ES3062695T3

ES3062695T3 - Wind turbine

Info

Publication number: ES3062695T3
Application number: ES22844442T
Authority: ES
Inventors: Thomas S Bjertrup Nielsen; Robert Thomas Rudolf; Torben Juul Larsen; Mikkel Kiilerich Østerlund
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2026-04-13
Anticipated expiration: 2042-12-09
Also published as: US12331712B2; US20250052225A1; RS67871B1; EP4457432C0; EP4711268A2; EP4711268A3; WO2023126041A1; CN118715365A; EP4457432B1; EP4457432A1; PL4457432T3; AU2022429969A1

Abstract

En un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una turbina eólica que comprende una torre, una góndola montada en la torre y un rotor montado en la góndola. El rotor comprende un buje y al menos tres palas de turbina eólica orientables conectadas al buje mediante sus respectivos mecanismos de paso. Cada pala se extiende desde una raíz que define una posición radial r=0 hasta una punta que define una posición radial r=R. Cada pala comprende un lado de barlovento y un lado de sotavento que se unen en un borde de ataque y un borde de salida para definir un perfil aerodinámico. La cuerda es la distancia entre los bordes de ataque y de salida, y el espesor relativo es la relación entre el espesor y la cuerda. El perfil aerodinámico tiene un espesor que es la mayor distancia entre los lados de barlovento y sotavento ortogonal a la cuerda. Cada pala comprende un punto de conexión ubicado en una primera posición radial (r1) entre la raíz y la punta de la pala. La turbina eólica comprende además uno o más elementos de conexión de palas que conectan el punto de conexión con un punto de conexión correspondiente en una pala vecina. El espesor y/o el espesor relativo de cada pala es sustancialmente constante o presenta un mínimo local en una porción interna de la pala, entre la raíz de la pala y el punto de conexión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aerogenerador

[0003] Campo técnico

[0004] La presente invención se refiere en general a aerogeneradores y, más particularmente, a un aerogenerador que tiene un rotor que comprende al menos tres palas de rotor de paso variable y uno o más miembros de conexión de pala que conectan palas colindantes.

[0005] Antecedentes

[0006] Existe un deseo continuo de generar mayores niveles de potencia en parques eólicos terrestres y marinos. Una forma de lograr esto es dotar a los aerogeneradores modernos con palas de aerogenerador más grandes. La provisión de palas más grandes aumenta el área de barrido del rotor, permitiendo que el aerogenerador capture más energía del viento. No obstante, las palas de aerogenerador experimentan diversas cargas y tensiones en uso, y aumentar la longitud de una pala de aerogenerador aumenta la magnitud de las cargas que la pala debe resistir. Por ejemplo, las cargas en el sentido del flanco resultantes de la presión del viento sobre la pala, y las cargas en el sentido del borde resultantes del peso de la pala, ambas son mayores para palas más grandes.

[0007] Un extremo interior de una pala de aerogenerador comprende una raíz de pala, en la que la pala se fija al buje del aerogenerador. Para resistir el aumento de carga en uso, las palas grandes típicamente se fabrican usando más material cerca del extremo interior, y/o aumentando el diámetro de la raíz de pala, y/o aumentando el grosor de la pala cerca del extremo interior. Cada una de estas soluciones aumenta la rigidez y la resistencia del extremo interior de la pala, de manera que pueda soportar un aumento de carga. No obstante, en la práctica, cada una de estas soluciones también tiene inconvenientes y limitaciones.

[0008] Por ejemplo, aumentar el diámetro de la raíz puede hacer más difícil de fabricar y transportar la pala, usar más material cerca del extremo interior aumenta el peso y el coste de la pala, y aumentar el grosor de la pala cerca del extremo interior es perjudicial para el rendimiento aerodinámico de la pala. A modo de ejemplo, los perfiles aerodinámicos con aumento de grosor y de grosor relativo (es decir, la relación grosor a cuerda) típicamente tienen una relación sustentación a resistencia aerodinámica escasa y una relación de planeo relativamente baja en los ángulos de ataque operativos, lo que hace que tales partes de la pala sean más sensibles a la rugosidad de la superficie. Las partes de la pala que tienen un grosor elevado para un aumento del rendimiento estructural típicamente capturan, por lo tanto, menos energía del viento y causan un aumento de la resistencia aerodinámica, lo que afecta adversamente a la potencia total que puede producir un aerogenerador.

[0009] El documento US 2012/051914 A1 describe un aerogenerador con 5 palas y cables dispuestos entre palas colindantes.

[0010] En este contexto es en el que se ha concebido la presente invención.

[0011] Compendio

[0012] En un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aerogenerador que comprende una torre, una góndola montada en la torre y un rotor montado en la góndola. El rotor comprende un buje y al menos tres palas de aerogenerador de paso variable conectadas al buje a través de mecanismos de paso respectivos. Cada pala se extiende desde una raíz de pala que define una posición radial r = 0 hasta una punta de pala que define una posición radial r = R. Cada pala comprende un lado de barlovento y un lado de sotavento que se encuentran en un borde de ataque y un borde de salida para definir un perfil aerodinámico. La cuerda es la distancia entre los bordes de ataque y de salida, y el grosor relativo es la relación de grosor a cuerda. El perfil aerodinámico tiene un grosor que es la mayor distancia entre los lados de barlovento y de sotavento, ortogonal a la cuerda. Cada pala comprende un punto de conexión situado en una primera posición radial (r1) entre la raíz de pala y la punta de pala. El aerogenerador comprende además uno o más miembros de conexión de pala conectados entre el punto de conexión y un punto de conexión correspondiente en una pala colindante. El grosor y/o el grosor relativo de cada pala son sustancialmente constantes o tienen un mínimo local dentro de una parte interior de la pala entre la raíz de pala y el punto de conexión.

[0013] Un grosor y/o grosor relativo sustancialmente constantes significa que el grosor y/o grosor relativo de la pala no varían en más del 1% en una parte de la pala de al menos 0,05 R de longitud.

[0014] La parte interior de cada pala se extiende preferiblemente a lo largo de una longitud de al menos 0,05 R. Más preferiblemente, la parte interior puede extenderse a lo largo de al menos 0,1 R. Aún más preferiblemente, la parte interior puede extenderse a lo largo de una longitud de al menos 0,15 R. La parte interior preferiblemente se extiende a lo largo de una longitud de como máximo 0,35 R. Más preferiblemente, la parte interior puede extenderse a lo largo de una longitud de como máximo 0,2 R. Una parte interior que tiene una longitud dentro de estos rangos preferibles proporciona ventajosamente un beneficio aerodinámico sin afectar adversamente al rendimiento estructural de la pala.

[0015] En algunos ejemplos, el aerogenerador puede comprender una pluralidad de miembros de conexión de pala conectados entre el punto de conexión y un punto de conexión correspondiente en una pala colindante. Como tal, una proporción de las cargas experimentadas por la pala en uso se puede transferir a una pluralidad de miembros de conexión de pala, reduciendo por ello la carga en cada miembro.

[0016] En el presente contexto, el término ‘miembro de conexión de pala’ se debería interpretar de manera amplia para cubrir cualquier tipo de miembro de tensión adecuado, inclusive los miembros flexibles y rígidos. Como tal, en algunos ejemplos, el miembro de conexión de pala puede comprender un cable. Preferiblemente, el miembro de conexión de pala puede ser, por lo tanto, un cable de conexión de pala, y el rotor puede ser un rotor atirantado por cable. Por ejemplo, en el presente contexto, un ‘cable’ puede ser una cuerda trenzada o tendida de hilos metálicos (tales como, por ejemplo, hilos de acero), fibras poliméricas (tales como, por ejemplo, polietileno, polipropileno, nailon, poliéster o fibras de aramida), fibras inorgánicas (tales como, por ejemplo, fibras de carbono) o cuerdas híbridas de tales materiales. En algunos otros ejemplos, el miembro de conexión de pala puede comprender miembros compuestos, tales como una pultrusión o una varilla metálica, por nombrar unos pocos ejemplos posibles. La parte interior puede extenderse en un intervalo radial de entre r = 0,2 R y r = 0,55 R. Preferiblemente, la parte interior puede extenderse en un intervalo radial de entre r = 0,3 R y r = 0,50 R. Más preferiblemente, la parte interior puede extenderse en un intervalo radial de entre r = 0,35 R y r = 0,45 R. Configurar una pala con una parte interior situada en estos intervalos radiales proporciona un rendimiento aerodinámico mejorado en tal intervalo radial en comparación con las palas típicas.

[0017] En algunos ejemplos, el grosor relativo puede estar entre 0,15 y 0,50 en toda la parte interior de cada pala. Preferiblemente, el grosor relativo puede estar entre 0,18 y 0,4 en toda la parte interior de cada pala. Más preferiblemente, el grosor relativo puede estar entre 0,20 y 0,36 en toda la parte interior de cada pala. Un grosor relativo dentro de estos rangos preferibles proporciona un compromiso ventajoso entre la resistencia de pala y el rendimiento aerodinámico.

[0018] El grosor de cada pala disminuye preferiblemente moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. El grosor de cada pala puede disminuir de manera monótona moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Preferiblemente, el grosor de cada pala puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Disminuir de manera estrictamente monótona significa que el grosor de la pala disminuye constantemente moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Como tal, el grosor de la pala puede ser mayor en la raíz de pala. Por consiguiente, la raíz de pala se puede configurar para un rendimiento estructural, y moviéndose fuera de la raíz de pala, la pala puede llegar a ser más optimizada aerodinámicamente. El grosor relativo de cada pala puede disminuir moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. El grosor relativo de cada pala puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Preferiblemente, el grosor relativo de cada pala puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Disminuir de manera estrictamente monótona significa que el grosor relativo de la pala disminuye constantemente moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior. Como tal, el grosor relativo de la pala puede ser mayor en la raíz de pala. Por consiguiente, la raíz de pala se puede configurar para rendimiento estructural, y moviéndose fuera de la raíz de pala hasta la parte interior, la pala puede llegar a ser más optimizada aerodinámicamente.

[0019] En algunos ejemplos, el grosor de cada pala puede aumentar moviéndose desde la parte interior hasta el punto de conexión. Además, o alternativamente, el grosor relativo de cada pala puede aumentar moviéndose desde la parte interior hasta el punto de conexión. Por ejemplo, el grosor de la pala puede aumentar para proporcionar una parte fuerte de la pala para conectar el miembro de conexión de pala. Tal aumento en el grosor puede causar, de manera similar, un aumento del grosor relativo moviéndose desde la parte interior hasta el punto de conexión.

[0020] En algunos ejemplos, el mínimo local se puede situar en un intervalo radial de entre 0,02 R y 0,25 R dentro del punto de conexión. Preferiblemente, el mínimo local se puede situar en un intervalo radial de entre 0,05 R y 0,15 R dentro del punto de conexión. Más preferiblemente, el mínimo local se puede situar en un intervalo radial de entre 0,05 R y 0,1 R dentro del punto de conexión. Como tal, el mínimo local se sitúa preferiblemente lo más hacia fuera posible para proporcionar el mayor beneficio aerodinámico, debido a que el área de barrido aumenta con la distancia radial desde r = 0, pero aún está separada del punto de conexión de manera que la pala sea lo suficientemente fuerte en el, o en las inmediaciones del, punto de conexión.

[0021] El punto de conexión de cada pala se puede situar en un intervalo radial de entre r = 0,20 R y r = 0,6 R. Preferiblemente, el punto de conexión de cada pala se puede situar en un intervalo radial de entre r = 0,3 R y r = 0,55 R. Más preferiblemente, el punto de conexión de cada pala se puede situar en un intervalo radial de entre r = 0,35 R y r = 0,50 R. Situar el punto de conexión dentro de estos rangos ayuda a transferir una proporción ventajosa de las cargas de la pala al buje a través de un miembro de conexión de pala.

[0022] El grosor relativo de cada pala en el punto de conexión puede estar entre 0,15 y 0,5. Preferiblemente, el grosor relativo de cada pala en el punto de conexión puede estar entre 0,20 y 0,40. Más preferiblemente, el grosor relativo de cada pala en el punto de conexión puede estar entre 0,24 y 0,36. Un grosor relativo en estos rangos preferibles puede proporcionar una parte fuerte de la pala para conectar el miembro de conexión de pala sin un detrimento sustancial del rendimiento aerodinámico de la pala.

[0023] El grosor y/o el grosor relativo de la pala pueden tener un máximo local en las inmediaciones del punto de conexión. Como tal, la pala puede ser más gruesa / tener un mayor grosor relativo en las inmediaciones del punto de conexión para aumentar la resistencia de la pala en las inmediaciones del punto de conexión. Por ejemplo, el máximo local puede estar dentro de 0,2 R del punto de conexión. Preferiblemente, el máximo local puede estar dentro de 0,1 R del punto de conexión. Más preferiblemente, el máximo local puede estar dentro de 0,05 R del punto de conexión, incluyendo en el punto de conexión en algunos ejemplos.

[0024] En algunos ejemplos, el grosor y/o la cuerda y/o la torsión de la pala pueden ser sustancialmente constantes en el, o cerca del, punto de conexión. Por ejemplo, el punto de conexión se puede situar dentro de un intervalo radial de entre 0,01 R y 0,2 R de longitud, preferiblemente entre 0,01 R y 0,1 R de longitud, y más preferiblemente entre 0,01 R y 0,05 R de longitud, por ejemplo, entre 0,03 R y 0,05 R de longitud, en el que el grosor y/o la cuerda y/o la torsión de la pala pueden ser sustancialmente constantes. Por ejemplo, el punto de conexión se puede situar en o cerca de una unión entre dos módulos de pala de una pala modular. Típicamente, las palas cambian de torsión continuamente a lo largo de su longitud. No obstante, en algunos ejemplos, puede ser ventajoso que cerca del punto de conexión la torsión se mantenga constante. Los módulos de pala pueden tener sustancialmente el mismo perfil, es decir, la misma geometría exterior, en la unión para facilitar la conexión de los módulos de pala entre sí de una manera más beneficiosa. Por consiguiente, el grosor y/o la cuerda de la pala pueden ser sustancialmente constantes en o cerca del punto de conexión.

[0025] El grosor de cada pala puede disminuir de manera monótona moviéndose desde el punto de conexión hasta la punta de pala. Preferiblemente, el grosor de cada pala puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde el punto de conexión hasta la punta de pala. Además o alternativamente, el grosor relativo de cada pala puede disminuir de manera monótona moviéndose desde el punto de conexión hasta la punta de pala. Preferiblemente, el grosor relativo de cada pala puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde el punto de conexión hasta la punta de pala. Como tal, la pala fuera del punto de conexión se configura preferiblemente principalmente para un rendimiento aerodinámico por encima del requisito estructural. En particular, los perfiles aerodinámicos más delgados fuera del punto de conexión son menos sensibles a la rugosidad de la superficie, capturan más energía del viento y, por ello, generan más sustentación para aumentar la potencia producida por el aerogenerador.

[0026] El grosor relativo de cada pala puede ser menor que 0,5, preferiblemente menor que 0,4, más preferiblemente menor que 0,36, para al menos el 60% de la longitud total de pala, preferiblemente al menos el 65% de la longitud total de pala, más preferiblemente al menos el 75% de la longitud total de pala.

[0027] El grosor relativo de cada pala puede ser menor que 0,5, preferiblemente menor que 0,4, más preferiblemente menor que 0,36, para una longitud de al menos 0,05 R entre la raíz de pala y el punto de conexión, preferiblemente para una longitud de al menos 0,1 R entre la raíz de pala y el punto de conexión, y más preferiblemente para una longitud de al menos 0,2 R entre la raíz de pala y el punto de conexión.

[0028] El aerogenerador puede comprender además uno o más dispositivos aerodinámicos, tales como un generador de vórtices y/o un alerón de gurney y/o una barrera de pérdida, dispuestos entre la raíz de pala y la parte interior. En algunos ejemplos, el aerogenerador puede comprender, además o alternativamente, uno o más dispositivos aerodinámicos, tales como un generador de vórtices y/o un alerón de gurney y/o una barrera de pérdida, dispuestos en las inmediaciones del punto de conexión. El o cada dispositivo aerodinámico puede ayudar a mejorar el rendimiento aerodinámico y la generación de sustentación en las partes más gruesas de la pala de aerogenerador, tal como dentro de la parte interior y/o en las inmediaciones del punto de conexión.

[0029] En algunos ejemplos, cada pala puede tener una longitud total de pala R de al menos 70 m. Preferiblemente, cada pala puede tener una longitud total de pala R de al menos 80 m. Más preferiblemente, cada pala puede tener una longitud total de pala R de al menos 85 m. La provisión de un miembro de conexión de pala conectado a un punto de conexión en la pala facilita el uso de palas más largas que pueden capturar más energía del viento sin los inconvenientes relacionados con los requisitos estructurales en o cerca de la raíz de pala. Dicho de forma práctica, esto puede permitir, en muchos casos, palas más largas con un peso similar y/o palas más ligeras con una longitud similar a la de las palas de la técnica anterior.

[0030] Breve descripción de los dibujos

[0031] Ahora se describirán ejemplos de la presente invención, a modo de ejemplo no limitante solamente, con referencia a las figuras que se acompañan, en las que:

[0032] la Figura 1 es una vista esquemática de un aerogenerador que comprende un rotor que tiene una pluralidad de palas de aerogenerador y miembros de conexión de pala;

[0033] la Figura 2 es una vista en planta de una pala de aerogenerador que comprende un punto de conexión para conectar un miembro de conexión de pala a la pala;

[0034] la Figura 3 es una vista en sección transversal de una parte del perfil aerodinámico de la pala de aerogenerador; la Figura 4 muestra una distribución de carga esquemática de una pala de la invención en comparación con una pala típica de la técnica anterior;

[0035] la Figura 5 es una representación esquemática de una progresión del grosor de una pala que comprende un grosor mínimo local dentro de una parte interior;

[0036] la Figura 6 es una representación esquemática de una progresión del grosor de una pala que comprende un grosor sustancialmente constante dentro de la parte interior;

[0037] la Figura 7 es una representación esquemática de una progresión del grosor relativo de una pala que comprende un grosor relativo mínimo local dentro de una parte interior;

[0038] la Figura 8 es una representación esquemática de una progresión del grosor relativo de una pala que comprende un grosor relativo sustancialmente constante dentro de la parte interior; y

[0039] la Figura 9 es una vista esquemática de un aerogenerador que comprende un rotor que tiene un miembro de pretensión conectado entre un miembro de conexión de pala y una parte de buje.

[0040] Descripción detallada

[0041] La Figura 1 muestra un aerogenerador 10 que comprende una torre 12 y una góndola 14 montada sobre la torre 12. Un rotor 16 está montado en la góndola 14, y el rotor 16 comprende un buje 18 y una pluralidad de palas de aerogenerador 20 de paso variable. En este ejemplo, el aerogenerador 10 comprende de tres palas 20 de paso variable. Las palas de aerogenerador 20 están conectadas al buje 18 a través de mecanismos de paso respectivos (no mostrados), por medio de los cuales las palas 20 se pueden hacer girar con relación al buje 18. Como tal, el paso de las palas de aerogenerador 20 se puede controlar con dependencia de la velocidad relativa del viento incidente para asegurar que las palas 20 se orienten con un ángulo de ataque ventajoso para capturar la energía del viento.

[0042] Haciendo referencia además a la Figura 2, cada pala 20 se extiende desde la raíz de pala 22 hasta la punta de pala 24 en una dirección en el sentido de la envergadura (S). La pala 20 se define en la presente memoria de manera adimensional como que tiene una longitud total de pala R. Como tal, la raíz de pala 22 define una posición radial r = 0, y la punta de pala 24 define una posición radial r = R. En algunos ejemplos, la longitud total de pala R puede ser de al menos 70 m.

[0043] Con referencia ahora a la Figura 3, que muestra una vista esquemática en sección transversal de una pala 20, cada pala 20 comprende un lado de barlovento 26 y un lado de sotavento 28 que se encuentran en un borde de ataque 30 y un borde de salida 32 de la pala 20 para definir un perfil aerodinámico. El perfil aerodinámico genera una fuerza de sustentación cuando el viento es incidente sobre la pala 20, y la fuerza de sustentación hace que el rotor 16 gire y accione un generador (no mostrado) para producir energía eléctrica. La pala 20 comprende una cuerda (Ch), que es la distancia entre el borde de ataque 30 y el borde de salida 32. Además, la pala 20 comprende un grosor (Th), que es la mayor distancia entre los lados de barlovento y de sotavento 26, 28, ortogonal a la cuerda (Ch). El grosor relativo de la pala 20 es la relación de grosor (Th) a cuerda (Ch) en una posición radial r dada a lo largo de la longitud R de la pala 20.

[0044] Como se señaló anteriormente a modo de antecedentes, las partes más gruesas de la pala 20, o las partes que tienen un grosor relativo elevado, típicamente tienen una relación de planeo (que es la relación de coeficiente de sustentación a coeficiente de resistencia aerodinámica) relativamente baja en los ángulos de ataque operativos cuando el viento es incidente sobre la pala 20. Como tal, en las palas de aerogeneradores existentes, los perfiles aerodinámicos gruesos cerca de la raíz de pala, que se requieren para soportar las cargas experimentadas por la pala en uso, son más sensibles a la rugosidad de la superficie y, típicamente, no añaden mucho a la potencia producida por el aerogenerador. De hecho, tales partes más gruesas pueden causar resistencia aerodinámica, lo que es perjudicial para el rendimiento aerodinámico de la pala.

[0045] No obstante, el aerogenerador 10 de la presente invención facilita ventajosamente el uso de palas de aerogenerador 20 mejoradas aerodinámicamente, que pueden capturar más energía del viento, para mejorar por ello la capacidad de producción de energía del aerogenerador 10.

[0046] Con referencia de nuevo a las Figuras 1 y 2, las palas 20 del aerogenerador 10 comprenden un punto de conexión 33 situado en una primera posición radial (r1) entre la raíz de pala 22 y la punta de pala 24. El aerogenerador 10 comprende además uno o más miembros de conexión de pala 34 conectados entre el punto de conexión 33 y un punto de conexión correspondiente en una pala 20 colindante. Los miembros de conexión de pala 34 pueden ser cables de conexión de pala 34. Como tal, se puede hacer referencia, por lo tanto, al rotor 16 montado en la góndola 14 como rotor atirantado por cable 16. El miembro de conexión de pala 34 se puede conectar a la pala 20 en el punto de conexión 33 en la posición radial r1 a través de un acoplamiento giratorio (no mostrado), de manera que la pala 20 se pueda cabecear, es decir, girar, con relación al buje 18 mientras que está conectada al miembro de conexión de pala 34. El miembro de conexión de pala 34 de las palas de aerogenerador 20 se pueden disponer adyacentes entre sí, tal como unos junto a otros o incluso compartiendo algunos elementos estructurales del punto de conexión 33. Por ejemplo, dos miembros de conexión de pala 34 (conectados a diferentes palas 20 en sus extremos opuestos) se pueden conectar al mismo punto de conexión 33 de una pala 20. Esto tiene la ventaja de que cuando se aplica tensión en los miembros de conexión de pala 34, entonces la pala 20 se ve afectada por una fuerza combinada y, por lo tanto, la pala 20 no se expondrá a tensión en dos direcciones diferentes por los miembros de conexión de pala 34. Además, cuando los puntos de conexión 33 son adyacentes entre sí o se usa el mismo punto de conexión 33 para ambos miembros de conexión de pala 34, es posible disponer el punto o puntos de conexión 33 de ambos miembros de conexión de pala 34 más cerca o incluso sobre el eje de paso de pala.

[0047] Cada miembro de conexión de pala 34 absorbe una proporción de la carga experimentada por la pala 20 en uso y proporciona una trayectoria de carga adicional a través de la cual transferir cargas al buje 18 y/o entre las palas 20. Los miembros de conexión de pala 34 conectados entre palas 20 colindantes supone que las palas 20 se ‘soporten’ parcialmente entre sí, de modo que algo de las cargas se pueda transferir entre las palas 20 mediante un miembro de conexión 34. Además, los miembros de conexión de pala 34 facilitan la transferencia o descarga de algo de la carga al buje 18. El miembro de conexión de pala 34 proporciona una trayectoria de carga que evita la raíz de pala 22 y una parte de la pala 20 entre la raíz de pala 22 y el punto de conexión 33 en r1.

[0048] En ejemplos preferidos, el punto de conexión 33 puede estar situado en un intervalo radial de la pala 20 entre r = 0,35 R y r = 0,50 R. Proporcionar el punto de conexión 33 en este intervalo radial puede permitir ventajosamente que el miembro de conexión de pala 34 absorba una proporción significativa de las cargas experimentadas por la pala 20 en uso. En algunos ejemplos, el aerogenerador 10 puede comprender además un miembro de pretensión 38, tal como un cable de pretensión 38, que puede ser ajustable para aumentar o disminuir la tensión en el miembro de conexión de pala 34 y controlar por ello cuanta carga se transfiere de la pala 20 hacia el miembro de conexión de pala 34. El miembro de pretensión 38 puede estar conectado en un extremo a uno o más miembros de conexión de pala 34, y en el otro extremo al buje 18, como se muestra en la Figura 1, o a una parte de buje 36, como se muestra en la Figura 9.

[0049] Haciendo referencia brevemente a la Figura 4, la distribución de carga mostrada esquemáticamente en la Figura 4 muestra cómo las cargas sobre la pala 20, por ejemplo, las cargas en el sentido del flanco y en el sentido del borde disminuyen dentro del punto de conexión 33 en r1, debido a que una parte de la carga se transfiere al miembro de conexión de pala 34, en comparación con una pala 20 sin los miembros de conexión de pala 34. La provisión de un miembro de conexión de pala 34 conectado a la pala 20 en el punto de conexión 33 reduce, por lo tanto, las cargas experimentadas por la pala 20 dentro del punto de conexión 33. Por consiguiente, los requisitos estructurales de la pala 20 dentro del punto de conexión 33 son menores en comparación con las palas de la técnica anterior, y el rendimiento aerodinámico de la pala 20, por lo tanto, se puede mejorar, en la medida que se puede permitir de manera segura que el diseño de pala equilibrado entre el rendimiento estructural frente al rendimiento aerodinámico, cambie más hacia el rendimiento aerodinámico.

[0050] En particular, y con referencia de nuevo a la Figura 2, la pala de aerogenerador 20 comprende una parte interior 40 entre la raíz de pala 22 y el punto de conexión 33, en el que la pala 20 está configurada para un rendimiento aerodinámico mejorado. Por ejemplo, la parte interior 40 puede extenderse en un intervalo radial de entre r = 0,2 R y r = 0,55 R. En algunos ejemplos, la parte interior 40 puede extenderse a lo largo de una longitud de al menos 0,05 R, pero preferiblemente no mayor que una longitud de 0,3 R.

[0051] Ahora se describirá la parte interior 40 de la pala de aerogenerador 20, con referencia a las Figuras 5 a 8. Haciendo referencia, inicialmente, a la Figura 5, pero con referencia continua también a las figuras anteriores, el grosor (Th) de la pala 20 puede tener un mínimo local 42 dentro de la parte interior 40. Es decir, el grosor (Th) de la pala 20 puede disminuir dentro de la parte interior 40 hasta un punto de inflexión en el mínimo local 42, a partir de lo cual aumenta el grosor (Th). Por ejemplo, el grosor (Th) de la pala 20 puede disminuir desde la raíz de pala 22, moviéndose fuera hasta el mínimo local 42, y aumentar moviéndose fuera desde el mínimo local 42 hacia el punto de conexión 33. Reducir el grosor (Th) de la pala 20 a un mínimo local 42 dentro de la parte interior 40 proporciona un rendimiento aerodinámico mejorado sobre las palas típicas que tienen perfiles aerodinámicos más gruesos en una parte comparable de la pala.

[0052] Preferiblemente, el mínimo local 42 se sitúa en un intervalo radial de entre 0,05 R y 0,1 R dentro desde el punto de conexión 33 en r1. Como tal, el mínimo local 42 está preferiblemente separado del punto de conexión 33 y el grosor (Th) de la pala 20 no se ve comprometido en las inmediaciones del punto de conexión 33 para asegurar que la pala 20 sea suficientemente fuerte en el punto de conexión. Es preferible para la parte interior 40 estar lo más cerca posible del punto de conexión 33, es decir, lo más hacia fuera posible, para aumentar la ventaja de la parte interior 40 aerodinámica y, por ello, aumentar la producción de potencia del aerogenerador 10, al tiempo que todavía está separada al menos 0,02 R, preferiblemente al menos 0,05 R dentro del punto de conexión 33, de manera que la pala 20 sea lo suficientemente fuerte en y cerca del punto de conexión 33.

[0053] Como se muestra en la Figura 6, en algunos ejemplos, el grosor (Th) de la pala 20 puede ser sustancialmente constante en la parte interior 40. Tal configuración puede facilitar una fabricación más sencilla y/o más rentable de la pala de aerogenerador 20. Además, en comparación con una pala de aerogenerador típica que no incluye una parte interior 40, que tiene un grosor (Th) sustancialmente constante, la pala de aerogenerador 20 usa ventajosamente menos material para su fabricación, y puede comprender perfiles aerodinámicos más delgados más cerca de la raíz de pala 22 en la posición radial r = 0. Como tal, el grosor (Th) constante en la parte interior 40 da como resultado una pala 20 que tiene un rendimiento aerodinámico mejorado.

[0054] Como se muestra en las Figuras 5 y 6, el grosor (Th) de la pala 20 disminuye preferiblemente moviéndose desde la raíz de pala 22 hasta la parte interior 40. Como tal, la raíz de pala 22 en la posición radial r = 0 tiene preferiblemente el mayor grosor (Th). En ejemplos preferidos, el grosor (Th) de la pala 20 disminuye de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala 22 hasta la parte interior 40. En tal configuración, los perfiles de pala hacen una transición de manera rápida de perfiles estructurales en o cerca de la raíz de pala 22 a perfiles aerodinámicamente más beneficiosos cerca y dentro de la parte interior 40.

[0055] Moviéndose fuera de la parte interior 40 hacia el punto de conexión 33 en r1, en algunos ejemplos el grosor (Th) de la pala 20 puede aumentar. Por ejemplo, la Figura 5 muestra cómo el grosor (Th) de la pala de aerogenerador 20 puede tener un máximo local 44 en las inmediaciones del punto de conexión 33. El grosor (Th) de la pala de aerogenerador 20 puede aumentar, por lo tanto, en o cerca del punto de conexión 33 para proporcionar una parte más gruesa y más fuerte de la pala 20 en la ubicación en la que se conecta el miembro de conexión de pala 34. Aunque no se muestra en la Figura 6, se apreciará que una pala de aerogenerador 20 que tiene un grosor (Th) sustancialmente constante en la parte interior 40 también puede comprender un máximo local de grosor (Th), como se describió anteriormente.

[0056] Haciendo referencia todavía a las Figuras 5 y 6, en algunos ejemplos, el grosor (Th) de la pala 20 puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde el punto de conexión 33 hasta la punta de pala 24. Por consiguiente, los perfiles aerodinámicos de la pala 20, que se mueven desde el punto de conexión 33 en r1 hasta la punta 24, se pueden configurar para un rendimiento aerodinámico mejorado para capturar la energía del viento incidente. En particular, fuera del punto de conexión 33, la pala 20 puede tener requisitos estructurales/de soporte de carga reducidos, de manera que perfiles aerodinámicos relativamente delgados con características aerodinámicas ventajosas se puedan usar fuera del punto de conexión 33.

[0057] Con referencia ahora a la Figura 7, en algunos ejemplos, el grosor relativo de la pala 20, es decir, la relación de grosor (Th) a cuerda (Ch) puede tener un mínimo local 46 dentro de la parte interior 40. Como se describió anteriormente, la disminución del grosor relativo proporciona un perfil aerodinámico más ventajoso que puede capturar más energía del viento para ayudar a aumentar la potencia total producida por el aerogenerador 10. El grosor relativo mínimo local 46 proporciona un perfil de pala aerodinámicamente ventajoso en la parte interior 40, en comparación con las palas típicas, que requerían perfiles gruesos y aerodinámicamente perjudiciales en tal región interior para resistir las cargas de flexión.

[0058] Como se muestra en la Figura 8, en algunos ejemplos, el grosor relativo de la pala 20 puede ser sustancialmente constante en la parte interior 40. Un grosor relativo sustancialmente constante puede resultar de un grosor (Th) sustancialmente constante y una cuerda (Ch) sustancialmente constante en la parte interior 40. Alternativamente, un grosor relativo sustancialmente constante puede resultar del grosor (Th) y la cuerda (Ch) de la pala 20 que aumentan o disminuyen sustancialmente a la misma tasa.

[0059] La fabricación de una pala 20 que comprende un grosor relativo sustancialmente constante en la parte interior 40 se puede simplificar en comparación con la fabricación de una pala de aerogenerador típica. Además, en comparación con una pala de aerogenerador típica que no incluye una parte interior 40 que tiene un grosor relativo sustancialmente constante, la pala de aerogenerador 20 puede comprender perfiles aerodinámicos con un grosor relativo aerodinámicamente ventajoso más cerca de la raíz de pala 22, es decir, a lo largo de más de la longitud total R de la pala 20. Como tal, el grosor relativo constante en la parte interior 40 da como resultado una pala 20 que tiene un rendimiento aerodinámico mejorado.

[0060] Como se muestra en las Figuras 7 y 8, el grosor relativo de la pala 20 puede estar entre 0,2 y 0,36 en toda la parte interior 40 en los ejemplos más preferidos. En comparación con las palas existentes, una pala 20 con un grosor relativo reducido en toda la parte interior 40, como se muestra en las Figuras 7 y 8, puede generar más sustentación a partir del viento incidente y, por ello, generar más potencia.

[0061] Además, como se muestra en las Figuras 7 y 8, el grosor relativo de la pala 20 disminuye preferiblemente moviéndose desde la raíz de pala 22 hasta la parte interior 40. Como tal, la raíz de pala 22 en la posición radial r = 0 preferiblemente tiene el mayor grosor relativo. Por ejemplo, la pala 20 puede tener un grosor relativo de 1 en la raíz de pala 22 en los ejemplos donde la raíz de pala 22 comprende un perfil circular. En ejemplos preferidos, el grosor relativo de la pala 20 puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala 22 hasta la parte interior 40. Como tal, la pala 20 puede llegar a ser optimizada más aerodinámicamente moviéndose desde la raíz de pala 22 hasta la parte interior 40.

[0062] Fuera de la parte interior 40, es decir, moviéndose desde la parte interior 40 hasta el punto de conexión 33, el grosor relativo de la pala 20 puede aumentar, como se muestra en la Figura 7. Por ejemplo, el grosor relativo de la pala 20 puede tener un máximo local 48 en las inmediaciones del punto de conexión 33. En algunos ejemplos, el grosor relativo se puede aumentar debido a un aumento de grosor (Th) en o cerca del punto de conexión 33 para proporcionar una parte más fuerte de la pala 20 en la ubicación en la que se fija el miembro de conexión de pala 34, como se describió anteriormente. En algunos ejemplos, el grosor relativo de la pala 20 puede estar entre 0,15 y 0,5 en el punto de conexión 33. Un grosor relativo en este rango puede proporcionar un compromiso ventajoso entre la resistencia de la pala y el rendimiento aerodinámico en el punto de conexión 33. Aunque no se muestra en la Figura 8, se apreciará que una pala de aerogenerador 20 que tiene un grosor relativo sustancialmente constante en la parte interior 40 también puede comprender un grosor relativo máximo local 48, como se describió anteriormente.

[0063] Como se muestra en las progresiones del grosor relativo en las Figuras 7 y 8, en algunos ejemplos, el grosor relativo de la pala 20 puede disminuir de manera estrictamente monótona moviéndose desde el punto de conexión 33 en r1 hasta la punta de pala 24. Como tal, fuera del punto de conexión 33, la pala 20 se puede configurar con perfiles aerodinámicos que ofrecen un rendimiento aerodinámico mejorado generando más sustentación.

[0064] El grosor relativo de la pala 20 es preferiblemente menor que 0,36 para una longitud de al menos 0,05 R entre la raíz de pala 22 y el punto de conexión 33. Como tal, la provisión de una trayectoria de carga adicional en la forma del miembro de conexión de pala 34 facilita ventajosamente el uso de una pala de aerogenerador 20 sustancialmente delgada, que está configurada para un rendimiento aerodinámico mejorado. En particular, el rotor 16, que comprende los miembros de conexión de pala 34, permite el uso de palas de aerogenerador 20 con perfiles aerodinámicos diseñados principalmente para el rendimiento aerodinámico, en lugar del rendimiento estructural, a lo largo de una mayor longitud o proporción de la pala 20.

[0065] Se apreciará que la progresión de grosor mostrada a modo de ejemplo en la Figura 5 puede describir la misma pala 20 que las progresiones de grosor relativo de las Figuras 6 o 7 en algunos ejemplos. De manera similar, se apreciará que la progresión de grosor mostrada a modo de ejemplo en la Figura 6 puede describir la misma pala 20 que las progresiones de grosor relativas en la Figura 7 u 8 en algunos ejemplos. No se proporciona una descripción detallada de cada configuración diferente para mayor concisión, pero se apreciará que la descripción respectiva proporcionada anteriormente en relación con cada una de las progresiones de grosor y de grosor relativo, es igualmente aplicable a los ejemplos que comprenden las combinaciones señaladas anteriormente.

[0066] Con el fin de mejorar aún más el rendimiento aerodinámico de la pala 20, en algunos ejemplos la pala 20 puede comprender uno o más dispositivos aerodinámicos 50 dispuestos entre la raíz de pala 22 y la parte interior 40, como se muestra esquemáticamente en la Figura 2. Los dispositivos aerodinámicos 50 pueden ayudar a compensar el rendimiento aerodinámico reducido en la parte de la pala 20 que tiene un mayor grosor (Th) y/o grosor relativo cerca de la raíz de pala 22. A modo de ejemplo, tales dispositivos aerodinámicos 50 pueden incluir uno o más de un generador de vórtices, un alerón de gurney o una barrera de pérdida. En algunos ejemplos, la pala 20 puede comprender, además o alternativamente, dispositivos aerodinámicos 50 en las inmediaciones del punto de conexión 33 para manipular el flujo de aire sobre la pala 20 cerca del punto de conexión 33, de manera que se minimice el efecto de resistencia aerodinámica o la turbulencia causada por el punto de conexión 33.

[0067] Se apreciará que la descripción anterior y las figuras que se acompañan se proporcionan meramente como ejemplo de la presente invención. Por lo tanto, son posibles muchas alternativas a los ejemplos específicos descritos anteriormente sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0068] Por ejemplo, el aerogenerador 10 mostrado a modo de ejemplo en la Figura 1, comprende un miembro de conexión de pala 34 conectado entre el punto de conexión 33 de una pala 20 y un punto de conexión 33 correspondiente en una pala 20 colindante, y puede comprender un miembro de pretensión 38 conectado entre el miembro de conexión de pala 34 y el buje 18. No obstante, como se muestra en la Figura 9, en algunos ejemplos, el aerogenerador 10 puede comprender, además o alternativamente, un miembro de pretensión 38 conectado entre uno o más miembros de conexión de pala 34 y un punto de conexión 52 en una parte de buje 36 conectada al buje 18. Por ejemplo, la parte de buje 36 puede extenderse desde el buje 18 en una dirección contra el viento. Como tal, conectar el miembro de pretensión 38 a una parte de buje 36, tal como la mostrada en la Figura 9, puede hacer que la tensión en el miembro de conexión de pala 34 y en el miembro de pretensión 38 tire de la pala 20 contra el viento y lejos de la torre 12, aumentando por ello el espacio libre a la torre 12 y reduciendo el riesgo de que las palas 20 largas golpeen la torre 12 en condiciones de viento fuerte.

[0069] Además, aunque no se muestra en las figuras que se acompañan, el grosor (Th) y/o la cuerda (Ch) de la pala 20 pueden ser sustancialmente constantes en o cerca del punto de conexión 33. Tal configuración puede facilitar un proceso de fabricación más sencillo para la pala 20. Además, tal configuración puede facilitar la provisión de la pala 20 como una pala modular que comprende dos o más módulos de pala (no mostrados). Tal configuración puede permitir la fabricación de palas con una longitud ajustable mediante la sustitución solamente de un módulo de pala menor. Los módulos de pala se pueden conectar en una unión en una parte de la pala 20 que tiene un grosor (Th) y/o una cuerda (Ch) sustancialmente constantes, lo que facilita la fabricación de los módulos de pala y la alineación de los módulos cuando se ensambla la pala 20. El punto de conexión 33 para conectar el miembro de conexión de pala 34 a la pala 20 se puede proporcionar en la unión en algunos ejemplos preferidos. Ventajosamente, una pala modular 20 se puede reforzar en la unión entre los módulos de pala, y conectar el miembro de conexión de pala 34 en la unión puede asegurar, por lo tanto, que el miembro de conexión de pala 34 se conecte a una parte fuerte de la pala 20.

[0070] Se apreciará que, en todos los ejemplos descritos en la presente memoria, el miembro de conexión de pala 34 proporciona una trayectoria de carga complementaria para que una proporción de las cargas de pala eviten la parte interior 40 y la raíz de pala 22. Como tal, todas las configuraciones descritas en la presente memoria facilitan la provisión de una pala de aerogenerador 20 que tiene un grosor (Th) y/o un grosor relativo que son sustancialmente constantes o tienen un mínimo local 42, 46 dentro de la parte interior 40, debido a que la parte interior 40 de la pala 20 se requiere que absorba y transfiera menos carga. El uso de un rotor de paso variable 16 que comprende miembros de conexión de pala 34 facilita, por lo tanto, el uso de palas de aerogenerador 20 más optimizadas aerodinámicamente, lo que ayuda a aumentar la producción anual de energía (AEP) del aerogenerador 10.

[0072] Además, un rotor de paso variable 16, tal como los descritos en la presente memoria, que comprende miembros de conexión de pala 34, puede comprender palas 20 que son hasta un 20 % más ligeras en peso en comparación con las palas típicas de un tamaño comparable. De ello se deduce que un rotor 16 que comprende miembros de conexión de pala 34 y que tiene el mismo peso que un rotor estándar puede comprender palas 20 más largas. Como tal, en algunos ejemplos, un rotor 16 como se describe en la presente memoria se puede montar en un aerogenerador 10 existente para aumentar la producción de potencia potencial del aerogenerador 10 sin aumentar la carga sobre el cojinete principal y/o sin aumentar las dimensiones de la raíz de pala y del buje.

[0074] La descripción proporcionada en la presente memoria sirve para mostrar una pluralidad de ejemplos posibles de la presente invención. Las características descritas en relación con cualquiera de los ejemplos anteriores se pueden combinar fácilmente con cualquier otra característica descrita con referencia a diferentes ejemplos sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un aerogenerador (10) que comprende una torre, una góndola montada en la torre y un rotor montado en la góndola, el rotor (16) que comprende un buje y al menos tres palas de aerogenerador con paso variable, conectadas al buje a través de mecanismos de paso respectivos,

cada pala (20) que se extiende desde una raíz de pala (22) que define una posición radial r = 0 hasta una punta de pala que define una posición radial r = R;

cada pala que comprende un lado de barlovento y un lado de sotavento que se encuentran en un borde de ataque (30) y un borde de salida (32) para definir un perfil aerodinámico, una cuerda que es la distancia entre los bordes de ataque y de salida, y un grosor relativo que es la relación de grosor a cuerda, el perfil aerodinámico que tiene un grosor que es la mayor distancia entre los lados de barlovento y de sotavento, ortogonal a la cuerda;

cada pala que comprende un punto de conexión (33) situado en una primera posición radial (r1) entre la raíz de pala y la punta de pala, y el aerogenerador que comprende además uno o más miembros de conexión de pala (34) conectados entre el punto de conexión y un punto de conexión correspondiente en una pala colindante, caracterizado por que el grosor y/o el grosor relativo de cada pala son sustancialmente constantes o tienen un mínimo local dentro de una parte interior de la pala entre la raíz de pala y el punto de conexión.

2. El aerogenerador de la reivindicación 1, en donde la parte interior se extiende en un intervalo radial de entre r = 0,2 R y r = 0,55 R, preferiblemente entre r = 0,3 R y r = 0,50 R, más preferiblemente entre r = 0,35 R y r = 0,45 R.

3. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde en toda la parte interior de cada pala, el grosor relativo está entre 0,15 y 0,50, preferiblemente entre 0,18 y 0,4, más preferiblemente entre 0,20 y 0,36.

4. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor y/o el grosor relativo de cada pala disminuyen moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior.

5. El aerogenerador de la reivindicación 4, en donde el grosor y/o el grosor relativo de cada pala disminuyen de manera estrictamente monótona moviéndose desde la raíz de pala hasta la parte interior.

6. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor y/o el grosor relativo de cada pala aumenta moviéndose desde la parte interior hasta el punto de conexión.

7. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el mínimo local se sitúa en un intervalo radial de entre 0,02 R y 0,25 R, preferiblemente entre 0,05 R y 0,15 R, más preferiblemente entre 0,05 R y 0,1 R, dentro del punto de conexión.

8. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el punto de conexión de cada pala se sitúa en un intervalo radial entre r = 0,20 R y r = 0,6 R, preferiblemente entre r = 0,3 R y r = 0,55 R, más preferiblemente entre r = 0,35 R y r = 0,50 R.

9. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor relativo de cada pala en el punto de conexión está entre 0,15 y 0,5, preferiblemente entre 0,20 y 0,40, más preferiblemente entre 0,24 y 0,36.

10. La pala de aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor y/o el grosor relativo de la pala tienen un máximo local en las inmediaciones del punto de conexión.

11. El aerogenerador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el grosor y/o la cuerda y/o la torsión de la pala son sustancialmente constantes en o cerca del punto de conexión (r1).

12. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor y/o el grosor relativo de cada pala disminuyen de manera estrictamente monótona moviéndose desde el punto de conexión hasta la punta de pala.

13. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde el grosor relativo de cada pala es menor que 0,5, preferiblemente menor que 0,4, más preferiblemente menor que 0,36, para una longitud de al menos 0,05 R entre la raíz de pala y el punto de conexión, preferiblemente para una longitud de al menos 0,1 R entre la raíz de pala y el punto de conexión, más preferiblemente para una longitud de al menos 0,2 R entre la raíz de pala y el punto de conexión.

14. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, que comprende además uno o más dispositivos aerodinámicos, tales como generadores de vórtices y/o alerones de gurney y/o barreras de pérdida, dispuestos entre la raíz de pala y la parte interior y/o en las inmediaciones del punto de conexión.

15. El aerogenerador de cualquier reivindicación anterior, en donde cada pala tiene una longitud total de pala R de al menos 70 m, preferiblemente al menos 80 m, más preferiblemente al menos 85 m.