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ES2983496T3 - Un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica - Google Patents

Un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica Download PDF

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ES2983496T3
ES2983496T3 ES17761280T ES17761280T ES2983496T3 ES 2983496 T3 ES2983496 T3 ES 2983496T3 ES 17761280 T ES17761280 T ES 17761280T ES 17761280 T ES17761280 T ES 17761280T ES 2983496 T3 ES2983496 T3 ES 2983496T3
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ES
Spain
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edge portion
vortex generating
generating device
fin
base
Prior art date
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Active
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ES17761280T
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English (en)
Inventor
Jesper Madsen
Jesper Høeg
Kim Ansholm Rasmussen
Danny Kedochim
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LM Wind Power AS
Original Assignee
LM Wind Power AS
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Publication date
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Abstract

Se describe un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica, y una pala de turbina eólica, comprendiendo el dispositivo generador de vórtices una base con un lado interior y un lado exterior, y una primera aleta que sobresale del lado exterior y se extiende a lo largo de un primer eje de aleta, en donde el dispositivo generador de vórtices es un dispositivo generador de vórtices de una sola aleta, y la base tiene una primera parte de borde y una segunda parte de borde, formando la primera parte de borde y la segunda parte de borde un ángulo primario en el rango de 5 grados a 60 grados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica
Campo técnico
[0001]La presente divulgación se refiere a un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica y, en particular, para montarse en una superficie exterior de una pala de turbina eólica. Además, la presente divulgación se refiere a una pala de turbina eólica con uno o más generadores de vórtices montados en una superficie de la misma.
Antecedentes
[0002]En el esfuerzo por desarrollar turbinas eólicas más eficaces, se sabe cómo mejorar las propiedades aerodinámicas de las palas de turbina eólica proporcionando dispositivos generadores de vórtices en una superficie de la pala de turbina eólica.
[0003]El documento EP 2975259 A1 muestra un dispositivo generador de vórtices de aleta única con una base que tiene un borde curvado.
[0004]El documento DE 102011 122140 A1 divulga un generador de vórtices que tiene un soporte provisto de un ala.
[0005]El documento EP 3020 964 A1 divulga un generador de vórtices localizado en la superficie de una pala de rotor, de modo que los rayos se guíen a un receptor de rayos por el vórtice generado por el generador de vórtices.
[0006]A pesar de los dispositivos generadores de vórtices conocidos, todavía existe una necesidad de desarrollar dispositivos generadores de vórtices y palas de turbina eólica que tengan un dispositivo generador de vórtices montado en las mismas con alta flexibilidad de diseño, resistencia de montaje mejorada y/o propiedades aerodinámicas.
Breve explicación
[0007]En consecuencia, existe una necesidad de obtener dispositivos generadores de vórtices y palas de turbina eólica que faciliten o proporcionen resistencia de montaje mejorada del dispositivo generador de vórtices. Además, un objetivo de la invención es proporcionar dispositivos que aborden los problemas anteriores, en particular, proporcionando resistencia de montaje mejorada y/o uniforme del dispositivo generador de vórtices. La invención se define por la reivindicación independiente.
[0008]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 con mayor detalle 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.
[0009]Se divulga un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica, comprendiendo el dispositivo generador de vórtices una base con un lado interior y un lado exterior; y una primera aleta(“fin")que sobresale del lado exterior y se extiende a lo largo de un primer eje de aleta.
[0010]El dispositivo generador de vórtices es un dispositivo generador de vórtices de aleta única, es decir, el dispositivo generador de vórtices solo tiene una aleta. Un dispositivo generador de vórtices de aleta única incrementa la libertad de diseño del diseñador de la pala de turbina eólica con respecto a la posición y configuración de un sistema de dispositivo generador de vórtices.
[0011]También se divulga un dispositivo generador de vórtices para una pala de turbina eólica, comprendiendo el dispositivo generador de vórtices una base con un lado interior y un lado exterior; sobresaliendo una primera aleta del lado exterior y extendiéndose a lo largo de un primer eje de aleta, teniendo la primera aleta un primer extremo principal y un primer extremo secundario; y sobresaliendo una segunda aleta del lado exterior y extendiéndose a lo largo de un segundo eje de aleta, teniendo la segunda aleta un segundo extremo principal y un segundo extremo secundario con una distancia principal entre el primer extremo principal de la primera aleta y el segundo extremo principal de la segunda aleta, y una distancia secundaria entre el primer extremo secundario de la primera aleta y el segundo extremo secundario de la segunda aleta, en el que la distancia principal es más grande que la distancia secundaria. La primera aleta tiene una primera altura de aleta principal en el primer extremo principal y una primera altura de aleta secundaria en el primer extremo secundario, en las que la primera altura de aleta principal es opcionalmente más pequeña que la primera altura de aleta secundaria.
[0012]La base puede ser simétrica alrededor del primer eje de aleta. La base tiene un borde que comprende una o más partes de borde, incluyendo una primera parte de borde y/o una segunda parte de borde. La primera parte de borde y la segunda parte de borde pueden ser rectas. La primera parte de borde y la segunda parte de borde pueden formar un ángulo principal en el intervalo de 5 grados a 60 grados. La primera parte de borde y la segunda parte de borde, al ser rectas, y/o el ángulo principal, al estar en el intervalo de 5 a 60 grados, pueden proporcionar una fácil alineación del generador de vórtices, ya que las partes de borde se pueden alinear con la pala de turbina eólica, tal como perpendiculares a la dirección longitudinal de la pala de turbina eólica.
[0013]La primera parte de borde puede tener una primera longitud, también indicada como L1, más grande que 10 mm, tal como en el intervalo de 20 mm a 140 mm.
[0014]La segunda parte de borde puede tener una segunda longitud, también indicada como L2, más grande que 10 mm, tal como en el intervalo de 20 mm a 140 mm.
[0015]El ángulo principal entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde puede estar en el intervalo de 5 grados a 30 grados, tal como en el intervalo de 15 grados a 30 grados, preferentemente 24 grados.
[0016]La primera aleta se extiende a lo largo de un primer eje de aleta, siendo el primer eje de aleta paralelo a la base. Un primer ángulo de aleta principal entre la primera parte de borde y el primer eje de aleta puede estar en el intervalo de 5 grados a 30 grados, tal como en el intervalo de 5 grados a 20 grados, preferentemente 12 grados. Uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares pueden tener un primer ángulo de aleta principal en el intervalo de 0,4*V1 a 0,6*V1, tal como 0,5*V1, donde V1 es el ángulo principal entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde.
[0017]Un primer ángulo de aleta secundario entre la segunda parte de borde y el primer eje de aleta puede estar en el intervalo de 5 grados a 30 grados, tal como en el intervalo de 5 grados a 20 grados, preferentemente 12 grados. Uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares pueden tener un primer ángulo de aleta secundario en el intervalo de 0,4*V1 a 0,6*V1, tal como 0,5*V1, donde V1 es el ángulo principal entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde. En otras palabras, la aleta puede estar sustancialmente centrada entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde.
[0018]Los primeros ángulos de aleta más grandes de 5 grados entre la primera/segunda parte de borde y el primer eje de aleta conllevan que una de las primera o segunda partes de borde sea sustancialmente perpendicular al borde de ataque de la pala de turbina eólica al montarse en la pala de turbina eólica, es decir, sustancialmente paralela con el flujo de aire, reduciendo, a su vez, el ruido u otros efectos de turbulencia no deseados.
[0019]El dispositivo generador de vórtices divulgado en el presente documento posibilita un montaje preciso y/o simple del dispositivo generador de vórtices en una pala de turbina eólica con riesgo reducido de errores de montaje, tales como una unión débil del dispositivo generador de vórtices a la pala de turbina eólica. Además, la base del dispositivo generador de vórtices hace que el montaje de los dispositivos generadores de vórtices sea más sólido y/o reduce los efectos de ruido en las palas de turbina eólica.
[0020]El dispositivo generador de vórtices se puede hacer de o al menos comprender madera, aluminio o acero inoxidable. Sin embargo, de acuerdo con un modo de realización ventajoso, el dispositivo de alteración de flujo está hecho de o al menos comprende un material polimérico, tal como TPU, PBT, PET o LDPE. El dispositivo generador de vórtices también se puede hacer de policarbonato (PC) o una combinación de PBT y PC. En consecuencia, de acuerdo con un modo de realización ventajoso, el dispositivo generador de vórtices se puede moldear.
[0021]El borde de la base puede comprender una tercera parte de borde. Se pretende opcionalmente que la tercera parte de borde esté orientada hacia el borde de salida de la pala de turbina eólica y también se puede indicar como parte de borde de salida. La tercera parte de borde puede formar un primer ángulo secundario con la primera parte de borde, en la que el primer ángulo secundario opcionalmente está en el intervalo de 45 grados a 120 grados, tal como en el intervalo de 70 grados a 85 grados. La tercera parte de borde puede formar un segundo ángulo secundario con la segunda parte de borde, en la que el segundo ángulo secundario está opcionalmente en el intervalo de 45 grados a 120 grados, tal como en el intervalo de 70 grados a 85 grados. La diferencia entre el primer ángulo secundario y el segundo ángulo secundario puede ser menor que 10 grados, por ejemplo, menor que 5 grados, facilitando, por tanto, un dispositivo generador de vórtices sustancialmente simétrico en la base. Un dispositivo generador de vórtices simétrico en la base se puede usar tanto como primera aleta como segunda aleta de un par de aletas. La tercera parte de borde puede ser perpendicular al primer eje de aleta. La tercera parte de borde puede ser recta. La tercera parte de borde puede tener una tercera longitud, también indicada como L3, más grande que 5 mm, tal como en el intervalo de 10 mm a 80 mm. En uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares, la tercera longitud es al menos 0,5 veces la máxima altura de aleta, tal como en el intervalo de 0,7 a 1,5 veces la máxima altura de aleta.
[0022]El lado interior de la base o al menos una parte del mismo puede ser cóncavo. Por tanto, el lado interior puede comprender una parte de superficie cóncava. En consecuencia, el dispositivo generador de vórtices se puede adaptar para acomodarse a una superficie curvada, tal como la superficie de una pala de turbina eólica. Por supuesto, toda la base, es decir, tanto el lado interior como el lado exterior, puede estar curvada, pero no se necesita que los dos lados tengan la misma curvatura. La curvatura se puede establecer como un promedio de la curvatura de las secciones de pala, para lo que se pretende que los dispositivos estén curvados previamente para encajarse en un gran número de diferentes palas y/o secciones de pala.
[0023]El borde de la base puede comprender una cuarta parte de borde. La cuarta parte de borde puede ser recta. La cuarta parte de borde recta puede tener una cuarta longitud, también indicada como L4, más grande que 1 mm, tal como en el intervalo de 3 mm a 10 mm. La cuarta parte de borde puede ser perpendicular al primer eje de aleta.
[0024]El borde de la base puede comprender una o más partes de borde de esquina, conectando una parte de borde de esquina dos partes de borde rectas o sustancialmente rectas. Las una o más partes de borde de esquina pueden comprender una primera parte de borde de esquina de ataque entre la primera parte de borde y la cuarta parte de borde o entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde. Las una o más partes de borde de esquina pueden comprender una primera parte de borde de esquina de salida entre la primera parte de borde y la tercera parte de borde o entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde. Las una o más partes de borde de esquina pueden comprender una segunda parte de borde de esquina de ataque entre la segunda parte de borde y la cuarta parte de borde. Las una o más partes de borde de esquina pueden comprender una segunda parte de borde de esquina de salida entre la segunda parte de borde y la tercera parte de borde. Una parte de borde de esquina, tal como la primera parte de borde de esquina de ataque y/o la primera parte de borde de esquina de salida y/o la segunda parte de borde de esquina de ataque y/o la segunda parte de borde de esquina de salida, puede estar curvada. Por ejemplo, una parte de borde de esquina, tal como la primera parte de borde de esquina de ataque y/o la primera parte de borde de esquina de salida y/o la segunda parte de borde de esquina de ataque y/o la segunda parte de borde de esquina de salida, puede tener un radio de curvatura en el intervalo de 3 mm a 20 mm, tal como en el intervalo de 10 mm a 15 mm. Las primera y segunda partes de esquina de borde de ataque pueden tener el mismo radio de curvatura. Las primera y segunda partes de esquina de borde de salida pueden tener el mismo radio de curvatura, siendo opcionalmente igual o diferente del radio de curvatura de las primera y segunda partes de esquina de borde de ataque. Las esquinas curvadas pueden proporcionar un mejor flujo de aire a través de la base del generador de vórtices, por ejemplo, las esquinas curvadas pueden mejorar las propiedades aerodinámicas de la base del generador de vórtices.
[0025]La anchura de la base es la máxima distancia de borde de la base perpendicular al primer eje de aleta y la longitud de la base es la máxima distancia de borde de la base paralela al primer eje de aleta. La anchura de la base puede ser al menos 0,8 veces la máxima altura de aleta, por ejemplo, en el intervalo de 1,0 a 1,5 veces la máxima altura de aleta. La anchura de la base puede ser menor que 2 veces la máxima altura de aleta. La anchura de la base puede estar en el intervalo de 20 mm a 80 mm.
[0026]La primera aleta tiene un primer extremo principal y un segundo extremo principal y tiene una longitud de aleta de al menos 0,5 veces la longitud de la base (distancia entre partes de borde) en la dirección del primer eje de aleta. Uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares tienen una longitud de aleta de al menos 0,8 veces la longitud de la base. La longitud de aleta, también indicada como Laleta, puede estar en el intervalo de 35 mm a 130 mm.
[0027]El dispositivo generador de vórtices puede comprender un material adhesivo en el lado interior de la base. El material adhesivo puede comprender una cinta adhesiva, tal como una cinta adhesiva doble. El material adhesivo se puede cubrir por una capa despegable. De este modo, el material adhesivo se puede proteger para mantener las propiedades adhesivas del material adhesivo hasta que el dispositivo generador de vórtices se monte en una pala de turbina eólica. El material adhesivo puede comprender una capa de material comprimible que se puede usar para compensar las variaciones para encajarse exactamente en la curvatura de la pala de turbina eólica.
[0028]El material adhesivo tiene propiedades adhesivas, conformación y tamaño (área) que proporcionan suficiente fuerza adhesiva para montar de forma segura el dispositivo generador de vórtices en la superficie de la pala de turbina eólica. El material adhesivo puede ser un material o cinta sensible a la presión, proporcionando, de este modo, una solución simple al encajar el dispositivo generador de vórtices en la superficie de una pala de turbina eólica, ya que el trabajador solo tiene que aplicar presión al lado exterior de la base y/o a la aleta del dispositivo generador de vórtices. El material adhesivo se puede basar en acrílico, por ejemplo, una cinta de espuma acrílica. El material adhesivo puede tener un grosor en el intervalo de 0,5 mm a 3 mm, preferentemente en el intervalo de 0,5 mm a 1,5 mm.
[0029]El material adhesivo puede tener una o más hendiduras o cortes, por ejemplo, para reducir la formación de burbujas de aire entre la base/dispositivo generador de vórtices y la superficie de la pala de turbina eólica. Las una o más hendiduras o cortes se pueden hacer en el material/cinta adhesivo/a para reducir el riesgo de que quede aire atrapado dentro de la cinta durante el montaje, lo que reduce la máxima distancia para los puntos en la superficie del material adhesivo a un borde del material adhesivo. Cuando el material/cinta adhesivo/a se presiona hacia la superficie de pala, el material adhesivo tiende a unirse a lo largo del borde del material adhesivo, lo que, a continuación, funciona como un sellado donde el aire en el centro del material adhesivo no puede escapar. Las una o más hendiduras, tales como una primera hendidura, aseguran que el aire pueda salir, mejorando, por tanto, la calidad de unión. Una hendidura puede tener una anchura constante o variable. Una hendidura puede tener una profundidad de al menos 10 mm. En uno o más dispositivos de alteración de flujo ejemplares, una hendidura, por ejemplo, la primera hendidura y/o al menos un canal, se extiende desde la tercera parte de borde (parte de borde de salida) del dispositivo de alteración de flujo para reducir el riesgo de que agua o residuos queden atrapados en el rebajo. La primera hendidura puede ser recta o curvada. En uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares, la primera hendidura es recta y paralela (± 5 grados) con el primer eje de aleta.
[0030]El material adhesivo puede estar conformado en V, conformado en E, conformado en U o conformado como tridente, por ejemplo, para reducir la formación de burbujas de aire entre el dispositivo generador de vórtices y la superficie de la pala de turbina eólica. El material adhesivo puede comprender una primera parte, que tiene opcionalmente una porción principal con una o más porciones de pata que se extienden desde la porción principal. Una primera porción de pata y una segunda porción de pata de una o más porciones de pata pueden ser paralelas o estar en ángulo, por ejemplo, en al menos 5 grados. Una porción de pata puede ser recta. El material adhesivo puede comprender una segunda parte, por ejemplo, separada de la primera parte por un canal o al menos una sección de canal del canal. El material adhesivo puede comprender una tercera parte, por ejemplo, separada de la primera parte y/o de la segunda parte por un canal o al menos una sección/secciones de canal del canal. Una primera parte y una segunda parte del material adhesivo pueden formar o estar separadas por un canal o hueco entre ellas. Un canal o secciones de canal de un canal entre diferentes partes del material adhesivo pueden prevenir o al menos reducir el riesgo de que quede agua atrapada entre la superficie de la pala de turbina eólica y el dispositivo de alteración de flujo durante la operación de la pala de turbina eólica y, operando, por tanto, como canal de drenaje. Una primera sección de canal de un canal formado en el material adhesivo se puede extender desde el primer borde lateral del dispositivo generador de vórtices. Una segunda sección de canal de un canal formado en el material adhesivo se puede extender desde el segundo borde lateral del dispositivo generador de vórtices. Una tercera sección de canal de un canal formado en el material adhesivo se puede extender desde el tercer borde lateral del dispositivo generador de vórtices.
[0031]En uno o más dispositivos generadores de vórtices ejemplares, el lado interior de la base puede estar provisto de un primer rebajo o muesca para obtener el material adhesivo. De este modo, el material adhesivo, por ejemplo, en forma de cinta adhesiva, se puede insertar en el primer rebajo o muesca de modo que las partes circundantes del lado interior de la base protejan el material adhesivo, una vez que el dispositivo generador de vórtices se monta en la superficie de una pala de turbina eólica, puesto que las partes circundantes pueden entrar en contacto con la pala. En consecuencia, se puede reducir o eliminar la necesidad de sellar posteriormente las partes de borde de la base. Además, un rebajo puede permitir el uso de un material adhesivo más grueso, lo que puede reducir los costes de material y/o permite una alta libertad de diseño en la selección del material adhesivo.
[0032]La tabla 1 a continuación muestra valores de parámetros para los dispositivos generadores de vórtices de aleta única VG20, VG30, VG40 y VG50 ejemplares de acuerdo con la presente invención, donde la anchura es la máxima distancia de borde de la base perpendicular al primer eje de aleta y la longitud es la máxima distancia de borde de la base paralela al primer eje de aleta.
Breve descripción de los dibujos
[0033]La invención se explica en detalle a continuación con referencia a uno o más ejemplos mostrados en los dibujos, en los que
la fig. 1 muestra una vista esquemática de una turbina eólica,
la fig. 2 muestra una vista en perspectiva esquemática de una pala de turbina eólica,
la fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar,
la fig. 4 muestra una primera vista en perspectiva esquemática de dispositivos generadores de vórtices ejemplares de acuerdo con la presente invención,
la fig. 5 muestra una vista lateral exterior esquemática de los dispositivos generadores de vórtices de la fig. 4,
la fig. 6 muestra una vista lateral interior esquemática de un dispositivo generador de vórtices ejemplar,
la fig. 7A muestra una vista lateral interior esquemática de un dispositivo generador de vórtices ejemplar,
la fig. 7B muestra una vista lateral interior esquemática de un dispositivo generador de vórtices ejemplar,
la fig. 7C muestra una vista lateral interior esquemática de un dispositivo generador de vórtices ejemplar,
las figs. 8a-h muestran diferentes conformaciones de una primera aleta y/o una segunda aleta para dispositivos generadores de vórtices de acuerdo con la invención,
la fig. 9 muestra una pala de turbina eólica con dispositivos generadores de vórtices montados en una superficie de la misma,
la fig. 10 muestra una vista lateral exterior esquemática de un dispositivo generador de vórtices ejemplar que no es parte de la invención reivindicada,
[0034]La fig. 1 ilustra una turbina eólica 2 a barlovento moderna convencional de acuerdo con el llamado "concepto danés" con una torre 4, una góndola 6 y un rotor con un eje de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas de turbina eólica 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, teniendo cada una una raíz de pala 16 más cercana al buje y una punta de pala 14 más alejada del buje 8. El rotor tiene un radio, indicado como R.
[0035]La fig. 2 muestra una vista en perspectiva esquemática de una pala de turbina eólica 10. La pala de turbina eólica 10 tiene la conformación de una pala de turbina eólica convencional y comprende una región de raíz 30 más cercana al buje, una región perfilada o una de perfil alar 34 más alejada del buje y una región de transición 32 entre la región de raíz 30 y la región de perfil alar 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que se orienta hacia la dirección de rotación de la pala 10, cuando la pala está montada en el buje, y un borde de salida 20 que se orienta hacia la dirección opuesta del borde de ataque 18.
[0036]La región de perfil alar 34 (también llamada región perfilada) tiene una conformación de pala ideal o casi ideal con respecto a la generación de sustentación, mientras que la región de raíz 30, debido a consideraciones estructurales, típicamente tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica, lo que, por ejemplo, hace más fácil y más seguro montar la pala 10 en el buje. El diámetro (o la cuerda) de la región de raíz 30 es típicamente constante a lo largo de toda el área de raíz 30. La región de transición 32 tiene un perfil de transición que cambia gradualmente de la conformación circular o elíptica de la región de raíz 30 al perfil alar de la región de perfil alar 34. La longitud de cuerda de la región de transición 32 típicamente se incrementa sustancialmente de forma lineal al incrementar la distanciardesde el buje.
[0037]La región de perfil alar 34 tiene un perfil alar con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10. En la región de perfil alar 34, la anchura de la cuerda disminuye al incrementar la distanciardesde el buje.
[0038]Cabe destacar que las cuerdas de diferentes secciones de la pala normalmente no se encuentran en un plano común, puesto que la pala puede estar torsionada y/o curvada (es decir, encorvada previamente), proporcionando, por tanto, el plano de cuerda con un curso correspondientemente torsionado y/o curvado, siendo este el caso más frecuente para compensar que la velocidad local de la pala sea dependiente del radio del buje.
[0039]La fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar 50 de una pala típica de una turbina eólica representada con los diversos parámetros, que se usan típicamente para definir la conformación geométrica de un perfil alar. El perfil alar 50 tiene un lado de presión 52 y un lado de succión 54, que, durante el uso —es decir, durante la rotación del rotor—, normalmente se orienta hacia el lado contra el viento (o a barlovento) y el lado a favor del viento (o a sotavento), respectivamente. El perfil alar 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala. El perfil alar 50 tiene un grosor t, que se define como la distancia entre el lado de presión 52 y el lado de succión 54. El grosortdel perfil alar varía a lo largo de la cuerda 60. La desviación de un perfil simétrico se da por una línea de curvadura 62 (“camber Une”),que es una mediatriz a través del perfil alar 50. La mediatriz se puede encontrar dibujando círculos inscritos desde el borde de ataque 56 hasta el borde de salida 58. La mediatriz sigue los centros de estos círculos inscritos y la desviación o distancia desde la cuerda 60 se llama curvadura(“camber’) f.La asimetría también se puede definir por el uso de parámetros llamados curvadura superior (o curvadura de lado de succión“suction side camber’)y curvadura inferior (o curvadura de lado de presión“pressure side camber’),que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succión 54 y el lado de presión 52, respectivamente.
[0040]Los perfiles alares, a menudo, se caracterizan por los siguientes parámetros: la longitud de cuerda c, la máxima curvaduraf,la posicióndfde la máxima curvaduraf,el máximo grosor de perfil alar t, que es el diámetro más grande de los círculos inscritos a lo largo de la mediatriz de curvadura 62, la posicióndtdel máximo grosorty un radio de nariz (no mostrado). Estos parámetros típicamente se definen como proporciones con respecto a la longitud de cuerda c. Por tanto, un grosor de pala relativo localt/cse da como la proporción entre el máximo grosor localty la longitud de cuerda local c. Además, la posicióndpde la máxima curvadura de lado de presión se puede usar como un parámetro de diseño y, por supuesto, también la posición de la máxima curvadura de lado de succión.
[0041]La fig. 4 muestra una vista en perspectiva esquemática de dispositivos generadores de vórtices ejemplares de acuerdo con la invención. El dispositivo generador de vórtices es un dispositivo generador de vórtices de aleta única 70, 70A, 70B, 70C que comprende una base 71 que tiene (al montarse en una parte exterior de la pala de turbina eólica), un lado interior cóncavo (no mostrado) para fijarse a la parte exterior de la pala de turbina eólica, y un lado exterior 74 que se orienta de espaldas a la parte exterior de la pala de turbina eólica. La base 71 tiene un borde que comprende una primera parte de borde 76, una segunda parte de borde 78, una tercera parte de borde 80 (o parte de borde de salida) y una cuarta parte de borde 82 (o parte de borde de ataque). La base 71, en general, está conformada como trapecio de modo que la tercera parte de borde 80 sea recta y paralela a la cuarta parte de borde 82 recta y de modo que una longitud de la cuarta parte de borde 82 de la base 71 sea más pequeña que una longitud de la tercera parte de borde 80 de la base 71.
[0042]El borde de la base comprende una o más partes de borde de esquina, conectando una parte de borde de esquina dos partes de borde rectas o sustancialmente rectas. Las una o más partes de borde de esquina comprenden una primera parte de borde de esquina de ataque 84 entre la primera parte de borde 76 y la cuarta parte de borde 82, una primera parte de borde de esquina de salida 86 entre la primera parte de borde 76 y la tercera parte de borde 80, una segunda parte de borde de esquina de ataque 88 entre la segunda parte de borde 78 y la cuarta parte de borde 82, y una segunda parte de borde de esquina de salida 90 entre la segunda parte de borde 78 y la tercera parte de borde 80. El dispositivo generador de vórtices 70 tiene una única primera aleta 92, también llamada veleta, que sobresale del lado exterior 74 de la base 71.
[0043]La fig. 5 muestra una vista lateral exterior de los dispositivos generadores de vórtices 70, 70A, 70B, 70C. La primera aleta 84 sobresale del lado exterior 74 y se extiende a lo largo de un primer eje de aleta X1, siendo el primer eje de aleta X1 paralelo a la base 71. La primera parte de borde 76 y la segunda parte de borde 78 forman un ángulo principal V1 en el intervalo de 5 grados a 30 grados, a saber, 24 grados, como se ilustra. El primer ángulo de aleta principal W1 entre la primera parte de borde 76 y el primer eje de aleta X1 está en el intervalo de 5 grados a 30 grados, a saber, 12 grados, como se ilustra. El primer ángulo de aleta secundario W2 entre la segunda parte de borde 78 y el primer eje de aleta X1 está en el intervalo de 5 grados a 30 grados, a saber, 12 grados, como se ilustra. Cada una de las partes de borde de esquina 84, 86, 88, 90 tiene un radio de curvatura (también indicado como R1, R2, R3, R4) en el intervalo de 3 mm a 20 mm, a saber, 12,5 mm, como se ilustra. La primera aleta tiene un primer extremo principal 94 y un segundo extremo principal 96 y tiene una longitud de aleta de al menos un 95 % de la longitud de la base (distancia entre las partes de borde 82, 84) en la dirección del primer eje de aleta.
[0044]La fig. 6 muestra una vista lateral interior del dispositivo generador de vórtices 70 con un material adhesivo 100 dispuesto en el lado interior 72 de la base. El material adhesivo 100 se extiende hasta el borde de la base y tiene una primera hendidura 102 para reducir la formación de burbujas de aire entre el dispositivo generador de vórtices 70 y la superficie de la pala de turbina eólica cuando el dispositivo generador de vórtices 70 está montado en una pala de turbina eólica. Esto es, en particular, ventajoso cuando el lado interior 72 está curvado. La primera hendidura 102 se extiende desde la tercera parte de borde 80 (parte de borde de salida) paralela al primer eje de aleta X1 para reducir el riesgo de que agua o residuos queden atrapados en la primera hendidura 102 durante la operación de la pala de turbina eólica.
[0045]La fig. 7A muestra una vista lateral interior del dispositivo generador de vórtices 70A con un material adhesivo 100A dispuesto en el lado interior 72 de la base. El material adhesivo 100A comprende una primera parte 104, una segunda parte 106 y una tercera parte 108, en el que las partes del material adhesivo están separadas por diferentes secciones de canal 110, 112, 114 de un canal formado entre las partes 104, 106, 108 de material adhesivo. Además de reducir la formación de burbujas de aire, las secciones de canal 110, 112, 114 entre diferentes partes del material adhesivo previenen o al menos reducen el riesgo de que quede agua atrapada entre la superficie de la pala de turbina eólica y el dispositivo generador de vórtices durante la operación de la pala de turbina eólica. La primera sección de canal 110 se extiende desde la primera parte de borde 76 del dispositivo generador de vórtices 70A. La segunda sección de canal 112 se extiende desde la segunda parte de borde 78 del dispositivo generador de vórtices 70A. La tercera sección de canal 114 se extiende desde la tercera parte de borde del dispositivo generador de vórtices 70A. Los extremos proximales de las secciones de canal 110, 112, 114 están conectados entre sí en el nodo de canal 116.
[0046]La fig. 7B muestra una vista lateral interior del dispositivo generador de vórtices 70B con un material adhesivo 100B dispuesto en el lado interior 72 de la base. El material adhesivo 100B comprende una primera parte 104 y una segunda parte 106 separadas por un canal 118 curvado que tiene extremos en la tercera parte de borde del dispositivo generador de vórtices 70B. Se debe entender que se puede emplear una combinación de una o más hendiduras y un canal/secciones de canal.
[0047]La fig. 7C muestra una vista lateral interior del dispositivo generador de vórtices 70C con un material adhesivo 100C dispuesto en el lado interior 72 de la base. El material adhesivo 100C tiene una primera hendidura 102 y una segunda hendidura 120 que se extienden desde la tercera parte de borde del dispositivo generador de vórtices 70C para reducir la formación de burbujas de aire entre el dispositivo de alteración de flujo y la superficie de la pala de turbina eólica cuando el dispositivo generador de vórtices está montado en una pala de turbina eólica. La primera hendidura 102 es paralela con la primera parte de borde de la base del dispositivo generador de vórtices, y la segunda hendidura 120 es paralela con la segunda parte de borde de la base del dispositivo generador de vórtices 70C.
[0048]Las figs. 8a-h muestran diferentes conformaciones de la primera aleta y/o segunda aleta. Se reconoce que la(s) aleta(s) puede(n) tener diversas conformaciones. Por tanto, la primera aleta puede tener, por ejemplo, una conformación de un triángulo rectángulo como se muestra en la fig. 8a, o puede comprender una segunda parte de borde ahusada con una parte superior aplanada como se muestra en la fig. 8b o sin una parte superior aplanada en la fig. 8c. La primera aleta también puede comprender una porción de borde intermedio que tenga un diferente ángulo ahusado como se muestra en la fig. 8d, o una porción de borde superior redondeada como se muestra en la fig. 8e. La primera parte de borde o parte de borde de ataque de la aleta puede ser recta como se muestra en las figs. 8a-e, o cóncava como se muestra en la fig. 8f o convexa como se muestra en la fig. 8g. La primera parte de borde o parte de borde de ataque de la aleta puede comprender segmentos tanto cóncavos como convexos (no mostrados). La parte de borde de salida de la aleta también puede ser cóncava o convexa como se muestra en la fig. 8h. La segunda parte de borde y/o la parte de borde de salida de la primera aleta puede comprender segmentos tanto cóncavos como convexos (no mostrados).
[0049]La fig. 9 muestra una parte de una pala de turbina eólica con dispositivos generadores de vórtices montados en una superficie de la misma. La pala de turbina eólica 10A comprende diez dispositivos generadores de vórtices de aleta única dispuestos en cinco pares de VG, orientándose el cuarto lado 82 hacia el borde de ataque 18 de la pala de turbina eólica 10A. Cabe señalar que los dispositivos generadores de vórtices de aleta única se pueden disponer libremente tanto con respecto al número como a la posición.
[0050]La fig. 10 muestra una vista lateral exterior de un dispositivo generador de vórtices de doble aleta convergente para una pala de turbina eólica. El dispositivo generador de vórtices 150 comprende una base 71 con un lado interior y un lado exterior 74; una primera aleta 92 que sobresale del lado exterior 74 y que se extiende a lo largo de un primer eje de aleta X1, teniendo la primera aleta 92 un primer extremo principal 152 y un primer extremo secundario 154; y una segunda aleta 156 que sobresale del lado exterior 74 y que se extiende a lo largo de un segundo eje de aleta X2, teniendo la segunda aleta 156 un segundo extremo principal 158 y un segundo extremo secundario 160 con una distancia principal 162 entre el primer extremo principal 152 de la primera aleta y el segundo extremo principal 158 de la segunda aleta, y una distancia secundaria 164 entre el primer extremo secundario de la primera aleta y el segundo extremo secundario de la segunda aleta, en el que la distancia principal 162 es más grande que la distancia secundaria 164. La primera aleta 92 tiene una primera altura de aleta principal en el primer extremo principal 152 y una primera altura de aleta secundaria en el primer extremo secundario 154. La primera altura de aleta principal es más pequeña que la primera altura de aleta secundaria, tal como menor que la mitad de la primera altura de aleta secundaria. La segunda aleta 156 tiene una segunda altura de aleta principal en el segundo extremo principal 158 y una segunda altura de aleta secundaria en el segundo extremo secundario 160. La segunda altura de aleta principal es más pequeña que la segunda altura de aleta secundaria, tal como menor que la mitad de la segunda altura de aleta secundaria.
Lista de referencias
[0051]
2 turbina eólica
4 torre
6 góndola
8 buje
10, 10a pala de turbina eólica
14 punta de pala
16 raíz de pala
18 borde de ataque
20 borde de salida
30 región de raíz
32 región de transición
34 región de perfil alar
50 perfil alar
52 lado de presión
54 lado de succión
56 borde de ataque
58 borde de salida
60 cuerda
62 línea de curvatura
70, 70A, 70B, 70C dispositivo generador de vórtices
71 base
72 lado interior
74 lado exterior
76 primera parte de borde
78 segunda parte de borde
80 tercera parte de borde
82 cuarta parte de borde
84 primera parte de borde de esquina de ataque
86 primera parte de borde de esquina de salida
88 segunda parte de borde de esquina de ataque 90 segunda parte de borde de esquina de salida
92 primera aleta
94 primer extremo principal
96 primer extremo secundario
100, 100A, 100B, 100C material adhesivo
102 primera hendidura
104 primera parte de material adhesivo
106 segunda parte de material adhesivo
108 tercera parte de material adhesivo
110 primera sección de canal
112 segunda sección de canal
114 tercera sección de canal
116 nodo de canal
118 canal
120 segunda hendidura
150 dispositivo generador de vórtices
152 primer extremo principal
154 primer extremo secundario
156 segunda aleta
158 segundo extremo principal
160 segundo extremo secundario
162 distancia principal
164 distancia secundaria
X1 primer eje de aleta
X2 segundo eje de aleta
V1 ángulo principal
W1 primer ángulo de aleta principal entre la primera parte de borde y el primer eje de aleta X1
W2 primer ángulo de aleta secundario entre la segunda parte de borde y el primer eje de aleta X1
L1 longitud de la primera parte de borde
L2 longitud de la segunda parte de borde
L3 longitud de la tercera parte de borde
L4 longitud de la cuarta parte de borde
Laleta longitud de la primera aleta
R1 radio de curvatura para la primera parte de borde de esquina de ataque 84
R2 radio de curvatura para la primera parte de borde de esquina de salida 86 R3 radio de curvatura para la segunda parte de borde de esquina de ataque 88 R4 radio de curvatura para la segunda parte de borde de esquina de salida 90

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1.Un dispositivo generador de vórtices (70, 70A, 70B, 70C) para una pala de turbina eólica (10, 10A), comprendiendo el dispositivo generador de vórtices:
- una base (71) con un lado interior (72) y un lado exterior (74); y
- una primera aleta (92) que sobresale del lado exterior y que se extiende a lo largo de un primer eje de aleta (X1),
en el que el dispositivo generador de vórtices es un dispositivo generador de vórtices de aleta única, y la base tiene una primera parte de borde (76) y una segunda parte de borde (78), siendo rectas la primera parte de borde y la segunda parte de borde, formando la primera parte de borde y la segunda parte de borde un ángulo principal (V1) en el intervalo de 5 grados a 60 grados, y teniendo la base una primera parte de borde de esquina de ataque (84) entre la primera parte de borde y la segunda parte de borde,caracterizado por quela primera parte de borde de esquina de ataque está curvada.
2.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la base tiene una tercera parte de borde (80) que forma un primer ángulo secundario con la primera parte de borde, en el que el primer ángulo secundario está en el intervalo de 45 grados a 120 grados.
3.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la tercera parte de borde forma un segundo ángulo secundario con la segunda parte de borde, en el que el segundo ángulo secundario está en el intervalo de 45 grados a 120 grados.
4.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el lado interior de la base es cóncavo.
5.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en el que un primer ángulo de aleta principal (W1) entre la primera parte de borde y el primer eje de aleta está en el intervalo de 5 grados a 30 grados.
6.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, en el que un primer ángulo de aleta secundario (W2) entre la segunda parte de borde y el primer eje de aleta está en el intervalo de 5 grados a 30 grados.
7.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en el que la base tiene una cuarta parte de borde (82) recta.
8.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que una longitud de aleta (Laleta) de la primera aleta es al menos 0,5 veces la longitud de la base en la dirección del primer eje de aleta.
9.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el dispositivo generador de vórtices comprende un material adhesivo (100, 100A, 100B, 100C) en el lado interior de la base, comprendiendo el material adhesivo una cinta adhesiva, tal como una cinta adhesiva doble, que está cubierta por una capa despegable.
10.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el material adhesivo tiene una o más hendiduras (102, 120) para reducir la formación de burbujas de aire entre la base y la pala de turbina eólica.
11.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en el que el material adhesivo está conformado en V, conformado en E, conformado en U o conformado como tridente.
12. Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en el que el material adhesivo comprende una primera parte (104) y una segunda parte (106), en el que la primera parte y la segunda parte están separadas por un canal (118) o al menos una sección de canal (110, 112, 114) del canal.
13.Dispositivo generador de vórtices de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -12, en el que el lado interior de la base está provisto de un primer rebajo, en el que el primer rebajo está conformado en V, conformado en E, conformado en U o conformado como tridente.
14. Una pala de turbina eólica (10, 10A) que comprende una pluralidad de dispositivos generadores de vórtices (70, 70A, 70B, 70C) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en la que la pluralidad de dispositivos generadores de vórtices está montada en una superficie de la turbina eólica.
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