ES2318108T3 - Pala de rotor para una instalacion de energia eolica con un dispositivo amortiguador. - Google Patents
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Abstract
Pala de rotor para una instalación de energía eólica con un dispositivo de amortiguación en el área de la punta de pala, - que presenta un elemento de carcasa (16) y un cuerpo de amortiguación (18) dispuesto en el elemento de carcasa, - teniendo el elemento de carcasa dos superficies (20,22) una de las cuales está configurada como superficie de rodadura (22) curvada para el cuerpo de amortiguación (18) y orientada dentro de la pala de rotor de tal forma que el cuerpo amortiguador (18) realiza un movimiento limitado en el plano de la pala de rotor, transversalmente al sentido longitudinal de ésta, - teniendo la curvatura de rodadura (22), una frecuencia propia no perturbada para el cuerpo amortiguador, que corresponde aproximadamente a la frecuencia del modo básico durante una oscilación de la pala de rotor en el plano del rotor, caracterizada porque - la relación entre la frecuencia propia no perturbada del cuerpo amortiguador y la frecuencia propia en el modo básico de la pala de rotor para la oscilación en el plano de rotor es inferior a 1.
Description
Pala de rotor para una instalación de energía
eólica con un dispositivo amortiguador.
La invención se refiere a una pala de rotor para
una instalación de energía eólica con un dispositivo amortiguador.
Al aumentar la longitud de las palas de rotor se producen
oscilaciones de la pala. Las oscilaciones producidas pueden
dividirse en oscilaciones que salen del plano del rotor y
oscilaciones dentro del plano del rotor. Debido a la construcción,
las oscilaciones que salen del plano del rotor, en el llamado
sentido de batimiento, no son críticas para la pala de rotor. Sin
embargo, es distinto en el caso de las oscilaciones en el plano del
rotor. En particular, se producen oscilaciones de la pala en el
plano del rotor en instalaciones de energía eólica con regulación
por pérdida aerodinámica, en las que las palas de rotor están unidas
rígidamente con el cubo y en las que la limitación de potencia a
altas velocidades del viento se produce por entrada en pérdida.
Se conoce por el documento EP0792414 un
dispositivo de amortiguación para un ala de rueda eólica provisto
de un elemento de reducción de oscilación. En el elemento de
reducción de oscilación conocido, un cuerpo de masa oscila en el
plano del rotor en contra de la fuerza de un muelle. El movimiento
del cuerpo de masa es amortiguado por un elemento amortiguador con
una amortiguación proporcional a la velocidad. Un inconveniente del
mecanismo de reducción de oscilación conocido es que falla en caso
de una rotura de muelle mostrando un comportamiento de
amortiguación incontrolado.
Se conoce por el documento WO00/06898A un
amortiguador que presenta un elemento cilíndrico dentro de una caja.
La caja está llena de un líquido y tiene una pared lateral curvada
orientada hacia la punta del ala. El elemento cilíndrico tiene
dientes que peinan en una corona dentada en la pared lateral curvada
de la caja. El radio de la pared lateral curvada es menor que la
distancia del cubo respecto a la pared lateral curvada para lograr
un efecto de amortiguación específico. El amortiguador está
concebido de tal forma que la oscilación de la primera frecuencia
propia se amortigüe con una intensidad que corresponda el
decrecimiento logarítmico de la amplitud de al menos 2%. El
decrecimiento logarítmico relaciona entre ellas las amplitudes de
ciclos de oscilación sucesivos.
Se conoce por el documento US4.527.951 un
amortiguador para una pala de rotor en un helicóptero. El
amortiguador presenta dos péndulos rotatorios, acoplados entre sí a
través de un árbol, estando previsto en cada péndulo un cuerpo de
rotación que puede moverse libremente.
La invención está basada en el objetivo de
proporcionar una pala de rotor, cuyas oscilaciones se amortigüen de
manera fiable en el plano del rotor con un amortiguador de
dimensionamiento sencillo.
El objetivo según la invención se consigue
mediante una pala de rotor con las características de la
reivindicación 1. Algunas variantes ventajosas de la pala de rotor
son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
En la pala de rotor según la invención se emplea
un dispositivo amortiguador sin muelle. El dispositivo amortiguador
tiene un elemento de carcasa, en el que está dispuesto un cuerpo
amortiguador. El cuerpo amortiguador puede moverse de un lado a
otro dentro del elemento de carcasa. El elemento de carcasa presenta
dos superficies preferentemente paralelas. Una de las superficies
está configurada como superficie de rodadura curvada para el cuerpo
amortiguador. El elemento de carcasa está orientado dentro de la
pala de rotor de tal forma que el cuerpo de amortiguación realiza
un movimiento limitado en el plano de la pala de rotor,
transversalmente con respecto al sentido longitudinal de éste. En
caso de una oscilación de la pala de rotor en el plano del rotor,
el cuerpo amortiguador, por lo tanto, se mueve de un lado a otro
dentro del elemento de carcasa. Por la curvatura de la superficie
de rodadura, el cuerpo de amortiguación tiene una frecuencia propia
no perturbada bajo la acción de la aceleración centrífuga, que
corresponde aproximadamente a la frecuencia del modo básico durante
una oscilación de la pala de rotor en el plano del rotor. La
aceleración centrífuga se determina para un número de revoluciones
nominal de la pala de rotor. La frecuencia propia no perturbada del
cuerpo amortiguador resulta cuando éste se mueve libremente sobre
la curvatura de la superficie de rodadura bajo la influencia de la
fuerza gravitacional y la fuera centrífuga. Cerca de una posición de
reposo en la superficie de rodadura, el cuerpo de amortiguación
describe un movimiento aproximadamente armónico, al que puede
asignarse una frecuencia. Ésta se denomina frecuencia propia no
perturbada. Según la invención, el cuerpo de amortiguación dentro
del elemento de carcasa tiene una frecuencia propia que corresponde
aproximadamente a la frecuencia de la oscilación de una pala de
rotor, que se ha de amortiguar. El dispositivo amortiguador se
compone de un elemento de carcasa y un cuerpo de amortiguación,
suprimiéndose un elemento de muelle o un elemento amortiguador
adicional, de modo que no puede producirse ninguna rotura de muelle
ni un desgaste del elemento amortiguador. El efecto amortiguador
importante para la amortiguación se consigue mediante la fuerza
centrífuga y el desplazamiento de un medio dentro de la carcasa.
Según la invención, la relación entre la frecuencia propia no
perturbada del cuerpo de amortiguación y el modo básico de la pala
de rotor en el plano del rotor es inferior a 1, ascendiendo
preferentemente a 0,98, aproximadamente. De manera conveniente, la
relación de la frecuencia propia depende de la relación entre la
masa oscilante que se ha de amortiguar y la masa del cuerpo
amortiguador.
Según una variante ventajosa, el elemento de
carcasa presenta dos paredes laterales planas, dispuestas
paralelamente entre sí, que delimitan lateralmente las superficies.
El elemento de carcasa tiene una sección transversal rectangular.
Para que el cuerpo amortiguador pueda ser excitado por una
oscilación en el plano del rotor, la superficie de rodadura está
curvada partiendo de la punta de la pala de rotor. En su posición de
reposo, el cuerpo amortiguador tiene una pequeña distancia respecto
a la punta de la pala de rotor. El elemento de carcasa está lleno
total o parcialmente de al menos un fluido, preferentemente de aire.
El cuerpo amortiguador configurado como disco rueda sobre la
superficie de rodadura, a lo largo de la curvatura de ésta, quedando
unas separación, al menos respecto a la superficie opuesta, por la
cual circula el fluido durante un movimiento del cuerpo
amortiguador. Por lo tanto, el cuerpo amortiguador se mueve por el
fluido desplazándolo durante su movimiento.
El cuerpo amortiguador está configurado,
preferentemente, como disco que rueda sobre la superficie de
rodadura a lo largo de la curvatura de ésta. El disco está
provisto, preferentemente, de un reborde circunferencial que está
en contacto con las paredes laterales opuestas del elemento de
carcasa. Por el contacto del disco con las paredes laterales se
evita un movimiento de tambaleo.
Las superficies de rodadura tienen en sus
extremos, preferentemente, tramos de pared frontal que
sustancialmente están curvados de forma semicircular. El cuerpo
amortiguador configurado en forma de disco puede rodar desde una
superficie de rodadura hacia la otra superficie de rodadura, a
través de los tramos de pared frontal. De este modo, se evita el
choque del movimiento limitado del cuerpo amortiguador.
A continuación, se describe detalladamente un
ejemplo de realización preferible, con la ayuda de las figuras.
Muestran:
La figura 1 una pala de rotor según la
invención, con un dispositivo amortiguador, en una vista en planta
desde arriba hacia el plano de rotor,
la figura 2 el elemento de carcasa con la masa
de amortiguación dispuesta dentro del mismo,
la figura 3 una sección a lo largo de la línea
3-3 de la figura 2 y
la figura 4 una sección a lo largo de la línea
4-4 de la figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra una pala 10 de rotor, en una
vista en planta desde arriba hacia el plano del rotor. La pala de
rotor se fabrica de plástico reforzado con fibras de vidrio y se
estabiliza mediante almas de extensión transversal y largueros de
extensión longitudinal. Especialmente en instalaciones con
regulación por pérdida aerodinámica, la pala de rotor es
susceptible a las oscilaciones en el plano de rotor, cuya amplitud
de oscilación se indica mediante una doble flecha. Las oscilaciones
en el plano de rotor pueden entenderse como oscilación de flexión
de la pala de rotor con una fijación rígida en el cubo. Este tipo de
oscilaciones de flexión pueden tener varias frecuencias propias o
intervalos de frecuencias propias, denominándose la frecuencia
propia con la mayor aportación a la amplitud de oscilación como
primera frecuencia propia o modo básico. Generalmente, es también
la menor frecuencia propia. Precisamente cuando la pala de rotor se
hace funcionar en el rango de pérdida de sustentación,
produciéndose una entrada en pérdida seguida de una formación de
vórtices, se provocan también con una intensidad especialmente
fuerte las oscilaciones en el plano del rotor.
De la pala de rotor 10 según la invención, en la
figura 1 está representada el área de la punta 14 de pala. A una
distancia de la punta 14 de pala está prevista una carcasa 16 con un
cuerpo amortiguador 18 previsto dentro de ésta.
La carcasa 16 presenta dos superficies 20 y 22
paralelas, opuestas. Las superficies 20 y 22 están curvadas,
preferentemente, como segmento de arco circular. El cuerpo
amortiguador 18 rueda sobre la superficie 22 configurada como
superficie de rodadura y orientada hacia la punta de la pala de
rotor. El movimiento transversal lateral del cuerpo amortiguador se
limita por las superficies de pared lateral 24 y 26.
El cuerpo amortiguador 18 presenta un reborde
circunferencial 28 a lo largo de su contorno exterior. El reborde
28 sobresale del cuerpo amortiguador 18 y está en contacto con las
superficies de pared lateral 24 y 26. El cuerpo amortiguador 18
está realizado, preferentemente, a partir de un disco macizo.
La figura 4 muestra el cuerpo amortiguador 18
que rueda sobre la superficie de rodadura 22 teniendo una distancia
30 con respecto a la superficie 20.
El cuerpo de amortiguación 18 rueda, bajo el
efecto de la fuerza centrífuga, entre los tramos de pared frontal
32 y 34, sobre la superficie de rodadura. Durante ello, el punto de
gravedad de masa del cuerpo de amortiguación 18 ejerce un
movimiento paralelo respecto a la superficie de rodadura. Durante el
movimiento a lo largo de la superficie de rodadura, el cuerpo de
amortiguación desplaza el medio situado delante de él en el sentido
de movimiento, a través de una hendidura 30 que queda entre el
cuerpo amortiguador y la superficie 20, hacia la zona de la
carcasa, situada detrás del cuerpo amortiguador, en el sentido de
movimiento. Al contrario de un péndulo o un movimiento de rotación,
durante un movimiento a lo largo de la superficie de rodadura 22,
el punto de gravedad de masa del cuerpo amortiguador tiene otra
posición que durante el movimiento a lo largo de la superficie de
rodadura 20.
Preferentemente, la carcasa y el cuerpo
amortiguador están fabricados de acero. La carcasa se compone de una
tapa, por ejemplo, en forma de una pared lateral y un cuerpo de
carcasa, pudiendo estar realizadas en una sola pieza las
superficies 20 y 22 y los tramos laterales 32 y 34.
La frecuencia propia del cuerpo amortiguador 18
dentro de la carcasa depende de la masa del cuerpo, de la curvatura
de la carcasa, del relleno en la carcasa y del tamaño de una
distancia 30, así como de la aceleración centrífuga al número de
revoluciones nominal. Debido al giro de la pala de rotor, la
aceleración centrífuga orientada hacia fuera encierra diferentes
ángulos con la fuerza gravitacional.
Para la instalación de la carcasa en el rotor,
ésta se introduce por laminación en una bolsa de plástico reforzada
con fibras de vidrio y, por ejemplo, se pega al interior de la pala
de rotor.
En el dispositivo de amortiguación según la
invención se ha mostrado como especialmente ventajoso que por la
mera fuerza centrífuga y la superficie de rodadura convexa se
consigue un centrado de la posición de reposo del cuerpo
amortiguador 18. Además, el amortiguador de oscilaciones según la
invención puede prescindir de piezas mecánicas adicionales, por lo
que no se produce ningún desgaste y no se requiere ningún
mantenimiento. Debido a que, además de su movimiento entre las
superficies frontales de la carcasa, el cuerpo amortiguador 18
también se hace rotar, la masa activa efectivamente del cuerpo de
amortiguación 18 es mayor que la masa incorporada adicionalmente en
el rotor.
Claims (11)
1. Pala de rotor para una instalación de energía
eólica con un dispositivo de amortiguación en el área de la punta
de pala,
- -
- que presenta un elemento de carcasa (16) y un cuerpo de amortiguación (18) dispuesto en el elemento de carcasa,
- -
- teniendo el elemento de carcasa dos superficies (20,22) una de las cuales está configurada como superficie de rodadura (22) curvada para el cuerpo de amortiguación (18) y orientada dentro de la pala de rotor de tal forma que el cuerpo amortiguador (18) realiza un movimiento limitado en el plano de la pala de rotor, transversalmente al sentido longitudinal de ésta,
- -
- teniendo la curvatura de rodadura (22), una frecuencia propia no perturbada para el cuerpo amortiguador, que corresponde aproximadamente a la frecuencia del modo básico durante una oscilación de la pala de rotor en el plano del rotor,
caracterizada porque
- -
- la relación entre la frecuencia propia no perturbada del cuerpo amortiguador y la frecuencia propia en el modo básico de la pala de rotor para la oscilación en el plano de rotor es inferior a 1.
2. Pala de rotor según la reivindicación 1,
caracterizada porque las superficies (20, 22) se extienden
paralelamente entre sí.
3. Pala de rotor según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque el elemento de carcasa presenta dos
paredes laterales planas, dispuestas paralelamente entre sí, que
delimitan lateralmente las superficies de rodadura.
4. Pala de rotor según la reivindicación 2,
caracterizada porque la superficie de rodadura (22) está
curvada partiendo de la punta (14) de la pala de rotor.
5. Pala de rotor según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el elemento de
carcasa (16) está total o parcialmente lleno de al menos un
fluido.
6. Pala de rotor según la reivindicación 5,
caracterizada porque como fluido está previsto aire.
7. Pala de rotor según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizada porque el cuerpo amortiguador (18) está
configurado como disco que durante un movimiento rueda sobre la
superficie de rodadura (22) a lo largo de la curvatura de ésta.
8. Pala de rotor según la reivindicación 7,
caracterizada porque durante un movimiento de rodadura sobre
la superficie de rodadura (22) queda una distancia (30) con
respecto a la otra superficie (20), por la que durante el
movimiento del cuerpo amortiguador circula el fluido.
9. Pala de rotor según la reivindicación 8,
caracterizada porque el disco presenta en cada lado plano un
reborde circunferencial que está en contacto con las paredes
laterales opuestas del elemento de carcasa.
10. Pala de rotor según la reivindicación 9,
caracterizada porque las superficies de rodadura tienen en
sus extremos tramos de pared frontal que sustancialmente están
curvadas de forma semicircular.
11. Pala de rotor según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la relación
entre la frecuencia propia no perturbada del cuerpo amortiguador y
la frecuencia propia en el modo básico de la pala de rotor para la
oscilación en el plano de rotor asciende a 0,98 aproximadamente.
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