BR202018071071Y1

BR202018071071Y1 - provision introduced in vertical axis wind turbine

Info

Publication number: BR202018071071Y1
Application number: BR202018071071-6U
Authority: BR
Inventors: Marcos Pozza
Original assignee: Claudio Luiz Teixeira Junior
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-11-03
Also published as: BR202018071071U8

Abstract

O presente pedido de patente de invenção refere-se a turbina eó-lica, pertencente ao campo dos equipamentos geradores de energia elétrica, compreendida: por pás verticais (2) sobre as quais atua o vento; por braços radiais horizontais (3), nas extre-midades dos quais ficam dispostas as pás (2); por cubo central (4), no qual se assentam os braços radiais (3); por eixo árvore vertical (5), em cuja extremidade superior fica montado o cubo (4); dita turbina eólica (1) trabalhando em conjunto com uma uni-dade de geração de energia elétrica (6) em cuja entrada fica aco-plada a extremidade inferior do eixo (5), formando um gerador eó-lico; ditas pás (2) assentadas articuladamente e através de res-pectivas articulações (7) em respectivos braços (3).The present patent application refers to the wind turbine, which belongs to the field of electrical energy generating equipment, comprising: by vertical blades (2) on which the wind acts; by horizontal radial arms (3), at the ends of which the blades (2) are arranged; by central hub (4), on which the radial arms (3) rest; per vertical spindle (5), on whose upper end the hub (4) is mounted; said wind turbine (1) working together with an electric power generation unit (6) to which the lower end of the shaft (5) is coupled, forming a wind generator; said blades (2) seated articulated and through respective joints (7) in the respective arms (3).

Description

INTRODUCTION

[001] O presente relatório descritivo refere-se a um pedido de patente de modelo de utilidade para turbina eólica, pertencente ao campo dos equipamentos geradores de energia elétrica eólicos, que recebeu disposição para proporcionar melhor aproveitamento do vento e maior rendimento.[001] This descriptive report refers to a patent application for a utility model for a wind turbine, belonging to the field of wind power generating equipment, which received a disposition to provide better use of the wind and greater efficiency.

TECHNICAL STATUS

[002] Já é conhecida turbina eólica com eixo vertical, formada, essencialmente; por pás verticais afixadas nas extremidades dos braços radiais e horizontais sobre as quais atua o vento; por um cubo central, no qual se assentam os braços radiais; por eixo vertical em cuja extremidade superior fica montado o cubo; dita turbina eólica trabalhando em conjunto com uma unidade de geração de energia elétrica fixada na parte inferior do eixo, formando um gerador eólico. Dentro desse conceito básico de construção, existem inúmeras variantes que apresentam diferenças umas em relação às outras, principalmente na configuração geométrica das pás, visando, sobretudo, melhor aproveitamento da força do vento com a aerodinâmica. Todavia, a configuração da pá não é o único fator determinante do melhor aproveitamento da força do vento. De fato, considerando uma pá tomada individualmente tem-se que quando ela dá uma volta completa em torno do eixo, 360°, a sua posição em relação à posição do vento varia entre posições de melhor e de pior aproveitamento da força do vento. Por outro lado, considerando o conjunto das pás de uma turbina, tem-se que enquanto algumas pás estão em posição na qual são empurradas pelo vento, outras pás se deslocam contra o vento. Assim, constata-se que o ideal seria que as pás ficassem em posição em relação ao vento o mais favorável possível, ao longo de toda a volta em torno do eixo, a fim de proporcionarem um melhor aproveitamento.[002] A wind turbine with a vertical axis is already known, essentially formed; by vertical blades affixed to the ends of the radial and horizontal arms on which the wind acts; by a central cube, on which the radial arms are seated; by vertical axis on whose upper end the cube is mounted; said wind turbine working together with an electric power generation unit fixed to the bottom of the shaft, forming a wind generator. Within this basic concept of construction, there are numerous variants that differ from each other, mainly in the geometric configuration of the blades, aiming, above all, to better use the wind force with aerodynamics. However, the blade configuration is not the only determinant of the best use of wind force. In fact, considering a blade taken individually, we have that when it makes a complete turn around the axis, 360 °, its position in relation to the position of the wind varies between positions of better and worse use of the force of the wind. On the other hand, considering the set of blades of a turbine, it is seen that while some blades are in a position in which they are pushed by the wind, other blades move against the wind. Thus, it appears that the ideal would be that the blades should be positioned in relation to the wind as favorable as possible, along the entire turn around the axis, in order to provide a better use.

OBJECTIVES OF THE PROVISION

[003] Assim, o objetivo da presente patente de modelo de utilidade é prover turbina eólico cujas pás fiquem em posição o mais favorável possível em relação ao vento, ao longo de toda a trajetória circular em torno do eixo geométrico da turbina, a fim de proporcionar um alto aproveitamento da força do vento.[003] Thus, the purpose of this utility model patent is to provide a wind turbine whose blades are in the most favorable position in relation to the wind, along the entire circular path around the turbine's geometric axis, in order to provide a high use of the wind force.

[004] Outro objetivo é prover uma turbina eólica de construção e fabricação simples.[004] Another objective is to provide a wind turbine of simple construction and manufacture.

[005] Outro objetivo é prover uma turbina eólica com baixos custos de aquisição, operação e manutenção.[005] Another objective is to provide a wind turbine with low acquisition, operation and maintenance costs.

BRIEF DESCRIPTION OF THE PROVISION

[006] Tendo em vista, portanto, os aspectos e objetivos acima aludidos e no propósito de atendê-los foi desenvolvida a disposição introduzida em turbina eólica vertical, objeto da presente patente, a qual apresenta como principal diferencial em relação às usuais, o fato de suas pás sujeitas ao vento ficarem montadas articuladamente nos braços radiais, abrindo e fechando em diferentes ângulos, a fim de terem a posição ideal de aproveitamento da energia do vento.[006] In view, therefore, of the aspects and objectives mentioned above and in order to meet them, the provision introduced in a vertical wind turbine, object of the present patent, which presents the main differential in relation to the usual ones, was developed. of their blades subjected to the wind are mounted articulated on the radial arms, opening and closing at different angles, in order to have the ideal position to harness the wind energy.

[007] Essa construção propicia que a cada volta da turbina, as pás que se deslocam a favor do vento, por ação deste, articulem-se, abrindo no grau necessário e fiquem com maior área a favor do vento, de modo a serem empurradas por este com maior aproveitamento, fazendo com que a turbina gire. Simultaneamente, as pás que se deslocam contra o vento, do lado oposto, articulem-se se recolhendo, e fiquem com menor área contra o vento, facilitando o “corte” deste. As pás têm perfil aerodinâmico, que favorecem seu deslocamento em torno do eixo e também suas articulações, no abrir e fechar, em relação aos braços. Os limites da abertura e fechamento das pás, seguirão posições pré-estabelecidas de acordo com a intensidade do vento e do local, utilizando molas, rolamentos e finais de curso mecânico, construções essas que atendem ao objetivo principal da modelo de utilidade.[007] This construction allows that at each turn of the turbine, the blades that move downwind, by their action, articulate, opening to the necessary degree and keep a greater area downwind, in order to be pushed by this one with greater use, making the turbine rotate. Simultaneously, the blades that move against the wind, on the opposite side, articulate themselves when they are retracted, and have a smaller area against the wind, facilitating its “cut”. The blades have an aerodynamic profile, which favor their movement around the axis and also their joints, in the opening and closing, in relation to the arms. The limits for opening and closing the blades will follow pre-established positions according to the intensity of the wind and location, using springs, bearings and mechanical limit switches, constructions that meet the main purpose of the utility model.

[008] Apesar das vantagens proporcionadas pela presente turbina, a sua construção e fabricação são relativamente simples e de baixo custo, atendendo assim outros objetivos da disposição.[008] Despite the advantages provided by the present turbine, its construction and manufacture are relatively simple and of low cost, thus meeting other objectives of the provision.

LIST OF DRAWINGS

[009] Os desenhos anexos referem-se à disposição introduzida em turbina eólica vertical, objeto da presente patente, nos quais:[009] The attached drawings refer to the provision introduced in a vertical wind turbine, object of the present patent, in which:

[010] a fig. 1 mostra uma vista em perspectiva da turbina associada a uma unidade de geração de energia elétrica, formando um gerador eólico;[010] fig. 1 shows a perspective view of the turbine associated with an electric power generation unit, forming a wind generator;

[011] as figs. 2 a 5 mostram detalhes da turbina; e[011] figs. 2 to 5 show details of the turbine; and

[012] a fig. 6 mostra uma vista em planta da turbina e a indicação das pás e de seu funcionamento em relação a direção do vento “A”.[012] fig. 6 shows a plan view of the turbine and the indication of the blades and their operation in relation to the wind direction “A”.

DETAILED DESCRIPTION BASED ON THE DRAWINGS

[013] Conforme ilustram as figuras acima relacionadas e é previsto na disposição, a turbina eólica vertical, objeto da presente patente modelo de utilidade, é compreendida, essencialmente, (fig. 1): por pás verticais 2 sobre as quais atua o vento; por braços radiais horizontais 3, nas extremidades dos quais ficam dispostas as pás 2; por cubo central 4, no qual se assentam os braços radiais 3; por eixo árvore vertical 5, em cuja extremidade superior fica montado o cubo 4; dita turbina eólica 1 trabalhando em conjunto com uma unidade de geração de energia elétrica 6 em cuja entrada fica acoplada a extremidade inferior do eixo 5, formando um gerador eólico.[013] As the figures listed above illustrate and the provision foresees, the vertical wind turbine, object of the present utility model patent, is essentially understood (fig. 1): by vertical blades 2 on which the wind acts; horizontal radial arms 3, at the ends of which the blades 2 are arranged; by central hub 4, on which the radial arms 3 rest; per vertical spindle 5, on whose upper end the cube 4 is mounted; said wind turbine 1 working in conjunction with an electric power generation unit 6 at whose entrance the bottom end of axis 5 is coupled, forming a wind generator.

[014] Na presente disposição e isso constituindo o objeto principal a ser protegido na patente, ao invés de as pás 2 serem assentadas fixamente nas extremidades dos braços radiais 3, conforme construção usual; ditas pás 2, na presente disposição, são assentadas articuladamente na extremidade dos braços 3, através de respectivas articulações 7. Desse modo, ditas pás 2, ao longo da trajetória circular “T” (fig. 6) em torno do eixo geométrico “P” da turbina 1, quando se deslocam no sentido do vento, articulam-se (abrem) em relação aos braços 3 e expõem maior área a favor do vento, o qual empurra referidas pás 2 proporcionando o giro da turbina 1 e quando ditas pás 2 se deslocam contra o vento articulam-se (fecham) e expõe menor área contra este, o que favorece o “corte” do vento.[014] In the present provision and this constituting the main object to be protected in the patent, instead of the blades 2 being fixedly fixed on the ends of the radial arms 3, as usual construction; said blades 2, in the present arrangement, are hinged jointly at the end of the arms 3, through respective joints 7. Thus, said blades 2, along the circular path “T” (fig. 6) around the geometric axis “P ”Of turbine 1, when moving in the direction of the wind, they articulate (open) in relation to the arms 3 and expose a greater area downwind, which pushes said blades 2 providing the rotation of the turbine 1 and when said blades 2 they move against the wind they articulate (close) and expose less area against it, which favors the “cut” of the wind.

[015] Detalhando, referida pá 2 é constituída por um perfilado de seção em “J” (fig. 2), dita secção definida: por curto trecho plano extremo de secção retilínea 8; por longo trecho de secção curva extremo oposto 9, que fica substancialmente paralelo ao trecho plano 8 e com a superfície côncava voltada para este; e por trecho intermediário curvo 10 de secção em semicircunferência, que interliga os trechos 8, 9 e é concordante com estes, referido trecho intermediário 10 define uma borda de ataque 10 da pá 2, em ponto médio da qual se localiza a articulação 7, sendo que (fig. 3) na superfície côncava do trecho curvo 9 voltada para o trecho 8 são previstas ale- tas de reforço 11 dispostas paralelas e a espaços regulares, definindo o conjunto uma forma semelhante à de asa de avião.[015] In detail, this blade 2 is constituted by a section profile in “J” (fig. 2), said defined section: by a short extreme flat section of rectilinear section 8; for a long stretch of curved opposite extreme section 9, which is substantially parallel to the flat section 8 and with the concave surface facing it; and by curved intermediate section 10 of semicircumference section, which connects sections 8, 9 and is in agreement with them, said intermediate section 10 defines a leading edge 10 of blade 2, at the midpoint of which joint 7 is located, being that (fig. 3) on the concave surface of the curved section 9 facing the section 8, reinforcement ribs 11 are provided parallel and in regular spaces, defining the set similar to that of an airplane wing.

[016] A articulação 7 é compreendida (figs. 4, 5) : por um recorte 12 localizado transversalmente no ponto médio da borda de ataque 10 da pá 2; por um eixo 13 localizado dentro e ao longo da borda de ataque 10 e que fica com as extremidades montadas em respectivos rolamentos 14, montados em alojamentos 15 previstos na face interna da pá 2; dita articulação 7 é formada ainda por uma extremidade anelar 16 do braço 3 que atravessa o recorte 12 e que é atravessada pelo eixo 13 e solidária a este, referida articulação 7 é formada ainda por pinos limitadores de curso 17 previstos nos alojamentos 15 e contra os quais incidem batentes 17’ previstos no corpo da pá 2, que limitam o movimento desta em relação ao braço 3.[016] The articulation 7 is comprised (figs. 4, 5): by a cutout 12 located transversely at the midpoint of the leading edge 10 of the blade 2; by an axis 13 located inside and along the leading edge 10 and which has the ends mounted on respective bearings 14, mounted in housings 15 provided on the inner face of the blade 2; said articulation 7 is further formed by an annular end 16 of the arm 3 which crosses the cutout 12 and which is traversed by the axis 13 and solidary to it, said articulation 7 is further formed by travel limiting pins 17 provided in the housings 15 and against the which stops 17 'provided in the body of the blade 2, which limit its movement in relation to the arm 3.

[017] A construção do conjunto da pá 2 prevê molas, rolamentos e finais de curso mecânico (não ilustrados) que, em colaboração com a intensidade do vento e do local, proporcionam os limites da abertura e fechamento da pá, segundo posições pré-estabelecidas.[017] The construction of the blade assembly 2 includes springs, bearings and mechanical limit switches (not shown) that, in collaboration with the intensity of the wind and the location, provide the limits for opening and closing the blade, according to pre-set positions. established.

[018] Os braços 3 são recobertos com carenagens aerodinâmicas 18 (fig- 1)-[018] Arms 3 are covered with aerodynamic fairings 18 (fig- 1) -

[019] O eixo árvore 5 fica alojado dentro de um corpo 19, junto a cuja extremidade superior fica disposto o cubo 4 e cuja extremidade inferior tem uma base de fixação 20 que fica montada em uma estrutura 21, sob a qual fica a unidade de geração de energia elétrica 6.[019] The spindle 5 is housed within a body 19, next to whose upper end is arranged the hub 4 and whose lower end has a fixing base 20 which is mounted on a structure 21, under which is the unit of electric power generation 6.

[020] Assim, quando o gerador, dotado da turbina 1 objeto da presente patente, se apresenta em funcionamento, com o vento em uma posição “A de incidência contra a turbina 1 e o giro desta é em sentido horário “B”, conforme ilustrado na figura 6, e considerando uma dada pá 2 tem-se que, ao longo da trajetória circunferencial “T”, referida dada pá 2 passa por uma posição “C”, na qual define ângulo “x” de 0o (zero) em relação à linha da trajetória circular “T”. A partir de dita posição “C”, referida dada pá 2 se move em um setor da trajetória “T”, no qual se desloca a favor do vento e por força deste, referida dada pá 2 progressivamente se articula em relação ao braço 3 ao longo do que vai expondo área cada vez maior a favor do vento, até uma posição “D” a 120° da posição “C”, onde referida dada pá 2 dis- põe-se em ângulo máxima “Y” de 35° em relação à linha da trajetória “T”, sendo que ao longo desse movimento de articulação, referida dada pá 2 vai sendo empurrada pelo vento, fazendo a turbina 1 girar. A partir da posição “D”, referida dada pá 2 passa a diminuir progressivamente o ângulo em relação à linha da trajetória “T” até uma posição “E” a 120° em relação à posição “D”, onde referida dada pá 2 fica com ângulo “Z” de 25° em relação à linha da trajetória circular “T”. A partir de mencionada posição “E”, referida dada pá 2 passa a deslocar-se contra o vento e continua diminuindo o ângulo em relação a linha da trajetória “T”, pelo que vai ficando progressivamente com menor área contra o vento, o que facilita que sua borda de ataque 10 “corte” o vento. Esse movimento continua até que dita dada pá 2 volta à posição “C” de ângulo “X” de 0o em relação à linha de trajetória circular “T”, a partir de onde novo ciclo de giro tem início.[020] Thus, when the generator, equipped with turbine 1 object of the present patent, is in operation, with the wind in a position "A of incidence against turbine 1 and its rotation is clockwise" B ", as illustrated in figure 6, and considering a given blade 2, we have that, along the circumferential path “T”, said given blade 2 passes through a position “C”, in which it defines angle “x” of 0o (zero) in relation to the circular path line “T”. From said position "C", said given blade 2 moves in a sector of the "T" path, in which it moves downwind and by virtue of this, said given blade 2 progressively articulates in relation to arm 3 to the over which it exposes an increasingly larger area in favor of the wind, up to a position “D” at 120 ° from position “C”, where the given blade 2 has a maximum “Y” angle of 35 ° in relation to to the line of trajectory “T”, being that along this articulation movement, the given blade 2 is pushed by the wind, making the turbine 1 rotate. From position “D”, the given blade 2 starts to progressively decrease the angle in relation to the line of trajectory “T” to a position “E” at 120 ° in relation to position “D”, where said blade 2 is with “Z” angle of 25 ° in relation to the circular path line “T”. From the aforementioned “E” position, the given blade 2 starts to move against the wind and continues to decrease the angle in relation to the line of the “T” path, so that it gradually becomes smaller with an area against the wind, which makes it easier for your leading edge 10 to "cut" the wind. This movement continues until said paddle 2 returns to the “C” position of angle “X” of 0o in relation to the circular path line “T”, from where the new turning cycle begins.

[021] Dentro da construção básica, acima descrita, a turbina eólica, objeto da presente patente, pode apresentar modificações relativas a materiais, dimensões, detalhes construtivos e/ou de configuração funcional e/ou ornamental, sem que fuja do âmbito da proteção solicitada.[021] Within the basic construction, described above, the wind turbine, object of the present patent, may present modifications related to materials, dimensions, construction details and / or functional and / or ornamental configuration, without departing from the scope of the requested protection .

Claims

1) - “ARRANGEMENT INTRODUCED IN A VERTICAL AXIS WIND TURBINE” (1) formed: by vertical blades (2) on which the wind acts; by horizontal radial arms (3), at the ends of which the blades (2) are arranged; by central hub (4), on which the radial arms (3) rest; per vertical spindle (5), on whose upper end the hub (4) is mounted; said wind turbine (1) working in conjunction with an electric power generation unit (6) to which the lower end of the shaft is attached (5), forming a wind generator; said blades (2) when moving in the direction of the wind, they articulate (open) in relation to the arms (3) and expose a larger area in favor of the wind, which pushes them providing the rotation of the turbine (1) and when move against the wind they articulate (close) and expose less area against it, which favors the “cut” of the wind, characterized by blades (2) seated articulately and through respective joints (7) in respective arms (3) ; said shovel (2) is a “J” section profile; said defined section: for a short extreme flat section of rectilinear section (8); for a long stretch of curved opposite extreme section (9), which is parallel to the flat section (8) and with the concave surface facing east; and by a curved intermediate section (10) of a semicircular section, which links the sections (8), (9) and is in agreement with them, said intermediate section (10) defines a leading edge (10) of the blade (2), at the midpoint of which the joint (7) is located, and on the concave surface of the curved section (9) facing the section (8) reinforcement fins (11) are provided, parallel and in regular spaces, defining the set as one shape similar to that of an airplane wing; said articulation (7) is understood by: a cutout (12) located transversely at the midpoint of the leading edge (10) of the blade (2); by an axis (13) located inside and along the leading edge (10) and which has the ends mounted on the respective bearings (14), mounted on housings (15) provided on the inner face of the blade (2); said joint (7) is further formed by an annular end (16) of the arm (3) which crosses the cutout (12) and which is crossed and integral with the axis (13), said joint (7) is further formed by limiting pins of stroke (17) provided in the housing (15) and against which stops (17 ') are provided in the body of the blades (2).