos áreas de segmentación por completo, lo que en particular se explica a continuación. La curvatura simple, por consiguiente, se encuentra presente al menos parcialmente en las áreas de conexión de los dos segmentos de la pala de rotor. En particular, las referencias al área de segmentación expresa que se consideran áreas de ambos segmentos de la pala de rotor, es decir, un área alrededor del punto de división.

Según la invención, un aumento de una curvatura previa de la pala de rotor en el área de segmentación es constante a lo largo del eje longitudinal. En particular, la pala de rotor, en el área de segmentación, no presenta o esencialmente no presenta ninguna curvatura como consecuencia de una curvatura previa (es decir, en el marco de tolerancias de fabricación). Expresado de otro modo, la pala de rotor en el área de segmentación no está curvada a lo largo del eje longitudinal, en dirección del lado de presión. Un eje longitudinal central, en esa área, se extiende de forma lineal, es decir, en línea recta.

Según una forma de ejecución, una torsión de la pala de rotor en el área de segmentación es constante a lo largo del eje longitudinal. En particular, no se produce ninguna torsión, o esencialmente ninguna torsión de la pala de rotor alrededor del eje longitudinal (es decir, en el marco de tolerancias de fabricación). Un grosor del perfil de la pala de rotor en el área de segmentación es constante a lo largo del eje longitudinal. Expresado de otro modo, el grosor del perfil en esa sección no varía o esencialmente no varía (es decir, en el marco de tolerancias de fabricación).

Una profundidad del perfil de la pala de rotor en el área de segmentación es constante a lo largo del eje longitudinal. Expresado de otro modo, la profundidad del perfil en esa sección no varía o esencialmente no varía (es decir, en el marco de tolerancias de fabricación).

Según una forma de ejecución, en el área de segmentación se mantienen constantes todas las dimensiones geométricas del contorno externo de la pala de rotor. Esto significa que sobre toda el área de segmentación se utilizan perfiles de la pala de rotor idénticos para conformar la cubierta aerodinámica.

Las formas de ejecución antes descritas representan perfeccionamientos preferentes de la invención que posibilitan o alcanzan en gran medida las ventajas y funciones mencionadas en la introducción.

Según una forma de ejecución, una profundidad del perfil en el área de segmentación, en comparación con otra profundidad del perfil en un área adyacente al área de segmentación, está incrementada en un lado orientado hacia el cubo de la pala de rotor.

Según una forma de ejecución, un grosor del perfil en el área de segmentación, en comparación con otra profundidad del perfil en un área de la pala de rotor, adyacente al área de segmentación, está incrementado en un lado orientado hacia el cubo de la pala de rotor.

El área adyacente de los perfeccionamientos antes descritos en particular se trata de un área que no presenta medios de conexión como los manguitos soporte mencionados, o similares. Gracias a esto se mejoran las propiedades mecánicas estructurales, así como constructivas, para la absorción de fuerzas y pares en el punto de división. Preferentemente, se engrosa (grosor del perfil) y ensancha (profundidad del perfil) de igual modo. Gracias a ello se logra una muy buena solución intermedia para las exigencias en cuanto a la mecánica estructural y a la aerodinámica.

De manera opcional es posible que el ensanchamiento y/o el engrosamiento se reduzca a una medida menor dependiendo del área de segmentación, es decir, en el lado orientado hacia la punta de la pala.

Expresado de otro modo, mediante el engrosamiento y/o el ensanchamiento se consigue un perfil incrementado y, con ello una concha de pala de rotor agrandada.

Según una forma de ejecución, cada uno de los dos segmentos de la pala de rotor, en la respectiva área de conexión, presenta medios de conexión para conectar los dos segmentos de la pala de rotor, donde el área de segmentación, a lo largo del eje longitudinal, se extiende al menos sobre los medios de conexión. Es decir, que el área de segmentación termina a la altura de las secciones transversales de la pala de rotor que se encuentran en el extremo de los medios de conexión, orientado hacia la raíz de la pala, del primer segmento de pala de rotor, así como en el extremo de los medios de conexión, orientado hacia la punta de la pala, del segundo segmento de pala de rotor.

De manera preferente, el área de segmentación, en dirección longitudinal, se extiende en ambos lados un poco más allá de los extremos antes descritos, por ejemplo hasta 20 cm, 30 cm, 40 cm o 50 cm.

Según una forma de ejecución, cada uno de los dos segmentos de la pala de rotor, en la respectiva área de conexión, presenta medios de conexión para conectar los dos segmentos de la pala de rotor, donde el área de segmentación, transversalmente con respecto al eje longitudinal, se extiende al menos sobre los medios de conexión. Habitualmente, en la dirección circunferencial de la pala de rotor, los medios de conexión no están distribuidos sobre la circunferencia completa, sino sólo en respectivamente una sección determinada, sobre el lado de succión y el lado de presión. Con ello, el área de segmentación se extiende sobre esas secciones, al menos en dirección circunferencial. Expresado de otro modo, sólo una parte de las secciones transversales antes definidas está comprendida por la sección de segmentación. De este modo, se describe una optimización del contorno externo especialmente orientada al objetivo y eficiente.

Según una forma de ejecución, los medios de conexión son manguitos soporte. En particular, son manguitos roscados o los así llamados insertos, con un roscado interno.

Los manguitos soporte, por ejemplo, consisten en elementos laminados en los extremos de conexión de los segmentos de la pala. También es posible que los dos manguitos soporte estén formados por la división de un manguito entero. En ese caso, la pala de rotor se fabrica primero entera, es decir, con cubierta o concha de una pieza, y a continuación se separa en un punto de división, por ejemplo se corta o se sierra. La separación tiene lugar en el área de los manguitos completos, de modo que por manguito completo se producen dos mitades del manguito, en cada caso una para los dos segmentos de la pala producidos mediante la división. Esas mitades de manguito corresponden a los primeros, así como segundos manguitos soporte mencionados. Los manguitos soporte habitualmente tienen una perforación de paso o una abertura, donde la sección transversal, los contornos, el grosor de la pared u otros, se modifican o varían parcialmente sobre el eje longitudinal de los manguitos. Es decir, que los manguitos presentan distintas secciones sobre la longitud. Los manguitos de los dos segmentos de la pala de rotor se conectan entre sí mediante uniones por pernos roscados.

Según una forma de ejecución, los medios de conexión están dispuestos particularmente cerca del lado externo de la pala de rotor. Debido a ello se logra una disposición especialmente conveniente en cuanto al espacio de construcción. La distancia, por ejemplo, depende de los tamaños seleccionados de los tornillos de inserción, tornillos/pernos roscados. Por ejemplo, una distancia entre el eje longitudinal (del perno) roscado y la cubierta externa de la pala de rotor, es de 50 mm.

Según una forma de ejecución, el área de segmentación, partiendo desde el punto de división, se extiende hacia ambos lados a lo largo del eje longitudinal, respectivamente entre 0,5 m y 1,5 m, aproximadamente sobre 1 m.

Según una forma de ejecución, el punto de división está dispuesto en el área del 15 al 40% o en el área del 60 al 90% de la longitud, partiendo de un cubo de la pala de rotor. La primer área se trata de un área próxima a la raíz de la pala de rotor, la segunda área se trata de un área próxima a la punta de la pala de rotor. En esas áreas, las cargas que deben transmitirse en el área del punto de división son especialmente convenientes para una división, referido al espacio de construcción disponible, a diferencia del área central de la pala (del 40 al 60 %). En el área próxima a la raíz, por ejemplo, podría prescindirse del engrasamiento y/o del ensanchamiento antes mencionados, ya que es suficiente con el grosor del perfil que se encuentra presente.

De acuerdo con un segundo aspecto se describe un segmento de pala de rotor para una pala de rotor dividida de una turbina eólica. El segmento de pala de rotor presenta un primer extremo de conexión con una primer área a lo largo del eje longitudinal, donde el primer extremo de conexión está asociado a un segundo extremo de conexión de otro segmento de la pala de rotor, para la conexión, donde en el área de conexión, el contorno externo de la pala de rotor está curvado de forma simple.

La pala de rotor posibilita las ventajas y funciones antes mencionadas. Las formas de ejecución antes descritas, en cuanto corresponda, se aplican de forma análoga.

Otros perfeccionamientos, ventajas y características resultan del siguiente ejemplo de ejecución explicado en combinación con las figuras. En las figuras, los elementos idénticos, de la misma clase o que cumplen la misma función, están provistos de los mismos símbolos de referencia. Para una mayor claridad eventualmente no todos los elementos descritos, en todas las figuras, están identificados con los símbolos de referencia correspondientes.

En las figuras muestran:

Figura 1 una representación esquemática de una turbina eólica,

Figura 2 una representación esquemática, en perspectiva, de una pala de rotor dividida con dos segmentos de la pala de rotor,

Figuras 3 a 10 vistas de una pala de rotor no dividida según el estado de la técnica,

Figura 11 una vista en detalle esquemática de una pala de rotor dividida según un ejemplo de ejecución de la invención,

Figura 12 una vista en sección longitudinal esquemática de la pala de rotor según la Figura 11, Figura 13 una vista en perspectiva, esquemática, de una pala de rotor dividida, según un ejemplo de ejecución de la invención,

Figura 14 una vista en perspectiva, esquemática, de una pala de rotor dividida según otro ejemplo de ejecución de la invención,

Figura 15 una vista en perspectiva, esquemática, de una sección transversal de una pala de rotor dividida, según la figuras 13 y 14,

Figura 16 una representación de diagrama esquemática con tres gráficos de una pala de rotor, según ejemplos de ejecución de la invención, y

Figuras 17 y 18 dos representaciones de diagrama esquemáticas para determinar un punto de división de una pala de rotor según un ejemplo de ejecución de la invención.

La figura 1 muestra una representación esquemática de una turbina eólica 100. La turbina eólica 100 presenta una torre 102. La torre 102 está fijada sobre una base inferior, mediante una cimentación 104. En un extremo de la torre 102 opuesto a la base inferior, una góndola 106 está montada de forma giratoria. La góndola 106 presenta por ejemplo un generador que está acoplado a un rotor 108 mediante un árbol del rotor (no mostrado). El rotor 108 presenta una o varias palas de rotor 110 (de turbinas eólicas) que están dispuestas en un cubo del rotor 112.

El rotor 108, durante el funcionamiento, comienza a rotar mediante una corriente de aire, por ejemplo viento. Ese movimiento de rotación, mediante el árbol del rotor y eventualmente un mecanismo de transmisión, se transmite al generador. El generador convierte la energía cinética del rotor 108 en energía eléctrica.

La figura 2 muestra una pala de rotor de una turbina eólica 110. La pala de rotor 110 presenta la forma de una pala de rotor convencional y tiene un área de la raíz de la pala de rotor 114, que está orientada hacia el cubo del rotor 112. El área de la raíz de la pala de rotor 114 habitualmente tiene una sección transversal esencialmente circular. Al área de la raíz de la pala de rotor 114 se unen un área de transición 116 y un área del perfil 118 de la pala de rotor 110. La pala de rotor 110 tiene una punta de la pala 119. La pala de rotor 110, con respecto a una dirección de extensión longitudinal 120, tiene un lado de presión 122 y un lado de succión 124 opuesto. La pala de rotor 110 está diseñada esencialmente hueca en el interior.

En el área de la raíz de la pala de rotor 114 está proporcionado un extremo de conexión de pala de rotor 126 con una conexión de brida 128, mediante la que la pala de rotor 110 se conecta mecánicamente con un rodamiento de pala o un elemento de extensión.

La pala de rotor 110 presenta un punto de división 130, en el que un segmento de la pala de rotor 132 del lado de la raíz de la pala y un segmento de la pala de rotor 134 del lado de la punta de la pala, están conectados entre sí. Para ello, ambos segmentos 132, 134 respectivamente presentan un extremo de conexión 136, 138 (también denominado como conexión de segmento de pala de rotor). La pala de rotor 110, con ello, es una pala de rotor dividida, del modo descrito en la introducción. En cada extremo de conexión 136, 138 está dispuesta una pluralidad de manguitos soporte (no representado), que respectivamente presentan un roscado interno para alojar pernos roscados, también denominados pernos soporte o pernos de conexión. Un extremo de conexión 136, 138 por ejemplo está realizado como inserto de brida que, como pieza de inserción, se introduce en un molde de fabricación para fabricar la pala de rotor 110. Sin embargo, también es posible que no esté proporcionado ningún inserto de brida y que los manguitos soporte estén incorporados y laminados directamente en las semi-conchas de pala de rotor. Los manguitos soporte, por ejemplo, son manguitos de acero.

La pala de rotor 110 (y con ello los segmentos 132, 134) tiene un borde del extremo del perfil 140 y un borde del saliente del perfil 142. Una profundidad del perfil 144 está definida como la distancia desde el borde del extremo del perfil 140 hacia el borde del saliente del perfil 142, con respecto a una sección transversal del perfil. Un grosor del perfil 146 está definido como una distancia desde el lado de presión 122 hacia el lado de succión 124, donde en este contexto debe considerarse el grosor máximo del perfil, de una sección transversal del perfil. Un grosor del perfil 146 se mide en forma de un ángulo recto con respecto al eje longitudinal 120 y con respecto a la profundidad del perfil 144. Una sección transversal (del perfil) se sitúa en un plano de forma normal con respecto al eje longitudinal 120.

A continuación se describe con mayor detalle la conexión de ambos segmentos de la pala de rotor 132, 134, donde en primer lugar se exponen explicaciones en el caso de una pala de rotor no dividida, o hipotéticamente dividida.

La Figura 3 muestra dos vistas de una pala de rotor no dividida 110 según el estado de la técnica, con sistemas de coordenadas marcados. La representación superior de la Figura 3 muestra una vista del borde del saliente del perfil 142 y la representación inferior muestra una vista del lado de presión 122. El eje longitudinal 120 corresponde a la dirección x del sistema de coordenadas marcado. La vista inferior de la Figura 3 está rotada con respecto a la vista superior en 90°, alrededor del eje longitudinal, así como del eje x. Las Figuras 4 a 7 muestran vistas en detalle Y y Z, así como vistas en sección, según las secciones A-A y B-B de la pala de rotor 110 según la Figura 3.

La Figura 3 representa esquemáticamente una cubierta aerodinámica de la pala de rotor no dividida. En el detalle Z (Figura 4) y en la sección A-A (Figura 5), puede apreciarse la conexión de la pala curvada de forma simple, así como el extremo de conexión de la pala de rotor 126. Debido a la conexión de la pala circular en la raíz de la pala, así como en el área de la raíz de la pala 114 y de los medios de conexión habitualmente rectos (manguitos soporte 148 para conexiones de pernos), esa área sólo contiene una curvatura constante simple en la dirección circunferencial u, así como ninguna curvatura en la dirección longitudinal de la pala. Una curvatura con respecto a la dirección x, por tanto, es de cero, mientras que una curvatura en dirección circunferencial u es distinta de cero. Una interfaz del lado del cubo del rotor 112 habitualmente sería circular, de forma idéntica.

En el detalle Y (Figura 6) y en la sección B-B (Figura 7), está representada un área de la pala de rotor, en dirección de la punta de la pala, en donde se encuentra un posible punto de división L. En el área del posible punto de división L, la cubierta aerodinámica (concha de pala de rotor), en todas las direcciones espaciales, presenta una curvatura no constante, en particular distinta de cero. Una curvatura con respecto a la dirección x, así como una curvatura en la dirección circunferencial u, respectivamente son distintas de cero. Además, la pala de rotor 110 está rotada alrededor del eje longitudinal, así como del eje x.

Debido a una longitud s definida de los manguitos soporte 148 (y de los pernos longitudinales), no sería óptima una incorporación de manguitos soporte 148 en ese punto de división L. Esto se muestra mediante las Figuras 8 a 10. La Figura 8 muestra la vista desde el lado de presión 122, según la Figura 3, donde la pala de rotor 110 está representada abierta en el área del punto de división L. En el área del punto de división L, en donde están dispuestos los manguitos soporte 148, la pala de rotor 110 presenta distintas secciones transversales del perfil del contorno externo, así como concha, de los que a modo de ejemplo se seleccionan tres secciones transversales del perfil QW, QL, QT, se amplían en la Figura 9 y están representadas montadas unas sobre otras. La primera sección transversal QW se trata de una sección transversal en el segmento de la pala de rotor del lado de la raíz de la pala de rotor, con cierta distancia con respecto al punto de división L. La segunda sección transversal QL se trata de la sección transversal que se encuentra presente en el punto de división L. La tercera sección transversal QT se trata de una sección transversal en el segmento de la pala de rotor del lado de la punta de la pala de rotor, con cierta distancia con respecto al punto de división L, en dirección de la punta de la pala de rotor 119.

Para la introducción de los manguitos soporte 148 en la pala de rotor 110, los cuales están conectados en forma de pares mediante pernos 150, podría aprovecharse sólo el espacio de construcción en la sección transversal QT más reducida, por tanto, del lado de la punta de la pala de rotor, en lugar de la sección transversal QW del lado de la raíz de la pala de rotor, más conveniente en cuanto a la mecánica estructural (véase la Figura 10). Esto se debe a que una conexión mecánica en ambos segmentos de la pala de rotor presupone un número idéntico y una orientación idéntica de los pernos 150 y manguitos 148. De este modo, la sección transversal QT más conveniente en cuanto al espacio de construcción, situada más lejos con respecto a la punta de la pala de rotor, en el área del punto de división L, definiría el número de manguitos soporte 148 y su orientación. En cuanto a la mecánica estructural y a la construcción, esa sería una situación muy desfavorable.

En todo caso, debido a la curvatura previa de la pala de rotor, una división paralelamente con respecto a la brida de la pala, como es habitual normalmente en el área de la raíz, debido a la curvatura previa, sería muy inconveniente en el sentido de un aprovechamiento optimizado del espacio de construcción.

En los siguientes ejemplos de ejecución de la invención se prevé dividir la pala de rotor 110 en un ángulo óptimo en cuanto al espacio de construcción, y diseñar la pala de rotor 110, así como los segmentos de la pala de rotor 132, 134, de manera que un contorno externo 152 de la pala de rotor 110 esté curvado de forma simple. En cuanto a las dimensiones principales de una pala de rotor segmentada, como longitud de división, ángulo de división, diseño de la sección, longitud de los pares de pernos y número de los manguitos soporte (también insertos), de este modo, un contorno de la pala de rotor doblemente curvado puede pasarse a un área curvada de forma simple, optimizada en cuanto a la mecánica estructural y a la construcción.

La Figura 11 muestra un ejemplo de ejecución de la invención, donde la pala de rotor 110 está representada en el área del punto de división 130. El primer segmento de la pala de rotor 132 tiene el primer extremo de conexión 136 con una primer área de conexión 154. La primer área de conexión 154 se extiende a lo largo del eje longitudinal 120, al menos sobre los manguitos soporte 148 incorporados en el primer extremo de conexión 136 (en la Figura 11 se indica esquemáticamente un par de manguitos soporte). De forma análoga, el segundo segmento de pala de rotor 134 presenta el segundo extremo de conexión 138 con una segunda área de conexión 156. El segundo extremo de conexión 138, así como la segunda área de conexión 156, están asociados al primer extremo de conexión 136, así como a la primer área de conexión 154. Las dos áreas de conexión 154, 156 están conectadas mediante uniones por pernos 158 (comprenden manguitos y pernos) en el punto de división 130 de la pala de rotor 110, y forman un área de segmentación 160 en común. El área de segmentación 160 se extiende a lo largo del eje longitudinal 120, así como de la dirección x, al menos sobre las uniones por pernos 158, es decir, los pernos 150 y manguitos soporte 148 utilizados. Transversalmente con respecto al eje longitudinal, es decir en dirección y, el área de segmentación 160 cubre al menos igualmente las uniones por pernos 158. Como puede apreciarse mediante la Figura 11, las uniones por pernos 158 en dirección y (o dirección circunferencial) no están dispuestas sobre toda la profundidad del perfil.

En esa área de segmentación 160 de la pala de rotor 110, el contorno externo 152 en común de la pala de rotor 110, formado por la conexión de los dos segmentos de la pala de rotor 132, 134, que solamente está interrumpido por un espacio 162 reducido, está curvado de forma simple.

En el caso del ejemplo de ejecución según la Figura 11, el grosor del perfil y la profundidad del perfil en el área de segmentación se mantienen constantes. Un aumento de la curvatura previa de la pala de rotor 110 es constante a lo largo del eje longitudinal (dirección x) en el área de segmentación 160, es decir, que la curvatura previa está "congelada" y la pala de rotor, en dirección x, no presenta ninguna curvatura. En el área de segmentación 160, además, se prevé que la torsión de los perfiles de la sección transversal no experimente ninguna variación sobre la longitud del área de segmentación 160. Expresado de otro modo, la pala de rotor 110, en esa área, está linealizada en cuanto a los parámetros mencionados.

En el área de segmentación 160, la pala de rotor 110, por encima de ambos segmentos 132, 134, con ello, presenta un contorno externo 152 curvado de forma simple.

Para aumentar el número de insertos o manguitos soporte 148 que pueden utilizarse, el grosor del perfil de los perfiles de la sección transversal puede aumentarse en el área de segmentación 160. Preferentemente, lo mencionado se realiza de forma aerodinámica de acuerdo con una escala, de manera que junto con el grosor del perfil también se aumenta del mismo modo la profundidad del perfil.

La Figura 12 representa una sección longitudinal de la pala de rotor 110 según la Figura 11. Los manguitos soporte 148 están dispuestos especialmente cerca del lado externo 166 de los segmentos de la pala de rotor 132, 134, en la concha de la pala de rotor 165. Es decir, que los pares de pernos se sitúan directamente en la cubierta de la pala, aprovechando así de forma óptima el espacio de construcción. De forma análoga, esto también se aplica para los ejemplos de ejecución ya descritos.

Las Figuras 13 y 14 muestran ejemplos de ejecución de una pala de rotor 110 con un contorno externo de la pala de rotor 152 de esa clase y, con ello, con un área de segmentación 160 optimizada. En los dos ejemplos de ejecución, el contorno externo del área de segmentación presenta una curvatura simple. Puede apreciarse que todas las secciones transversales del perfil 163, en el área de segmentación 160, presentan el mismo grosor del perfil y la misma profundidad del perfil. La pala de rotor 110, en el área de segmentación 160, tiene un aumento constante de la curvatura previa y ninguna torsión. En la Figura 13, el grosor del perfil y la profundidad del perfil en el área de segmentación 160 están marcadamente incrementados en comparación con áreas 164 a lo largo del eje longitudinal 120 que, partiendo desde el área de la raíz de la pala 114, en dirección de la punta de la pala 119, son adyacentes directamente antes, o directamente después, del área de segmentación 160. Mediante el engrosamiento se reducen las cargas que deben soportarse (véase el Teorema de Steiner). En la Figura 14, aproximadamente todas las secciones transversales del perfil 163, en el área de segmentación 160, presentan el mismo grosor del perfil y la misma profundidad del perfil. El grosor del perfil 146 y la profundidad del perfil 144 en este caso corresponden al perfil del área de segmentación dispuesto más lejos en dirección de la raíz de la pala de rotor 114, es decir que el área de segmentación no está engrosada.

La Figura 15 muestra el área de segmentación 160 de las palas de rotor de las Figuras 13 y 14. El grosor de la pala de rotor 146 y la profundidad de la pala de rotor 144 son constantes; el área de segmentación presenta un aumento constante de la curvatura previa y ninguna torsión.

La Figura 16 muestra una representación de diagrama esquemática, donde están representados tres cursos I, II y III. El gráfico I hace referencia a la distribución del grosor del perfil, el gráfico II a la distribución de la profundidad del perfil y el gráfico III a la distribución del grosor relativo del perfil, respectivamente sobre la longitud de una pala de rotor, donde están representados dos posibles puntos de división 130 y 130' y áreas de segmentación 160 correspondientes, así como 160'. Puede apreciarse que en el punto de división 130' próximo a la raíz no se encuentra presente ningún engrosamiento del perfil de la pala de rotor. El grosor del perfil 146 permanece constante en el área de segmentación. Puesto que la profundidad del perfil es igualmente constante, también el grosor relativo del perfil en el área de segmentación 160' se mantiene constante. En el posible punto de división 130, próximo a la punta, se encuentra presente un engrosamiento del perfil de la pala de rotor. El grosor del perfil está incrementado y es constante sobre el área de segmentación 160. Lo mismo se aplica para la profundidad del perfil. El grosor relativo del perfil se mantiene constante. Naturalmente, un engrosamiento de esa clase puede estar presente en ambos puntos de división, o en ninguno. Además, mediante el gráfico II de la Figura 16 puede apreciarse que los puntos de división 130, 130' se sitúan detrás de una posición de la pala de rotor, con una profundidad máxima del perfil Cmax.

En este punto cabe mencionar que una pala de rotor, según uno de los ejemplos de ejecución descritos, también puede tener dos o más puntos de división.

Para determinar un punto de división óptimo puede remitirse a las Figuras 17 y 18, que representan dos representaciones de diagrama.

La Figura 17 muestra la pala de rotor 110, simplificada mediante su curvatura previa f(LR), donde L<r>representa la longitud de la pala de rotor, L<t>la posición de división y f(LR) la altura de la curvatura previa. De este modo, por tanto, la longitud L<b>del par de pernos es conocida y con sus puntos del extremo se coloca sobre esa línea de curvatura previa, de modo que el punto central de la longitud del par de pernos se sitúa precisamente sobre la línea de intersección L<t>, para garantizar la longitud de división precisa. El ángulo de división aT se describe ahora mediante la perpendicular sobre la longitud del par de pernos, medido con respecto a la vertical de la posición de división L<t>. De este modo, el ángulo de división aT se encuentra en el caso normal ± 2° con respecto al ángulo que se produciría en el caso de una división perpendicularmente con respecto a la curvatura previa.

Además, ahora en ese diagrama puede marcarse igualmente el contorno externo de la pala de rotor 152, adaptando así la curvatura previa recta o constante en el área de división. De este modo, la Figura 18 muestra cualitativamente una curvatura previa, optimizada en cuanto al espacio de construcción, de una pala de rotor 110 segmentada, en dirección longitudinal. La dimensión principal aT ahora está determinada y se considera como diseño de la sección optimizado en el área de segmentación 160. Esa dimensión principal aT determina de manera decisiva el espacio de construcción para los pares de pernos que deben utilizarse.

Lista de símbolos de referencia

100 Turbina eólica

102 Torre

104 Cimentación

106 Góndola

108 Rotor

110 Pala de rotor

112 Cubo del rotor

114 Área de la raíz de la pala de rotor

116 Área de transición

118 Área del perfil

119 Punta de la pala

120 Dirección de extensión longitudinal

122 Lado de presión

124 Lado de succión

126 Extremo de conexión de la pala de rotor

128 Conexión de brida

130 Punto de división

130' Punto de división

132 Primer segmento de la pala de rotor

134 Segundo segmento de la pala de rotor

136 Primer extremo de conexión

138 Segundo extremo de conexión

140 Borde del extremo del perfil

142 Borde del saliente del perfil

144 Profundidad del perfil

146 Grosor del perfil

148 Manguito soporte

150 Perno

152 Contorno externo

154 Primer área de conexión

156 Segunda área de conexión

158 Unión por pernos

160 Área de segmentación

160' Área de segmentación

162 Espacio

163 Sección transversal del perfil

164 Área

165 Concha de pala de rotor

166 Lado externo

A-A Sección

B-B Sección

I Primer gráfico

II Segundo gráfico

L Posible punto de división

s Longitud de un manguito soporte

u Circunferencia

Y Vista en detalle

Z Vista en detalle

Claims

REIVINDICACIONES

1. Pala de rotor dividida (110) para una turbina eólica (100) que, con respecto a un eje longitudinal (120) de la pala de rotor (110), está formada por al menos un primer segmento de la pala de rotor (132) y un segundo segmento de la pala de rotor (134), donde

el primer segmento de la pala de rotor (132), en un primer extremo de conexión (136), presenta una primer área de conexión (154), en particular a lo largo del eje longitudinal (120), y el segundo segmento de la pala de rotor (134), en un segundo extremo de conexión (138) que está asociado al primer extremo de conexión (136), presenta una segunda área de conexión (156), en particular a lo largo del eje longitudinal (120),

las dos áreas de conexión (154, 156) están conectadas en un punto de división (130) de la pala de rotor (110), y conforman un área de segmentación (160) en común,

en el área de segmentación (160) de la pala de rotor (110), un contorno externo (152) en común de la pala de rotor (110), formado por la conexión de los dos segmentos de la pala de rotor (132, 134), está curvado de forma simple, donde un aumento de una curvatura previa de la pala de rotor (110) en el área de segmentación (160) es constante a lo largo del eje longitudinal (120), caracterizada porque el contorno externo (152) en común, en el área de segmentación (160), está curvado de forma simple para definir sólo una curvatura transversalmente con respecto al eje longitudinal (120), y

la pala de rotor dividida (110) presenta un grosor del perfil (146) y una profundidad del perfil (144) que es constante en el área de segmentación (160).

2. Pala de rotor dividida (110) según la reivindicación 1,

donde una torsión de la pala de rotor (110) en el área de segmentación (160) es constante a lo largo del eje longitudinal (120).

3. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde en el área de segmentación (160) son constantes todas las dimensiones geométricas del contorno externo (152) de la pala de rotor (110).

4. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde una profundidad del perfil (144) en el área de segmentación (160), en comparación con otra profundidad del perfil en un área (164) adyacente al área de segmentación (160), está incrementada en un lado orientado hacia el cubo de la pala de rotor (112).

5. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde un grosor del perfil (146) en el área de segmentación (160), en comparación con otra profundidad del perfil en un área (164) de la pala de rotor (110), adyacente al área de segmentación (160), está incrementado en un lado orientado hacia el cubo de la pala de rotor (112).

6. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde cada uno de los dos segmentos de la pala de rotor (132, 134), en la respectiva área de conexión (154, 156), presenta medios de conexión para conectar los dos segmentos de la pala de rotor (132, 134), donde el área de segmentación (160), a lo largo del eje longitudinal (120), se extiende al menos sobre los medios de conexión.

7. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde cada uno de los dos segmentos de la pala de rotor (132, 134), en la respectiva área de conexión (154, 156), presenta medios de conexión para conectar los dos segmentos de la pala de rotor (132, 134), donde el área de segmentación (160), transversalmente con respecto al eje longitudinal (120), se extiende al menos sobre los medios de conexión.

8. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones 6 o 7,

donde los medios de conexión son manguitos soporte (148).

9. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde el área de segmentación (160), partiendo desde el punto de división (130), se extiende hacia ambos lados a lo largo del eje longitudinal (120), respectivamente sobre 1 m.

10. Pala de rotor dividida (110) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde el punto de división (130) está dispuesto en el área de 15 a 40 % o en el área de 60 a 90 % de la longitud de la pala de rotor (110), partiendo desde un extremo de conexión de la pala de rotor (126).

11. Segmento de pala de rotor (132) para una pala de rotor dividida (110) de una turbina eólica (100) según una de las reivindicaciones precedentes, que presenta un primer extremo de conexión (136) con una primer área de conexión (154) a lo largo del eje longitudinal (120), donde el primer extremo de conexión (136) está asociado a un segundo extremo de conexión (138) de otro segmento de la pala de rotor (134), para la conexión, donde en el área de conexión (154), el contorno externo de la pala de rotor (110) está curvado de forma simple.