ES2291090B1 - Turbina de palas auto-orientables. - Google Patents
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Abstract
Turbina de palas auto-orientables, que comprende una base de apoyo (1), un eje de rotación principal (2) perpendicular a la dirección de incidencia del fluido, que gira con respecto a la citada base y una pluralidad de ejes secundarios (4-4¿) situados en la intersección entre al menos un primer plano axial del eje de rotación principal (2) y una pluralidad de segundos planos perpendiculares a dicho eje de rotación principal (2), cada eje secundario (4-4¿) se divide en dos semiejes que disponen de al menos una pala (5-6,5¿-6¿) con una superficie sustancialmente perpendicular a la dirección de incidencia del fluido, estando la pala (5-5¿) de uno de los semiejes desfasada 90º con respecto a la pala (6-6¿) del otro semieje. La distancia de separación entre los segundos planos axiales al eje de rotación principal (2) es menor que la anchura de las palas (5-6,5¿-6¿) y porque los ejes secundarios (4-4¿) giran libremente con respecto al eje de rotación principal (2).
Description
Turbina de palas
auto-orientables.
La invención se engloba dentro del campo de la
transformación de energías y más concretamente se refiere a un
dispositivo capaz de transformar la energía de una corriente de
fluido en movimiento en otro tipo de energía como por ejemplo
energía eléctrica, tal dispositivo se puede emplear tanto en
instalaciones eólicas como por ejemplo aerogeneradores o turbinas
de gas como en instalaciones hidráulicas como por ejemplo bombas o
turbinas hidráulicas.
En la actualidad se conocen multitud de
dispositivos para la transformación de energías, la mayoría de
tales dispositivos suelen transformar la energía de una corriente
de fluido en energía eléctrica, tales dispositivos se suelen
denominar aerogeneradores o máquinas eólicas para el caso de que el
fluido este en estado gaseoso (aire) o turbinas o máquinas
hidráulicas en el caso de que el fluido esté en estado líquido
(agua).
En la mayoría de los casos tales dispositivos se
componen de una pluralidad de palas conectadas a un eje de giro,
incidiendo sobre las mismas el gas o el líquido y haciéndolas
girar, transformándose dicha energía mecánica en energía eléctrica a
través de diferentes elementos conversores. Existen multitud de
configuraciones en lo que se refiere a la forma disposición y
movilidad de las palas entre ellas y con respecto al eje de
giro.
Podríamos distinguir dos grandes grupos de
dispositivos, un primer grupo en el que el eje de giro es paralelo
a la dirección de incidencia del fluido, en tal grupo se engloba la
mayoría de los aerogeneradores conocidos, los cuales normalmente
comprende una torre o fuste que se planta sobre el terreno,
perpendicularmente al mismo, en cuyo extremo libre, sobre una
plataforma, se dispone un estator o parte fija y un rotor o parte
móvil, cuyo eje de giro es perpendicular al eje de la torre en cuyo
extremo se disponen la mencionadas aspas o palas, pudiendo ser su
número variable. Los mencionados dispositivos suelen ser de gran
tamaño y han de necesitar velocidades de fluido considerables para
ponerlos en funcionamiento y obtener rendimientos energéticos
aceptables.
En segundo grupo lo componen dispositivos cuyo
eje de giro es perpendicular a la dirección de incidencia del
fluido, dichos dispositivos, para el caso de aerogeneradores,
suelen comprender una base fija sobre la que se dispone una parte
giratoria en forma de eje sobre el que se disponen las aspas o
palas. En este segundo grupo se engloba la presente invención.
Dentro del segundo grupo, en el Modelo de
Utilidad 1057162 se describe un aerogenerador de eje vertical que
consta de una veleta y una estructura giratoria con respecto un
pie, disponiéndose al menos un segundo eje perpendicular al anterior
con posibilidad de giro sobre sí mismo sobre el que se disponen en
sus extremos palas para ser empujadas por la energía cinética del
viento, estando las posiciones angulares de las palas de cada de
uno de los extremos de dicho segundo eje desfasadas entre sí. El
eje portador de las palas es accionado por medio de un mecanismo de
transmisión variando la posición angular de las palas según la
posición de la veleta. Las palas se sitúan de manera que el extremo
de segundo eje queda centrado con respecto a las mismas.
En este aerogenerador la orientación de las
palas se hace a través de cilindros hidráulicos o neumáticos o un
reductor que actúe sobre un engranaje solidario a dicho eje. Dicho
aerogenerador tiene el inconveniente de que la actuación por los
mecanismos mencionados necesita instalaciones auxiliares cuya
complicación y coste son elevados, además el tiempo de reacción en
la actuación es demasiado elevado cuando se producen velocidades
del fluido elevadas.
En la patente de invención española n° 510620 se
describe una rueda eólica de palas articuladas cuyo eje es vertical
y por lo tanto perpendicular a la dirección de incidencia del
viento, estando todas sus palas montadas sobre brazos radiales los
cuales se articulan sobre ejes horizontales perpendiculares al eje
de giro de la rueda, las palas situados sobre extremos opuestos de
cada uno de los ejes de articulación están desfasadas 90 grados y
disponen de topes para limitar el giro de las palas cuando se
encuentran en un plano paralelo al definido por el eje de rotación
de la rueda y el eje de articulación de cada pala.
El problema que presenta la mencionada rueda
eólica es que para rachas de aire de velocidades variables y
ángulos de incidencia cambiantes el dispositivo no es capaz de
girar de una forma regular, puesto que todas las palas tienden a
permanecer en posición vertical contrarestándose el empuje del aire
en palas opuestas.
Finalmente en la patente de invención española
n° 2116881 se describe un aparato conversor de energía eólica en
otra energía utilizable que consta de un apoyo que sostiene un eje
vertical de giro con respecto al apoyo. El aparato dispone de
grupos de dos ejes paralelos horizontales y sobrepuestos entre sí
situados en la parte superior del primer eje, disponiendo los
grupos de dos ejes de paletas, una paleta sobre cada uno de los dos
ejes de cada grupo de ejes, estando las paletas de extremos
opuestos de los dos ejes de cada grupo desfasadas entre sí un ángulo
de 90 grados y disponiéndose engranajes para hacer que las palas de
un extremo en sentidos opuesto para que si, por acción del viento,
giran las palas que inicialmente están en posición vertical hacia
una posición horizontal, las palas opuestas que en principio
estaban en posición horizontal quedan ahora en posición
vertical.
El mayor inconveniente del citado aparato es que
el sistema de transmisión del giro entre los dos ejes de cada grupo
de ejes, el cual se realiza a través de engranajes hace que haya
grandes perdidas de energía en dicha transmisión puesto que para
mover los engranajes es necesaria una alta velocidad de incidencia
del aire. Por otro lado, al estar las palas situadas en los pares
de ejes a bastante distancia de los ejes de giro y al ser los pares
de ejes de pequeña sección.
Por todo ello, se ha detectado una necesidad de
proporcionar una turbina que tenga un eje de rotación principal
perpendicular a la dirección de incidencia del fluido y una
pluralidad de ejes secundarios, disponiendo cada uno de los ejes
secundarios de palas en ambos extremos, estando separados los ejes
secundarios homólogos, que se encuentran en un mismo plano que
corta axialmente al eje de rotación principal, una distancia menor
a la anchura de las palas, pudiendo girar dichos ejes secundarios
con respecto al eje principal y disponiéndose en el mismo plano de
la pala contrapesos justo al lado opuesto del eje de manera que
dichos contrapesos van a ayudar a mover las palas o aspas desde una
posición inicial de reposo de las mismas a una posición de trabajo
en la cual las palas opuestas de un mismo eje tendrán un desfase de
90° quedando unas de ellas perpendicularmente a la dirección de
incidencia del fluido y la otra paralela a dicha dirección. Gracias
a la citada disposición de las palas, al movimiento de los ejes
secundarios con respecto al principal a la colocación de las palas
con respecto a sus respectivos ejes secundarios y a la colocación y
configuración de los citados contrapesos se consigue que la puesta
en movimiento de la turbina requiera de bajas velocidades de
incidencia del fluido y que el giro del conjunto se haga de una
manera más eficaz, siendo el rendimiento obtenido en la energía
transformada considerablemente mayor.
Este objetivo se consigue por medio de la
invención tal y como está definida en la reivindicación 1, en las
reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas
de la invención.
La presente invención se refiere a una turbina
de palas auto-orientables que comprende, una base
de apoyo, un eje de rotación principal perpendicular a la dirección
de incidencia del fluido, configurado para girar con respecto a la
citada base de apoyo y una pluralidad de ejes secundarios situados
en la intersección entre al menos un primer plano axial del eje de
rotación principal y una pluralidad de segundos planos
perpendiculares a dicho eje de rotación principal, estando dividido
cada eje secundario en dos semiejes por el eje de rotación
principal, disponiendo cada semieje de al menos una pala unida
solidariamente a dicho semieje de forma que la pala presenta una
superficie sustancialmente perpendicular a la dirección de
incidencia del fluido y estando la pala de uno de los semiejes
desfasada 90° con respecto a la pala del otro semieje.
La turbina objeto de la presente invención la
distancia de separación entre los segundos planos axiales al eje de
rotación principal es menor que la anchura de las palas y los ejes
secundarios giran libremente con respecto al eje de rotación
principal.
De esta manera, cuando el fluido en movimiento
incide sobre las palas que en posición de reposo se encuentra
situadas a 45° con respecto la horizontal del suelo para el caso de
ambos semiejes de cada eje secundario, las palas de uno de los
semiejes de cada uno de los ejes secundarios adoptan una posición
perpendicular a la dirección de incidencia del fluido, mientras que
las palas del semieje opuesto, al estar desfasados con respecto a
las anteriores 90° se colocarán en una posición paralela a la
comentada dirección de incidencia.
Por otro lado, el hecho de que la distancia de
separación entre los segundos planos axiales al eje de rotación
principal es menor que la anchura de las palas, para el caso de un
primer plano axial al eje de rotación principal determina la
existencia de una pluralidad de ejes secundarios paralelos entre
sí, siendo por lo tanto la distancia que los separa menor que la
anchura de la pala. Además cada una de las palas está adosada a
cada semieje a partir de un canto de unión.
Esta condición hace que cada uno de los
mencionados ejes secundarios haga de tope en el movimiento de
basculación del eje, y por tanto de la pala unida solidariamente al
mismo, situado inmediatamente por encima del citado eje, haciendo
que el efecto de resistencia a la incidencia del fluido de cada una
de las palas sea acumulado y que la superficie resistente a la
incidencia del fluido de cada una de las palas de dichos ejes
secundarios paralelos se comporte como una sola superficie
resistente que englobe a la superficie total del conjunto de palas
que pertenecen a ejes secundarios paralelos, siendo el rendimiento
de captación de la energía que comporta el fluido en movimiento
mucho mayor.
En los semiejes opuestos a los semiejes
comentados de los ejes secundarios paralelos, la posición de todas
las palas estará desfasada 90° con respecto a las palas de dichos
otros semiejes y por tanto paralela a la dirección de incidencia del
fluido dejando pasar a dicho fluido entre las palas y evitando que
se pueda contrarrestar el movimiento de rotación de las otras palas,
posibilitando el giro del conjunto de palas de los ejes secundarios
paralelos.
Cada semieje dispone de un contrapeso
diametralmente opuesto a la pala para disminuir el par de giro del
eje secundario. Además, el contrapeso consiste en un elemento
situado en el canto superior de la pala en una posición cualquiera
seleccionada entre su extremo libre y su extremo más próximo al eje
de rotación principal y más concretamente cada uno de los
contrapesos se encuentra situado en el mismo plano que el definido
por la superficie de incidencia de la respectiva pala a la que se
encuentra asociado.
De esta manera lo que se consigue es facilitar
el inicio del movimiento de basculación de cada una de las palas de
cada uno de los ejes principales, ya que es necesaria menos
velocidad de incidencia del fluido para conseguir la basculación de
las palas desde su posición de reposo (45° con respecto la
horizontal) a su posición de trabajo. Además, este sistema de
contrapesos minimiza los efectos adversos en el caso de direcciones
cambiantes de incidencia del fluido y hace por lo tanto que las
palas sean auto-orientables dependiendo de la
dirección de incidencia y de la velocidad de incidencia del fluido
contra las palas.
Normalmente, el eje de rotación principal será
hueco no siendo esta característica limitativa pudiendo ser macizo
según los casos.
En un primer aspecto de la invención, los ejes
secundarios se ordenan en una pluralidad de grupos de ejes
secundarios, siendo los extremos de los ejes secundarios de un
mismo grupo equidistantes y estando los ejes secundarios de un mismo
grupo situados en un mismo plano.
En tal caso, para cada grupo de ejes
secundarios, los ejes secundarios, en su zona central por la que
atraviesan al eje de rotación principal, sufren una curvatura de
radio tal que su movimiento de giro queda limitado por las paredes
internas del eje de rotación principal, siendo la amplitud angular
del giro de cada uno de los ejes secundarios de un máximo de
90°.
Adicionalmente las concavidades de las
curvaturas de los ejes secundarios de cada grupo de ejes
secundarios quedan dispuestas de forma que para la mitad de los
ejes secundarios la concavidad de la citada curvatura sea opuesta a
la concavidad del resto de ejes secundarios del grupo.
Con la configuración descrita, se consigue que
aunque los ejes secundarios de un mismo grupo de ejes estén en un
mismo plano, gracias a las curvaturas mencionas se permita el giro
al mismo tiempo de todos los ejes secundarios con respecto al eje
de rotación principal, quedando limitada la basculación para dichos
ejes secundarios de cada grupo a una amplitud angular no superior a
90°.
Sobre las paredes internas del eje de rotación
principal se disponen sendos topes amortiguadores cuya posición es
coincidente con la zona de contacto de las curvaturas de cada uno
de los ejes secundarios de cada uno de los grupos de ejes
secundarios con la pared interna de eje de rotación principal.
De esta manera, lo que se consigue es minimizar
los efectos de los impactos de las curvaturas de los ejes
secundarios sobre las paredes interiores del eje de rotación
principal, esta circunstancia es de gran importancia, porque el
ruido del impacto es amortiguado de forma considerable y además el
deterioro tanto de la citada zona curvada de los ejes secundarios
como del eje de rotación principal se ralentiza consiguiendo una
vida mayor en la utilización de la turbina.
En un segundo aspecto de la presente invención,
los ejes secundarios se ordenan en una pluralidad de grupos de ejes
secundarios, siendo los extremos de los ejes secundarios de un
mismo grupo equidistantes y estando los ejes secundarios de un
mismo grupo situados en planos paralelos separados una distancia
reducida.
En este caso los ejes de un mismo grupo de ejes
secundarios estarán separados una cierta distancia pudiendo girar
con respecto del eje de rotación principal sin necesidad de hacer
una curvatura central de los mismos.
Para este caso particular, para cada grupo de
ejes, cada eje secundario, en su zona central por la que atraviesa
al eje de rotación principal, tiene adosado un elemento impulsor
que presenta una zona dentada, situándose a continuación de dicho
elemento impulsor un elemento deslizante, de longitud inferior al
diámetro interior del eje de rotación principal, que se desplaza
sobre una vía de deslizamiento dispuesta en el interior del eje de
rotación principal, siendo el movimiento del elemento deslizante
perpendicular a dicho eje de rotación principal y también
perpendicular al eje secundario, presentando igualmente una zona
dentada conjugada y situada enfrentada con respecto a la zona
dentada del elemento impulsor, deslizándose dicho elemento
deslizante sobre la citada vía de deslizamiento cuando gira el
elemento impulsor por efecto del giro del eje secundario,
desarrollándose el movimiento del elemento deslizante entre dos
posiciones delimitadas por las paredes del eje de rotación
principal de modo que la amplitud angular del giro del citado eje
sea de un máximo de 90°.
De esta manera se consigue limitar el movimiento
de basculación de los ejes secundarios con respecto al principal y
por tanto de las palas a una amplitud angular nunca superior a 90°
y regularizar (hacerla constante) la velocidad de basculación
gracias al citado mecanismo de cremallera.
La vía de deslizamiento, en sus extremos
coincidentes con la pared interior del eje de rotación principal,
dispondrá de sendos topes amortiguadores con el fin de minimizar el
impacto de los elementos deslizadores contra la pared interna del
eje de rotación principal.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con unas realizaciones
de dicha invención que se presentan como ejemplos ilustrativos y no
limitativos de ésta.
La figura 1 representa una vista en perspectiva
de la turbina de palas auto-orientables objeto de la
presente invención en posición de reposo.
La figura 2 muestra un vista lateral de un
segundo modo de realización de la turbina de palas
auto-orientables objeto de la presente invención en
posición de trabajo.
La figura 3 muestra una vista en planta de la
turbina de palas auto-orientables objeto de la
presente invención en posición de trabajo.
La figura 4 muestra un detalle en sección, para
un primer modo de realización de la invención, de la zona de
intersección entre los ejes principal de rotación y los ejes
secundarios de uno de los pares de ejes secundarios de la turbina de
palas auto-orientables objeto de la presente
invención, según el plano de corte I-I de la figura
3 en la que no se han representado las palas.
La figura 5 muestra un detalle en sección, para
un segundo modo de realización de la invención, de la zona de
intersección entre los ejes principal de rotación y los ejes
secundarios de uno de los pares de ejes secundarios de la turbina
de palas auto-orientables objeto de la presente
invención, según el plano de corte I-I de la figura
3 en la que no se han representado las palas.
La turbina de palas auto - orientables objeto de
la presente invención, tal y como se puede apreciar en las figuras
1, 2 y 3, comprende una base de apoyo (1), un eje de rotación
principal (2) perpendicular a la dirección de incidencia (3) del
fluido, con posibilidad de giro con respecto a la citada base de
apoyo (1) y una pluralidad de pares de ejes secundarios
(4-4').
En esta realización de la invención van a
existir dos grupos de ejes secundarios paralelos entre sí. Un grupo
de primeros ejes secundarios (4) y otro grupo de segundos ejes
secundarios (4'). El numero de grupos de ejes secundario es este
caso es 2, por lo que a partir de ahora hablaremos de pares de ejes
secundarios en lugar de grupos de ejes secundarios, no obstante,
podría disponerse un numero diferente de grupos de ejes secundarios
comprendido entre 1 y n, por ejemplo 3, 4, 5, etc. En cuanto al
numero de ejes secundarios de cada grupo de ejes secundarios en este
caso es cinco pero podría ser desde 1 hasta m, siendo m por ejemplo
1, 2, 3, 4, 6 etc.
Los primeros ejes secundarios (4) y segundos
ejes secundarios (4') atraviesan al eje de rotación principal (2)
quedando situados perpendiculares a dicho eje de rotación principal
(2) y al tener que ser equidistantes entre sí, en este caso también
serán perpendiculares entre sí. Cada uno de los ejes secundarios
(4-4') estará divididos en semiejes por eje de
rotación principal (2).
Por otro lado, tanto los primeros ejes
secundarios (4) como los segundos ejes secundarios (4') de cada par
de ejes dispondrá de al menos una pala (5, 6; 5',6') en cada de uno
de sus semiejes, estando las palas (5-5') de uno de
los semiejes desfasadas 90° con respecto a las palas
(6-6') del otro semieje en ambos casos (primeros y
segundos ejes secundarios). En el caso de los presentes modos de
realización de la invención sólo se ha dispuesto una pala en cada
uno de los extremos de cada eje secundario, no obstante se podrán
situar tantas palas como sea necesario. Del mismo modo se han
situado un total de 5 pares de ejes secundarios, pudiéndose colocar
tantos pares de ejes secundarios como sean necesarios, teniendo
siempre en cuenta que el último par de ejes secundarios ha de estar
colocado a una distancia tal del suelo que palas unidas a los
mismos puedan girar libremente con respecto al eje de rotación
principal sin tropezar con el suelo.
En la figura 1 se ha representado a la turbina
en su posición de reposo, sin incidencia de ningún fluido, en tal
posición, las palas (5-6) y (5'-6')
correspondientes respectivamente a los ejes secundarios (4) y (4')
al ser de igual tamaño y material tienen masas idénticas y su peso
tiende a ser compensado mutuamente por lo que quedan inclinadas con
un ángulo de 45° con respecto a la dirección horizontal,
normalmente paralela al suelo.
Tal y como se aprecia en la figura 2 por
ejemplo, los primeros ejes secundarios (4) de cada par de ejes son
paralelos entre sí formando un grupo de primeros ejes secundarios
que se encuentran situados en un mismo plano el cual corta
axialmente al eje de rotación principal (2) y es perpendicular al
suelo.
En lo que se refiere a los segundos ejes
secundarios (4') de cada par de ejes también serán paralelos entre
sí, quedando situados en un mismo plano que del mismo modo corta
axialmente al eje de rotación principal (2) y es perpendicular al
grupo de primeros ejes secundarios (4) paralelos y del mismo modo
perpendicular al suelo.
Tanto los ejes secundarios (4) del grupo de
primeros ejes secundarios paralelos, como los ejes secundarios (4')
del grupo de segundos ejes secundarios paralelos estarán separados
entre sí una distancia siempre inferior a la anchura de las palas,
de este modo cada eje secundario sirve de tope en el movimiento de
basculación del eje secundario, y por lo tanto de la pala unida
solidariamente al mismo, situado inmediatamente por encima del
mismo.
Por otro lado, los ejes secundarios
(4-4') de cada par de ejes giran libremente con
respecto al eje de rotación principal (2), por lo tanto las palas
(5-6; 5'-6') que están unidas
solidariamente a los semiejes de dichos pares de ejes secundarios
también girarán libremente con respecto al eje de rotación
principal (2).
Además cada una de las palas
(5-6; 5'-6') se adosan a los
semiejes de sus respectivos ejes secundarios (4-4')
a partir del borde superior de las mismas.
Tal circunstancia es de bastante importancia
puesto que en combinación con la separación entre ejes secundarios
paralelos inferior a la anchura de la pala permite que la
basculación de las palas (5-6;
5'-6') cuando incide sobre ellas el fluido, se
producirán en ambos sentidos de giro y por lo tanto ante un cambio
repentino de la dirección de incidencia del fluido la turbina no
sufrirá un parón ya que las palas se auto-orientarán
haciendo que el rendimiento de transformación de la energía no
disminuya por el citado cambio de dirección de incidencia del
fluido.
En los modos de realización de la invención
mostrados las palas tienen una configuración plana siendo su
superficie de incidencia perpendicular con respecto a la dirección
de incidencia del fluido. Las palas podrán del mismo modo tener
configuraciones curvadas o helicoidales sin que ello afecte al
principal objeto de la invención.
Adicionalmente, se ha colocado un último par de
ejes secundarios (4-4'), los situados más cercanos
al suelo (10), los cuales no tiene unidas ninguna pala y cuya
misión principal será la de servir de tope para el movimiento de
basculación del par de ejes situado inmediatamente por encima.
Cada una de las palas (5-6;
5'-6') disponen sobre su canto de unión a sus
respectivos ejes secundarios (4-4'), de un
contrapeso
(7-8-7'-8')
desplegándose en sentido opuesto con respecto de dichos ejes a la
posición ocupada por la pala, siendo su masa tal que tiende a
contrarrestar la masa de la pala y por lo tanto a disminuir el par
de giro de cada eje secundario (4-4'). Efectivamente
tal y como se aprecia por ejemplo en la figura 2, dichos
contrapesos
(7-8-7'-8')
consisten en pequeños elementos, que en caso del presente modo de
realización son porciones de vástagos metálicos, los cuales se unen
a la pala en las proximidades de sus extremos libres sobre su borde
superior situándose en el mismo plano definido por la superficie de
incidencia del fluido de cada pala.
En lo que se refiere a la posición de los
contrapesos
(7-8-7'-8'), se
podrán situar en cualquier posición comprendida entre el extremo
libre del canto superior de la pala y su extremo más cercano al eje
de rotación principal (2). Para la presente realización la posición
de los contrapesos estará definida en las proximidades de los
extremos libres de las palas (5-6;
5'-6'). Por su parte la forma de dichos contrapesos
(7-8-7'-8') podrá
del mismo modo variar con respecto a la indicada en este modo de
realización de la invención.
Tal y como se puede apreciar en las figuras 4 y
5 el eje de rotación principal (2) será, para esta realización de
la invención, hueco teniendo concretamente una forma tubular
cilíndrica.
En un primer modo de realización de la
invención, figura 4, los ejes secundarios de cada par de ejes
secundarios estarán situados en el mismo plano y por lo tanto ser
cortarán. Dado que existe la necesidad de que ambos ejes secundarios
(4-4') basculen con respecto al eje de rotación
principal (2), se ha pensado en dotarles, en su zona central que
atraviesa de dicho eje principal, de sendas curvaturas
(18-18') de igual radio de curvatura, siendo dicho
radio tal que el movimiento de basculación queda limitado por las
paredes internas del eje de rotación principal (2), siendo la
amplitud angular de dicha basculación de un máximo de 90°. En la
figura 4 se ha representado a trazos discontinuos las posibles
posiciones límite de una de las curvaturas (18'), la cual como se
puede apreciar cubre un ángulo de 90°.
Como también se puede apreciar en dicha figura
4, las concavidades de los ejes secundarios (4-4')
quedan dispuestas de forma que sus concavidades son opuestas a
entre sí, dicha configuración obedece a que al necesitar amplitudes
angulares de basculación similares para ambos ejes secundarios
(4-4') no existe la posibilidad de que las
concavidades sean coincidentes ya que para ello sería necesario
hacer la curvatura de uno de los ejes secundarios de menor radio que
la otra.
Con el fin de amortiguar los impactos de chichas
curvaturas (18-18') contra las paredes internas del
eje de rotación principal (2), se ha dotado al eje sobre dichas
paredes de topes amortiguadores (9-9').
En una segunda realización de la invención,
figura 5, los ejes secundarios (4-4') de cada par de
ejes secundarios estarán situados en planos paralelos separados una
pequeña distancia y por lo tanto cruzándose. Los extremos de dichos
ejes secundarios (4-4') serán equidistantes.
En este caso, el eje secundario (4) que se
dispone superiormente según la dirección vertical, en su zona
central por la que atraviesa al eje de rotación principal, tiene
adosado un elemento impulsor (11) en su parte superior que presenta
una zona superior dentada (12), situándose inmediatamente por encima
de dicho elemento impulsor un elemento deslizante (13), de longitud
inferior al diámetro interior del eje de rotación principal (2),
que se desplaza sobre una vía de deslizamiento (14) dispuesta en el
interior del eje de rotación principal, siendo el movimiento del
elemento deslizante (13) perpendicular a dicho eje de rotación
principal (2) y presentando inferiormente una zona dentada (15)
sobre el que encaja la zona dentada (12) del elemento impulsor
(11), deslizándose dicho elemento deslizante (13) sobre la citada
vía de deslizamiento (14) entre dos posiciones delimitadas por la
pared (16) del eje de rotación principal (2), de modo que la
amplitud angular del giro o basculación del citado eje secundario
(4) sea de un máximo de 90°.
Por su parte, el eje secundario (4') que se
dispone inferiormente según la dirección vertical, en su zona
central por la que atraviesa al eje de rotación principal (2),
tiene adosado un elemento impulsor (11') en su parte inferior que
presenta una zona inferior dentada (12'), situándose inmediatamente
por debajo de dicho elemento impulsor un elemento deslizante (13'),
de longitud inferior al diámetro interior del eje de rotación
principal (2), que se desplaza sobre una vía de deslizamiento (14')
dispuesta en el interior del eje de rotación principal, siendo el
movimiento del elemento deslizante (13') perpendicular a dicho eje
de rotación principal (2) y presentando superiormente una zona
dentada (15') sobre el que encaja la zona dentada (12') del
elemento impulsor (11'), deslizándose dicho elemento deslizante
(13') sobre la citada vía de deslizamiento (14') entre dos
posiciones delimitadas por la pared (16) del eje de rotación
principal (2) de modo que la amplitud angular del giro del citado
eje secundario (4') sea de un máximo de 90°.
Como se puede apreciar en la figura 5, ambas
vías de deslizamiento (14-14') disponen en sus
limites con la pared (16) del eje de rotación principal (2) de
sendos topes amortiguadores (17-17'), con el fin de
servir de amortiguación en el impacto de los elementos deslizantes
(13-13') contra dicha pared (16) cuando basculan
ambos ejes secundarios (4-4') por efecto del fluido
que incide sobre ellos.
Claims (13)
1. Turbina de palas
auto-orientables que comprende,
una base de apoyo (1),
un eje de rotación principal (2) perpendicular a
la dirección de incidencia del fluido, configurado para girar con
respecto a la citada base de apoyo (1) y
una pluralidad de ejes secundarios
(4-4') situados en la intersección entre al menos un
primer plano axial del eje de rotación principal (2) y una
pluralidad de segundos planos perpendiculares a dicho eje de
rotación principal (2)
estando dividido cada eje secundario
(4-4') en dos semiejes por el eje de rotación
principal (2)
disponiendo cada semieje de al menos una pala
(5-6,5'-6') unida solidariamente a
dicho semieje de forma que la pala presenta una superficie
sustancialmente perpendicular a la dirección de incidencia del
fluido
estando la pala (5-5') de uno de
los semiejes desfasada 90° con respecto a la pala
(6-6') del otro semieje,
caracterizada porque
la distancia de separación entre los segundos
planos axiales al eje de rotación principal (2) es menor que la
anchura de las palas (5-6,5'-6') y
porque los ejes secundarios (4-4') giran libremente
con respecto al eje de rotación principal (2).
2. Turbina según la reivindicación 1,
caracterizada porque cada pala
(5-6,5'-6') está adosada a cada
semieje a partir de un canto de unión.
3. Turbina según la reivindicación 2,
caracterizada porque cada semieje dispone de un contrapeso
(7-8;7'-8') diametralmente opuesto a
la correspondiente pala (5-6,5'-6')
para disminuir el par de giro del eje secundario.
4. Turbina según la reivindicación 3,
caracterizada porque cada contrapeso
(7-8;7'-8') consiste en un elemento
situado en el canto superior de la pala
(5-6,5'-6') en una posición
cualquiera seleccionada entre su extremo libre y su extremo más
próximo al eje de rotación principal (2).
5. Turbina según la reivindicación 4,
caracterizada porque cada uno de los contrapesos
(7-8;7'-8') se encuentra situado en
el mismo plano que el definido por la superficie de incidencia de
la respectiva pala a la que se encuentra asociado.
6. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque el eje de
rotación principal (2) es hueco.
7. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 caracterizada porque los ejes
secundarios (4-4') se ordenan en una pluralidad de
grupos de ejes secundarios, siendo los extremos de los ejes
secundarios de un mismo grupo equidistantes y estando los ejes
secundarios de un mismo grupo situados en un mismo plano.
8. Turbina según la reivindicación 7,
caracterizada porque, para cada grupo de ejes secundarios,
los ejes secundarios (4-4'), en su zona central por
la que atraviesan al eje de rotación principal (2), sufren una
curvatura (18-18') de radio tal que su movimiento
de basculación queda limitado por la pared interna (16) del eje de
rotación principal (2), siendo la amplitud angular del giro de cada
uno de los ejes secundarios (4-4') de un máximo de
90°.
9. Turbina según la reivindicación 7,
caracterizada porque las concavidades de las curvaturas
(18-18') de los ejes secundarios
(4-4') de cada grupo de ejes secundarios quedan
dispuestas de forma que para la mitad de los ejes secundarios (4)
la concavidad es opuesta a la concavidad del resto de ejes
secundarios (4') del grupo.
10. Turbina según la reivindicación 9,
caracterizada porque sobre las paredes internas del eje de
rotación principal (2) se disponen sendos topes amortiguadores
(9-9') cuya posición es coincidente con la zona de
contacto de las curvaturas (18-18') de cada uno de
los ejes secundarios (4-4') de cada uno de los
grupos de ejes secundarios con la pared interna (16) de eje de
rotación principal (2).
11. Turbina según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6 caracterizada porque los ejes
secundarios (4-4') se ordenan en una pluralidad de
grupos de ejes secundarios, siendo los extremos de los ejes
secundarios (4-4') de un mismo grupo equidistantes
y estando los ejes secundarios de un mismo grupo situados en planos
paralelos separados una distancia reducida.
12. Turbina según la reivindicación 11,
caracterizada porque, para cada grupo de ejes, cada eje
secundario (4-4'), en su zona central por la que
atraviesa al eje de rotación principal (2), tiene adosado un
elemento impulsor (11-11') que presenta una zona
dentada (12-12'), situándose a continuación de dicho
elemento impulsor un elemento deslizante (13-13'),
de longitud inferior al diámetro interior del eje de rotación
principal (2), que se desplaza sobre una vía de deslizamiento
(14-14') dispuesta en el interior del eje de
rotación principal (2), siendo el movimiento del elemento deslizante
(13-13') perpendicular a dicho eje de rotación
principal (2) y también perpendicular al eje secundario, presentando
igualmente una zona dentada (15-15') conjugada y
situada enfrentada con respecto a la zona dentada
(12-12') del elemento impulsor
(11-11'), deslizándose dicho elemento deslizante
(13-13') sobre la citada vía de deslizamiento
(14-14') cuando gira el elemento impulsor
(11-11') por efecto del giro del correspondiente
eje secundario (4-4'), desarrollándose el movimiento
del elemento deslizante (11-11') entre dos
posiciones delimitadas por la pared (16) del eje de rotación
principal (2), de modo que la amplitud angular del giro del citado
eje sea de un máximo de 90°.
13. Turbina según la reivindicación 12,
caracterizada porque las vías de deslizamiento
(14-14') en sus extremos coincidentes con la pared
interior (16) del eje de rotación principal (2) disponen de sendos
topes amortiguadores (17-17').
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