ES2927519T3 - Dispositivo para la generación de corriente eléctrica mediante una turbina eólica elevada - Google Patents

Abstract

La solicitud describe una turbina eólica para generar electricidad utilizando viento a gran altura. Un impulsor está sostenido por un cable de tracción largo, lo que significa que esta turbina eólica utiliza el viento de gran altitud mucho más enérgico a una altura de 200 a 500 m sobre el suelo para generar energía. A diferencia de los aerogeneradores conocidos, este sistema solo requiere un único cable de tracción. El viento que sopla contra el impulsor desde abajo hace que gire, lo que aumenta significativamente la tracción. A diferencia de la mayoría de las turbinas eólicas para grandes alturas conocidas anteriormente, aquí no se utiliza el movimiento giratorio del impulsor, sino que este movimiento giratorio solo se utiliza para aumentar la fuerza de tracción. La electricidad se genera tirando (bajando) con fuerza el cable de tracción de un cabrestante de cable colocado en el suelo, que a su vez impulsa un generador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la generación de corriente eléctrica mediante una turbina eólica elevada

El invento se refiere a un dispositivo conforme con el término general de la reivindicación 1.

Una siguiente expansión de la energía eólica se encuentra cada vez más con resistencia y rechazo debido a su deterioro paisajístico. Debido a su construcción compleja los gastos de montaje y mantenimiento son demasiado elevados para permitir un funcionamiento económico. En este contexto se indica la WO 2010/141753 A1, la cual describe un dispositivo de energía eólica, el cual presenta un rotor que se eleva debido a la energía eólica y al elevarse propulsa un generador a través de una cuerda. Además, se indica la US 2010/0230968 A1, la cual también presenta un dispositivo de rotor, el cual está conectado con un generador mediante una cuerda. Además, se indica la US 2015/0275861 A1, la cual presenta un rotor que está proporcionado con un dispositivo para volar, con el fin de mantener el rotor en una altura determinada, en cuyo caso se transmite la energía que recibe el rotor mediante una cuerda de expansión hacia un generador. A parte de ello, se indica la FR 2667904 A1. En este caso se presenta un dispositivo de doble rotor, el cual está conectado con un generador mediante un sistema complicado de cuerdas. Y finalmente, se indica la WO 2013/151678 A1, la cual presenta un equipo de rotor volador, el cual será propulsado por energía eólica, y que transmite la energía recibida a una unidad del generador que se encuentra en el suelo. La US 7,188,808 B1 describe un sistema para la generación de energía eléctrica del aire mediante un aparato rotativo, incluye cuerdas de control, las cuales están sujetas por un cuerpo de soporte, las cuales dan mayor y adicional estabilidad al sistema y control sobre el ajuste del ángulo y de la dirección del movimiento.

Tampoco se pueden ampliar más los equipos “offshore”, ya que éstos hasta hoy en día solamente pueden ser realizados de forma económica como máximo hasta una profundidad de agua de 30 m, y mundialmente solamente unas pocas zonas costeras pueden ser utilizadas para ello. Las turbinas eólicas normales, como son conocidas, por ejemplo, como equipos pequeños para la generación de energía eléctrica para edificios individuales, habitualmente con una producción de unos cientos de vatios de energía eólica generada, solo pueden aportar, en el mejor de los casos, una parte adicional al consumo global de un edificio. Además, la selección de un lugar para la implantación de un parque eólico convencional está limitada.

Si incluso se pretende instalar un equipo de aerogeneradores para la generación de energía en un edificio ya existente, muchas veces no puede realizarse un funcionamiento económico debido a que se encuentran en un emplazamiento negativo. Es por ello, que hoy en día es muy poco frecuente encontrar a equipos pequeños de aerogeneradores para la inyección de corriente en edificios individuales, debido a que las instalaciones fotovoltaicas, a la vez, tienen un requerimiento de espacio sobre el techo muy grande, frecuentemente no es posible cubrir las necesidades reales de energía de un edificio con energía completamente producida de forma alternativa.

OBJETIVO DEL INVENTO

Objetivo del invento es eliminar las desventajas descritas del estado de la técnica.

SOLUCIÓN DEL OBJETIVO

Para alcanzar dicho objetivo conllevan las características conforme a la reivindicación 1. Ejecuciones ventajosas están descritas en las reivindicaciones inferiores.

Los vientos dominantes de mayor altitud son más fuertes y constantes que los vientos que están cerca de la superficie terrestre y, por lo tanto, la energía útil es incluso mucho mayor que cerca del suelo.

Es por ello, que el equipo aquí descrito crea una posibilidad, de proporcionar un edificio individual con suficiente eólica producida alternativamente, independientemente del emplazamiento, y también incluso en condiciones espaciales estrechas.

Para ello, se sujeta un aerogenerador con un cable de tracción. En este caso este aerogenerador aprovechará entonces el viento de altura de una altitud de 200 hasta 500 m sobre el suelo que posee mucha más energía. Los aerogeneradores normales, tales como son conocidos, por ejemplo, como equipos pequeños para la generación de corriente para edificios individuales, en el mejor de los casos podrían contribuir, habitualmente, con unos cientos de vatios, solamente una parte del consumo global del edificio. En comparación con instalaciones fotovoltaicas también tienen la disponibilidad especialmente del aprovechamiento del viento de altura mucho mayor, ya que la fuerza eólica se encuentra disponible continuadamente, incluso de noche.

Asimismo como es el caso de varios conocidos equipos de energía eólica, también en el caso de un equipo de energía eólica de altura se genera la energía mediante el soltar y encoger cíclico de las palas que pasan por el viento (Yo-Yo).

En lugar de palas individuales, tal y como están utilizadas en varios conocidos conceptos, en el caso del presente invento el concepto descrito, una pala recibe la corriente del viento y de este modo será puesta en rotación. Esta pala está conectada con una estación en superficie a través de un cable de tracción. En la estación de superficie este cable de tracción que transcurre hacia arriba de forma oblicua será transformado en una conducción de cable vertical y al final recogido en el extremo por un tambor de cable colocado de modo que no se pueda girar.

Directamente por debajo de la polea se conduce el cable de tracción a través de una pieza de tubo redonda colocada de forma vertical. Esta pieza de tubo sirve para guardar el rotor durante el aterrizaje. De este modo, en el caso de una tormenta, el rotor puede ser recogido de un modo completamente automático y puede ser sujetada firmemente durante la tormenta.

Durante el funcionamiento para la generación de corriente, la rotación del rotor provoca un aumento de la fuerza de tracción en la fase de subida, igual al efecto de planear del parapente en el caso del Kite-surf. El rotor también será soportado por el viento, en cuyo caso el cable de tracción será estirado del tambor de cable. Este proceso de desbobinar del cable bajo el efecto de la tensión, propulsa un generador conectado con el tambor de cable de modo que pueda girarse, por lo cual se genera corriente eléctrica para el suministro propio de un edificio o para inyectar en la red pública de corriente eléctrica.

Después de alcanzar la altura máxima deseada, se ajusta el ángulo de ataque de las palas de tal manera que se conduce el rotor a su altura inicial mediante un descenso rápido. Mediante el nuevo ajuste del ángulo de ataque de las palas aumenta nuevamente la fuerza de tracción y el rotor empezará otra vez a ascender con la alta fuerza de tracción.

DESCRIPCIÓN DE FIGURAS

Otras ventajas, características y detalles del invento resultan de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución preferidos, como también según los dibujos; particularmente éstos muestran lo siguiente:

Figura 1 muestra un representación lateral, de modo sección, de un solo rotor para la generación de corriente eléctrica;

Figura 2 muestra en una representación lateral, todo el equipo que consta de una estación en superficie como también de un rotor que está conectado con la estación en superficie a través de un cable de tracción;

Figura 3 muestra, tal como la figura 1, solamente un rotor con un dispositivo de arranque que consta de dos palas, propulsionadas mediante acumuladores;

Figura 4 muestra una vista lateral del dispositivo de sujeción que se encuentra en la estación en superficie, el cual tiene como finalidad sujetar el rotor durante el aterrizaje;

Figura 5 muestra, tal como ya está representado en la figura 4, un dispositivo de sujeción después del aterrizaje, con el rotor colocado en él;

Figura 6 muestra en un vista en planta el dispositivo ya representado en la figura 4;

Figura 7 muestra en una representación de una sección lateral la función del control sobre las palas que consiste en un plato cíclico;

Figura 8 muestra en una vista en planta, tal como la figura 7, la función del control sobre las palas con un plato cíclico;

Figura 9 muestra el acoplamiento del motor/generador con respecto a la aleta lateral, y el desacoplamiento de la hélice a través de un libre giro;

Figura 10 muestra en una vista en planta otro ejemplo de ejecución de un rotor para la generación de corriente eléctrica;

Figura 11 muestra tal como en la figura 10 un rotor para la generación de corriente eléctrica de este tipo, cuyas palas, sin embargo, están unidas ya solamente mediante cuerdas;

Figura 12 muestra, como en la figura 11, un rotor en una representación de una sección lateral;

Figura 13 muestra, como en la figura 10, un rotor en una representación de una sección lateral;

Figura 14 muestra una pala 63 en una representación de una sección frontal;

Figura 15 muestra una vista en planta de la representación de la sección de la pala 63;

Figura 16 muestra una vista detallada de un rotor en una vista en planta, tal como ya está representado en la figura 10;

Figura 17 muestra una representación de una sección lateral del extremo interior de la pala con dispositivos de punta alar (“winglets”) divididos;

Figura 18 muestra mediante un diagrama el cambio del ángulo de ataque de la pala que acompaña el cambio del diámetro del hélice;

Figura 19 muestra una representación lateral otro dispositivo de aterrizaje o despegue para un rotor, tal como está representado en las figuras 10 hasta 17;

Figura 20 muestra un soporte de rotor en una representación de una sección lateral;

Figura 21 muestra una vista lateral de un rotor con una cuerda de conexión transversal hacia un rotor adyacente como también una cuerda de posicionamiento;

Figura 22 muestra en una vista lateral un rotor con una cuerda de conexión transversal hacia un rotor adyacente, así como también una cuerda de posicionamiento.

DESPUEGÜE Y ATERRIZAJE

El ajuste de la posición del rotor se realiza de forma parecida como en el caso de helicópteros a través del ajuste individual de cada pala del rotor, en cuyo caso un sensor angular de tres ejes, ubicado dentro del rotor, detecta el posicionamiento con respecto a los ángulos y, de este modo, la posición del rotor. Durante el vuelo, el motor sirve como generador para el suministro con corriente eléctrica de la electrónica de control, o bien para el posicionamiento, en cuyo caso la aleta lateral genera el par de torsión de reacción para el generador.

El despegue del rotor también es posible con calma total a nivel de la superficie. Para ello, una hélice 24 está colocada, integrada dentro de la propia pala y por debajo del rotor, el cual será propulsado por un motor eléctrico. Un motor con suministro por un acumulador, colocado dentro de un tubo de unión 23, acciona la hélice. Durante el ascenso el giro de la hélice genera un par dirigido hacia atrás, con lo cual el rotor 63 se gira en dirección contraria. Una aleta lateral 55 está colocada sin posibilidad de giro y proporciona los puntos de referencia necesarias a la unidad de control, como también al plato cíclico, para la estabilización y control del rotor.

Este motor eléctrico será suministrado por el acumulador o directamente a través de un cable eléctrico desde la superficie. Durante el funcionamiento normal (de generación de corriente) no se necesita esta hélice, de tal modo que solamente se utiliza el suministro de corriente durante el despegue hasta alcanzar una altitud de 50 hasta 100 m.

Durante la primera fase de ascenso, la ruta de vuelo es vertical y se transforma lentamente en una trayectoria oblicua correspondientemente a la dirección del viento.

Durante el aterrizaje la posición oblicua, dependiente de la dirección del viento, se transforma lentamente en una trayectoria de vuelo vertical, parecido como en el despegue. Finalmente el extremo inferior con forma parecida a un tubo 27 del rotor será acogido por un soporte giratorio 28.

ESTABILIZACIÓN Y CONTROL DEL ROTOR

Para el posicionamiento exacto del rotor durante el funcionamiento, el rotor utiliza el ajuste individual de las palas, parecido como en el caso de los helicópteros. Mientras dura todo el período de funcionamiento el plato cíclico, controlado por tres, o bien seis motores servo, dirige la dirección del vuelo del rotor a través de los ángulos de ataque. Debido a que el rotor no dispone de un rotor de popa (como en el caso de helicópteros), en la unidad de rotor representada en la figura 1 está colocada un aleta lateral 55 por encima del rotor. Con ello el rotor dispone de un dispositivo que mantiene el rotor estable horizontalmente y sin girarse, ya que si no, daría vueltas.

La aleta lateral 55 dirige un plato cíclico, de tal manera que se permite un ajuste de cada una de las palas individualmente. Al mismo tiempo la aleta lateral genera un par de torsión de reacción para el funcionamiento del generador y para cubrir el consumo propio del control, como también para cargar nuevamente los acumuladores.

Un sensor angular de tres ejes, ubicado dentro del rotor, detecta la orientación con respecto a los ángulos, la orientación vertical y horizontal de la unidad de rotor y de este modo de la posición del rotor. Estas informaciones en relación a los ángulos se transmiten mediante radio al torno de cable en la estación en superficie.

Con la posición de la estación en superficie que se mide después de cada aterrizaje del rotor, con la longitud actual del cable medida en el torno de cable, y con la posición de ángulos y orientación del rotor en el aire se puede determinar exactamente la posición actual de la unidad de rotor. Para ello la posición angular vertical estará idéntica con el ángulo del cable de torsión.

Mediante WLAN se pueden enviar los datos y, si fuera preciso, pueden ser recibidos por equipos de energía eólica parecidos que se encuentren en cercanía espacial. De este modo se puede garantizar una distancia de seguridad mínima entre cada una de las instalaciones para un funcionamiento seguro.

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES

- Un torno de cable 1 está colocado horizontalmente de modo que no pueda ser girado;

- Un dispositivo de sujeción 28 sirve para albergar y garantizar una fijación segura del rotor en la posición de aparcamiento, por ejemplo durante una tormenta;

- El ángulo de ataque de cada una de las palas puede ser variado individualmente mediante un plato cíclico; - El motor eléctrico 23 está conectado con el rotor 63 de forma resistente a la torsión, mientras el eje propulsor del motor 96 está conectado con la hélice 24 de un modo resistente a la torsión;

- El motor eléctrico 23 será alimentado, por un lado, a partir de acumuladores y propulsa la hélice de la fase de ascenso, con el fin de que el rotor alcance una altitud con suficiente viento, o bien hasta alcanzar la altitud de trabajo deseada;

- La aleta lateral 55 está conectada con el eje 96 de la hélice 63 a través de un libre giro;

- Durante la fase de despegue y la rotación de la hélice la aleta lateral estará desacoplada del movimiento de giro del motor, o bien de la hélice, con la ayuda del libre giro 35;

- Durante el funcionamiento normal de la generación de corriente eléctrica se utiliza el motor eléctrico, que ya no se necesita, como generador y se carga los acumuladores, o bien se alimenta la electrónica de control y los motores servo para los platos cíclicos, y de este modo el control de las palas del rotor;

- La aleta lateral 55 permite un par de torsión de reacción para el generador, en cuyo caso, en esta fase de funcionamiento, el libre giro 35 genera el acoplamiento de la aleta lateral con el eje de propulsión del motor; - Cuerdas de sujeción del rotor 50 permiten una construcción ligera del rotor;

- Un sensor angular de tres ejes, colocado dentro del rotor, detecta la orientación con respecto a los ángulos, y de este modo la posición del rotor;

- La información grabada para la posición exacta de longitud y latitud se enviará, junto con el ángulo y longitud del cable, a la estación en superficie, o bien a instalaciones del mismo tipo en la cercanía mediante radio, de tal modo que la posición del rotor sea conocida exactamente. De este modo se puede garantizar una distancia de seguridad suficiente hacia instalaciones de energía eólica parecidas en la cercanía;

- Un plato cíclico 90, 91 permite una estabilización y control del rotor 63 para un posicionamiento preciso, o bien la posibilidad de recorrer una determinada trayectoria de vuelo;

- El plato cíclico será controlado con la ayuda de tres cojinetes giratorios 93 y sus varillas 94, como también mediante la aleta lateral 55;

- La estación en superficie 30 estará comunicada con el rotor a través de radio como también, por ejemplo mediante WLAN, a través de Internet. De este modo la instalación de energía eólica consigue informaciones al respecto por si se acerca una tormenta o fuertes vientos. A continuación la unidad de rotar 21 vuelve automáticamente a la estación en superficie 30 y puede ser protegida ante daños eventuales; - Eventuales fallos o avisos de error pueden ser enviados desde el rotor a la estación en superficie y desde ahí, si fuera preciso, pueden ser enviados mediante WLAN directamente hacia una empresa de servicio, de modo que las pérdidas de tiempo improductivo pueden ser minimizadas;

- Durante las fases de despegue, o bien de aterrizaje, la trayectoria de vuelo del rotor puede resultar de forma vertical mediante el ajuste de cada una de las palas de rotor individualmente controlado por ordenador;

- Con fines de trabajos de mantenimiento se puede dirigir el rotor manualmente, por ejemplo durante el aterrizaje, en vez de dirigirse al dispositivo de despegue y aterrizaje puede aterrizar directamente en el suelo;

- También se emite el estado de la posición al viento del rotor, de modo que equipos eólicos adyacentes puedan trabajar de forma anti-cíclica. De esta manera, al inyectar al mismo tiempo varios equipos parecidos se puede evitar, o bien minimizar, brechas en la inyección de corriente.

ESTACIÓN EN SUPERFICIE CON POLEA DE CABLE GIRATORIA

La estación en superficie consiste de un torno de cable 1 fijamente colocado, cuyo cable, tal como está representado en la figura 2, está conducido de modo vertical hacia arriba hacia una polea 16 que puede ser girada horizontalmente.

Tal como se muestra en las figuras 4 hasta 6, esta polea 16, en función de la dirección del viento, efectúa un seguimiento a través de un casquillo giratorio 32 mediante dos cojinetes 31, giratorios horizontalmente. En este caso el cable de torsión 5 a traviesa el casquillo 32.

Durante el aterrizaje el extremo cónico del rotor 27 entra en el casquillo 28 de tres piezas y que también tiene una forma cónica. De esta manera la estación en superficie puede sujetar, de manera segura, el rotor en caso de una tormenta.

Durante el proceso del despegue la hélice empieza a girarse y eleva el rotor y lo saca nuevamente del soporte 28. Al alcanzar la altura de trabajo se apaga la hélice 24 y el rotor ocupará una posición oblicua en función de la dirección del viento.

Un arco para la conducción del cable 33 tiene como función el conseguir que el cable de torsión 5 gire la polea horizontalmente de tal manera que el cable de torsión 5 trascurra a través de la polea y sea reorientada por ella. El dispositivo para el despegue y aterrizaje 30 puede estar ubicado en diferentes sitios. De este modo el mástil de sujeción 29 puede estar colocado sobre un techo cerca de la cumbrera. En este caso el propio torno del cable podría estar colocado en el suelo.

Instalado en campo abierto, tal como está representado en a figura 2, un mástil de sujeción 29, estabilizado con cuerdas, soporta el rotor.

CONTROL DEL ANGULO DE ATAQUE DE LAS PALAS MEDIANTE PLATO CÍCLICO

El control para el posicionamiento del rotor de altura se realiza, de una manera parecida al control de las palas de un helicóptero, con la ayuda de un plato cíclico. Sin embargo, al contrario al control de las palas de rotor de un helicóptero, en este caso la disposición (rotor, cuerpo) está prácticamente al revés. Tal y como está representado en la figura 7, el rotor 63 forma la parte rotativa (indicado con numero de revoluciones n1), dentro del cual también está colocada la propulsión (motor, acumuladores), mientras la parte no-rotativa (aquí identificado con n0) consiste en una aleta lateral 55, “sujetada” por el viento. Esta aleta lateral 55 se encuentra en la parte superior de la unidad de rotor. El plato cíclico 90, 91 está sujetado, en su corona interior 90, a través de una varilla de fijación 95, por parte de la aleta lateral 55 de modo que no se puede girar n0. El control del plato cíclico se realiza desde el rotor en movimiento rotativo. Debido a que la unidad de control se encuentra dentro de la parte rotativa del rotor se requieren tres cojinetes giratorios 93 a mayores, con el fin de transmitir las órdenes de control necesarias hacia el plato cíclico 90. Cada uno de los tres cojinetes giratorios estará conectado en un lugar 98 de su lado exterior con el plato cíclico 90. Estos tres puntos de conexión 98 estarán colocados en el plato cíclico circunferencial cada uno desplazado por 120°. Motores servo transmiten mediante tres varillas 94 las órdenes de control hacia los tres cojinetes giratorios 93. El control para mover las varillas 94 hacia los cojinetes 93 puede realizarse mediante motores servo. Para aumentar la fiabilidad y fuerza de movimiento se puede utilizar para cada uno dos propulsores servo. En este caso se conectan los dos propulsores servo con los dos extremos de una palanca. El centro de la palanca está conectado con la varilla 94. De este modo se crea la posibilidad de que, en el caso de un fallo de uno de los dos propulsores servo, se podría garantizar con el segundo propulsor servo la realización del control. Además, se duplica la fuerza para ejercer los movimientos de control (al disminuir por la mitad el recorrido) de los propulsores servo.

ACOPLAMIENTO DE MOTOR/GENERADOR CON ALETA LATERAL Y HÉLICE

Durante el proceso del despegue, el motor, tal como está representado en la figura 9, acciona la hélice 24 a través de un eje propulsor 96 continuo. La dirección de giro del motor es, por ejemplo, en sentido del reloj, mientras la hélice se gira en sentido contrario. Un segundo eje de propulsión 96 y el libre giro 34, colocado entremedias a la hélice 24, transmite en este caso el movimiento del giro a la hélice.

En cuanto se alcanza la superficie de trabajo se apaga el motor. El libre giro 34 desacopla el motor de la hélice, ya que se invierte la dirección de giro del eje propulsor.

Entonces el libre giro 35 transmite ahora la posición de giro a través del eje propulsor 96 desde la aleta lateral al motor. De esta manera, éste puede ser utilizado como generador durante el funcionamiento normal, con el fin de alimentar la electrónica de control con energía y cargar los acumuladores nuevamente.

CAMBIO DEL DIÁMETRO DEL ROTOR Y DE LOS ÁNGULOS DE ATAQUE DE LAS PALAS

Las figuras 10 hasta 16 muestran otra forma de ejecución de un rotor.

En el caso del rotor 10, representado en las figuras 10 y 11, el diámetro del rotor es variable en función del modo de funcionamiento.

En la figura 10 se muestra un rotor, tal como se utilizaría para los procesos de despegue y aterrizaje.

Mediante el diámetro minimizado se puede dimensionar el dispositivo para el despegue y aterrizaje, en su dimensión espacial, pequeño. Directamente después del despegue, tal como se muestra en la figura 11, se aumenta el diámetro del rotor. Cada una de las palas 63 del rotor reciben individualmente una fuerza centrífuga debido a la rotación del rotor, y serán sujetadas por las cuerdas 61. Otras cuerdas 62 tienen la función de mantener el posicionamiento triangular de las palas.

En las figuras 12 y 13 se muestra, con una representación lateral, como se sujetan las palas 63 mediante cuerdas de sujeción 50, 51 que conducen de forma oblicua hacia el centro.

En este caso, la figura 14 muestra, como la cuerda 50 asume la mayor parte de la fuerza. Con ayuda de una segunda cuerda para el control de la pala 51 se puede variar el ángulo de ataque de la pala en función de la rotación.

Independientemente de la variación del ángulo de ataque de las palas, en función de la rotación, la cuerda de dirección de la pala 51 aun puede ser prolongada o disminuida mediante un dispositivo en la pala. De esta manera se puede adaptar el ángulo de ataque de la pala durante el despegue y el aterrizaje o en el vuelo rápido de descenso 63b, tal como se indica en la figura 14.

Se aclara todavía más en la figura 15. Dependiendo del estado de recogida de la cuerda de control 60 se retrae o se alarga la cuerda de control de la pala 51 mediante un engranaje reductor 68 (aproximadamente 20:1). Para ello, se conduce la cuerda de control 60 a través de una polea 52. El movimiento giratorio de esta polea dirige un engranaje reductor 68.

ADAPTACIÓN DEL ÁNGULO DE ATAQUE DE LAS PALAS

En la figura 16 se representa, cómo se puede variar el ángulo de ataque de la pala, en función del diámetro correspondiente del rotor. En este caso se puede ver como durante el funcionamiento normal (diámetro del rotor máximo) se presenta un ángulo de ataque suave 84. Al reducir el diámetro del rotor, cuando se alcanza la altitud máxima de vuelo se puede aumentar el ángulo de ataque 83, 63b. De este modo el rotor inicia un descenso rápido. Al llegar a la altitud baja deseada se despliega el rotor otra vez por completo, en cuyo caso el ángulo de ataque vuelve a ser plano 84.

Durante el aterrizaje, justo antes de tocar el rotor el dispositivo de aterrizaje se minimiza el diámetro del rotor, de tal manera que se elimina cualquier ángulo de ataque 81 ó que, por poco tiempo, incluso haya un ángulo de ataque negativo 82. De este modo se consigue un suave aterrizaje del rotor.

Justo en el momento del aterrizaje se pliegan las tres palas hasta el punto que se toquen. Mediante el chocar de las superficies frontales se puede volver a obtener un ángulo de ataque positivo 80.

ESTABILIZACIÓN DEL ROTOR

En la figura 15 se presenta en una vista en planta como se realiza la adaptación del diámetro de rotor con la ayuda de la cuerda de control 60. Para ello, tal como se muestra en la figura 12, se juntan las cuerdas de control de las tres palas en el centro de rotación. Una pieza de unión giratoria compensa el movimiento giratorio y desemboca en la cuerda de control común 2. Ésta, a la vez, está conectada con los cables de tracción 5a, b. De este modo es posible, facilitar el control del rotor en función de la variación relativa de la longitud de los dos cables de tracción 5a y 5b. La cuerda de control 60 está conectada en el interior de la pala con una polea 66. A través de esta polea transcurre una cuerda, la cual, a la vez, está fijada en dos poleas 64, 65. La polea 64, a la vez, forma parte de un sistema de poleas con una relación de transmisión de 3:1. El sistema de poleas sirve para recoger la cuerda de sujeción de la pala 62. La polea 65 también forma parte de un sistema de poleas con una relación de transmisión de 2:1. Este sistema de poleas sirve para recoger la cuerda de sujeción de la pala 61. La polea 66 sirve para compensar la longitud de los dos sistemas de poleas, ya que las cuerdas de sujeción de las palas 62 oblicuas presentan una mayor longitud para recoger que la cuerda de sujeción de la pala 61 debido a su tensión oblicua.

ÁNGULO DE LAS PALAS CON CONTACTO

En la figura 16 se enseña en una vista en planta como se tocan entre sí las tres palas de un rotor. Las cuerdas de sujeción de las palas 61 contraen las palas. En este caso el ángulo de ataque de las palas es muy plano, tal como muestra la figura 17. Eso es así a propósito, ya que el rotor debe volar durante el aterrizaje con poca velocidad de descenso.

Por otro lado, durante el despegue las palas también se deben tocar con el fin de que el rotor sea una unidad en su forma estable. Al mismo tiempo el rotor debe presentar un rápido aumento de sus rotaciones y para ello requiere un ángulo más inclinado. Esta característica se consigue de modo que mediante el contacto de los bordes interiores de las palas, tal como está indicado en la figura 16, se genere un ángulo de ataque en función del contorno de la pala. La forma triangular de las cuerdas de sujeción de las palas en el centro de giro tienen la función de que ambos bordes de pala se muevan uno hacia el otro para finalmente tocarse.

“WINGLETS” EN EL EXTREMO INTERIOR DE LAS PALAS

En la figura 17 se muestra el extremo interior de una sola pala, en el cual están representados dos “winglets”, dispositivos de punta alar. Los “winglets” tienen la función de una sustentación optima en la zona de los extremos de las palas. Al mismo tiempo, sin embargo, sirven para la estabilización del rotor en la fase de despegue y aterrizaje. En esta fase es importante que el rotor mantenga forma en cualquier sentido. Debido a que los cables de tensión de las palas 50, 51 están fijados en el centro de la pala, y el lugar de la fijación está optimizado para el estado desplegado del rotor, puede ocurrir que se presenten inestabilidades del rotor, en función de la altitud, en el estado de reposo, o bien durante el despegue o aterrizaje.

Se consigue esta disposición estable de forma de las palas de tal modo que la cuerda de sujeción de las palas tira de cada una de las tres palas, una contra la otra, hasta un tope. Los “winglets” están realizados en forma y ángulo a, con respecto a la pala, de tal modo que los correspondientes bordes exteriores y/o extremos de ambos “winglets” tocan los “winglets” de las palas adyacentes.

De este modo los “winglets” dan apoyo a cada una de las palas en contra de las otras y estabilizan así a las tres palas del rotor. De esta manera, las tres palas ya no pueden bascularse hacia abajo ó hacia arriba.

HÉLICE CON MOTOR INTEGRADO EN EL CUERPO DE LAS PALAS

Una posibilidad para despegar los rotores hasta que lleguen a una altitud con suficiente viento para un funcionamiento económico de la instalación consiste en ubicar en cada una de las palas un propulsor. Un motor eléctrico, alimentado a partir de un acumulador propulsiona una hélice 72. En el caso de condiciones de viento extremas, ó en el caso de una alteración, unos alerones transversales también pueden en estos casos activar la hélice en segundos, y de este modo, volver a estabilizar el rotor.

DESPEGUE Y ATERRIZAJE

Durante el despegue del equipo la alimentación del motor puede realizarse mediante un acumulador o mediante una alimentación externa, en cuyo caso se aporte la corriente eléctrica mediante un cable 154 desde la estación en superficie 150.

La alimentación con corriente ocurre con el acoplamiento de los palos de alimentación con corriente 151 y 152. El soporte del rotor 120 en rotación desciende lentamente mediante la recogida de los cables de tensión 5. En el caso de que la polea 6 se acerque a los tambores de cable 1, se giran los dos brazos de fijación 150 hacia arriba y sujetan el tubo de conexión 129. Al seguir descendiendo el soporte del rotor 129 se cruzan los caminos de los dos colectores de corriente 127, 128 con los palos de alimentación con corriente 151, 152. De este modo se crea una conexión eléctrica de la estación en superficie a través de la línea de conexión 154, los palos de alimentación con corriente 151-152, los colectores de corriente 127-128, las líneas de conexión de corriente 130, los cables de tensión de las palas 50-51, conductores de electricidad, hasta los acumuladores dentro de las correspondientes palas 63.

De este modo, justo antes del aterrizaje y también durante el despegue se puede alimentar con corriente eléctrica a la hélice desde la estación en superficie. Al mismo tiempo, se puede cargar así a los acumuladores durante la estancia en tierra.

Debido a que los colectores de corriente 127-128 están en contacto con los dos palos de alimentación con corriente 151-152 se para la rotación del lado exterior del embrague multidisco. Mediante la siguiente recogida de los cables de tensión 5 se presionan los dos palos de contacto 153 contra el lado inferior del embrague multidisco, y de este modo generan una adherencia del embrague multidisco. De esta manera también se frena la rotación del tambor de cable 124, por lo cual se embobinan los cables de tensión de las palas 50-51 sobre el tambor de cable 124. Debido a que cada uno de los cables de tensión de las palas 50-51, conductores de corriente eléctrica, serán embobinados dentro de un compartimento de tambor de cable 125, eléctricamente aislado, se puede evitar que se toquen los cables de tensión de las palas 50-51 y provoquen un corto circuito.

Entre el tubo de conexión 129, resistente ante el giro, y el tambor de cable 124 se encuentra un pequeño generador 131. Éste alimenta la pala con corriente, de tal modo que, por ejemplo durante las horas de noche, se puedan encender luces de posicionamiento.

De este modo también es posible intercambiar datos con la estación en superficie vía radio y bidireccional, y volver a cargar los acumuladores para la alimentación del motor de la hélice, como también el control del alerón transversal. Las hélices y los alerones transversales pueden ser activados antes de que el rotor aterrice en el dispositivo de aterrizaje. De esta manera se permite que, justo antes del aterrizaje, se mantenga la posición horizontal, con la ayuda de alerones transversales de cada una de las palas, de tal modo que el rotor pueda ser estabilizado a pesar de posibles, fuertes vientos laterales.

No antes, inmediatamente delante del aterrizaje se infla un tubo 100 con forma de anillo. Con él se genera una superficie blanda para el aterrizaje suave del rotor. Al mismo tiempo se puede eliminar en invierno nieve y hielo (por descamación).

POSICIONAMIENTO DEL Ó DE LOS AEROGENERADORES

Con ayuda de las cuerdas de posicionamiento 4 se puede estabilizar la posición de uno ó varios rotores conectados. Mediante la variación de la longitud relativa de las cuerdas, con respecto a los cables de tensión 5, se puede variar la posición del rotor. La cuerda de posicionamiento genera a través de una palanca de control 185 un par en el soporte del rotor 120. De esta manera, mediante las cuerdas de posicionamiento 4 con pocas fuerzas se puede generar un par, el cual conlleva a una corrección de la posición a través de una variación cíclica individual de las palas.

En la figura 21 se muestra un rotor, el cual está conectado con otros rotores, dentro de un grupo de rotores, a través de cuerdas de conexión transversal 3. Mediante variaciones de longitud de los dos cables de tensión 5 se genera una variación del ángulo entre la cuerda de conexión transversal 3 y las palancas de control 185. La variación del ángulo de la cuerda de conexión transversal 3 conlleva a un par en ambos rotores, de modo que realizarán un movimiento lateral.

El la figura 21 se muestra un rotor colocado en el borde de un grupo de rotores. En la palanca de control de izquierda 185 está fijada una cuerda de posicionamiento 4 en lugar de la cuerda de conexión transversal. Mediante la reducción relativa de la longitud de la cuerda de posicionamiento 4 se mueve todo el grupo de rotores en dirección de la cuerda de posicionamiento 4.

La fijación de la cuerda de posicionamiento 4 a través de la palanca de control 185 permite en tierra una distancia reducida del torno de cable de la cuerda de posicionamiento de los tornos de cable de los cables de tensión.

En la figura 22 un único rotor puede ser controlado con la ayuda de al menos tres cuerdas de posicionamiento 4.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para un rotor (10) para la generación de corriente eléctrica mediante la fuerza eólica, en cuyo caso un rotor para la generación de corriente mediante el viento en altura está presente y en este caso el rotor (10) está sujetado por un único cable de tensión (50), en cuyo caso este rotor aprovecha para la generación de energía el viento de altura en una altitud sobre la superficie de 200 hasta 500 m que posee mucha más energía, en cuyo caso el cable de tensión del rotor (50) está presente, en cuyo caso el viento que fluye desde abajo contra el rotor (10) consigue que el rotor inicie un movimiento giratorio, con lo cual se aumenta la fuerza de tensión, en cuyo caso el diámetro del rotor y el ángulo de ataque de las palas puede ser variado, en cuyo caso el rotor (10), el diámetro del rotor (10), puede ser variado en función del funcionamiento, en cuyo caso se puede aumentar el diámetro del rotor, en cuyo caso cada una de las palas (63) está sujetada por cuerdas de control (60, 61), en cuyo caso las palas (63) están sujetadas por cuerdas de sujeción que conducen a un centro común, en cuyo caso un cable de tensión (50) se ocupa de la mayor parte de la fuerza de tensión,

caracterizado por que

mediante una segunda cuerda de control del rotor (51) se puede variar el ángulo de ataque en función de la rotación, en cuyo caso la cuerda de control del rotor (51) puede ser recogida dentro de la pala o largada, en función del estado de recogida de una de las cuerdas de control (60, 61), mediante un engranaje reductor (68) de 20:1, en cuyo caso la cuerda de control (60, 61) puede ser conducida a través de una polea (52), en cuyo caso el movimiento de giro de esta polea (52) controla el engranaje reductor (68).