ES2877515T3

ES2877515T3 - Rotor Savonius

Info

Publication number: ES2877515T3
Application number: ES15721765T
Authority: ES
Inventors: Stéphan Norbert Guignard
Original assignee: Aix Marseille Universite; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Aix Marseille Universite; Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: US10400747B2; CN106460771A; DK3126668T3; WO2015150697A1; FR3019237A1; EP3126668A1; CA2980979C; US20170138344A1; PT3126668T; HRP20210956T1; CN106460771B; FR3019237B1; CA2980979A1; EP3126668B1; PL3126668T3

Abstract

Rotor, que comprende dos palas (2, 3) que giran alrededor de un eje de rotación (X), cada pala comprende un borde longitudinal interior (22, 32) a lo largo del eje de rotación y un borde longitudinal exterior (23, 33), o el eje de rotación está ubicado entre un borde longitudinal interior (22, 32) y un borde longitudinal exterior (23, 33) de cada pala, cada pala se configura para transmitir alternativamente al eje de rotación, durante una rotación del rotor (1) sobre el eje de rotación, bajo el efecto del flujo de un fluido, un torque de accionamiento que hace girar el rotor sobre el eje de rotación y un torque resistente que tiende a oponerse a la rotación del rotor sobre el eje de rotación, cada una de las dos palas (2, 3) que comprenden, en una región de su borde longitudinal exterior (23, 33), una parte flexible (21, 31) de material flexible para retraerse por un lado en una dirección tangencial al borde longitudinal exterior de la pala hacia el interior del rotor en una posición retraída cuando la pala transmite el torque resistente al eje de rotación (X) del rotor durante una media revolución de la rotación del rotor, y para extenderse en un lado diferente en la dirección tangencial hacia el exterior del rotor en una posición de extensión máxima cuando la pala transmite el torque de accionamiento al eje de rotación del rotor durante una media revolución posterior de la rotación del rotor, la parte flexible de cada pala se mueve automáticamente entre sus posiciones retraída y extendida bajo el efecto del flujo de fluido sin otros medios activos.

Description

DESCRIPCIÓN

Rotor Savonius

La presente invención se refiere a un rotor utilizado en aerogeneradores o generadores submarinos, y en particular rotores que comprenden palas que, bajo el efecto de un flujo de fluido, transmiten al eje de rotación del rotor durante una revolución alrededor de este eje, alternativamente un torque de accionamiento que hace girar el rotor, y un torque resistente, que va en contra de la rotación del rotor. Así, esta invención se refiere más particularmente, pero no exclusivamente, a rotores con un eje no paralelo a la dirección de flujo de fluido, tales como rotores Savonius. Un rotor Savonius comprende clásicamente dos o más palas rígidas, de forma semicilíndrica, dispuestas simétricamente alrededor del eje de rotación del rotor. El diámetro de cada una de las palas está entre el radio y el diámetro del rotor. Cuando el diámetro de las palas es mayor que el radio del rotor, las caras cóncavas de las palas se enfrentan parcialmente en pares.

Los rotores Savonius ofrecen la ventaja de proporcionar un torque elevado al arrancar y, por tanto, de poder arrancar con velocidades de flujo de fluido bajas. Los rotores de este tipo también ofrecen prestaciones independientes de la dirección del flujo de fluido en un plano perpendicular al eje del rotor, y son relativamente pequeños. Su velocidad de rotación óptima es relativamente baja, del orden de la velocidad de flujo de fluido en el extremo exterior de las palas. En comparación, las turbinas eólicas tipo Darreius, que también tienen un eje vertical, tienen una velocidad al final de las palas del orden de cinco veces la velocidad de flujo de fluido. Para aerogeneradores con eje horizontal, esta velocidad es del orden de diez veces la velocidad de flujo de fluido. Los rotores Savonius son, por tanto, menos sensibles a los posibles impactos de objetos contra las palas y presentan poco riesgo para los objetos en movimiento en el flujo. El principal inconveniente de este tipo de rotor radica en su rendimiento relativamente bajo. También tienen un torque variable durante una revolución de la pala y un peso relativamente alto.

El documento US2012/0280510A1 describe una turbina eólica de eje vertical. El documento JP 2009-209 728 describe un rotor de tipo Savonius con palas verticales, cada una de las cuales tiene una parte elásticamente deformable a lo largo de un borde de ataque de la pala. Esta parte deformable se desplaza hacia el eje del rotor o en sentido opuesto mediante una leva excéntrica dispuesta en las partes superior e inferior del rotor, siendo esta leva accionada por un motor controlado por una unidad de control.

Se ha demostrado que un rotor Savonius de dos palas tiene un rendimiento máximo cuando la distancia entre los bordes longitudinales interiores de las dos palas es del orden de un sexto del diámetro del rotor definido por la distancia entre los bordes longitudinales exteriores las dos palas. Incluso cuando se cumple esta condición, el rendimiento de dicho rotor permanece bajo.

Por tanto, puede ser deseable mejorar el rendimiento de un rotor Savonius. También es deseable definir una estructura de rotor Savonius que sea robusta y poco sensible a la presencia de residuos en el fluido, mientras que tiene un bajo costo de fabricación.

Algunas realizaciones se refieren a un rotor que comprende dos palas que giran alrededor de un eje de rotación, cada pala comprende un borde longitudinal interior a lo largo del eje de rotación y un borde longitudinal exterior, o el eje de rotación está ubicado entre un borde longitudinal interior (22, 32) y un borde longitudinal exterior (23, 33) de cada pala, cada pala se configura para transmitir al eje de rotación, durante una revolución del rotor alrededor del eje de rotación, bajo el efecto del flujo de un fluido, alternativamente un torque de accionamiento que hace girar el rotor alrededor del eje de rotación, y un toque resistente que va en contra de la rotación del rotor alrededor del eje de rotación. Según la invención, cada una de las dos palas comprende en una región de su borde longitudinal exterior de la pala, una parte flexible hecha de un material flexible para retraerse por un lado en una dirección tangencial al borde longitudinal exterior de la pala hacia el interior del rotor, cuando la pala transmite el toque resistente al eje de rotación del rotor, y para cambiar a una posición extendida de otro lado de la dirección tangencial hacia el exterior del rotor, durante la media revolución del rotor en una posición de retracción máxima, cuando la pala transmite el torque de accionamiento al eje de rotación del rotor durante la siguiente media revolución del rotor, la parte flexible de cada pala se mueve automáticamente entre sus posiciones retraída y extendida bajo el efecto del flujo de fluido sin otros medios activos.

Según una realización, la parte flexible tiene un ancho entre la mitad y una vez y media el radio del rotor, correspondiente a la distancia entre el eje de rotación del rotor y el borde longitudinal exterior de una de las palas. Según una realización, al menos una de las palas está situada en un lado de un plano que pasa a través de un punto de un borde longitudinal interior de la pala y el eje de rotación, mientras que la parte flexible de la pala se encuentra al menos parcialmente en el otro lado de este plano.

Según una realización, al menos una de las palas comprende una parte rígida que comprende el borde longitudinal exterior de la pala y una parte flexible fijado a lo largo del borde longitudinal exterior de la pala.

Según una realización, las palas están dispuestas alrededor del eje de rotación de modo que las caras cóncavas de las palas estén parcialmente enfrentadas entre sí.

Según una realización, las palas se unen a lo largo del eje de rotación del rotor.

Según una realización, al menos una de las palas comprende una parte interior rígida entre el interior de la pala y el borde longitudinal exterior de la pala, y la parte exterior está fijada a lo largo del borde longitudinal exterior de la pala. Según una realización, cada una de las palas comprende una parte interior rígida que tiene en un plano perpendicular al eje de rotación un perfil curvo, plano o semicircular.

Según una realización, cada pala comprende una parte central rígida, al menos una de las palas tiene una parte lateral flexible a lo largo del borde longitudinal interior.

Algunas realizaciones también se refieren a una turbina eólica que comprende un rotor como se define anteriormente.

Algunas realizaciones también se refieren a un generador submarino que comprende un rotor como se ha definido anteriormente, el rotor está sumergido en un líquido, siendo el eje de rotación del rotor sustancialmente vertical. Según una realización, el generador submarino comprende un generador eléctrico acoplado al rotor y dispuesto sobre el rotor y la superficie del líquido.

A continuación se describirán algunos ejemplos de realizaciones de la presente invención en relación con, pero sin limitarse a, las figuras adjuntas, en las que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un rotor, según una realización,

La Figura 2 es una sección transversal axial del rotor,

La Figura 3 es una vista lateral del rotor, según una realización,

Las Figuras 4A a 4C representan en sección transversal el rotor según diferentes direcciones en relación con la dirección de flujo de un fluido en donde está sumergido el rotor,

La Figura 5 es una sección transversal axial del rotor y muestra diferentes fases de acción de las palas sobre la rotación del rotor en función de la dirección de flujo de un fluido en donde está sumergido el rotor,

La Figura 6 es una sección transversal axial de un rotor Savonius convencional y muestra diferentes fases de acción de las palas sobre la rotación del rotor dependiendo de la dirección de flujo de un fluido en donde está sumergido el rotor,

Las Figuras 7A a 7E son secciones transversales axiales de rotores según varias otras realizaciones,

Las Figuras 8 y 9 son secciones transversales axiales de rotores según otras realizaciones,

Las Figuras 10 y 11 representan en sección transversal una parte de una pala en la proximidad del borde longitudinal exterior de la pala.

Las Figuras 1, 2 y 3 representan un rotor Savonius 1 que tiene un eje de rotación X y que comprende palas 2, 3 distribuidas uniformemente alrededor del eje X. Cada una de las palas 2, 3 tiene un perfil curvo en un plano perpendicular al eje X, con una cara cóncava, una cara convexa, un borde longitudinal interior 22, 32 cerca del eje X del rotor y un borde longitudinal exterior 23, 33 más alejado del eje X que el borde longitudinal interior 22, 32. Las palas 2, 3 pueden estar fijadas por un borde transversal 24, 34 en una placa 11, por ejemplo en forma de disco, perpendicular al eje X, o por bordes transversales opuestos 24, 25, 34, 35, entre dos pestañas 11, 12, por ejemplo en forma de disco, perpendicular al eje X (Figura 3). Las palas 2, 3 pueden fijarse sobre la placa 11 o entre las pestañas 11, 12 de modo que el eje X esté entre los bordes longitudinales interior 22, 32 y exterior 23, 33 de cada pala 2, 3. La placa 11 se puede acoplar al rotor de un generador eléctrico 14 (Figura 1), ya sea directamente a través de un eje 13 coaxial al eje X, o mediante un multiplicador mecánico.

Cualquiera que sea la dirección de movimiento en un plano perpendicular al eje de rotación X, del fluido en donde está sumergido, el rotor 1 gira en la misma dirección indicada por la flecha 9 en la Figura 2.

El rotor 1 puede utilizarse en cualquier fluido, como aire y/o agua, o incluso un fluido complejo como un líquido rematado con un gas, o un líquido mezclado con partículas sólidas, con su eje de rotación X dispuesto en cualquier dirección, excepto por la dirección de flujo de fluido, por ejemplo, vertical u horizontalmente. En agua (u otro líquido), sólo el rotor 1 puede sumergirse con su eje de rotación sustancialmente vertical, manteniendo el generador 14 por encima del agua. Así, es posible disponer el rotor 1 acoplado a un generador evitando que se sumerja una interfaz entre dos partes móviles una con relación a la otra. Cabe señalar que en el mar si el rotor está flotando, en presencia de oleaje en particular, el eje X del rotor puede variar significativamente alrededor de la vertical, por ejemplo entre [-30°, 30°] en relación con la vertical, sin que el rendimiento del rotor se vea afectado. Por tanto, no es necesario que la dirección de flujo de fluido sea fija y perpendicular al eje de rotación del rotor.

Según una realización, una aleta flexible 21, 31 está fijada sobre el borde longitudinal exterior 23, 33 de cada pala 2, 3, para poder orientarse libremente bajo el efecto del flujo de fluido en las proximidades del borde 23, 33. Cada aleta 21, 31 puede extenderse a lo largo de todo el borde longitudinal exterior 23, 33 de la pala 2, 3 o solo a lo largo de una parte de este borde, o dividirse en varias secciones fijadas sobre el borde 23, 33 de la pala 2, 3. De hecho, puede ser ventajoso prever la división de las aletas en secciones si el rotor pudiera sufrir localmente variaciones en la intensidad y/o en la dirección del flujo de fluido. En este caso, cada tramo de aleta se puede orientar entre sus posiciones totalmente extendida y retraída, dependiendo de la dirección e intensidad del flujo de fluido bajo el que se encuentra. También se puede prever la inmersión del rotor en diferentes capas superpuestas de fluidos, como agua y aire. En este caso, el ancho y la flexibilidad o la amplitud de desplazamiento de cada sección de aleta también pueden adaptarse a la densidad y viscosidad del fluido en donde se pretende sumergir la sección de aleta.

Cada aleta 21, 31 puede extenderse hasta una distancia determinada desde cada pestaña 11, 12, de modo que sus movimientos no se vean obstaculizados por las pestañas 11, 12. Esta disposición también puede reducir el riesgo de que un objeto quede atrapado entre la aleta y la pestaña. El ancho de cada aleta 21, 31 puede depender de la flexibilidad de la aleta. El desplazamiento angular del borde libre 26, 36 de cada aleta 21, 31 puede alcanzar así [120°, 120°] en relación con la dirección de la tangente al borde longitudinal exterior 23, 33 de la pala donde se fija la aleta. Además, cada una de las aletas 21, 31 no debe ser capaz de bloquear totalmente una entrada del rotor al permanecer presionada contra la otra pala bajo el efecto de la fuerza ejercida por el fluido. La última condición se puede lograr con aletas que sean lo suficientemente estrechas o rígidas para no permanecer presionadas contra la otra pala durante más de media revolución del rotor. Así, el ancho de cada aleta 21, 31 puede ser tal que la aleta pueda entrar en contacto con la otra pala en posición retraída, siempre que no permanezca en esta posición más de media revolución del rotor, o siempre que se incline y permanezca en posición extendida durante al menos media revolución del rotor.

El ancho de cada aleta 21, 31 puede ser, por ejemplo, entre la mitad y el doble del radio del rotor 1, dependiendo de la rigidez de la aleta. Según una realización, el ancho de cada aleta 21, 31 es entre una y una vez y media el radio del rotor 1, dependiendo de la rigidez de la aleta. En este rango, es posible duplicar el rendimiento del rotor.

Cabe señalar que el ancho de cada aleta no es necesariamente constante en toda la altura de la pala 2, 3. De manera similar, el radio de las palas 2, 3 no es necesariamente constante en toda la altura de las palas. Además, los bordes longitudinales interior 22, 32 y exterior 23, 33 de cada pala 2, 3 no son necesariamente rectilíneos y paralelos al eje de rotación X, sino que pueden tener cualquier otra forma, por ejemplo una forma helicoidal alrededor del eje X.

Cada aleta 21, 31 puede estar hecha de un material flexible, tal como una resina o una tela tejida o no tejida, posiblemente revestida con una resina. Cada aleta 21, 31 puede fijarse sobre el borde longitudinal exterior 23, 33 de una de las palas 2, 3 por cualquier medio adecuado a los materiales de los que están fabricadas las palas 2, 3 y las aletas 21, 31. Por tanto, cada aleta 21, 31 puede fijarse a una de las palas 2, 3, por ejemplo, utilizando pegamento, tiras adhesivas, tornillos, clavos o remaches.

Las aletas 21, 31 también pueden ser rígidas y estar fijadas sobre los bordes 23, 33 de las palas 2, 3 mediante un enlace flexible que forma una bisagra con un desplazamiento limitado para evitar que las aletas giren hacia atrás y presionen contra otra pala. Así, la figura 10 representa en sección transversal una pala 2, 3 en las proximidades de su borde longitudinal exterior 23, 33. La aleta 21, 31 está fijada a la pala como una extensión del borde longitudinal exterior 23, 33 de la pala, mediante tiras o láminas 27, 28 fijadas, por ejemplo por adhesión, respectivamente sobre las dos caras de la pala y de la aleta. Las palas 27, 28 pueden cubrir toda la aleta y/o la pala.

Cada una de las palas 2, 3 con su respectiva aleta 21, 31 también se puede realizar como una pieza única, por ejemplo mediante moldeo, pudiendo obtenerse la flexibilidad de la parte correspondiente a la aleta mediante el uso de diferentes materiales o trabajando en el grosor de la pala. La flexibilidad de la parte correspondiente a la aleta 21, 31 también puede resultar parcial o totalmente de la posición de los puntos de unión de la pala 2, 3 a las pestañas 11, 12, estando la rigidez de la pala parcialmente conferida por el hecho de que se fija a las pestañas 11, 12, y la parte correspondiente a la aleta no se fija a las pestañas.

Según una realización, cada pala 2, 3 tiene una rigidez que disminuye desde el borde longitudinal interior 22, 32 hasta el borde longitudinal exterior 26, 36 de la parte de aleta 21, 31. Esta disminución puede ser progresiva o en uno o más saltos, de modo que la parte próxima al borde exterior 26, 36 sea flexible. Así, la figura 11 representa en sección transversal una pala 2, 3 en las proximidades de su borde longitudinal exterior 23, 33. La aleta 21, 31 está formada por dos tiras 37, 38 fijadas, por ejemplo por adhesión, respectivamente sobre las dos caras de la pala a lo largo del borde longitudinal exterior 23, 33 de la pala, para extender este borde y así formar la aleta 21, 31 formada por las dos tiras 37, 38 fijadas una contra la otra al menos en las proximidades del borde longitudinal exterior 26, 36 de la aleta 21, 31.

En el ejemplo de las Figuras 1 a 3, el rotor 1 comprende dos palas dispuestas simétricamente alrededor del eje X, cada pala tiene una forma semicilíndrica (Figuras 1 y 3) o un perfil semicircular en un plano perpendicular al eje X (Figuras 1 a 3). Cada uno de los bordes longitudinales interiores 22, 32 de una de las dos palas 2, 3 está entre los bordes longitudinales interior y exterior 22, 23, 32, 33 de la otra pala. Los bordes longitudinales interiores 22, 32 están separados por una distancia e que puede elegirse igual a un cuarto del radio R de cada pala 2, 3 o a un sexto del diámetro D del rotor 1, correspondiendo el diámetro D a la distancia entre los bordes longitudinales exteriores 23, 33 de las dos palas 2, 3. Además, en el ejemplo de las Figuras 1 y 3, los bordes 22, 32 y 23, 33 son paralelos al eje X.

Durante la rotación del rotor 1, las aletas flexibles 21, 31 tienden a orientarse en la dirección y dependiendo de la amplitud de la velocidad aparente del fluido. Esta velocidad aparente está definida por un vector de velocidad Vr, Vr' correspondiente a la diferencia de vector de un vector de velocidad V1, V1' vinculado en amplitud y dirección a la velocidad de flujo de fluido en las proximidades de la aleta 21, 31 y de un vector de velocidad V2, v 2' que tiene una amplitud vinculada a la velocidad lineal del borde longitudinal 23, 33 y una dirección tangencial a la pala 2, 3 hacia el interior de la pala en la región del borde longitudinal 23, 33. Cabe señalar que el vector de velocidad V1, V1' también está vinculado a la posición angular del rotor 1 en relación con la dirección de flujo de fluido correspondiente a la dirección de los vectores V1, V1'. De hecho, en una región aguas abajo del rotor 1 en relación con la dirección de flujo de fluido, la aleta 21, 31 sufre poca o ninguna fuerza de fluencia del fluido. Al arrancar el rotor 1 y hasta que la velocidad lineal de los aletas 21, 31 en rotación alrededor del eje X alcance la velocidad de flujo de fluido, el vector de velocidad aparente Vr, Vr' en las proximidades de cada una de las aletas 21, 31 pueden tener cualquier dirección. Cuando su velocidad lineal es superior a la del fluido, el vector de velocidad aparente Vr, Vr' se dirige en un sector angular centrado en la dirección tangencial a la pala 2, 3 hacia el exterior en la región del borde longitudinal 23, 33 (dirección del vector de velocidad V2 en la Figura 2), y limitado a [-90°, 90°]. Sin embargo, se observará que la velocidad lineal óptima del borde exterior 23, 33 de cada pala de un rotor Savonius está entre 0,5 y 0,7 veces la velocidad de flujo de fluido.

Las Figuras 4A a 4C representan las palas 2, 3 y la dirección del vector de velocidad aparente Vr, Vr' del fluido, en diferentes configuraciones que pueden surgir durante una revolución del rotor 1, en el caso de que la velocidad lineal de las aletas 21, 31 (o de los bordes exteriores 23, 33) es menor que la velocidad de flujo de fluido. Durante sustancialmente media revolución del rotor 1, el vector de velocidad aparente Vr en las proximidades de la aleta 21 se dirige hacia el exterior del rotor 1, mientras que en las proximidades de la aleta 31, este vector de velocidad aparente Vr' se dirige hacia el interior del rotor (Figuras 4B, 4C). Durante la otra media revolución del rotor 1, las direcciones de los vectores de velocidad aparente Vr, Vr' en las proximidades de las dos aletas 21, 31 están invertidas (Figura 4A). Además, cuando la velocidad lineal V2, V2' de las aletas 21, 31 es menor que la velocidad de flujo de fluido V1, el vector de velocidad aparente puede dirigirse en una dirección susceptible de hacer que la aleta 21 retroceda, es decir, que tenga una componente en la dirección del vector V2, V2', que tiene una dirección opuesta a este último. Por tanto, en la Figura 4A, el vector de velocidad Vr es susceptible de hacer girar la aleta 21 hacia el interior del rotor 1. En la Figura 4B, el vector de velocidad Vr es susceptible de girar la aleta 21 hacia el exterior del rotor 1. El cambio de la configuración de la Figura 4A a la de la Figura 4B hace que la aleta 21 se incline desde el interior hacia el exterior.

Cuando una de las dos aletas 21 experimenta una velocidad aparente de fluido Vr dirigida hacia el exterior del rotor 1 (Figura 4B), tiende a extenderse (hacia el exterior del rotor 1) y así aumentar la superficie frontal S1 de la pala 2, contra el flujo de fluido (superficie proyectada sobre un plano perpendicular a la dirección del flujo de fluido). También se puede observar que esta extensión se produce cuando la pala tiene su cara cóncava contra el flujo de fluido. El resultado es un aumento del torque de accionamiento transmitido por la pala 2 al eje de rotación X del rotor, que tiende a girar el rotor 1. Por el contrario, cuando una de las dos aletas 31 sufre una fuerza hacia el interior del rotor 1, tiende a retraerse (hacia el interior del rotor 1) y así reducir la superficie frontal S2 (más baja que S1) de la pala 3 contra el flujo de fluido. También se puede observar que esta retracción se produce cuando la pala tiene su cara convexa contra el flujo de fluido. El resultado es una disminución del toque resistente ejercido por la pala 3 (en comparación con el que tendría la pala si su aleta permaneciera en configuración extendida), durante una fase en la que va en contra de la rotación del rotor 1.

La Figura 5 representa diferentes fases de funcionamiento I a IV del rotor 1 en función del sentido de flujo de fluido, en un sistema de referencia vinculado al rotor. Las diferentes fases I a IV corresponden así a sectores angulares de incidencia del flujo de fluido sobre el rotor 1. Durante la fase I, la pala 2 recibe el fluido en su cara cóncava y, por lo tanto, ejerce un torque de accionamiento sobre el rotor 1. Durante esta fase, la pala 3 recibe el fluido en su cara convexa y, por tanto, ejerce un toque resistente sobre el rotor. Durante la fase II, los roles respectivos de las palas 2, 3 se invierten. Por tanto, la pala 3 ejerce un torque de accionamiento sobre el rotor, mientras que la pala 2 ejerce un toque resistente. Las fases I y II son, por tanto, fases de accionamiento y resistente alternativamente para cada una de las palas 2, 3. Las Fases III y IV entre las Fases I y II delimitan sectores angulares “muertos”, en los que el fluido no engancha la cara cóncava de ninguna de las palas 2, 3. En realidad, las palas continúan ejerciendo un torque de accionamiento bajo durante las fases III y IV.

A modo de comparación, la Figura 6 representa las diferentes fases operativas I a IV de un rotor Savonius convencional. Parece que los sectores angulares “muertos” correspondientes a las fases III y IV están menos extendidos en la Figura 5 que en la Figura 6, gracias a la presencia de las aletas flexibles 21, 31.

Cabe señalar que las partes flexibles y las aletas que se acaban de describir se dirigen automáticamente en relación a las palas, bajo el efecto del flujo de fluido, sin necesidad de medios activos para orientar las partes flexibles y las aletas. También se debe tener en cuenta que las partes flexibles o las aletas están ubicadas más lejos del eje de rotación X que las palas. Como resultado, en la posición extendida, las fuerzas que reciben del flujo de fluido producen un torque de accionamiento proporcionalmente mayor (dependiendo de la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza y el eje de rotación X) que el torque de accionamiento ejercido por la pala de accionamiento. La presente invención mejora así el rendimiento del rotor, utilizando medios sencillos y, por tanto, a un coste relativamente bajo.

Los expertos en la técnica entenderán que la presente invención es susceptible de diversas realizaciones alternativas y diversas aplicaciones.

La presente invención tampoco se limita a un rotor que comprende palas semicilíndricas y aletas que se extienden por los bordes exteriores de las palas. Por tanto, las Figuras 7A a 7E tienen perfiles de rotor de acuerdo con varias otras realizaciones.

En la Figura 7A, las palas 2a, 2b están formadas como una pieza única con una parte interior rígida que tiene un perfil semicircular en un plano perpendicular al eje X, y una extensión flexible 21a, 31a del borde exterior (en relación con el eje X del rotor) de la parte interior. En la Figura 7B, las palas 2b, 3b son planas y están dispuestas una frente a la otra, comprendiendo cada pala un borde integral con una extensión flexible 21b, 31b. En la Figura 7C, las palas 2c, 3c se diferencian de las de la Figura 7B en que la parte plana de cada pala se reemplaza por una parte ligeramente curva con una cara cóncava en el lado del eje X del rotor. Las partes flexibles 21c, 31c de las palas 2c, 3c son sustancialmente idénticas a las partes flexibles 21b, 31b. En la Figura 7D, el perfil o la sección de cada pala 2d, 3d en un plano perpendicular al eje X del rotor tiene una forma más compleja, que comprende una parte interior 22d, 32d (en relación al eje X del rotor) que describe sustancialmente un cuarto de círculo, seguido de una parte ligeramente convexa 23d, 33d que mira hacia el eje X, y de una parte flexible 21d, 31d que evita parcialmente el borde longitudinal interior de la otra pala.

Según una realización, toda o parte de la parte flexible de cada pala del rotor se extiende en un lado de un plano que pasa a través de un punto del borde longitudinal interior de la pala y el eje de rotación del rotor, mientras que la pala está en el otro lado de este plano (Figuras 1, 2, 7A a 7C). En otras palabras, cada pala rodea el eje X del rotor sobre un sector angular AS mayor de 180°. En el ejemplo de la Figura 7D, cada pala rodea el eje X del rotor sobre un sector angular cercano a 180°.

Además, tampoco es necesario que las palas del rotor estén fijadas sobre el soporte 11 de manera que el eje X del rotor se sitúe entre los bordes longitudinales interior y exterior de cada pala. De hecho, los bordes longitudinales interiores de todas las palas del rotor pueden unirse en la región del eje X del rotor, como se muestra en la Figura 7E. En esta figura, cada una de las palas 2e, 3e tiene sustancialmente el mismo perfil que las de la figura 7A con partes externas flexibles 21e, 31e, pero bordes longitudinales interiores que se unen en la región del eje X del rotor. Esta disposición evita particularmente que un objeto quede atrapado entre las palas.

La presente invención no se limita tampoco a un rotor de dos palas, sino que también cubre rotores con tres o más palas, cada pala tiene una parte exterior flexible. Así, la Figura 8 representa un rotor 10 con tres palas 4, 5, 6 que tienen un perfil semicircular, distribuidas uniformemente alrededor del eje de rotación X del rotor 10, y que comprende una parte flexible 41, 51, 61 que se extiende sobre la perfil hacia el exterior del rotor. La Figura 9 representa un rotor 20 con cuatro palas 2, 3, 7, 8 dispuestas simétricamente alrededor del eje X del rotor 20, es decir, que comprende dos palas adicionales 7, 8 en comparación con el rotor 1. Una parte flexible 21, 31, 71, 81 extiende el perfil semicircular de cada pala 2, 3, 7, 8 hacia el exterior del rotor.

En el caso de palas de una pieza única con parte rígida y parte flexible, solo se fija un borde transversal de la parte rígida sobre la pestaña 11, o solo los bordes transversales de la parte rígida de cada pala se fijan a las pestañas 11, 12. Los bordes transversales de las partes flexibles no se fijan sobre las pestañas 11, 12.

Además, en el caso de palas con regiones de diferente rigidez, la región rígida de una de las palas no se extiende necesariamente desde su borde longitudinal interior hasta la parte flexible de la pala en la región de su borde longitudinal exterior. En efecto, se puede prever que la región del borde longitudinal interior de una de las palas sea flexible. Por tanto, la región del borde longitudinal interior de la pala también puede retraerse o extenderse dependiendo de la cara cóncava o convexa de la pala que está en contra del flujo de fluido. En este caso, los bordes transversales de la región del borde longitudinal interior de la pala tampoco se fijan sobre las pestañas 11, 12. Por lo tanto, solo los bordes transversales de una región central de la pala pueden fijarse en una o dos pestañas.

La presente invención no se limita tampoco a palas cilíndricas, sino que también cubre palas que tienen otras formas, como una forma helicoidal, particularmente para evitar variaciones en el torque de accionamiento ejercido por cada una de las palas durante la rotación del rotor. En este caso, las aletas o las partes flexibles se pueden dividir en secciones que pueden extenderse y retraerse individualmente según el torque de accionamiento o resistente ejercido por la sección de pala a la que está unida. También se observará que un rotor con palas helicoidales puede girar aunque el eje de rotación del rotor esté dispuesto en la dirección del flujo de fluido.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Rotor, que comprende dos palas (2, 3) que giran alrededor de un eje de rotación (X), cada pala comprende un borde longitudinal interior (22, 32) a lo largo del eje de rotación y un borde longitudinal exterior (23, 33), o el eje de rotación está ubicado entre un borde longitudinal interior (22, 32) y un borde longitudinal exterior (23, 33) de cada pala, cada pala se configura para transmitir alternativamente al eje de rotación, durante una rotación del rotor (1) sobre el eje de rotación, bajo el efecto del flujo de un fluido, un torque de accionamiento que hace girar el rotor sobre el eje de rotación y un torque resistente que tiende a oponerse a la rotación del rotor sobre el eje de rotación, cada una de las dos palas (2, 3) que comprenden, en una región de su borde longitudinal exterior (23, 33), una parte flexible (21, 31) de material flexible para retraerse por un lado en una dirección tangencial al borde longitudinal exterior de la pala hacia el interior del rotor en una posición retraída cuando la pala transmite el torque resistente al eje de rotación (X) del rotor durante una media revolución de la rotación del rotor, y para extenderse en un lado diferente en la dirección tangencial hacia el exterior del rotor en una posición de extensión máxima cuando la pala transmite el torque de accionamiento al eje de rotación del rotor durante una media revolución posterior de la rotación del rotor, la parte flexible de cada pala se mueve automáticamente entre sus posiciones retraída y extendida bajo el efecto del flujo de fluido sin otros medios activos.

2. Rotor según la reivindicación 1, en donde la parte flexible (21, 31) tiene un ancho de entre la mitad y una vez y media el radio del rotor (1), correspondiente a la distancia entre el eje de rotación (X) del rotor y el borde longitudinal exterior (23, 33) de una de las palas (2, 3).

3. Rotor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la parte flexible (21, 31) tiene un ancho de entre una y una vez y media el radio del rotor (1), correspondiente a la distancia entre el eje de rotación (X) del rotor y el borde longitudinal exterior (23, 33) de una de las palas (2, 3).

4. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde al menos una de las palas está situada en un lado de un plano que pasa a través de un punto del borde longitudinal interior (22, 32) de la pala y el eje de rotación (X), mientras que la parte flexible (21, 31) de la pala se encuentra al menos parcialmente situada en el otro lado de este plano.

5. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde al menos una de las palas (2, 3) comprende una parte rígida que incluye el borde longitudinal exterior (23, 33) de la pala, la parte flexible (21, 31) de la pala que comprende una aleta flexible (21, 31) fijada a lo largo del borde longitudinal exterior (23, 33) de la pala.

6. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde las palas están dispuestas alrededor del eje de rotación de manera que las caras cóncavas de las palas se enfrentan parcialmente entre sí.

7. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde las palas (2, 3) son contiguas a lo largo del eje de rotación (X) del rotor (1).

8. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde al menos una de las palas (2, 3) comprende una parte interior rígida entre el borde longitudinal interior (22, 32) de la pala y el borde longitudinal exterior (23, 33) de la pala, la parte flexible de la pala se fija a lo largo del borde longitudinal exterior de la pala.

9. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde cada una de las palas comprende una parte interior rígida que tiene, en un plano perpendicular al eje de rotación (X), un perfil curvo, plano o semicircular.

10. Rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde cada pala (2, 3) comprende una parte central rígida, al menos una de las palas tiene una parte lateral flexible a lo largo del borde longitudinal interior (22, 32) de la pala.

11. Turbina eólica, que comprende un rotor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Turbina de mareas, que comprende un rotor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, el rotor que está sumergido en un líquido, el eje de rotación (X) del rotor está sustancialmente vertical.

13. Turbina de mareas según la reivindicación 12, que comprende un generador de electricidad (14) acoplado al rotor (1) y dispuesto sobre el rotor y la superficie del líquido.