ES2449669B1 - Aerogenerador de eje vertical y bajo impacto visual - Google Patents

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Abstract

Aerogenerador de eje vertical, de aplicación indistinta en tierra o mar cuya principal característica es su bajo impacto visual al poder plegar su torre y su rotor según las condiciones medio ambientales o meteorológicas lo requieran.#Está constituido por una estructura que incluye una base (3, 5), una pluralidad de brazos de soporte (10, 13), un conjunto de elevación (6, 7, 8) y un eje de transmisión (17) que actúa sobre los elementos generadores (29) dispuestos en la base. Dicha estructura soporta un rotor (1) y sus correspondientes palas (2) unidas mediante ejes motorizados (20) que pliegan y despliegan las palas (2) sobre el rotor (1).#Cuando el motor eléctrico (6) enrolla el elemento tensionador (8) unido a dos pares de brazos inferiores (10) estos giran en su base y en su punto intermedio y alzan en su movimiento los brazos superiores (13) y el eje de transmisión (17). Toda esta estructura se afianza con tirantes (21, 24) que actúan en la parte superior e inferior de sus correspondientes brazos (10, 13) logrando un plegado y desplegado seguro.

Description

DESCRIPCIÓN
Aerogenerador de eje vertical y bajo impacto visual
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del campo de las energías renovables, y más en concreto, en el montaje de un aerogenerador bi-pala de eje vertical capaz de transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Su 5 principal característica radica en el bajo impacto visual que produce gracias a que puede plegarse y desplegarse en función de la presencia o no de viento.
Antecedentes de la invención
En la actualidad existen multitud de aerogeneradores de distinta índole. Según su eje de rotación se pueden separar en dos grandes grupos: los aerogeneradores de eje vertical y los de eje horizontal. Según el número de palas se 10 pueden catalogar como mono-pala, bi-pala, tri-pala y multi-pala. Atendiendo al tipo de torre, se pueden catalogar en torres macizas o torres de celosía. Las torres macizas son generalmente de forma tronco-cónicas y están constituidas de metal o combinación de metal y otros materiales como por ejemplo el cemento. Las torres de celosía y similares están constituidas únicamente de metal. La combinación de todos estos grupos nos proporciona una amplia variedad de modelos conocidos todos ellos en el estado de la técnica. 15
Ahora bien, si se centra la novedad del nuevo aerogenerador en la tecnología de su torre y en la búsqueda de cualidades específicas en cuanto a su montaje o posibilidad de plegado, el estado de la técnica se va reduciendo considerablemente.
Así, es conocido en el estado de la técnica diversos aerogeneradores que despliegan la torre durante su montaje. Las patentes EP2161394 y US2007175134 describen dos secciones de una torre de celosía para un aerogenerador, 20 que se conectan pivotablemente a lo largo de un eje. La sección inferior está anclada al suelo y la sección superior se levanta sobre ella una vez que la sección inferior está afianzada. La principal diferencia entre ambas invenciones es que patente europea auto-porta la góndola y las palas durante su montaje. Pero estas soluciones descritas están encaminadas a montajes fijos.
También existe algún aerogenerador plegable de pequeñas dimensiones cuya única finalidad es que sea fácilmente 25 trasportable. Son aerogeneradores plegables, pequeños y móviles.
No existe en el estado de la técnica mecanismos de plegado aplicables a las torres de aerogeneradores de gran tamaño porque son todos fijos.
Descripción de la invención
La invención se refiere a un aerogenerador de eje vertical cuya característica principal es dotarle de una estructura 30 metálica para sustentarlo y que dicha estructura puede plegarse a conveniencia.
La invención con este aerogenerador resuelve los problemas de resistencia estructural y de estabilidad, teniendo en cuenta que la acción de plegado y desplegado es la característica propia del aerogenerador, o sea que se realiza muy frecuentemente.
Para ello se ha ideado un mecanismo de “plegado y desplegado” con el mínimo número de ejes de giro, 5 en total, 35 que simplifica el plegado y desplegado y facilita la rigidez de la estructura una vez desplegada.
Para que sea más fácilmente plegable y desplegable la torre, se reduce al mínimo el peso de las partes que deben ser izadas. Se traslada todo el peso de la maquinaria (multiplicadora, generador, regulador de potencia, transformador) que suele estar situado colindante con el rotor, a la base.
Para completar el plegado se escoge un aerogenerador de eje vertical de dos palas, cuyas palas se pliegan muy 40 fácilmente sobre el rotor, quedando paralelas al suelo.
Como mecanismo motriz del plegado y desplegado, se ha escogido un sistema lo mas sencillo posible, a base de cables en tensión, accionados por motores con carrete y poleas, que recogen o sueltan el cable según haya que desplegar o plegar el aerogenerador. En cualquier caso también se podría motorizar cada articulación pero resultaría más caro. 45
Es importante asegurar la estabilidad y verticalidad del conjunto del aerogenerador durante el plegado y desplegado. Para ello se le aporta un sistema estabilizador a base de tirantes y guías móviles, muy sencillo de fabricar y de fácil mantenimiento
Las ventajas que se obtienen con el aerogenerador plegable, objeto de esta invención, con relación a los ya existentes son las siguientes. 50
Se reduce el impacto visual, su visibilidad disminuye en un 80% cuando esta plegado, lo que permite que se oculte totalmente con gran facilidad. Si el tiempo de funcionamiento, debido a la existencia de viento, puede rondar como máximo el 50% del total de tiempo disponible. El impacto visual se reduce un 50%. De cada 4 días solo se vería 2.
Se reduce el peligro de desprendimiento de alguna parte del aerogenerador, porque se evita la exposición del rotor y la torre a vientos excesivamente fuertes, mediante el plegado. 5
Como consecuencia de la reducción del impacto visual y de la peligrosidad deberá permitir su instalación cerca de núcleos habitados, reduciendo las perdidas en el trasporte de la energía y el coste de las redes de trasporte desde los parques eólicos hasta los puntos de consumo.
Al reducir el peso de las partes que se izan, se reduce el momento de vuelco en la base mientras esta desplegado y en funcionamiento. Ello hace que se pueda reducir el tamaño y con ello el coste de la cimentación. 10
Al necesitar una cimentación más reducida lo hace muy apto para instalaciones en mar abierto “offshore”, al permitir que sea flotante. El coste de la cimentación en mar abierto, resulta elevadísimo.
Se facilita el mantenimiento y recambio de cualquier parte del aerogenerador. Ya que toda la actividad se realiza a nivel del suelo. En el caso de mar abierto “offshore” el mantenimiento y recambio se puede realizar en puerto.
El plegado y desplegado implica que las piezas sean más pequeñas y menos pesadas, con ello se facilita el 15 trasporte del aerogenerador desmontado hasta el enclave de instalación y el proceso de instalación mismo. Especialmente en lugares poco accesibles.
En cuanto a la fabricación, casi todas sus componentes son de sección continua, fácilmente mecanizábles y reemplazables sin necesidad de moldes.
Breve descripción de los dibujos 20
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 una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 representa una vista general del aerogenerador completamente desplegado.
La Figura 2 representa la misma vista de la figura anterior con el aerogenerador completamente plegado y separado 25 en varios niveles.
La Figura 3 muestra una vista con el rotor plegado y la torre parcialmente plegada.
La Figura 4 muestra una vista con el rotor plegado y la torre desplegada.
La Figura 5 representa una vista en detalle del soporte del rotor en posición de plegado A y en posición desplegado B. 30
La Figura 6 representa una vista general del aerogenerador completamente desplegado según la realización de celosía metálica.
La Figura 7 muestra una vista con el rotor plegado y la torre desplegada según una realización de material sólido con los brazos sin contrapesos.
Descripción detallada de la invención 35
Tal y como se muestra en la figura 1 el rotor (1) y las palas (2) del aerogenerador de la invención se sustenta sobre una estructura que genéricamente se califica como torre. En esta realización preferente el aerogenerador es de eje vertical y la estructura de la torre la forman una base, unos brazos soporte cuya característica principal es que son plegables y una parte superior conectada con el rotor (1) y con las palas (2) que también son plegables.
La base la componen, la cimentación, unos pilotes (3) de sección rectangular que se disponen enfrentados entre sí, 40 soportando en su parte superior unas bisagras de apoyo (4) y extendiéndose una plataforma de soporte (5) entre ellas. Cada una de los pilotes base (3) soportan una pluralidad de bisagras de apoyo (4) sobre las que se disponen los brazos que componen la estructura plegable que conforma la torre. Por otro lado, la plataforma (5) soporta cuatro motores eléctricos (6) asociados con carretes (7) que enrollan y desenrollan un elemento tensionador (8) que permite el plegado y desplegado de la estructura. El elemento tensionador (8) preferentemente es un cable metálico 45 y se extiende hasta unas poleas (9) que colaboran por parejas enfrentadas.
La parte inferior de la estructura que conforma la torre está formada por un grupo de brazos que se denominan brazo soporte inferior (10) y se extienden desde las bisagras de apoyo (4) dispuestas sobre los pilotes de la base (3) hasta un punto de giro donde se establece el eje de giro intermedio (11), a la misma altura que las poleas (9). La unión entre las bisagras de apoyo (4) y el brazo soporte inferior (10) se lleva a cabo con un eje o vástago de giro 50
(12) inferior.
El otro de los brazos soporte de la estructura de la torre se denomina brazo soporte superior (13) y se extiende desde el soporte del rotor (14) hasta el eje de giro intermedio (11) prolongándose de este punto e introduciendo el contrapeso (15) entre los brazos soporte inferior (10). El brazo soporte superior (13) se une de forma solidaria al cilindro puntiagudo que forma el soporte del rotor (14) a través del eje de giro superior (16). Entre el soporte del rotor 5 (14) y la plataforma soporte base (5) se extiende un eje de transmisión (17). Dicho eje tiene una primera realización práctica en la que se compone de dos varillas con un punto de giro intermedio (27) y uno en cada extremo. En una segunda realización práctica el eje de transmisión es un elemento telescópico.
El rotor (2) está formado por un travesaño que presenta una discontinuidad (18) en su punto de unión con el eje de transmisión (17) y una variación oblicua (19) en sus extremos que transforma el travesaño rígido en una U que 10 alberga las palas (1) a través de un eje motorizado (20).
La figura 2 muestra el aerogenerador una vez se ha plegado tanto la estructura que compone la torre del aerogenerador como la parte correspondiente al rotor del mismo. Estas dos estructuras y el resto de elementos se muestran en diferentes niveles. La figura 3 muestra el aerogenerador a medio desplegar y la figura 4 con la torre totalmente desplegada. 15
Contrastando las figuras 1, 2, 3 y 4 se comprende el funcionamiento de la invención. Para pasar de la posición medio desplegada de la figura 3 a la posición erecta de la figura 4 (y viceversa) únicamente hay que poner en funcionamiento los motores eléctricos (6) situados en la plataforma soporte (5). Los carretes (7) comienzan a recoger el elemento tensionador (8) haciendo que el brazo soporte inferior (10) y el brazo soporte superior (13) se vayan desplegando. El brazo soporte inferior (10) tiene en su parte inferior, cercano al eje de giro inferior (12), unos 20 tirantes (21) que se unen en una guía deslizadera (22), la cual se mueve a lo largo de un entrecarril formado por dos vigas (23) dispuestas entre los pilotes base (3). Estos tirantes (7) aseguran la verticalidad de la estructura en proceso de desplegado.
Por su parte el brazo soporte superior (13) también dispone de unos tirantes superiores (24) que afianzan la verticalidad del rotor durante el desplegado y la disposición final del eje de giro superior (16) y de las piezas 25 auxiliares (25) que cooperan con el citado eje de giro superior (16). La guía deslizadera (26) correspondiente a los tirantes superiores (24) se mueve a lo largo dos ranuras frontales practicadas en el soporte del rotor (14) y se une al el eje de transmisión (17) que gira libremente en su interior. Durante el plegado las barras que forman dicho eje (17) se van separando y doblándose en su punto de giro intermedio (27) y en los de sus extremos, a su vez los extremos superiores de las barras se van introduciendo en las ranuras practicadas en los laterales del soporte puntiagudo del 30 rotor (14). Cuando el plegado llega a su punto final, las propias barras que forman el eje de transmisión (17) engarzan en el soporte del rotor (14), lo fijan evitando que se mueva y constituyen el freno del rotor.
En el caso de desplegado, el brazo soporte superior (13) hace tope con los brazos soporte inferiores (10) impidiendo que el giro entre ambos brazos supere el punto de giro óptimo. El tope se puede realizar de diversas maneras, mediante un elemento de resalte soldado en los brazos soporte inferior (10) que interfiera en el giro del brazo 35 soporte superior (13), mediante un elemento de resalte soldado al brazo soporte superior (13) que interfiera en el giro con los brazos soporte inferiores (10) o mediante un tope situado dentro del eje de giro que une los brazos inferiores de soporte (10) con el brazo superior (13).
El plegado del rotor (1) se logra con el eje motorizado (20) dispuesto entre la pala (2) y el final de la pieza que constituye el rotor (1). Dicha pieza de rotor (1) tiene una discontinuidad (18) en el centro lo que proporciona un 40 desfase que permite plegar ambas palas (2) sin que se superpongan o choquen entre sí. De igual forma la variación oblicua (19) que presentan sus extremos es equivalente al espesor de la pala (2) y permite que esta se apoye sobre el rotor (1) sin sobresalir. La única parte que se extiende más allá de la longitud del rotor (1) es la pala de contrapeso (28) que se dispone bajo la propia pala (2). El plegado del rotor y las palas queda totalmente equilibrado para que no se produzcan sobre cargas en la base. 45
Otros ejes motorizados pueden colocarse en todos los puntos de giro de la estructura de la torre y sustituir al conjunto de elevación que comprende el motor (6) para enrollar / desenrollar el elemento tensionador (8).
Los elementos generadores de electricidad (29) que comprenden el generador, multiplicadora (si hiciera falta), transformadores y armarios de tensión se disponen en la base, entre los pilotes (3) y las vigas (23) soporte de los tirantes (21). 50
Reseñar que en la base se dispone una figura (30) representativa de una persona, lo que da una potencial escala al aerogenerador objeto de la invención.
La Figura 5 muestra una el soporte del rotor (14), el eje de giro superior (16), el tirante superior (24), la guía deslizadera (26) y el eje de transmisión (17) en una posición plegada A y en una desplegada B.
En otra realización práctica de la invención mostrada en las figuras 6 y 7, la estructura correspondiente a los brazos 55 (10, 13) de la torre del aerogenerador está constituida de una celosía metálica. También según esta realización el
extremo final del brazo superior (13) termina al mismo nivel que el extremo final del brazo inferior (10).

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Aerogenerador de eje vertical, caracterizado por tener:
    - Una estructura plegable formada por: una base unida a una pluralidad de brazos inferiores (10) a través de unos ejes de giro inferiores (12), y un par de brazos superiores (13) unidos a través de un eje de giro superior (16) a un soporte de rotor (14) y mediante sendos ejes de giro intermedios (11) a los brazos inferiores (10), 5
    - un conjunto de elevación con un motor (6) para enrollar / desenrollar un elemento tensionador (8) unido a los brazos inferiores (10),
    - un eje de transmisión (17) plegable unido al soporte del rotor (14) y a unos medios generadores de electricidad (29) y
    - un rotor plegable unido al soporte del rotor (14) y formado por unas palas (2) y una barra de rotor (1) unidos entre 10 sí mediante ejes motorizados (20).
    2- Aerogenerador según la reivindicación anterior caracterizado por que la pluralidad de brazos inferiores (10) consiste en dos pares de brazos y cada uno de estos brazos comprende en su zona inferior unos tirantes (21) que discurren a través de una guía deslizadera (22) por un entrecarril formado por sendas vigas (23), y cada brazo superior (13) dispone de unos tirantes (24) en su extremo superior que discurren a través de una guía deslizadera 15 (26) por una ranura del soporte del rotor (14).
    3- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el brazo superior (13)
    - se extiende desde el soporte del rotor (14) hasta el eje de giro intermedio (11) donde coincide con el extremo final de los brazos inferiores (10) 20
    - se une de forma solidaria a un cilindro puntiagudo que forma el soporte del rotor (14) a través de un eje de giro superior (16) y sus correspondientes piezas auxiliares (25) de giro y
    - se fija con el brazo inferior (10) mediante topes dispuestos en los brazos o en el interior del eje de giro.
    4- Aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado por que el brazo superior (13) se extiende desde el soporte del rotor (14) hasta el eje de giro intermedio (11) prolongándose más allá de este punto e introduciendo un 25 contrapeso (15) en el extremo final de los brazos inferiores (10) haciendo tope con ellos e impidiendo que el giro entre ambos brazos supere el punto de giro óptimo.
    5- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que sobre unos pilotes (3) que forman la base se sustenta una plataforma (5) que alberga una pluralidad de motores eléctricos (6) que mueven sus correspondientes carretes (7) encargados de actuar sobre los elementos tractores (8) que a su vez 30 colaboran con unas poleas (9) dispuestas en la parte superior de los brazos inferiores (10), sobre la plataforma (5) se erigen las bisagras de apoyo (4) que a través de los ejes de giro (12) sustentan los brazos inferiores (10).
    6- Aerogenerador según la reivindicación 5, caracterizado por que la plataforma (5) está atravesada por el eje de transmisión (17) y bajo ella, en el interior de la base, se disponen los elementos generadores de electricidad (29) unidos a dicho eje. 35
    7- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el eje de transmisión (17) está formado por unas barras que durante su plegado se van separando y doblando en su punto de giro intermedio (27) a la vez que sus extremos superiores se van introduciendo en las ranuras practicadas en los laterales del soporte puntiagudo del rotor (14), y cuando el plegado llega a su punto final, las propias barras que forman el eje de transmisión (17) engarzan en el soporte del rotor (14) lo fijan evitando que se mueva y constituyen 40 el freno del rotor.
    8- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el rotor (1) está formado por un travesaño que presenta una discontinuidad (18) en su punto de unión con el eje de transmisión (17) y una variación oblicua (19) en sus extremos finalizados en forma de U en cuyo hueco se encajan las palas (1) cuando estas se doblan a través de su eje motorizado (20). 45
    9- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura que componen los brazos de la torre es un bloque sólido metálico.
    10- Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura que componen los brazos de la torre es de celosía metálica.
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