ES3046159T3 - Jointed wind turbine blade with noise reduction tape - Google Patents
Jointed wind turbine blade with noise reduction tapeInfo
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Abstract
Una pala de rotor de turbina eólica articulada (28) incluye un primer segmento de pala (30) y un segundo segmento de pala (32) que se extienden en direcciones opuestas desde una línea de unión a lo largo de la cuerda (34). Cada segmento de pala (30, 32) incluye un elemento de carcasa del lado de presión (31) y un elemento de carcasa del lado de succión (33). Se aplica una cinta selladora (100) sobre los elementos de carcasa (31, 33) para cubrir la línea de unión a lo largo de la cuerda (34). La cinta selladora (100) incluye bordes laterales (102) alineados en paralelo con el flujo de aire (104) sobre los elementos de carcasa (31, 33) en la línea de unión a lo largo de la cuerda (34) con una carga y una condición operativa definidas en la pala de turbina eólica articulada (28). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Pala de turbina eólica unida con cinta de reducción de ruido
[0005] Campo
[0007] La presente materia se refiere, en general, a palas de rotor de turbina eólica y, más en particular, a una configuración de cinta selladora entre segmentos de una pala unida diseñada para reducir el ruido y la vibración generados en el perfil de unión.
[0009] Antecedentes
[0011] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor captan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos y transmiten la energía cinética a través de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes o, si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.
[0013] Las palas de rotor de turbina eólica incluyen, en general, una concha de cuerpo formada por dos mitades de concha de un material laminado compuesto. Las mitades de concha se fabrican, en general, usando procedimientos de moldeo y, a continuación, se acoplan entre sí a lo largo de los extremos correspondientes de la pala de rotor. En general, la concha de cuerpo es relativamente ligera y tiene propiedades estructurales (por ejemplo, rigidez, resistencia al pandeo y robustez) que no están configuradas para resistir los momentos de flexión y otras cargas ejercidas sobre la pala de rotor durante la operación.
[0015] En los últimos años, las turbinas eólicas para la generación de energía eólica han incrementado de tamaño para lograr mejoras en la eficacia de generación de potencia y para incrementar la cantidad de generación de potencia. Junto con el incremento de tamaño de las turbinas eólicas para la generación de energía eólica, las palas de rotor de turbina eólica también han incrementado significativamente de tamaño (por ejemplo, hasta 55 metros de longitud), dando como resultado dificultades en la fabricación íntegra así como en el traslado y transporte de las palas a un emplazamiento.
[0017] A este respecto, la industria está desarrollando palas de rotor de turbina eólica en sección en las que se fabrican segmentos de pala separados y se transportan a un emplazamiento para su ensamblaje en una pala completa (una pala "unida"). En determinadas construcciones, los segmentos de pala se unen entre sí por una estructura de viga que se extiende en la dirección de la envergadura desde un segmento de pala hasta una sección de recepción del otro segmento de pala. Se hace referencia, por ejemplo, a la publicación de patente de EE. UU. n.° 2015/0369211, que describe un primer segmento de pala con una estructura de viga que se extiende longitudinalmente que se conecta estructuralmente con un segundo segmento de pala en una sección de recepción. La estructura de viga forma una parte de la estructura de soporte interna para la pala e incluye un alma a cortante conectada con una tapa de larguero de lado de succión y una tapa de larguero de lado de presión. Se usan múltiples articulaciones de perno para conectar la estructura de viga con la sección de recepción en el segundo segmento de pala, incluyendo un perno en la dirección de la envergadura en la cara de extremo de la viga y al menos un perno en la dirección de la cuerda a través de la estructura de viga espaciada de la línea de unión entre los segmentos de pala.
[0019] De forma similar, la publicación de patente de EE. UU. n.° 2011/0091326 describe una pala unida en la que una primera parte de pala y una segunda parte de pala se extienden en direcciones opuestas desde una unión. Cada parte de pala incluye una sección de larguero que forma un miembro estructural de la pala y que discurre longitudinalmente, en la que la primera parte de pala y la segunda parte de pala se conectan estructuralmente por un puente de larguero que une las secciones de larguero. El puente de larguero puede ser una extensión de una de las secciones de larguero que se recibe en una sección de larguero de recepción de la otra parte de pala. Esta configuración también usa un perno roscado que se extiende desde la cara de extremo del larguero para conectar y tensar el larguero en la sección de larguero de recepción. El documento EP 2264310 A2 divulga un procedimiento para ensamblar una pala de turbina eólica situando segmentos de pala entre sí. El documento EP 3070326 B1 divulga una pala de turbina eólica que incluye segmentos fijados entre sí de extremo a extremo en una disposición predeterminada.
[0021] [0007] Sin embargo, se ha descubierto que las configuraciones de pala unida son susceptibles de generación de vibración y ruido incrementados como resultado de la unión. Las desviaciones relativas entre el segmento de pala de extremo de raíz y el segmento de pala de extremo de punta dan como resultado desplazamientos en la dirección perpendicular a la cuerda (“flap-wise”) entre los miembros de concha en la línea de unión. Esta situación está, en particular, presente en los diseños de pala unida que emplean un perno o pasador espaciado en la dirección de la
cuerda (en la dirección de la envergadura) de la línea de unión para transferir cargas desde el perno en la dirección de la cuerda hacia las conchas de pala. Este espaciamiento en la dirección de la envergadura, en combinación con una diferencia en la rigidez y la orientación entre el segmento de pala y la estructura de soporte interna unida, da como resultado los desplazamientos en la dirección perpendicular a la cuerda entre los miembros de concha.
[0023] Además del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda inducido, también se generan fuerzas de torsión en la estructura unida que generan un desplazamiento de torsión entre los miembros de concha, en particular en el borde de salida de la pala.
[0025] A medida que el aire fluye sobre las superficies de concha en condiciones cargadas de la turbina eólica, los desplazamientos en la dirección perpendicular al eje ente el borde de ataque y salida y/o en la dirección de torsión en la línea de unión dan como resultado la generación de vórtices turbulentos, que se pueden añadir significativamente a la vibración y el ruido que se generan en la línea de unión.
[0027] Por lo tanto, una estructura de unión mejorada entre los segmentos de pala de una pala unida que aborde los problemas señalados sería un avance ventajoso en la técnica.
[0029] Breve descripción
[0031] Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser evidentes a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la puesta en práctica de la invención. La invención se define por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen modos de realización ventajosos. Estos modos de realización y modos de realización no reivindicados adicionales, que son ejemplos de técnicas relacionadas para ayudar a entender la invención reivindicada, se describen además a continuación. Los modos de realización descritos no se deben considerar como que necesariamente definen la invención a menos que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones.
[0033] En un aspecto no reivindicado, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para reducir el ruido y la vibración en una configuración de unión entre un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala de una pala de rotor de turbina eólica unida. Cada uno del primer y segundo segmentos de pala incluye un miembro de concha que tiene un componente de concha de lado de presión y un componente de concha de lado de succión. El procedimiento incluye determinar un desplazamiento real que se induce en una línea de unión en la dirección de la cuerda entre los miembros de concha del primer y segundo segmentos de pala en una condición de carga (en condiciones operativas definidas) en la pala de rotor de turbina eólica unida, en el que el desplazamiento real es uno cualquiera o una combinación de un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda generado por una fuerza en la dirección perpendicular a la cuerda, un desplazamiento en la dirección de torsión generado por una fuerza en la dirección de torsión o un desplazamiento en la dirección de la cuerda (“yawl”) generado por una fuerza en la dirección de la cuerda. En base a estos desplazamientos inducidos, se define una configuración modificada de la estructura de unión en una condición sin carga en la pala de rotor de turbina eólica que compensa al menos parcialmente uno o más de los componentes de desplazamiento reales en la condición de carga. A continuación, el primer y segundo segmentos de pala se conectan o unen con la configuración modificada de la estructura de unión, en la que en la condición de carga, la configuración modificada de la estructura de unión reduce uno o ambos del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda y el desplazamiento en la dirección de torsión entre los miembros de concha del primer y segundo segmentos de pala.
[0035] El procedimiento no se limita a una estructura de unión particular entre los segmentos de pala. En un modo de realización particular, sin embargo, la estructura de unión incluye una estructura de viga que se extiende en la dirección de la envergadura desde el primer segmento de pala y una sección de recepción formada en el segundo segmento de pala para la recepción de la estructura de viga, en el que la configuración modificada de la estructura de unión incluye un cambio en la conexión entre la estructura de viga y la sección de recepción. Por ejemplo, el primer segmento de pala puede ser un segmento de pala de extremo de punta, y el segundo segmento de pala es un segmento de pala de extremo de raíz. La estructura de unión puede incluir un pasador en la dirección de la cuerda que se extiende a través de la estructura de viga y la sección de recepción en una ubicación espaciada de la línea de unión en una dirección en la dirección de la envergadura. La configuración modificada de la estructura de unión puede incluir una ubicación alternativa del pasador en la dirección de la cuerda que compensa uno o más del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, el desplazamiento en la dirección de torsión o el desplazamiento en la dirección de la cuerda en la condición de carga. La ubicación alternativa se puede seleccionar para producir uno o más de un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda contrario, un desplazamiento en la dirección de la torsión contrario o un desplazamiento en la dirección de la cuerda contrario en la condición sin carga.
[0037] [0014] Todavía en otro modo de realización del procedimiento, la etapa de determinar la configuración modificada de la estructura de unión incluye determinar una combinación de materiales en la estructura de unión que también puede contribuir a reducir uno o más del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, desplazamiento en la dirección de torsión o desplazamiento en la dirección de la cuerda en la condición de carga. Esta combinación de materiales puede ser una modificación independiente de la estructura de unión, o puede ser en combinación
con un cambio en la ubicación del pasador en la dirección de la cuerda, u otra alteración de la estructura de unión. El cambio en los materiales puede incluir, por ejemplo, añadir o retirar materiales de la estructura de unión para lograr una rigidez o resistencia a la torsión que reduzca uno o más del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, desplazamiento en la dirección de torsión o desplazamiento en la dirección de la cuerda en la condición de carga.
[0039] En modos de realización particulares, la condición operativa/de carga son las variables cuando se aproximan a la velocidad de salida nominal de una turbina eólica en la que se usa la pala de rotor de turbina eólica unida, y el desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, el desplazamiento en la dirección de torsión o el desplazamiento en la dirección de la cuerda en la condición de carga se basan en un promedio de los desplazamientos respectivos a la velocidad de salida nominal durante un determinado intervalo de velocidad del viento. Esta determinación puede ser una medición real de turbinas eólicas operativas, o se puede realizar por medio de modelado informático de la pala de turbina eólica unida en la condición de carga.
[0041] La presente invención también engloba una pala de rotor de turbina eólica unida no reivindicada con una estructura de unión que tiene las características analizadas anteriormente. En particular, una pala de este tipo incluye un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala que se extienden en direcciones opuestas desde una línea de unión en la dirección de la cuerda, teniendo cada uno de los segmentos de pala un miembro de concha de lado de presión y un miembro de concha de lado de succión. Se proporciona una estructura de unión entre el primer segmento de pala y el segundo segmento de pala, en la que la estructura de unión incluye un desplazamiento contrario en una condición sin carga en la pala de rotor que compensa uno o más de un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, desplazamiento en la dirección de torsión o desplazamiento en la dirección de la cuerda en una condición de carga. Con esta configuración, la estructura de unión reduce el ruido y la vibración generados por la pala de rotor de turbina eólica unida en la condición de carga.
[0043] En un modo de realización de pala particular, la estructura de unión incluye una estructura de viga que se extiende en la dirección de la envergadura desde el primer segmento de pala, y una sección de recepción formada en el segundo segmento de pala para la recepción de la estructura de viga. El primer segmento de pala puede ser un segmento de pala de extremo de punta, mientras que el segundo segmento de pala es un segmento de pala de extremo de raíz. La estructura de unión puede incluir un pasador en la dirección de la cuerda que se extiende a través de la estructura de viga y la sección de recepción en una ubicación espaciada de la línea de unión en una dirección en la dirección de la envergadura, en la que el pasador en la dirección de la cuerda está en una ubicación que genera al menos parcialmente el desplazamiento contrario en la condición sin carga.
[0045] En un modo de realización particular de la pala de rotor, la estructura de unión incluye una combinación de materiales que también pueden ayudar a reducir uno o más del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda, desplazamiento en la dirección de torsión o desplazamiento en la dirección de la cuerda en la condición de carga. Esta combinación de materiales puede ser una modificación independiente de la estructura de unión, o puede ser en combinación con un cambio en la ubicación del pasador en la dirección de la cuerda. El cambio de materiales puede incluir, por ejemplo, añadir o retirar materiales de la estructura de unión para lograr una rigidez o resistencia a la torsión que reduzca uno o ambos del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda y el desplazamiento en la dirección de torsión en la condición de carga.
[0047] La presente invención también engloba una pala de rotor de turbina eólica unida de acuerdo con la reivindicación independiente 1 con una configuración de cinta selladora que reduce la vibración y el ruido de pala en las condiciones operativas de la turbina eólica. La pala de rotor de turbina eólica unida incluye un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala que se extienden en direcciones opuestas desde una línea de unión en la dirección de la cuerda, en la que cada uno de los segmentos de pala tiene un miembro de concha de lado de presión y un miembro de concha de lado de succión. Una cinta selladora está aplicada sobre el miembro de concha de lado de presión y el miembro de concha de lado de succión a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda. La cinta selladora tiene bordes laterales que no son perpendiculares a un borde de ataque de la pala de turbina eólica y que se alinean paralelos con el flujo de aire sobre el miembro de concha de lado de presión y el miembro de concha de lado de succión en la línea de unión en la dirección de la cuerda en una condición de carga/operativa definida en la pala de turbina eólica unida. Los bordes de cinta y la forma de sección transversal de la cinta definen un perfil elevado en relación con la superficie de los miembros de concha. Al alinear los bordes de la cinta para que sean paralelos al flujo de aire sobre la pala, se minimizan el ruido y las vibraciones de pala que de otro modo se inducirían por la presencia de la cinta.
[0049] La cinta selladora puede tener un perfil de sección transversal constante a lo largo de toda la longitud longitudinal de la misma, en la que dicho perfil puede incluir una sección central relativamente gruesa que se estrecha hacia los bordes laterales opuestos de la cinta. En un modo de realización particular, la cinta selladora puede incluir un espaciador medial deformable diseñado para sobresalir o encajar entre el primer y segundo segmentos de pala a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda. Este espaciador puede servir para amortiguar una cualquiera o una combinación de las fuerzas en la dirección perpendicular a la cuerda, en la dirección de torsión o en la dirección de la cuerda que actúan sobre el segmento de punta de pala de reemplazo, como se analizó anteriormente.
[0050] En determinados modos de realización, la línea de unión en la dirección de la cuerda también se orienta paralela al flujo de aire sobre el miembro de concha de lado de presión y el miembro de concha de lado de succión en la condición de carga. Sin embargo, este modo de realización puede incrementar la complejidad, el tiempo y el gasto de la estructura de unión entre los segmentos de pala. Por tanto, en otro modo de realización, la longitud de la línea de unión en la dirección de la cuerda se minimiza y se orienta en general perpendicular a un borde de ataque de la pala de turbina eólica unida. Con esta disposición, los bordes laterales de la cinta selladora no son paralelos a la línea de unión en la dirección de la cuerda, sino que se mantienen paralelos al flujo de aire sobre las superficies de pala. Con este modo de realización, la cinta selladora puede incluir el espaciador deformable, en el que el espaciador se define en un lado inferior de la cinta selladora en una orientación no paralela en relación con los bordes laterales de la cinta selladora.
[0052] Con el modo de realización anterior, la cinta selladora puede ser continua y tener una longitud para envolverse alrededor de los miembros de concha de lado de presión y succión, en el que los extremos opuestos de la cinta selladora se encuentran en un borde posterior de la pala de turbina eólica unida. El espaciador en este modo de realización se extiende en ángulos opuestos e iguales desde un punto medio de la cinta selladora.
[0054] En otro modo de realización, la cinta selladora incluye un primer segmento de cinta aplicado al miembro de concha de lado de presión y un segundo segmento de cinta aplicado al miembro de concha de lado de succión, en el que el primer y segundo segmentos de cinta se unen en una primera junta (“seam”) en un borde de ataque de la pala de turbina eólica unida y una segunda junta en un borde de salida de la pala de turbina eólica unida.
[0056] La cinta selladora se puede hacer de cualquier material flexible adecuado que se pueda adaptar a la forma de los miembros de concha de pala, tal como un material de alma natural o sintético, un material de vinilo o plástico, un material compuesto y similares. La cinta selladora se puede aplicar a los miembros de concha de pala con cualquier adhesivo adecuado. En un modo de realización particular, la cinta selladora incluye un adhesivo preaplicado en un lado inferior de la misma para su fijación a los miembros de concha de lado de presión y succión.
[0058] Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
[0060] Breve descripción de los dibujos
[0062] Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:
[0064] la fig. 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica que puede utilizar una pala de turbina eólica unida de acuerdo con la presente divulgación;
[0066] la fig. 2 ilustra una pala de rotor que tiene un primer segmento de pala y un segundo segmento de pala, y una estructura de unión que conecta los segmentos de pala;
[0068] la fig. 3 es una vista en perspectiva de un modo de realización de un primer segmento de pala con estructura de unión;
[0070] la fig. 4 es una vista en perspectiva de un modo de realización de un segundo segmento de pala con estructura de unión;
[0072] la fig. 5 es una vista en perspectiva de una pala de turbina eólica unida que representa fuerzas en la dirección perpendicular a la cuerda y en la dirección de torsión que actúan sobre la pala;
[0074] la fig. 6 es una vista en perspectiva parcial de la línea de unión entre los segmentos de pala que representa un desplazamiento inducido en la dirección perpendicular a la cuerda entre los segmentos de pala en la línea de unión;
[0076] la fig. 7 es una vista en perspectiva parcial de la línea de unión entre los segmentos de pala que representa un desplazamiento inducido en la dirección perpendicular a la cuerda y en la dirección de torsión entre los segmentos de pala en la línea de unión;
[0078] las figs. 8a a 8d son vistas de diagrama secuenciales de un modo de realización para modificar la estructura de unión en una pala de turbina eólica unida para compensar los desplazamientos inducidos en la dirección perpendicular a la cuerda en una condición de carga en la pala;
[0079] las figs. 9a a 9d son vistas de diagrama secuenciales de un modo de realización para modificar la estructura de unión en una pala de turbina eólica unida para compensar los desplazamientos inducidos en la dirección de torsión en una condición de carga en la pala;
[0080] la fig. 10 es una vista de un modo de realización de una pala de turbina eólica unida con una cinta selladora de acuerdo con aspectos adicionales de la invención;
[0081] la fig. 11 es una vista de un modo de realización alternativo de una pala de turbina eólica unida con cinta selladora;
[0082] la fig. 12 es una vista en perspectiva de un modo de realización de una cinta selladora;
[0083] la fig. 13 es una vista en perspectiva de un modo de realización alternativo de una cinta selladora;
[0084] la fig. 14 es una vista de lado inferior de un modo de realización de una cinta selladora que incorpora una estructura espaciadora;
[0085] la fig. 15 es una vista de lado inferior de una configuración de cinta selladora que utiliza tiras de cinta separadas; y
[0086] la fig. 16 es una vista en perspectiva parcial del flujo de aire sobre una pala de turbina eólica unida con una cinta selladora de acuerdo con aspectos de la invención.
[0087] Descripción detallada de la invención
[0088] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que se ilustran uno o más ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención abarque dichas modificaciones y variaciones como vienen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0089] En general, la presente materia se refiere a palas de rotor de turbina eólica unidas que tienen una configuración de estructura de unión modificada que sirve para compensar o contrarrestar uno o ambos desplazamientos en la dirección perpendicular a la cuerda y en la dirección de torsión entre los segmentos de pala en una condición de carga en la pala de rotor. Con el presente procedimiento y configuración de pala de rotor únicos, se reduce el ruido y la vibración generados en la línea de unión entre los segmentos de pala.
[0090] En referencia ahora a los dibujos, la fig. 1 es una vista lateral de una turbina eólica 10 de ejemplo que puede usar palas de rotor de turbina eólica unidas de acuerdo con un modo de realización de la presente invención. En este modo de realización, la turbina eólica 10 es una turbina eólica de eje horizontal. De forma alternativa, la turbina eólica 10 puede ser una turbina eólica de eje vertical. En el presente modo de realización, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12, un generador 18 situado dentro de la góndola 16, una caja de engranajes 20 acoplada al generador 18 y un rotor 22 que se acopla de forma rotatoria a la caja de engranajes 20 con un eje de rotor 24. El rotor 22 incluye un buje 26 rotatorio y al menos una pala de rotor 28 acoplada a y que se extiende hacia afuera desde el buje 26 rotatorio. Como se muestra, la pala de rotor 28 incluye una punta de pala 17 hasta una raíz de pala 19.
[0091] En referencia a las figs. 2 y 3, se representa una pala de rotor unida 28 que tiene un primer segmento de pala 30 y un segundo segmento de pala 32 de acuerdo con aspectos de la presente tecnología. El primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 se extienden en direcciones opuestas desde una línea de unión en la dirección de la cuerda 34. Cada uno de los segmentos de pala 30, 32 incluye un miembro de concha de lado de presión 31 y un miembro de concha de lado de succión 33. El primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 se conectan por una estructura de soporte interna 36 que se extiende hacia ambos segmentos de pala 30, 32 para facilitar la unión de los segmentos de pala 30, 32. La flecha 38 muestra que la pala de rotor 28 segmentada en el ejemplo ilustrado incluye dos segmentos de pala 30, 32 y que estos segmentos de pala 30, 32 se unen insertando la estructura de soporte interna 36 en el segundo segmento de pala 32.
[0092] [0031] En el modo de realización representado, el primer segmento de pala incluye una estructura de viga 40 que forma una parte de la estructura de soporte interna 36 y se extiende longitudinalmente (por ejemplo, en la dirección de la envergadura) para conectarse estructuralmente con la estructura de soporte interna 36 en el segundo segmento de pala 32. La estructura de viga 40 se puede formar íntegramente con el primer segmento de pala 30 como una extensión que sobresalga de una sección de larguero 42, formando, de este modo, una sección de larguero extendida. La estructura de viga 40 incluye al menos un alma de interconexión 44 (por ejemplo, una alma a cortante) conectada con una tapa de larguero de lado de succión 46 y una tapa de larguero de lado de
presión 48. En los modos de realización ilustrados, la estructura de viga 40 se forma como una estructura de tipo caja que tiene almas de interconexión 44 opuestas.
[0094] El primer segmento de pala 30 puede incluir una o más primeras articulaciones de perno (también denominadas "pasadores") hacia un primer extremo 54 de la estructura de viga 40. Por ejemplo, un perno 52 se puede ubicar en el extremo 54 de la estructura de viga 40 y orientar en una dirección en la dirección de la envergadura. El primer segmento de pala 30 también puede incluir una ranura de unión de perno 50 ubicada en la estructura de viga 40 próxima a la unión en la dirección de la cuerda 34 y orientada en una dirección en la dirección de la cuerda. Puede haber un casquillo dentro de la ranura de unión de perno 50 dispuesto en un encaje por interferencia estrecho con un pasador o tubo de perno 53 usado para conectar el segundo segmento de pala 32 al primer segmento de pala 30. Se debe apreciar que cualquier combinación de tubos de perno 52, 53 y ranuras de perno 50 se puede configurar entre la estructura de viga 40 y una sección de recepción 60 (fig. 4) con el propósito de interconectar el primer 30 y segundo 32 segmentos de pala.
[0096] En la fig. 4, el segundo segmento de pala 32, la estructura de soporte interna 36 incluye una sección de recepción 60 que se extiende longitudinalmente (en la dirección de la envergadura) dentro del segundo segmento de pala 32 para recibir la estructura de viga 40 del primer segmento de pala 30. La sección de recepción 60 incluye múltiples componentes de estructura de larguero 66 que se extienden longitudinalmente para conectarse con la estructura de viga 40 del primer segmento de pala 30 a lo largo de una longitud de la sección de recepción 60. Aunque no se representa en la fig. 4, se entiende fácilmente que la sección de recepción 60 incluye cualquier combinación de ranuras de perno 50 o pernos 52, 53 para interconectarse con los correspondientes pernos o ranuras de la estructura de viga 40. Por ejemplo, una ranura de perno se configura en un extremo distal (lejos de la unión en la dirección de la cuerda 34) de la sección de recepción 60 para la recepción del perno 52 proporcionado en el extremo 54 de la estructura de viga 40.
[0098] La fig. 5 representa los conceptos de fuerzas en la dirección perpendicular a la cuerda 71, la dirección de torsión 73 y la dirección de la cuerda 75 que actúan sobre la pala de turbina eólica unida, en la que dichas fuerzas pueden generar respectivamente un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 (fig. 6), un desplazamiento en la dirección de torsión 72 (fig. 7) y un desplazamiento en la dirección de la cuerda 77 (fig. 6) entre los componentes de concha del primer y segundo segmentos de pala 30, 32 en la unión en la dirección de la cuerda 34. Estos componentes de desplazamiento 70, 72 y 77 se pueden combinar para inducir un desplazamiento real 68 entre los componentes de concha. Las fuerzas en la dirección perpendicular a la cuerda 71 tienden a actuar uniformemente a través del aspecto de cuerda del primer segmento de pala 30 haciendo que el primer segmento de pala 30 esencialmente se "flexione" hacia el segundo segmento de pala 32 y desplace los miembros de concha 31 en una dirección vertical 70 a lo largo de la unión en la dirección de la cuerda 34. Las fuerzas en la dirección de torsión 73 tienden a generar una torsión del primer segmento de pala 30 en relación con el segundo segmento de pala 32 a lo largo de un eje en la dirección de la envergadura de la pala, dando como resultado un desplazamiento en la dirección de torsión 72 de los miembros de concha 31 a lo largo de la unión en la dirección de la cuerda 34. Las fuerzas en la dirección de la cuerda 75 tienden a generar un movimiento lateral del primer segmento de pala 30 en relación con el segundo segmento de pala 32 transversal al eje en la dirección de la envergadura de la pala, dando como resultado un desplazamiento en la dirección de la cuerda 77 de los miembros de concha 31 a lo largo de la unión en la dirección de la cuerda 34. Como se expone anteriormente, estos desplazamientos inducidos 70, 72, 77 pueden generar vibraciones y ruido excesivos en la pala 28 a la carga operativa en la turbina eólica (carga en las palas de turbina 28 cuando la turbina eólica 10 está en operación en el intervalo de salida de potencia nominal de la curva de potencia).
[0100] La fig. 6 representa el desplazamiento real 68 como una combinación del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 y el desplazamiento en la dirección de la cuerda 77. La fig. 7 representa el desplazamiento real 68 como una combinación del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70, el desplazamiento en la dirección de torsión 72 y el desplazamiento en la dirección de la cuerda 77. Se debe apreciar que el desplazamiento real 68 se puede inducir a partir de uno cualquiera o una combinación de los componentes de desplazamiento 70, 72 y 77.
[0102] Además, en referencia a la fig. 5, las palas 28 se pueden diseñar con un barrido moderado sin carga hacia el interior (más cerca de la raíz de pala) en relación con el eje depitchde pala P, mientras que la sección hacia el exterior (más cerca de la punta de pala) se puede barrer hacia atrás hasta 10 grados (ángulo 0 en la fig. 5) en relación con el eje depitchP
[0104] En las figs. 8A a 8d, se representa la determinación y compensación de un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 inducido en la pala 28 bajo carga de acuerdo con aspectos de la presente descripción. De forma similar, en las figs. 9a a 9d, se representa la determinación y compensación de un desplazamiento en la dirección de torsión 72 inducido en la pala 28 bajo carga. Se debe apreciar que se pueden emplear procedimientos similares para la determinación y compensación del desplazamiento en la dirección de la cuerda.
[0106] [0038] En referencia a las figs. 8a y 9a, la pala unida 28 se representa en la unión en la dirección de la cuerda 34 en una condición descargada inicial en la que se induce un desplazamiento en la dirección perpendicular a la
cuerda o en la dirección de torsión insignificante inicial en la pala en la unión 34. La fig. 8b representa la misma pala unida 28 en una condición cargada inicial, por ejemplo, bajo carga a la potencia nominal de la turbina eólica, en la que se representa un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 entre los miembros de concha del primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 en la unión en la dirección de la cuerda 34. De forma similar, la fig. 9b representa la pala unida 28 en una condición cargada inicial, por ejemplo, bajo carga cuando se aproxima o a la potencia nominal de la turbina eólica, en la que se representa un desplazamiento en la dirección de torsión 72 entre los miembros de concha del primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 en la unión en la dirección de la cuerda 34. El presente procedimiento incluye determinar la magnitud de uno o ambos del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 y el desplazamiento en la dirección de torsión 72. Esta determinación se puede realizar por la medición del desplazamiento real en la unión en la dirección de la cuerda 34 con sensores, cámara, etc., cuando la pala 28 (o pala similar) está bajo carga en condiciones operativas definidas. De forma alternativa, el desplazamiento real se puede determinar por medio de un programa de modelado adecuado. Como se menciona, se aprecia que el desplazamiento real 68 en la unión en la dirección de la cuerda 34 puede ser una combinación del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70, el desplazamiento en la dirección de torsión 72 y el desplazamiento en la dirección de la cuerda 77. Además, uno cualquiera de estos desplazamientos puede ser insignificante, en el que el desplazamiento real se debe principalmente a uno o una combinación de los otros desplazamientos bajo carga en la pala 28.
[0108] En referencia a la fig. 8c, en base al desplazamiento real inducido en la unión 34 con la pala 28 bajo carga, se define una configuración modificada de la estructura de unión 36 en una condición sin carga en la pala 28 que compensará el desplazamiento inducido. Esta configuración modificada solo puede compensar uno del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 o el desplazamiento en la dirección de torsión 72, pero preferentemente compensa ambos tipos de desplazamientos 70, 72.
[0110] Se debe apreciar que los presentes procedimientos engloban el supuesto en el que el desplazamiento real 68 se determina empíricamente o por medio de modelado informático para un tipo particular de pala en una ubicación definida y en condiciones operativas definidas, y este desplazamiento 68 se usa, a continuación, para definir la configuración modificada para un número posterior de palas 28. No es necesario determinar el desplazamiento real y la configuración modificada de forma individual para cada pala 28.
[0112] Como se menciona, la configuración modificada de la estructura de unión 36 puede incluir determinar una combinación de materiales en la estructura de unión 36 que reduzca uno o ambos del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 y el desplazamiento en la dirección de torsión 72 en la condición de carga. Esta combinación de materiales puede ser una modificación independiente de la estructura de unión, o puede ser en combinación con un cambio en la ubicación de los componentes de la estructura de unión 36, como se describe a continuación. El cambio en los materiales puede incluir, por ejemplo, añadir o retirar materiales de la estructura de unión 36 para lograr una rigidez o resistencia a la torsión que reduzca uno o ambos del desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 y el desplazamiento en la dirección de torsión 72 en la condición de carga.
[0114] La fig. 8c representa un modo de realización en el que la estructura de unión 36 se modifica estructuralmente en un estado descargado de la pala 26 para compensar el desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 inducido (fig. 8b) en una condición de carga. En este modo de realización, la estructura de unión 36 incluye la estructura de viga 40 que se extiende en la dirección de la envergadura desde el primer segmento de pala 30 (segmento de extremo de punta) y una sección de recepción 60 formada en el segundo segmento de pala 32 (segmento de extremo de raíz) para la recepción de la estructura de viga 40. La configuración modificada de la estructura de unión 36 incluye un cambio en la conexión entre la estructura de viga 40 y la sección de recepción 60. La estructura de unión 36 incluye un pasador en la dirección de la cuerda 53 que se extiende a través de la estructura de viga 40 y la sección de recepción 60 en una ubicación espaciada de la línea de unión 34 en una dirección en la dirección de la envergadura. Se determina una ubicación alternativa del pasador en la dirección de la cuerda 53 que compensa el desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 en la condición de carga, en la que la ubicación alternativa se selecciona para producir un desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda contrario en la condición sin carga en la pala 28. Por ejemplo, como se exagera en la fig.
[0115] 8C con propósitos ilustrativos, el pasador en la dirección de la cuerda 53 se puede bajar o elevar hacia el lado de presión o succión de la pala 28 en relación con la posición inicial representada en la fig. 8a para producir el desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda contrario.
[0117] [0043] De forma similar, la fig. 9c representa un modo de realización en el que la estructura de unión 36 se modifica estructuralmente en un estado descargado de la pala 26 para compensar el desplazamiento en la dirección de torsión 72 inducido (fig. 9b) en una condición de carga. La configuración modificada de la estructura de unión 36 incluye un cambio en la conexión entre la estructura de viga 40 y la sección de recepción 60. La estructura de unión 36 incluye el pasador en la dirección de la cuerda 53 que se extiende a través de la estructura de viga 40 y la sección de recepción 60 en una ubicación espaciada de la línea de unión 34 en una dirección en la dirección de la envergadura. Se determina una ubicación alternativa del pasador en la dirección de la cuerda 53 que compensa el desplazamiento en la dirección de torsión 72 en la condición de carga, en la que la ubicación alternativa se selecciona para producir un desplazamiento en la dirección de torsión contrario en la condición sin carga en la pala 28. Por ejemplo, como se exageró en la fig. 9C con propósitos ilustrativos, el pasador en la
dirección de la cuerda 53 se puede rotar de la orientación inicial representada en la fig. 9a a la posición modificada en la fig. 9c para producir el desplazamiento en la dirección de torsión contrario.
[0119] Una vez que se determinan las modificaciones a la estructura de unión 36, la pala unida 28 se ensambla de acuerdo con dichas modificaciones. La fig. 8c representa la pala unida 28 ensamblada modificada en un estado descargado, y la fig. 8d representa la pala 28 bajo carga en la que el desplazamiento en la dirección perpendicular a la cuerda 70 presente en la fig. 8b se ha compensado por las modificaciones representadas en la fig. 8c. Del mismo modo, la fig. 9c representa la pala unida 28 ensamblada modificada en un estado descargado, y la fig. 9d representa la pala 28 bajo carga en la que el desplazamiento en la dirección de torsión 72 presente en la fig. 9b se ha compensado por las modificaciones representadas en la fig. 9c.
[0121] La presente invención también engloba una pala de rotor de turbina eólica unida 28 con una estructura de unión 36 que tiene las características analizadas anteriormente.
[0123] En referencia a las fig. 10 a 16, la presente invención también engloba una pala de rotor de turbina eólica unida 28 con una configuración de cinta selladora 100 que reduce la vibración y el ruido de pala en condiciones operativas de la turbina eólica. La pala de rotor de turbina eólica unida 28 incluye el primer segmento de pala 30 y el segundo segmento de pala 32 que se extienden en direcciones opuestas desde la línea de unión en la dirección de la cuerda 34, en la que cada uno de los segmentos de pala 30, 32 tiene un miembro de concha de lado de presión 31 y un miembro de concha de lado de succión 33. Se debe apreciar que la configuración de cinta selladora 100 se puede incorporar con la pala de turbina eólica unida 28 que tiene las características analizadas anteriormente con respecto a los modos de realización de las figs. 2 a 9 y, en ese sentido, el análisis de las figs. 2 a 9 se incorpora en el presente documento con respecto a las figs. 10 a 16. De forma alternativa, la configuración de cinta selladora 100 se puede usar como un componente independiente en una pala de turbina eólica unida que no incluye la estructura de unión modificada de las figs. 2 a 9.
[0125] La cinta selladora 100 está aplicada sobre el miembro de concha de lado de presión 31 y el miembro de concha de lado de succión 33 para formar un puente a través de la línea de unión en la dirección de la cuerda 34. La cinta selladora 100 tiene bordes laterales 102 que sobresalen al menos en cierta medida desde los miembros de concha 31,33. La cinta selladora se orienta en los miembros de concha 31,33 de modo que los bordes laterales 102 se alinean paralelos con el flujo de aire 104 sobre los miembros de concha 31, 33 en la línea de unión en la dirección de la cuerda 34 en una condición de carga definida en la pala de turbina eólica unida 28, tal como la condición de carga a la velocidad de salida nominal de una turbina eólica en la que se usa la pala de rotor de turbina eólica unida 28. Los bordes de cinta 102 y la forma de sección transversal de la cinta 100 definen un perfil elevado en relación con la superficie de los miembros de concha 31, 33. Al alinear los bordes 102 de la cinta 100 para que sean paralelos al flujo de aire 104 sobre la pala, se minimizan el ruido y las vibraciones de pala que de otro modo se inducirían por la presencia de la cinta 100.
[0127] La cinta selladora 100 puede tener un perfil de sección transversal constante 106 a lo largo de toda la longitud longitudinal de la misma, como se representa en las figs. 12 y 13, en la que dicho perfil puede incluir una sección central relativamente gruesa 107 que se estrecha hacia los bordes laterales opuestos 102 de la cinta. En un modo de realización particular, la cinta selladora 100 puede incluir un espaciador medial deformable 108 (fig.
[0128] 12) o una cuña 109 (fig. 13) formada o fijada a un lado inferior 122 de la cinta 100 y diseñada para sobresalir o encajar entre el primer 31 y segundo 32 segmentos de pala a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda 34, como se representa por las líneas discontinuas en la fig. 16. Este espaciador 108 o cuña 109 se forma preferentemente del mismo material que la cinta 100 o puede ser un componente separado que se fija al lado inferior 122 de la cinta 100. El espaciador 108 o cuña 109 es compresible cuando las fuerzas que actúan sobre el segmento de punta de pala 30 inducen los desplazamientos analizados anteriormente entre el segmento de punta de pala 30 y el segmento 32 y, por tanto, sirven para amortiguar una cualquiera o una combinación de las fuerzas en la dirección perpendicular a la cuerda, la dirección de torsión o la dirección de la cuerda que actúan sobre el segmento de punta de pala de reemplazo 30.
[0130] Se debe apreciar que la "condición de carga", como se usa en el presente documento, también se puede referir a condiciones operativas definidas y al entorno determinado o esperado para la turbina eólica que podrían afectar el flujo sobre la pala y, por tanto, puede implicar más que la consideración de la carga en un punto en la curva de potencia de turbina eólica.
[0132] [0050] En referencia a la fig. 10, en determinados modos de realización, la línea de unión en la dirección de la cuerda 34 también se orienta paralela al flujo de aire 104 sobre los miembros de concha 31, 33 en la condición de carga. Sin embargo, este modo de realización puede incrementar la complejidad, el tiempo y el gasto de formar la estructura de unión entre los segmentos de pala 30, 32. Por tanto, en otro modo de realización representado en la fig. 11, la longitud de la línea de unión en la dirección de la cuerda 34 se minimiza y se orienta en general perpendicular al borde de ataque 74 de la pala de turbina eólica unida 28. Con esta disposición, los bordes laterales 102 de la cinta selladora 100 no son paralelos a la línea de unión en la dirección de la cuerda 34, sino que se mantienen paralelos al flujo de aire 104 sobre las superficies de pala, como se observa en la fig. 11. Con este modo de realización, la cinta selladora 100 puede incluir el espaciador deformable 108 o la cuña 109, en la que el
espaciador 108 o la cuña 109 se definen en el lado inferior 122 de la cinta selladora 100 en una orientación no paralela en relación con los bordes laterales 102 de la cinta selladora 100.
[0134] En referencia a la fig. 14, con el modo de realización anterior, la cinta selladora 100 puede ser continua y tener una longitud para envolverse alrededor de los miembros de concha de lado de presión y succión 31, 33, en el que los extremos opuestos de la cinta selladora 100 se encuentran en la junta 126 (fig. 10) en el borde de salida 76 de la pala de turbina eólica unida 28. El espaciador 108 o la cuña 109 en este modo de realización se extiende en ángulos opuestos e iguales desde un punto medio 124 de la cinta selladora 100 que corresponde a la ubicación relativa del borde de ataque 74 cuando la cinta 100 se aplica en la pala 28.
[0136] En referencia a las figs. 11 y 15, en otro modo de realización, la cinta selladora 100 incluye un primer segmento de cinta 110 aplicado al miembro de concha de lado de presión 31 y un segundo segmento de cinta 112 aplicado al miembro de concha de lado de succión 33, en el que el primer 110 y segundo 112 segmentos de cinta se unen en una primera junta 128 en el borde de ataque 74 de la pala de turbina eólica unida 28 y una segunda junta 126 en el borde de salida 76 de la pala de turbina eólica unida 28.
[0138] La cinta selladora 100 se puede hacer de cualquier material flexible adecuado que se pueda adaptar a la forma de los miembros de concha de pala 31, 33, tal como un material de alma natural o sintético, un material de vinilo o plástico, un material compuesto y similares. La cinta selladora se puede aplicar a los miembros de concha de pala con cualquier adhesivo adecuado. En un modo de realización particular, la cinta selladora 100 incluye una capa adhesiva preaplicada 114 (figs. 13 y 16) en el lado inferior 122 de la misma para su fijación a los miembros de concha de lado de presión 31 y succión 3.
Claims (10)
1. REIVINDICACIONES
1. Una pala de rotor de turbina eólica unida (28), que comprende:
un primer segmento de pala (30) y un segundo segmento de pala (32) que se extienden en direcciones opuestas desde una línea de unión en la dirección de la cuerda (34), teniendo cada uno de los segmentos de pala un miembro de concha de lado de presión (31) y un miembro de concha de lado de succión (33);
una cinta selladora (100) aplicada sobre el miembro de concha de lado de presión (31) y el miembro de concha de lado de succión (33) a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda (34);
caracterizada por que
la cinta selladora (100) comprende bordes laterales (102) que no son perpendiculares a un borde de ataque (74) de la pala de turbina eólica y que se alinean paralelos con el flujo de aire (104) sobre el miembro de concha de lado de presión (31) y el miembro de concha de lado de succión (32) en la línea de unión en la dirección de la cuerda (34) a una carga definida y condición operativa en la pala de turbina eólica unida (28) de modo que se reducen la vibración y el ruido de pala.
2. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la línea de unión en la dirección de la cuerda (34) también se orienta paralela con el flujo de aire (104) sobre el miembro de concha de lado de presión (31) y el miembro de concha de lado de succión (33) en la condición de carga y operativa definida.
3. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la cinta selladora (100) comprende un perfil de sección transversal constante (106) a lo largo de toda la longitud longitudinal de la misma.
4. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la cinta selladora (100) comprende además un espaciador deformable (18) que sobresale entre el primer (30) y segundo (32) segmentos de pala a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda (34).
5. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la línea de unión en la dirección de la cuerda (34) se orienta en general perpendicular al borde de ataque (74) de la pala de turbina eólica unida de modo que los bordes laterales (102) de la cinta selladora (100) no son paralelos a la línea de unión en la dirección de la cuerda (34).
6. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 5, en la que la cinta selladora (100) comprende además un espaciador deformable (108) que sobresale entre el primer (30) y segundo (32) segmentos de pala a lo largo de la línea de unión en la dirección de la cuerda (34), el espaciador definido en un lado inferior (122) de la cinta selladora en una orientación no paralela en relación con los bordes laterales (102) de la cinta selladora.
7. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 6, en la que la cinta selladora (100) es continua y comprende una longitud para envolverse alrededor de los miembros de concha de lado de presión (31) y succión (33), en la que los extremos opuestos (103) de la cinta selladora se encuentran en un borde de salida (76) de la pala de turbina eólica unida (28), extendiéndose el espaciador (108) en ángulos opuestos e iguales desde un punto medio (124) de la cinta selladora (100).
8. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 6, en la que la cinta selladora (100) comprende un primer segmento de cinta (110) aplicado al miembro de concha de lado de presión (31) y un segundo segmento de cinta (112) aplicado al miembro de concha de lado de succión (33), el primer y segundo segmentos de cinta unidos en una primera junta (126) en el borde de ataque (74) de la pala de turbina eólica unida y una segunda junta (128) en un borde de salida (76) de la pala de turbina eólica unida.
9. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la cinta selladora (100) comprende un adhesivo preaplicado (114) en un lado inferior (122) de la misma para su fijación a los miembros de concha de lado de presión (31) y succión (33).
10. La pala de turbina eólica unida (28) como en la reivindicación 1, en la que la cinta selladora (100) comprende un perfil de sección transversal constante (106) que tiene una parte medial elevada (116) que se estrecha hacia los bordes laterales opuestos (102) a lo largo de toda la longitud longitudinal de la misma.
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