ES2957404T3 - Turbina eólica de pala deslizante con eje vertical - Google Patents
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Abstract
Un eje vertical con una turbina eólica en su parte superior y un generador o alternador en su parte inferior genera electricidad impulsada por la fuerza del viento. Las palas de la turbina, que son planas, largas y anchas, a diferencia de las palas fijas existentes, son únicas ya que cambian su orientación del modo de cuchilla a cuchilla y luego de cuchilla a cuchilla mientras giran, lo que elimina la resistencia del viento y garantiza un flujo libre de viento y una rotación suave de la turbina, lo que lleva a una mayor conversión de la energía eólica en energía eléctrica. Este novedoso diseño se puede utilizar para reemplazar todos los molinos de viento existentes y en funcionamiento en todo el mundo, actualizándolos a este diseño de turbina de palas deslizantes, lo que lleva a un aumento múltiple en la eficiencia operativa y la generación de energía a un costo mínimo. Con este diseño, se pueden fabricar nuevos molinos eólicos de techo, de calidad comercial e industrial, que ofrezcan sistemas de generación de energía ecológicos, eficientes y rentables. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Turbina eólica de pala deslizante con eje vertical
Antecedentes
Durante los últimos años, los molinos de viento que funcionan en todo el mundo se diseñan utilizando turbinas de palas fijas. Además, para aumentar el par, se han utilizado palas largas y estrechas con un abultamiento en la parte inferior. La resistencia del viento y la consiguiente reducción de la eficiencia de conversión han sido las desventajas inherentes de estos diseños.
Alfred Betz, el pionero de la dinámica de fluidos, ha declarado que, en un momento dado, como máximo el 59% de la energía eólica se puede convertir en energía cinética basándose en la dinámica de fluidos. Pero, hasta la fecha, debido al factor de arrastre mencionado anteriormente, todos los molinos de viento actuales son capaces de obtener solo del 30 al 35% de la energía eólica y convertirla en energía eléctrica.
Para superar estos inconvenientes, se intentaron diseños de eje horizontal, para aumentar la eficiencia diseñando varias modificaciones en las palas o proporcionando palas inimaginablemente largas o con una pala plegada en forma de hoja con una ligera curva en su punta. Solo se pudieron conseguir mejoras muy marginales gracias a estos cambios. Así, el molino de viento más grande, que pesa alrededor de 3.500 toneladas, hasta ahora solo ha podido producir 8 megavatios de energía.
En los diseños de eje vertical, se intentó alterar las orientaciones de las estructuras de la pala y del bastidor, pero no se pudo conseguir ninguna mejora importante. Así, hasta la fecha, los molinos de viento de eje horizontal son los más prevalentes: molinos de viento productores de energía en todo el mundo.
Para garantizar un flujo libre e ininterrumpido del viento, los molinos de viento también se ubicarán en medio del mar, pero con mejoras adicionales muy limitadas en la generación de energía.
En el documento NL 9001 343 A se divulga, por ejemplo, una turbina eólica que representa la técnica anterior.
Compendio de la presente invención
Para superar las deficiencias mencionadas anteriormente en los diseños actuales de molinos de viento, ahora se propone utilizar una turbina eólica de eje vertical. Las palas de la turbina están diseñadas para cambiar su orientación de cuchillo a pala y después de pala a cuchillo mientras giran, eliminando la resistencia del viento y garantizando un flujo libre de viento y una rotación suave que conduce a una mayor conversión de la energía eólica en energía eléctrica. A diferencia de las palas fijas existentes, su diseño es único: plano, ancho y largo.
Este novedoso diseño se puede utilizar para reemplazar todos los molinos de viento existentes y en funcionamiento en todo el mundo actualizándolos a este diseño deslizante, lo que conduce a multiplicar el aumento en la eficiencia operativa y en la generación de energía a un coste mínimo. Este diseño sería ideal para molinos de viento en tejados debido a su altura.
Por lo tanto, tal como se incorpora en esta invención, la pala de turbina se desplaza junto con el viento que la empuja, con el lado de pala mirando hacia el viento a lo largo de su trayectoria semicircular hasta que alcanza la mitad de un círculo. En otras palabras, durante la mitad del círculo (180 grados) se desplaza como una pala y al llegar a la mitad del círculo, ayudado por la palanca basculante, se inclina y cambia su forma a cuchillo y cubre la mitad restante del círculo (180 grados) como tal, deslizándose sobre el anillo deslizante.
En la Figura 1, la realización anterior se muestra gráficamente como una torre de molino de viento erigida. La torre del molino (1), el eje vertical (2), la carcasa del eje (3), las palas (4), el cubo central (5), el eje de la pala (6), la palanca basculante (7), el anillo deslizante (8), el estabilizador de dirección de la pala (9), la placa base (10), atenuador del viento (11) y alternador (12).
La Figura 2 muestra la parte del molino de viento vista boca abajo, mostrando las palas (4), el cubo central (5), el anillo deslizante (8) y dos de las palas en orientación de pala y las dos restantes en orientación de cuchillo.
La Figura 3 muestra el anillo deslizante semicircular (®) de la pala (4), la placa base (10), la palanca basculante (7), cobo central (5) y atenuador de viento (11).
La Figura 4 muestra el cubo central (5), la pala (4) y el eje de la pala (6).
Las Figuras 2 y 3 también muestran el funcionamiento de las palas basculantes (4) y el cubo central (5) como una vista lateral, comenzando desde el punto X que está a 0 grados en la línea horizontal hasta el punto Y que está a 180 grados, la pala se desplaza empujada por el viento. Al llegar al punto Y, se inclina y varía su orientación a forma de cuchillo y continúa su viaje como tal durante los 180 grados restantes de su órbita circular, atravesando el viento eliminando el arrastre y la resistencia del mismo.
Mecanismo operativo de este diseño
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, cuando el viento incide sobre la pala A en el punto X frente a ella, la turbina comienza a moverse, por lo que la pala posterior D que está cerca del punto X cambia su orientación del modo de cuchillo al modo de pala, con la ayuda de la caída abrupta de 90 grados del anillo deslizante y el extremo trasero de las palas, que es más pesado que el extremo delantero, lo que le permite deslizarse hacia abajo e inclinarse como una pala.
Durante este proceso, cuando la pala B en el modo de pala que está cerca del punto Y, es empujada hacia arriba por la palanca basculante del anillo deslizante, lo que hace que cambie su orientación de pala a cuchillo y se desplaza como tal a lo largo del semicírculo que se desplaza sobre el anillo deslizante, hasta llegar al punto X, que cruza el punto Y-2.
Cuando esto sucede, la hoja C que está en orientación de cuchillo cerca del punto Y-2 se desplaza como tal hasta llegar al punto X y cambia su orientación del modo de cuchillo al modo de pala con la ayuda del extremo abrupto y la caída pronunciada del anillo deslizante.
El cambio simultáneo en la orientación de las cuatro palas, del modo pala al modo cuchillo y del modo cuchillo al modo pala, con la ayuda del empuje del viento se consigue mediante el diseño único de la palanca basculante y de las palas deslizantes.
El eje de las palas tiene un diseño exclusivo mediante el cual la pala se sujeta de forma segura al eje de la pala (6) mediante su cuello de mango reducido y obturado con una copa y bloqueado con un orificio en el medio para facilitar la rotación fácil de la pala sola. Este cuello estrecho evita que la hoja se salga del eje en su órbita circular. El eje se fija firmemente al cubo mediante técnicas bien conocidas en la técnica.
El viento, conocido por su velocidad y dirección variables, haría que las palas se bamboleen en sus órbitas circulares en ambas orientaciones. Por lo tanto, se deben tomar medidas de seguridad en todo momento para detener esto. Para conseguir esto, la elevación del anillo deslizante semicircular impide que las palas en modo cuchillo inviertan su orientación y, de la misma manera, el regulador de dirección de las palas impide que las palas se deslicen de nuevo al modo cuchillo.
Para eliminar la fricción, el ruido y la pérdida de par, el anillo deslizante, la palanca basculante y los mangos de la pala están revestidos con materiales adecuados que eliminan la fricción.
En momentos de emergencia, cuando es necesario detener la turbina, se toma una medida de diseño para retirar la palanca basculante, por lo que la orientación de las palas como pala se prolonga, lo que lleva a la parada de la turbina debido a que el flujo de viento en las cuatro palas se detiene la rotación de la turbina.
Claims (3)
1. Un generador eólico que consta de un árbol de eje vertical (2) que incorpora una pala de deslizamiento variable (4) que comprende
a) un eje vertical (2) sujeto firmemente con un cubo de turbina (5) unido con cuatro palas variables deslizantes (4), adaptadas para deslizarse a lo largo de un anillo deslizante semicircular (8) con una palanca basculante (7)
b) donde la posición del eje de las palas (6) es fija, mientras que las palas adjuntas (4) giran solas alrededor de él cambiando su orientación del modo pala al modo cuchillo y viceversa.
c) donde la pala (4) está sujeta de forma segura al eje de la pala (6) mediante su cuello de mango reducido y se obtura con una copa y se bloquea con un orificio en el medio para facilitar la rotación fácil de la pala sola.
d) donde la variación de orientación de la pala (4) se consigue mediante la palanca basculante (7) montada en la placa base (10), que comienza a ascender desde su punto inicial, hasta alcanzar gradualmente el nivel del eje de la pala (6) y después finaliza abruptamente después de cubrir la mitad de su órbita circular con una fuerte caída.
e) donde la hoja (4) guiada por los anillos deslizantes semicirculares de la palanca basculante (7) permite la inclinación de la orientación de la pala de pala a cuchillo.
f) donde la pala (4) ayudada por la caída pronunciada y repentina del anillo deslizante semicircular (8) cambia su orientación de cuchillo a pala.
g) donde el estabilizador de dirección (9) de la pala (4) asegura el suave giro de la turbina sin ser perturbado por los cambios de viento, rumbo y dirección evitando el bamboleo resultante.
h) donde el anillo deslizante semicircular (8) evita igualmente el bamboleo de la pala (4) mientras se encuentra en su modo de órbita de cuchillo.
2. La turbina de molino de viento de la reivindicación 1, en donde la forma de la pala (4) está diseñada de manera rectangular, plana y ancha para aprovechar el máximo empuje del viento, lo que conduce a una mayor generación de energía.
3. La turbina de molino de viento de la reivindicación 1, en la que el diseño de la turbina de palas (4) de deslizamiento variable montada en la parte superior del eje (6) mediante su movimiento circular lateral facilita el montaje de palas anchas y largas, lo que conduce a un mayor par y generación de energía. La turbina de molino de viento de la reivindicación 1, en la que con cuatro palas (4), cada una con un ángulo de variación de 90 grados, permite el montaje de palas anchas y largas (4), lo que da como resultado una captación ininterrumpida del empuje del viento que conduce a una mayor captación de par y a la maximización de la generación de energía.
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