Campo de Ia invención

La presente invención se refiere a una pala para aerogeneradores que tiene sección aerodinámica. La pala tiene un número de tramos retráctiles seleccionados entre dos y tres, estando configurados para tomar una posición de despliegue en función de: Ia energía del viento disponible; las prestaciones requeridas en cada momento.

Antecedentes de Ia invención

El agotamiento progresivo de los llamados combustibles fósiles ha originado Ia búsqueda de cualquier otro recurso ostensible de producir energía. En nuestra atmósfera se originan naturalmente grandes movimientos de aire, cuya energía cinética puede ser captada por aeroturbinas y transformada en otras formas de energía. Antiguamente Ia navegación a vela y los persas utilizaron los primeros molinos de viento (600 a.C). Posteriormente también Ia fuerza eólica se utilizó en los típicos molinos de grano manchegos o en las bombas de agua holandesas.

Actualmente el uso más frecuente de las aeroturbinas está en los aerogeneradores eléctricos, que se instalan agrupados formando parques eólicos. Sin embargo, no es esta Ia única aplicación y son muy diversas las formas mediante las cuales hoy se pretende utilizar Ia fuerza del viento y múltiples las patentes que protegen los conocimientos técnicos alcanzados hasta Ia fecha.

FR2500076-A muestra una serie de cilindros neumáticos para regular Ia exposición al viento de un conjunto de hojas cóncavas. DE19526718-A1 presenta entre dos diámetros de eje horizontal una serie de hojas curvadas pivotantes. DE102004022730 presenta un aerogenerador de tres palas formadas cada una por dos tramos dando un diámetro variable. US2003230898 y PCT/US03/17654, muestran un sistema interno de pistas para el movimiento del tramo desplazable mediante poleas o tornillo sin fin con accionamiento eléctrico. EP95922780.2 trata de una aeroturbina doble con radios diferentes.

Descripción de Ia invención La presente invención, describe una pala formada por dos o más tramos retráctiles que va unida a un buje solidariamente o, menos frecuentemente, mediante un mecanismo de cambio de paso.

La aeroturbina con las palas retráctiles preconizadas tiene cada una de sus palas de sección aerodinámica y compuestas por diversos tramos, de igual o diferente longitud, los cuales se retraen o extienden dando un radio total variable de Ia superficie de captación, Io cual representa una característica útil para cuando Ia energía captada al viento excede al valor nominal de los equipos instalados, en cuyo caso se retraen los tramos hasta lograr el equilibrio y viceversa. Se diseñan los tramos en forma de doble concha dejando un hueco interior. El primer tramo resistirá estructuralmente y producirá su fuerza de sustentación correspondiente, salvo para velocidades de viento excesivas que desprenderán Ia capa límite originando frenada aerodinámica. En su hueco interior alojará al segundo tramo con su ángulo de torsión necesario más los mecanismos de retracción y extensión adecuados. El segundo tramo debe alojar al tercero, si Io hubiera, con sus mecanismos y así sucesivamente hasta el último tramo que, lógicamente, no alojará ningún otro pero si mecanismos de desplazamiento.

El alojamiento interior del primer tramo se construye con una sección libre que corresponde con Ia máxima del tramo alojado siguiente, más una pequeña holgura. El segundo tramo se construye con una zona inicial cuya sección exterior será máxima y uniforme, de suficiente longitud para encajar en su alojamiento del tramo anterior, con perfecta alineación cuando está completamente extendido, y el resto del tramo puede reducir su anchura o cuerda según el diseño más favorable. Esta reducción de dimensiones, cuando el tramo móvil se halla parcialmente extendido, puede producir desplazamientos elásticos que serán compensados mediante rodillos y patines accionados por resortes o minicilindros neumáticos.

Los tramos no terminales soportan en su extremo un esfuerzo importante, sobre todo cuando el resto de los tramos están completamente extendidos, debiendo reforzarse con anillos de materiales resistentes. Igualmente, para facilitar Ia entrada y salida de los tramos móviles, los alojamientos estarán dotados de dispositivos de rodadura tales como bolas con rodamientos y al final se colocará una junta rascadora.

La técnica hoy ofrece diversas soluciones para implementar los mecanismos lineales de retracción y extensión de los tramos móviles. Esta invención, establece para cada pala formada por dos tramos, un desarrollo preferente a base de un cilindro hidráulico de doble efecto. La igualdad en el radio de las palas se logra mediante un divisor del flujo que accede a los cilindros, los cuales, además, poseen diversos detectores repartidos en longitud que permitirán un chequeo sobre Ia posición del émbolo en sus desplazamientos, asegurándose el equilibrio dinámico de todas las palas que componen Ia aeroturbina. Cada cilindro se coloca en su base articulado al primer tramo e igualmente articulado su émbolo en el final del segundo tramo móvil, así soportará sólo esfuerzos axiales, quedando los tangenciales resueltos por el ajuste entre Ia superficie del hueco y Ia de Ia zona inicial del tramo móvil, como se ha indicado anteriormente.

Otro desarrollo preferente de Ia invención, para producir el movimiento de palas con más de dos tramos móviles, se realiza mediante motores neumáticos provisto de reductor y el correspondiente husillo con rodillo a bolas que arrastra el tramo siguiente cuya posición se chequea mediante un encoder sobre el eje. Los motores estarán articulados en su base como se indicó en Ia anterior realización de Ia invención para que el sistema soporte sólo esfuerzos axiales. En cualquier caso Ia posición de los tramos extensibles estará fijada y determinada por el sistema de mando informático de Ia aeroturbina, en función de las prestaciones requeridas en cada momento y de Ia energía producida por el viento reinante. Sin embargo, como nos hemos referido a un fluido compresible, el aire, Ia posición de los tramos no quedará tan fija como cuando se utiliza un fluido incompresible, aceite hidráulico, por esta razón Ia configuración oleohidráulica de las aeroturbinas es otra de opciones posibles en Ia invención.

La cubierta aerodinámica del buje aloja diversos elementos, como los circuitos neumáticos u oleohidráulicos, con sus válvulas, sistema de control y mando, los divisores de flujo para su distribución igualitaria por ala y otros equipos auxiliares.

Breve descripción de los dibujos

Las Figuras 1 , 1A corresponden a una aeroturbina, de palas retráctiles en ejecución neumática con dos tramos en posición extendida. Se muestra el cilindro, 21 , encargado del desplazamiento del tramo móvil 22, con sus detectores de posición 23 del émbolo. El detalle dado en Ia Figura 1A corresponde a una sección del final del primer tramo con los elementos de refuerzo metálico, 24, las bolas con rodamientos, 25, Ia junta rascadora, 26, y los rodillos de compensación para esfuerzos no radiales, 27.

La Figura 2 muestra una aeroturbina, de palas retráctiles en ejecución neumática con tres tramos, una de ellas en posición extendida. Las palas se unen al eje central, 32, mediante un buje, 33, con su tapa aerodinámica, 34. El detalle de Ia Figura 2A muestra Ia forma de desplazamiento de los tramos móviles, mediante un motor bidireccional con reductor y encoder, 36, el correspondiente tornillo sin fin, 37, y su soporte a bolas, 38 que arrastra el correspondiente tramo móvil, 35.

Descripción de una realización preferida de Ia invención A continuación se hace una descripción completa de una realización preferente, Ia cual se hará a título de ejemplo, con carácter no limitativo y susceptible de todas aquellas modificaciones de detalle que no alteren fundamentalmente sus características esenciales.

Las palas de tipo retráctil están normalmente compuestas por dos o tres tramos, según Ia potencia nominal de Ia aeroturbina. El primer tramo es de mayor sección y se diseña con entrada aerodinámica en pérdida para vientos huracanados, por Io que puede unirse directamente al buje, 33, sin mecanismos de giro de pala, dándole mayor sencillez y solidez al conjunto. Los tramos se construyen como una doble concha, dejando el interior hueco para el alojamiento de los tramos siguientes y/o los mecanismos de desplazamiento.

Los tramos móviles, 22 y 35, ejercen sobre sus alojamientos unos esfuerzos importantes que pueden descomponerse en sus tres componentes: una radial, otra tangencial, más Ia normal al área de giro de Ia aeroturbina. Las dos componentes últimas serán compensadas mediante ajuste en las dimensiones, así Ia sección libre del hueco interior será igual a Ia máxima del tramo siguiente, más una pequeña holgura. Los tramos móviles se construyen con una zona inicial cuya sección exterior será uniforme y máxima, correspondiendo con las dimensiones de su alojamiento y de suficiente longitud para facilitar Ia perfecta alineación del tramo cuando está completamente extendido. El resto del tramo móvil reduce su anchura o cuerda según el diseño más favorable. Esta reducción de anchura, cuando el tramo móvil se halla parcialmente extendido, puede producir desplazamientos no deseados en dirección tangencial y normal, los cuales serán compensados por rodillos y patines accionados mediante resortes o minicilindros, 27.

Las componentes radiales serán compensadas por el dispositivo de movimiento lineal, que además fija los tramos móviles en Ia posición deseada.

Cuando se trate de palas de dos tramos Ia extensión y retracción del tramo móvil, 22, se efectuará por un cilindro de doble efecto articulado en sus extremos, 21 , con detectores de posición, 23, para chequear Ia situación del émbolo y lograr el equilibrio dinámico del conjunto de palas en su giro. Cuando se utilicen palas de tres tramos puede repetirse el método con dos cilindros como se ha descrito anteriormente, pero es preferible por reducción de espacio el uso de un motor bidireccional con reductor, 36, provisto de su correspondiente husillo, 37, y soporte a bolas, 38, solidario al tramo móvil, 35. Dependiendo del sentido de giro de dicho husillo el tramo móvil entrará o saldrá del anterior. El control de posición se lleva a cabo mediante un divisor de flujo y el encoder citado que estará conectado a un autómata programable que, a su vez, está guiado por el sistema informático supervisor. El fluido para el cilindro o el motor puede ser aire a Ia presión de góndola, pero para realizar una fijación más exacta de los tramos se recomienda aceite hidráulico bombeado con el aire comprimido que llega a Ia aeroturbina.

Para minimizar el efecto de los esfuerzos en el extremo de los tramos no finales se refuerzan con anillos de materiales resistentes 24. Para facilitar el desplazamiento de los tramos móviles Ia superficie interior de los alojamientos se colocan bolas a rodamiento 25. La limpieza del tramo que se retrae se efectúa mediante una junta rascadora 26, que también se utilizará para tapar huecos entre tramos. El último tramo es simple y puede llevar en su extremo aletas contra turbulencia (winglets).

Una tapa aerodinámica 34 se coloca sobre el buje 33 con sus mecanismos de acoplamiento, y el eje hueco 32 por el cual penetran en Ia zona giratoria de Ia aeroturbina el circuito neumático encargado del desplazamiento de los tramos móviles, bien directamente o mediante bombeo oleohidráulico, y los cables de tensión y comunicaciones necesarios. El eje con una caja de rodamientos transmite el par producido en Ia aeroturbina a Ia góndola.