ES1076876U - Aerogenerador con alas. - Google Patents

Abstract

1. Aerogenerador con alas, del tipo que comprende unas hélices distribuidas radialmente y unidas por uno de sus extremos a un rotor central, estando los extremos opuestos de las hélices unidos entre sí mediante unas alas, caracterizado porque comprende un sistema de rotación axial vinculado a las hélices que trasmiten a las alas una torsión, a través de unos ejes de rotación, generando unas alas con forma elíptica en las que se desarrolla un borde de ataque de configuración sensiblemente helicoidal; y donde el ala presenta una superficie sensiblemente simétrica que comprende un ancho mínimo en la zona central y dos anchos máximos próximos a cada final del ala.2. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los ejes de rotación están instalados en cada extremo donde se unan las hélices entre sí.3. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las alas están realizadas en material flexible.4. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho material flexible es fibra de vidrio.5. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial está relacionado a las hélices por su extremo vinculado al rotor central.6. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1 y 5, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial está instalado en la góndola y comprende al menos un pistón hidráulico vinculado a cada hélice que está asociado a un amortiguador.7. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial permite modificar la cantidad de aire que incide en las hélices.8. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el borde de ataque presenta un ángulo de ataque máximo respecto al perímetro de la forma elíptica comprendido entre -25º y 25º, de modo que este ángulo de ataque varia en sentido horario desde el punto más negativo, próximo a un final del ala, hasta el punto más positivo, próximo al extremo opuesto del ala, pasando en la parte central del ala con un ángulo de ataque igual al de dicho centro.9. Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende tres hélices rotativas acopladas por un extremo al rotor y vinculadas entre sí a través de sus extremos opuestos por medio de tres alas.

Description

Aerogenerador con alas.

Objeto de la invención

La presente solicitud de Modelo de Utilidad tiene por objeto el registro de un aerogenerador con unas alas capaces de aumentar la cantidad de energía, procedente del aire, que aprovecha un aerogenerador.

Antecedentes de la invención

Actualmente, son conocidos aerogeneradores que presentan cuatro aspas, similares a las utilizadas por los helicópteros, distribuidas radialmente y unidas por uno de sus extremos a la parte delantera del eje de un rotor central, resultando el extremo opuesto de estas aspas unidos entre si mediante unas cometas, que generan una forma circular alrededor del eje del rotor central. Un ejemplo de este tipo se describe en el modelo de utilidad ES1074184. Más concretamente, estas cometas presentan un borde de ataque curvo con un ángulo de ataque constante y un borde de fuga del aire recto totalmente recto. Adicionalmente, las aspas presentan un mecanismo de rotación axial para aumentar o disminuir la captación del viento. De este modo, esta configuración consigue un incremento en la potencia superior al 60% en comparación con aerogeneradores de 3 hélices convencionales y de igual tamaño.

La configuración de estas cometas a pesar de presentar grandes ventajas, no aprovecha la totalidad de la energía del aire disponible debido a su forma, reduciendo el coeficiente de rendimiento del aerogenerador. Otro inconveniente que presenta esta configuración es el uso de aspas, que al ser similares a las de un helicóptero pierden una parte importante del aire disponible, de este modo de la combinación de ambos factores se obtiene una reducción notable del coeficiente de rendimiento.

Descripción de la invención

El aerogenerador con alas objeto del presente registro, resuelve los inconvenientes anteriormente citados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.

Este aerogenerador con alas es del tipo que comprende una serie de hélices distribuidas radialmente y unidas por uno de sus extremos a la parte delantera del rotor central del generador eléctrico emplazado en la góndola, mientras que los extremos opuestos de las hélices están unidos entre sí mediante unas alas realizadas en material flexible, tal como la fibra de vidrio, epoxi o carbono, incluyendo refuerzos metálicos. Adicionalmente, los extremos de las hélices que están unidos a dicho rotor están vinculados a un sistema de rotación axial, instalado en el interior de la góndola, que permite generar una rotación axial bidireccional de las hélices, siendo este sistema de rotación axial capaz de variar la forma en la que aire circula alrededor de las hélices, permitiendo optimizar o reducir la cantidad de aire captado. Complementariamente, al estar dichas hélices vinculadas, por el extremo libre, a sendos finales de dos alas, a través de un eje de rotación, se consigue transmitir dicho movimiento rotativo axial de las hélices hasta las alas permitiendo variar la posición y la torsión de las mismas y por tanto variar el flujo de aire incidente sobre estas. Concretamente, este sistema de rotación axial comprende unos accionamientos hidráulicos que son capaces de generar dicho movimiento y que están controlados por un sistema de control de posición que permite optimizar el rendimiento, así como posicionar las alas en una posición de protección o frenado del giro de las hélices del aerogenerador cuando las condiciones climáticas sean peligrosas para la estructura del mismo.

Por un lado, estas alas comprenden una forma elíptica con un borde de ataque, definido como la parte del ala sobre la que incide directamente el viento, que presenta una configuración sensiblemente helicoidal generada por dicho sistema de rotación axial. Concretamente, el borde de ataque permite un ángulo de ataque máximo respecto al perímetro de la forma elíptica en reposo (sin que reciba ninguna fuerza de torsión) comprendido entre -25º y 25º de modo que este ángulo de ataque varía en sentido horario desde el punto más negativo (-25º) que esta próximo al final del ala, hasta el punto más positivo (25º) que esta próximo al final opuesto del ala, presentado en la parte central del ala un ángulo de ataque igual a 0º, o de igual posición a dicho perímetro en reposo de la forma elíptica. Adicionalmente, los extremos del borde de ataque comienzan por 0º y aumentan o disminuyen sensiblemente hasta llegar a su respectivo punto máximo o mínimo. Cabe destacar que el borde de ataque del ala se encuentra enfocado hacia el mismo sentido que el buje del aerogenerador, y por tanto resultado el borde de fuga del ala, definido como la parte opuesta al borde de ataque del ala, enfocado hacia la parte trasera de la góndola.

Por otro lado, cada ala presenta una superficie sensiblemente simétrica que comprende un ancho mínimo en la zona central y dos anchos máximos próximos a sendos finales del ala.

Con esta configuración del ala se consigue maximizar la acción de la proyección tangencial de la fuerza de sustentación que actúa sobre cada ala, a la vez que se reducen los efectos de las fuerzas de tracción radiales, o normales que son no deseadas. Con el fin de poder proyectar una componente tangencial maximizada sobre las alas se requiere una curva de mayor pendiente que la circunferencia, tal como lo es la forma elíptica o la media elipse. Adicionalmente, con este mismo fin, a la superficie del ala se le impone un valor mínimo en el centro, un valor intermedio en cada uno de los extremos y un valor máximo en un punto cercano a los finales del ala, permitiendo una transición suave hasta la unión del ala con la hélice. El ala se ha diseñado de forma que la directriz de la elipse pasa por el centro aerodinámico de cada sección generada por los tramos que unen estos valores máximo, mínimo e intermedio, para así evitar esfuerzos de torsión provocados por las fuerzas aerodinámicas. Concretamente, el centro aerodinámico se define como el punto en el cual el momento generado por la distribución de presiones del contorno de toda la sección es nulo.

Además, para que dicha fuerza tangencial tenga el mismo sentido (igual al sentido rotatorio) a lo largo del ala, el ángulo del borde de ataque cambia de signo en la parte central del ala. Esto es debido a que el punto en el que la fuerza tangencial es menor coincide con el punto en el que la fuerza de tracción radial es mayor, concretamente este punto coincide con el centro del ala.

De esta forma, se aumenta notablemente, respecto al estado de la técnica, la energía aprovechada del aire que incide tanto sobre las hélices como sobre las alas siempre que sea deseado, o lo que es lo mismo siempre que las condiciones climáticas permitan el uso de aerogeneradores. Específicamente, esta configuración aumenta notablemente el rendimiento del aerogenerador reduciendo a la mitad los costes de fabricación y obteniendo aerogeneradores modulares con una altura de torre inferior a las actuales, siendo de este modo, fáciles de transportar y montar, a diferencia de los grandes aerogeneradores actuales.

Para completar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.

Breve descripción de los diseños

Figura 1.- Es una vista esquemática en perspectiva de una realización preferente de aerogenerador con alas, en la que se incluye un detalle “A” donde se muestra el eje de rotación.

Figura 2.- Es una vista esquemática del perfil de una realización preferente del ala donde se muestra la disposición del borde ataque óptimo.

Figura 3.- Es una vista esquemática, desarrollada en planta, de una realización preferente del ala.

Descripción de una realización preferente

A la vista de las comentadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en las mismas una realización preferente aunque no limitativa de la invención, la cual consiste, tal y como muestra la figura 1, en un aerogenerador con alas, fabricadas en fibra de vidrio, que comprende tres hélices (5) distribuidas radialmente y unidas por uno de sus extremos al rotor central de un generador eléctrico (no representado) situado en el interior de una góndola (7), estando el extremo opuesto de las hélices (5) unidos entre sí mediante unas alas (1) cuyos bordes de ataque (4) se encuentran colocados en el mismo sentido al que apunta el buje (8) del aerogenerador. Concretamente, los extremos de las hélices (5) que están unidos a dicho rotor se encuentran vinculados a un sistema de rotación axial bidireccional, formado por un pistón hidráulico vinculado a las tres hélices (5) que está asociado a un amortiguador instalado en el interior de la góndola (7) y, mientras que el extremo opuesto de cada hélice (5) esta vinculado a dos finales de dos alas (1) mediante un eje de rotación (9), tal y como se puede ver en el detalle “A” de la figura 1, permitiendo este movimiento axial rotativo ser transmitido a las alas (1) en forma de cambio de posición y variación del ángulo de ataque. Adicionalmente, este sistema de rotación axial es capaz de variar la forma en la que el aire incide sobre las hélices (5). Dicho sistema de rotación axial, es un mecanismo de accionamiento hidráulico que esta controlado por un sistema de control de posición que permite optimizar el rendimiento, así como posicionar las alas (1) en una posición de protección o frenado del giro de las hélices (5) del aerogenerador cuando las condiciones climáticas sean peligrosas para la estructura del mismo.

En cuanto a la torre (6), esta se encuentra formada por módulos de hormigón preformado que son montados en el lugar de la instalación con lo que no es necesario el transporte de grandes partes de la torre (6) hasta la zona de instalación, Adicionalmente, todos los componentes electrónicos de control y transformación se sitúan en la base de la torre (6), tal como inversores, unidades de control o transformadores, permitiendo reducir el tamaño de la góndola

(7) y por tanto el peso soportado por dicha torre (6). Esta composición de la torre (6) presenta una mayor resistencia a la flexión y a la fatiga que genera la rotación de las hélices (5) y de las alas (1), así como también se reduce los costes de mantenimiento al carecer de partes metálicas que se oxiden, reducción los costes en un 20% respecto a los tipos de torres convencionales.

Una de las características más importantes del ala (1) de la presente invención es, tal y como muestra la figura 2, la forma elíptica cuyo borde de ataque (4) tiene una configuración helicoidal. Concretamente, el borde de ataque (4) óptimo presenta un ángulo de ataque respecto al perímetro de la forma elíptica comprendido entre -14º y 14º de modo que este ángulo de ataque varia en sentido horario desde el punto más negativo, próximo a un final del ala (1), hasta el punto más positivo, próximo al extremo opuesto del ala (1), pasando en la parte central del ala (1) con un ángulo de ataque igual al de dicho perímetro. El desarrollo del ángulo de ataque se realiza gradualmente siendo el ángulo de ataque 0º en la parte central del ala (1), concretamente entre los ángulos 45º a 75º si consideramos que cada ala (1) comprende un cuerpo elíptico de 120º y contamos en sentido horario.

Por otro lado, otra característica importante de dicha ala (1), según muestra la figura 3, es que presenta una superficie simétrica que comprende una sección con ancho mínimo (2) en la zona central, dos secciones con unos anchos máximos (3) próximos a cada final del ala (1) y otras dos secciones en los finales con dos anchos intermedios que permiten una transición suave hasta la unión de las alas (1) con las hélices (5). Concretamente, el ancho mínimo (2) del ala (1) es de 1m, y el ancho máximo (3) del ala (1) es de 3m y el ancho de los finales del ala

(1) es de 2m.

Con esta configuración de diseño del aerogenerador se consigue ampliar notablemente los emplazamientos rentables de los parques de generación eólica, ya que en la actualidad los lugares con vientos óptimos ya son explotados o bien son lugares protegidos medioambientalmente.

Cabe destacar que el aerogenerador con alas de esta realización preferente está optimizado para velocidades medias del viento alrededor de los 6m/s a una altura respecto el suelo igual a 80m. A pesar de que esta velocidad media es la más común en esta altura a nivel mundial las características constructivas pueden variar notablemente dependiendo de los parámetros de altura y velocidad del viento para los que sea diseñado el aerogenerador con alas.

Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los materiales empleados en la fabricación del aerogenerador con alas de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Aerogenerador con alas, del tipo que comprende unas hélices distribuidas radialmente y unidas por uno de sus extremos a un rotor central, estando los extremos opuestos de las hélices unidos entre sí mediante unas alas, caracterizado porque comprende un sistema de rotación axial vinculado a las hélices que trasmiten a las alas una torsión, través de unos ejes de rotación, generando unas alas con forma elíptica en las que se desarrolla un borde de ataque de configuración sensiblemente helicoidal; y donde el ala presenta una superficie sensiblemente simétrica que comprende un ancho mínimo en la zona central y dos anchos máximos próximos a cada final del ala.

2. 2.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los ejes de rotación están instalados en cada extremo donde se unan las hélices entre sí.

3. 3.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las alas están realizadas en material flexible.

4. 4.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho material flexible es fibra de vidrio.

5. 5.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial esta relacionado a las hélice por su extremo vinculado al rotor central.

6. 6.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1 y 5, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial esta instalado en la góndola y comprende al menos un pistón hidráulico vinculado a cada hélice que está asociado a un amortiguador.

7. 7.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de rotación axial permite modificar la cantidad de aire que incide en las hélices.

8. 8.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el borde de ataque presenta un ángulo de ataque máximo respecto al perímetro de la forma elíptica comprendido entre -25º y 25º, de modo que este ángulo de ataque varia en sentido horario desde el punto más negativo, próximo a un final del ala, hasta el punto más positivo, próximo al extremo opuesto del ala, pasando en la parte central del ala con un ángulo de ataque igual al de dicho centro.

9. 9.

   Aerogenerador con alas, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende tres hélices rotativas acopladas por un extremo al rotor y vinculadas entre sí a través de sus extremos opuestos por medio de tres alas.