ES2995170T3 - Rotor for a wind turbine and method for operating a wind turbine - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un rotor (1) para una turbina eólica y a un procedimiento para el funcionamiento de una turbina eólica, que comprende un primer y un segundo soporte de pala (2, 3) y un primer conjunto de al menos dos palas de rotor (4a), teniendo las palas de rotor (4a) del primer conjunto forma de pala y extendiéndose helicoidalmente desde el primer hasta el segundo soporte de pala (2, 3). El rotor (1) comprende al menos otro soporte de pala (5) y al menos otro conjunto de al menos dos palas de rotor (4b), teniendo las palas de rotor (4b) del otro conjunto forma de pala y extendiéndose helicoidalmente desde el segundo hasta el otro soporte de pala (3, 5), y estando la disposición de las palas de rotor (4b) del otro conjunto desplazada angularmente con respecto a la disposición de las palas de rotor (4a) del primer conjunto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Rotor para un aerogenerador y procedimiento de funcionamiento del aerogenerador

La invención se refiere a un rotor para un aerogenerador y a un procedimiento de funcionamiento de un aerogenerador. Los expertos en la técnica conocen aerogeneradores para generar electricidad. Una instalación de este tipo convierte la energía (cinética) del viento en energía eléctrica. Un aerogenerador normalmente incluye un rotor, que es impulsado por el viento, y un generador acoplado con el rotor, que convierte el movimiento (rotacional) del rotor causado por el viento en energía eléctrica. Esta energía puede luego suministrarse a una red eléctrica o a un dispositivo de almacenamiento de energía.

Se conocen aerogeneradores con un eje de rotación del rotor orientado horizontalmente, como por ejemplo aerogeneradores con el llamado rotor flotante. Sin embargo, también se conocen aerogeneradores con rotores cuyo eje de rotación está orientado verticalmente, por ejemplo, el llamado rotor Savonius. Estos aerogeneradores pueden diseñarse de forma compacta y, en particular, pueden montarse en cubiertas de edificios para generar electricidad. En el sitio web "http://www.wind-of-change.org/index.php/technik.html", consultado el 29 de junio de 2021, se divulga una turbina eólica de hélice, que consta de dos discos de lentes horizontales unidos a un eje vertical del rotor, entre los cuales están montadas verticalmente dos o más palas curvas semicirculares. También se describe que el aerogenerador tiene una estructura de hélice.

El documento US 2010/219643 A1 describe un generador de energía eléctrica accionado por viento con eje vertical y cogeneración fotovoltaica. .

El documento US 11 149710 B2 revela el rotor de una turbina eólica.

El documento US 2009/045632 A1 divulga una instalación de flujo de energía, en particular un aerogenerador, con al menos un rotor que gira alrededor de un eje con palas de rotor.

El problema técnico surge de crear un rotor para un aerogenerador y un procedimiento de funcionamiento de un aerogenerador que permita el mayor rendimiento energético posible con diferentes intensidades del viento, siendo la energía generada por el aerogenerador la más alta posible.

La solución al problema técnico resulta de los objetos con las características de las reivindicaciones independientes. Otras configuraciones ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

Se propone un rotor para un aerogenerador. El rotor puede tener un eje de rotación o al rotor se le puede asignar un eje de rotación. El eje de rotación es preferentemente un eje de rotación orientado en dirección vertical, estando orientada la dirección vertical paralela a la dirección de la gravedad. La dirección de la gravedad se puede orientar de arriba abajo. Las indicaciones de dirección como "arriba", "abajo", "sobre", "debajo" puede referirse a esta dirección de gravedad. En lo sucesivo, un plano de sección transversal del rotor se refiere a un plano que está orientado perpendicular al eje de rotación.

El rotor incluye un primer y un segundo soporte de pala. Un soporte de pala puede tener forma de disco o de plato. En particular, un soporte de pala puede estar diseñado con simetría de rotación con respecto al eje de rotación.

El rotor comprende además un primer conjunto de al menos dos palas de rotor, teniendo las palas de rotor del primer conjunto forma de paleta y extendiéndose helicoidalmente desde el primer al segundo soporte de pala.

Según la invención, el rotor presenta al menos otro soporte de pala y al menos otro conjunto de al menos dos palas de rotor, teniendo las palas del rotor del otro conjunto forma de palas y extendiéndose en forma de hélice desde el segundo hasta el otro soporte de palas. Por lo tanto, las palas de rotor de la primera y de las siguientes cantidades pueden ser cada una de ellas de forma helicoidal o tener un recorrido helicoidal.

El segundo soporte de pala puede estar dispuesto a una distancia del primer soporte de pala a lo largo del eje de rotación, estando dispuesto el primer soporte de pala debajo del segundo soporte de pala. El otro soporte de pala puede estar dispuesto a lo largo del eje de rotación a una distancia del segundo soporte de pala, estando dispuesto el segundo soporte de pala debajo del otro soporte de pala. Las distancias entre los diferentes soportes de pala a lo largo del eje de rotación pueden ser iguales, pero también diferentes entre sí.

El primer soporte de pala también puede denominarse soporte de pala inferior, el segundo soporte de pala soporte de pala central y el otro soporte de pala soporte de pala superior.

Las palas de rotor del primer conjunto pueden estar fijadas en el primer soporte de pala, en particular en un lado superior, y en el segundo soporte de pala, en particular en un lado inferior. Las palas de rotor del otro conjunto pueden estar fijadas en el segundo soporte de pala, en particular en un lado superior, y en el otro soporte de pala, en particular en un lado inferior.

Un radio de un soporte de pala en un plano de sección transversal del rotor puede ser mayor que el radio de un círculo con un diámetro mínimo en el que están dispuestas todas las palas del rotor. El radio de este círculo puede ser, por ejemplo, de 500 mm y el radio del soporte de pala puede ser, por ejemplo, de 503 mm.

El hecho de que una pala de rotor tenga forma de paleta puede significar que la pala de rotor o una superficie de entrada de la pala de rotor presente una forma curvada, en particular en forma de arco circular o de arco ovalado, en un plano de sección transversal del rotor que discurre a través de la pala de rotor. En particular, una pala de rotor puede presentar una superficie de entrada cóncava. El ángulo central de dicho recorrido puede ser de hasta 180° (inclusive). La longitud de una cuerda circular o de una cuerda ovalada de tal recorrido puede estar en el intervalo de 500 mm a 600 mm y en particular puede ser de 551 mm. La altura máxima del recorrido sobre esta cuerda circular en dirección radial puede estar comprendida entre 200 mm y 250 mm y, en particular, puede ser de 224 mm. El diseño en forma de paleta permite que fluya el viento. En particular, la configuración en forma de paleta se puede realizar según configuraciones conocidas de palas de un rotor Savonius.

El hecho de que las palas del rotor se extiendan helicoidalmente entre dos soportes de pala puede significar que un punto de referencia de una pala de rotor en diferentes planos de sección transversal del rotor entre los soportes de pala se encuentre sobre una línea de referencia helicoidal, es decir, sobre una línea que se enrolla alrededor de una camisa de un cilindro, en particular con una pendiente constante. Un punto de referencia en un plano en sección transversal del rotor puede ser un centro geométrico, un centro de gravedad de la sección transversal, un centro del recorrido curvo de la pala de rotor o la superficie de entrada u otro punto con una disposición relativa predeterminada a la pala de rotor en este plano de sección transversal del rotor.

Además, según la invención, la disposición de las palas del rotor del primer conjunto está dispuesta angularmente desplazada con respecto a la disposición de las palas del rotor del siguiente conjunto. Esto puede significar que ninguna pala de rotor del conjunto adicional continúa la extensión helicoidal o el recorrido helicoidal de una pala de rotor del primer conjunto.

En otras palabras, en un sistema de coordenadas común o en un plano de proyección común orientado perpendicular al eje de rotación, las secciones de fijación de las palas del rotor del primer conjunto sobre el primer soporte de palas pueden estar dispuestas desplazadas angularmente con respecto a las secciones de fijación de las palas del rotor del otro conjunto sobre el segundo soporte de pala. Sin embargo, alternativamente también es posible que las secciones de fijación de las palas de rotor del primer conjunto en el segundo soporte de pala estén dispuestas desplazadas angularmente con respecto a las secciones de fijación de las palas de rotor del otro conjunto en el segundo soporte de palas. La sección de fijación puede designar la sección de una pala de rotor unida al soporte del rotor, es decir, una sección extrema. En particular, la sección de fijación puede estar situado en un plano orientado perpendicular al eje de rotación. Sin embargo, el ángulo de este desplazamiento angular puede ser diferente del desplazamiento angular entre las diferentes secciones de fijación de las palas del rotor del primer conjunto en el primer soporte de pala o en el segundo soporte de pala. El ángulo de este desplazamiento angular puede ser en particular de 360°/n.

Un ángulo entre las secciones de fijación de las palas del rotor de diferentes cantidades puede ser, en particular, un ángulo entre una primera línea y otra línea en un plano de proyección común, que está orientado perpendicular al eje de rotación, discurriendo la primera línea en la sección de fijación de una pala de rotor del primer conjunto a través de un punto de referencia de esta pala de rotor y el eje de rotación, discurriendo la otra línea en la sección de fijación de una pala de rotor del otro conjunto a través de un punto de referencia, en particular similar, de esta pala de rotor y el eje de rotación. La pala de rotor del otro conjunto puede ser en particular la pala de rotor situada junto a una pala de rotor del primer conjunto observada en un sentido de giro matemáticamente positivo o negativo alrededor del eje de rotación. En otras palabras, del conjunto de líneas que conectan los puntos de referencia de las palas del rotor del conjunto adicional en el plano de proyección común con el eje de rotación, se puede seleccionar la línea adicional como la línea que está dispuesta en el plano de proyección común en la dirección periférica adyacente a la primera línea.

El ángulo del desplazamiento angular entre la disposición de las palas de rotor del primer conjunto y la disposición de las palas de rotor del conjunto adicional es preferentemente mayor que cero e inferior a 360°/n, indicando n el número de palas de rotor en un conjunto. De manera especialmente preferida, el ángulo de desplazamiento angular es de 360°/2xn, es decir, de 60° en el caso de 3 palas de rotación por cantidad.

Las simulaciones y pruebas han demostrado que el desplazamiento provoca un efecto turbo, ya que, en comparación con un diseño sin desplazamiento, se pueden exponer al viento más palas de rotor al mismo tiempo. El efecto turbo da como resultado un mayor rendimiento energético a la misma velocidad de flujo en comparación con un diseño sin desplazamiento. De este modo se obtiene ventajosamente un rotor que aumenta el rendimiento energético.

En otra forma de realización, el primer conjunto y/o el siguiente conjunto comprenden exactamente tres palas de rotor. Pruebas y simulaciones han demostrado que de esta manera se puede lograr un rendimiento energético especialmente alto.

En otra forma de realización, el al menos un soporte de pala y/o al menos una pala de rotor están fabricados de aluminio o plástico. Una configuración de aluminio resulta ventajosamente en una configuración muy estable. Ventajosamente, en caso de una configuración de plástico, el peso del rotor se puede mantener bajo, lo que resulta especialmente ventajoso para el montaje en tejados de edificios. En el caso de una configuración de plástico se puede utilizar especialmente para la fabricación un procedimiento de moldeo por inyección.

En otra forma de realización, una línea de referencia helicoidal de una pala de rotor corta un plano de referencia, que está orientado perpendicularmente a un eje de rotación del rotor, en un ángulo de un rango angular comprendido entre 64° (inclusive) y 84° (inclusive), preferiblemente en un ángulo de 74°. Pruebas y simulaciones han demostrado que de esta manera se puede conseguir un rendimiento energético especialmente alto.

En otra forma de realización, el rotor comprende una carcasa, estando dispuestos los soportes de palas y las palas de rotor en un volumen interno de la carcasa. Por tanto, la carcasa forma una carcasa para una parte giratoria del rotor, que incluye los soportes de palas y las palas de rotor. Por lo tanto, el rotor puede incluir en este caso la parte giratoria y la carcasa, que en particular está dispuesta de forma estacionaria. La carcasa puede incluir en particular una base de carcasa, un techo de carcasa y unas paredes laterales que incluyen un volumen interno. La carcasa puede estar hecha de plástico o aluminio. Una configuración de aluminio resulta ventajosamente en una configuración muy estable. Ventajosamente, en caso de configuración de plástico, el peso del rotor se puede mantener bajo, lo que resulta especialmente ventajoso para la instalación en tejados de edificios. En el caso de una configuración de plástico, para la fabricación de la carcasa se puede utilizar especialmente un procedimiento de moldeo por inyección.

La carcasa puede presentar o formar una sección de entrada de aire o una abertura de entrada de aire, en particular en la zona de una pared lateral. La carcasa también puede presentar o formar una sección de salida de aire o una abertura de salida de aire, en particular en la zona de otra pared lateral. En el funcionamiento previsto, el aire puede entrar en la carcasa, chocar contra el rotor dispuesto en la carcasa y provocar con ello que gire y luego salir de la carcasa.

Todos los soportes de palas y palas de rotor pueden estar montados en la carcasa, en particular de forma giratoria, en particular en la base de la carcasa y/o en el techo de la carcasa.

Ventajosamente, la carcasa permite conducir el aire de tal manera que se mejora el flujo hacia las palas del rotor y, por tanto, se puede aumentar aún más el rendimiento energético.

Un rotor para un aerogenerador con una carcasa, cuya carcasa está diseñada según una de las formas de realización descritas en esta divulgación, puede representar una invención independiente, que es en particular independiente de la característica de que la disposición de las palas de rotor del conjunto adicional es desplazada angularmente con respecto a la disposición de las palas de rotor del primer conjunto. Por lo tanto, también se describe un rotor para un aerogenerador, que comprende un primer y un segundo soporte de pala y al menos dos palas de rotor, teniendo las palas de rotor del primer conjunto en forma de paletas y extendiéndose, en particular en forma de hélice, desde el primer hasta el segundo soporte de palas. Los soportes palas y las palas de rotor forman una parte giratoria del rotor. Un rotor de este tipo incluye una carcasa para esta parte giratoria, estando dispuestos los soportes de palas y las palas de rotor en un volumen interior de la carcasa. Además, un rotor de este tipo, en particular la parte giratoria, puede presentar al menos otro soporte de pala y al menos otro conjunto de al menos dos palas de rotor, estando las palas de rotor del otro conjunto configuradas en forma de pala y extendiéndose, en particular en forma de hélice, desde el segundo soporte de palas hasta el siguiente.

En otra forma de realización, la carcasa forma, por ejemplo, en el lado frontal, una sección de entrada de aire, estando la sección de entrada de aire configurada en forma de embudo.

La configuración en forma de embudo puede significar que la sección de entrada de aire se estrecha en un plano de sección transversal del rotor a lo largo de la dirección del flujo. En particular, la sección de entrada de aire puede estar configurada en forma trapezoidal en el plano de la sección transversal del rotor o presentar una sección trapezoidal, pudiendo los lados de base de esta sección orientados perpendicularmente a la dirección del flujo.

Esto permite un flujo hacia las palas de rotor de tal manera que éstas son aceleradas con una alta aceleración, lo que a su vez aumenta ventajosamente el rendimiento energético de un aerogenerador con este rotor. En particular, mediante la construcción en forma de embudo se puede conseguir una alta presión de flujo en las palas de rotor.

En un forma de realización adicional, un ángulo de apertura de la sección de entrada de aire es un ángulo comprendido en un rango angular de entre 66° (inclusive) y 86° (inclusive), preferiblemente un ángulo comprendido en un rango angular de entre 68,4° (inclusive) y 83,6° (inclusive), de manera especialmente preferida un ángulo de 76°. Pruebas y simulaciones han demostrado que de esta manera se puede conseguir un rendimiento energético especialmente alto.

En una forma de realización adicional, un ángulo entre una primera pared lateral y otra pared lateral, que delimitan la sección de entrada de aire y están orientadas perpendicularmente a un plano de sección transversal de rotación, es un ángulo comprendido en un rango angular de entre 66° (inclusive) y 86° (inclusive), preferiblemente un ángulo comprendido en un rango angular de entre 68,4° (inclusive) y 83,6° (inclusive), de manera particularmente preferida un ángulo de 76°. Pruebas y simulaciones han demostrado que de esta manera se puede conseguir un rendimiento energético especialmente alto.

En otra forma de realización, en un plano de sección transversal que está orientado perpendicular al eje de rotación del rotor, una primera pared lateral, que delimita la sección de entrada de aire y está orientada perpendicular al plano de sección transversal, forma al menos una sección de una primera pata de un trapecio o una sección trapezoidal de la sección de entrada de aire y forma con una base de este trapecio un ángulo comprendido en un rango angular de entre 70° (inclusive) y 84° (inclusive), preferiblemente un ángulo de 77°, formando una pared lateral adicional, que delimita la sección de entrada de aire y está orientada perpendicularmente al plano de la sección transversal, al menos una sección de otra pata del trapecio y formando un ángulo con la base de este trapecio en un rango de 20° (inclusive) a 34° (inclusive), preferiblemente un ángulo de 27°. Pruebas y simulaciones han demostrado que de esta manera se puede conseguir un rendimiento energético especialmente alto.

En otra forma de realización, la carcasa forma, especialmente en el lado trasero, una sección de salida de aire, estando la sección de salida de aire configurada en forma de embudo. Un ángulo de apertura de la sección de salida de aire puede ser menor o igual a 45°. La sección de entrada de aire y la sección de salida de aire pueden estar dispuestas desplazadas con respecto a una línea central que corta perpendicularmente el eje de rotación.

En una forma de realización adicional, una proporción de una superficie trasera de la carcasa en el total de la superficie trasera de la carcasa y la superficie de salida de aire está como máximo entre el 20 % (inclusive) y el 26 % (inclusive), preferiblemente es como máximo del 23 %. De ello resulta una presión interna en la carcasa, especialmente en relación con la sección de entrada de aire diseñada como se describe, de tal manera que se puede generar y mantener una alta presión de entrada en las palas de rotor. Esto permite a su vez ventajosamente conseguir un alto rendimiento energético.

En otra forma de realización, el primer soporte de pala está dispuesto al menos parcialmente en una rebaje en la base de la carcasa. De forma alternativa o acumulativa, el soporte de pala adicional está dispuesto al menos parcialmente en un rebaje en la zona de una tapa de la carcasa. Esto permite ventajosamente un mejor flujo hacia las palas del rotor y una configuración más compacta del rotor en términos de espacio de instalación.

En otra forma de realización, el primer soporte de pala presenta o forma un rebaje para recibir y fijar un árbol de generador. De forma alternativa o acumulativa, una base de carcasa tiene o forma una abertura de paso reforzada para recibir el árbol de generador. Una abertura de paso reforzada puede ser en particular una abertura que está rodeada por una sección reforzada de la base de la carcasa. En una sección reforzada, se puede aumentar un espesor de la base de la carcasa, que puede ser, por ejemplo, una dimensión paralela al eje de rotación, en comparación con las secciones no reforzadas de la base de la carcasa. De esta manera se consigue ventajosamente una fijación fiable de un árbol de un generador y/o un montaje seguro del árbol en la carcasa.

En otra forma de realización, el soporte de pala adicional presenta o forma un elemento de soporte para el montaje en una parte superior de la carcasa. El elemento de soporte puede estar diseñado o dispuesto en particular como saliente, en particular como saliente cilíndrico, en un lado superior del otro soporte de pala.

De forma alternativa o acumulativa, la parte superior de la carcasa presenta o forma una abertura de paso reforzada para recibir el elemento de soporte. Una abertura de paso reforzada puede ser en particular una abertura que está rodeada por una sección reforzada de la tapa de la carcasa. En una sección reforzada se puede aumentar un espesor de la tapa de la carcasa, que puede ser, por ejemplo, una dimensión paralela al eje de rotación, en comparación con las secciones no reforzadas de la tapa de la carcasa. De esta manera se consigue ventajosamente una fijación segura de un árbol de un generador y/o un montaje seguro del árbol en la carcasa.

También se describe una turbina eólica con un rotor y un generador. En este caso se puede conectar un árbol del generador con el rotor, en particular de forma solidaria en rotación. En particular, el árbol del generador puede estar fijado a un soporte de pala, preferentemente en el primer soporte de pala, en particular en un lado inferior, o también en el otro soporte de pala, en particular en un lado superior. El árbol se puede montar en la carcasa, por ejemplo, en/sobre la base de la carcasa, por ejemplo mediante un rodamiento de bolas o de rodillos adecuado.

El generador o la carcasa del generador pueden estar unidos a la carcasa del rotor, en particular atornillados. Preferiblemente, el generador puede estar dispuesto debajo del rotor, es decir, en particular debajo del primer soporte de pala.

La turbina eólica propuesta se puede utilizar para generar energía, pudiendo utilizarse esta energía, por ejemplo, para producir calor, pero también para suministrar electricidad a un edificio. En particular, la turbina eólica se puede utilizar para generar energía para hogares privados. Por ejemplo, la energía puede almacenarse en un dispositivo de almacenamiento, usarse para calentar, por ejemplo, a través de un elemento calefactor, usarse para hacer funcionar una bomba de calor, usarse para cargar un vehículo eléctrico o híbrido, usarse para abastecer a consumidores, en particular a electrodomésticos tales como, por ejemplo, una lavadora, o en una red de suministro.

Además, la turbina eólica propuesta permite una generación de energía muy silenciosa. También requiere poco mantenimiento y produce energía en todas las estaciones. Puede tener una altura baja de 1,40 m. La turbina eólica también se puede instalar en el tejado de un edificio. La turbina eólica permite ventajosamente una generación de energía libre de CO2.

La turbina eólica puede comprender además un dispositivo de almacenamiento de energía que está conectado al generador y almacena la energía eléctrica generada por el mismo. Los consumidores de electricidad pueden conectarse al dispositivo de almacenamiento de energía y/o al generador a través de un inversor, que también puede formar parte de la turbina eólica. La capacidad de almacenamiento del dispositivo de almacenamiento de energía puede ser, por ejemplo, de 5 kW o 10 kW.

También se propone un procedimiento para hacer funcionar un rotor según una de las realizaciones descritas en esta divulgación. Un generador está conectado mecánicamente al rotor y el aire fluye hacia el rotor.

La invención se explica con más detalle mediante ejemplos de realización. Las cifras muestran:

Figura 1 una vista lateral esquemática de un rotor según la invención,

Figura 2 una vista frontal esquemática de una turbina eólica con un rotor según la invención,

Figura 3 una sección longitudinal esquemática a través de una carcasa de una turbina eólica,

Figura 4 una sección transversal esquemática a través de un rotor en la zona de la disposición de las palas de rotor del primer conjunto en una posición de giro del rotor,

Figura 5, una sección transversal esquemática de un rotor en la zona de la disposición de las palas de rotor del otro conjunto en la posición de giro del rotor mostrada en la figura 4,

Figura 6, una vista esquemática de un plano de proyección común,

Figura 7, una sección transversal esquemática a través de una carcasa del rotor,

Figura 8, una representación esquemática de un montaje de un primer soporte de pala en la carcasa, Figura 9, una representación esquemática de un montaje de otro soporte de pala en la carcasa.

A continuación, los mismos números de referencia designan elementos con características técnicas iguales o similares. La figura 1 muestra una vista lateral esquemática de un rotor 1 según la invención. El rotor 1 comprende un primer soporte de pala inferior 2 y un segundo soporte de pala intermedio 3 y un primer conjunto de al menos dos palas de rotor 4a, estando las palas de rotor 4a del primer conjunto configuradas en forma de paleta y extendiéndose helicoidalmente desde el primer hasta el segundo soporte de pala 2, 3.

El rotor 1 comprende además otro (tercer) soporte de pala superior 5 y un conjunto adicional de al menos dos palas de rotor 4b, estando las palas de rotor 4b del conjunto adicional configuradas en forma de paleta y extendiéndose helicoidalmente desde el segundo hasta el tercer soporte de pala 3, 5.

Los soportes de pala 2, 3, 5 tienen forma de plato o de placa circular. También se muestra un elemento de montaje 6, que está configurado como saliente cilíndrico en un lado superior del tercer soporte de pala 5. Este elemento de montaje 6 se utiliza para montar la totalidad de los soportes de palas 2, 3, 5 y las palas de rotor 4a, 4b en la carcasa 7 (véase la figura 2). También se muestra un elemento de montaje 6, que está configurado como saliente cilíndrico en un lado superior del tercer soporte de pala 5. Este elemento de montaje 6 se utiliza para montar la totalidad de los soportes de pala 2, 3, 5 y las palas de rotor 4a, 4b en la carcasa 7 (véase la figura 2).

También se muestra que el primer soporte de pala 2 presenta o forma un rebaje 8 para recibir y fijar un árbol de generador 9, representándose este rebaje 8 esquemáticamente.

También se muestra un eje de rotación 10 del rotor 1 y una dirección vertical z, que puede orientarse paralelamente a y en la dirección de una fuerza de peso, en particular en una disposición adecuada del rotor 1.

Se muestra además que una línea de referencia helicoidal 11 de una pala de rotor 4b corta un plano de referencia, que está orientado perpendicular al eje de rotación 10 del rotor 1, con un ángulo W1 de 74°. En otras palabras, la pendiente de la línea de referencia a modo de hélice o helicoidal 11 puede ser de 74°.

Una distancia entre el primer soporte de pala 2 y el segundo soporte de pala 3 a lo largo del eje de rotación 10 (en otras palabras, la altura de la disposición de palas de rotor 4a del primer conjunto) puede ser de 700 mm. La distancia entre el segundo soporte de pala 3 y el tercer soporte de pala 5 a lo largo del eje de rotación 10 (es decir, la altura de la disposición de palas de rotor 4b de la cantidad adicional) también puede ser de 700 mm.

La figura 2 muestra una vista frontal esquemática de una turbina eólica 12 con un rotor 1 según la invención. El rotor 1 también incluye una carcasa 13, estando dispuesta la totalidad de los soportes de palas 2, 3, 5 y las palas de rotor 4a, 4b en el volumen interior 14 (véase la figura 7) de la carcasa 13. Se muestra un generador 15 que está dispuesto debajo de la carcasa 13, en particular también debajo del primer soporte de pala 2. El generador 15 está unido de forma solidaria en rotación a través de un árbol 16 con el rotor 1, en particular con el primer soporte de pala 2. El árbol 16 puede estar anclado en una base, en particular anclado de forma giratoria. La base puede estar formada, por ejemplo, por el tejado de una casa.

La carcasa 13 incluye una base de carcasa 18 y una cubierta de carcasa 19 y unas paredes laterales 20, que incluyen el volumen interior 14. Se muestra una sección de entrada de aire 17 de la carcasa 13, a través de la cual el aire fluye hacia el interior de la carcasa 13 para fluir hacia las palas de rotor 4a, 4b. La sección de entrada de aire 17 está dispuesta en la zona de un lado frontal de la carcasa 13. El lado frontal puede designar en particular un lado por el que circula el viento durante el funcionamiento normal.

La figura 3 muestra una sección longitudinal esquemática a través de una carcasa 13 de una turbina eólica 12. La dirección de flujo de una corriente de aire a través de la carcasa 13 se muestra esquemáticamente mediante flechas 21. El aire fluye hacia el interior de la carcasa 13 a través de una sección de entrada de aire 17 y sale de la carcasa 13 a través de una sección de salida de aire 22.

La figura 4 muestra una sección transversal esquemática a través de un rotor 1 en la zona de la disposición de las palas de rotor 4a del primer conjunto en una posición de giro del rotor 1. Las secciones de fijación de las palas de rotor 4a del primer conjunto están dispuestas en el plano en sección transversal representado, en el que estas palas de rotor 4a están fijadas al lado superior del primer soporte de pala 2.

Se muestra un sistema de coordenadas de referencia con un eje longitudinal x y un eje transversal y. El eje longitudinal x está orientado perpendicular al eje transversal y, estando ambos ejes x, y orientados respectivamente de forma perpendicular al eje gravitacional z. La orientación de los ejes x, y está representada por flechas. En una intersección del eje de rotación 10 con el plano de sección transversal está dispuesto un centro del sistema de coordenadas de referencia.

Se muestra que las palas del rotor 4a están configuradas en forma de paleta. En la forma de realización representada, las palas de rotor 4a o una superficie de afluencia 23 curvada cóncavamente formada por estas palas de rotor 4a tienen en el plano de la sección transversal un recorrido semicircular. Para cada una de las palas de rotor 4a se muestra un centro 24a de este recorrido semicircular. Las líneas que cortan estos puntos centrales 24a y el eje de rotación 10 en este plano de sección transversal están dispuestas desplazadas angularmente entre sí con un desplazamiento angular de 120°, es decir, una línea forma un ángulo de 120° con la línea adyacente al eje de rotación 10 en un sentido de giro matemáticamente positivo o negativo.

En la posición de giro mostrada, un extremo exterior de una primera pala de rotor 4a_1 puede estar dispuesto en un segundo cuadrante del sistema de coordenadas y espaciado a una distancia longitudinal de 146 mm a lo largo del eje longitudinal x desde el centro o el eje transversal y del sistema de coordenadas. Un extremo interior de la primera pala de rotor 4a_1 puede estar dispuesto en un cuarto cuadrante y a lo largo del eje longitudinal x desde el centro o el eje transversal y del sistema de coordenadas a una distancia de 77,5 mm y desde un extremo interior de una tercera pala de rotor 4a_3 a una distancia de 155 mm. El extremo interior de la primera y tercera palas de rotor 4a_1, 4a_3 puede estar a la misma altura a lo largo del eje transversal.

Un extremo interior de una segunda pala de rotor 4a_2 puede estar dispuesto en el eje transversal y en la zona de la transición del primer al segundo cuadrante y puede estar espaciado a una distancia transversal de 103 mm a lo largo del eje transversal y desde el centro o el eje longitudinal x del sistema de coordenadas. Un extremo exterior de la segunda pala de rotor 4a_2 puede estar dispuesto en el tercer cuadrante y espaciado a una distancia transversal de 345 mm a lo largo del eje transversal y desde el centro o el eje longitudinal x del sistema de coordenadas. Un extremo interior de una tercera pala de rotor 4a_3 puede estar dispuesto en el tercer cuadrante y espaciado a una distancia transversal de 52 mm a lo largo del eje transversal y desde el centro o el eje longitudinal x del sistema de coordenadas. Un extremo exterior de la tercera pala de rotor 4a_3 puede estar dispuesto en el cuarto cuadrante y espaciado a una distancia transversal de 95 mm a lo largo del eje transversal y desde el centro o el eje longitudinal x del sistema de coordenadas. Las distancias especificadas son distancias preferidas. Sin embargo, también es posible disponer las palas de rotor a diferentes distancias, en particular a distancias dentro de un margen de tolerancia con una anchura del 20 % de la distancia indicada, cuyo valor central es la distancia indicada. En particular, la distancia también puede ser el 90 % de la distancia especificada o el 110 % de la distancia especificada o puede seleccionarse entre un rango intermedio.

El radio del primer soporte de pala puede ser de 503 mm. Un radio mínimo de un círculo que encierra todas las palas de rotor 4a del primer conjunto en el plano de la sección transversal puede ser de 500 mm.

La figura 5 muestra una sección transversal esquemática de un rotor 1 en la zona de la disposición de las palas de rotor 4b del otro conjunto en la posición de giro del rotor 1 mostrada en la figura 4. En el plano de sección transversal mostrado están dispuestas unas secciones de fijación de las palas de rotor 4b del conjunto adicional, , en las que estas palas de rotor 4b están fijadas en la parte superior del segundo soporte de pala 3.

El sistema de coordenadas de referencia, también mostrado en la figura 4, se muestra con el eje longitudinal x y el eje transversal y. De manera correspondiente a las palas de rotor 4a del primer conjunto, las palas de rotor 4b del conjunto adicional también tienen forma de paleta. Para cada una de las palas de rotor 4b se muestra un punto central 24b del recorrido semicircular de la pala de rotor 4b o de la superficie de afluencia 23. Las líneas que cortan estos centros 24b y el eje de rotación 10 en este plano de sección transversal están dispuestas desplazadas angularmente entre sí con un desplazamiento angular de 120°, es decir, una línea forma un ángulo de 120° con la línea adyacente al eje de rotación 10 en un sentido de giro matemáticamente positivo o negativo.

A partir de la sinopsis de las figuras 4 y 5 se puede ver que la disposición de las palas de rotor 4b del conjunto adicional está dispuesta angularmente desplazada de la disposición de las palas de rotor 4a del conjunto adicional, en particular con un desplazamiento angular de 60°.

La figura 6 muestra un plano de proyección común esquemático en el que se proyectaron las palas de rotor 4a, 4b mostradas en las figuras 4 y 5, estando orientado el plano de proyección perpendicular al eje de rotación 10 y, por motivos de claridad, sólo se muestran una pala de rotor 4a del primer conjunto y una pala de rotor 4b de la otra cantidad. La pala de rotor 4a del primer conjunto proyectada en el plano de proyección común se muestra mediante una línea discontinua y una pala de rotor 4b del conjunto adicional se muestra mediante una línea continua. En otras palabras, la figura 6 muestra el saliente de la pala de rotor 4a en la sección de fijación de esta pala de rotor 4a en el primer soporte de pala 2 y el saliente de la pala de rotor 4b en la sección de fijación de esta pala de rotor 4b en el segundo soporte de pala 3. La pala de rotor 4b del conjunto adicional es, en particular, la pala de rotor 4b adyacente a una pala de rotor 4a adyacente del primer conjunto dispuesta en el sentido de giro negativo alrededor del eje de rotación 10.

Se puede observar que la sección de fijación de la pala de rotor 4a del primer conjunto en el primer soporte de pala 2 está dispuesta con un desplazamiento angular de W2 desplazada angularmente con respecto a la sección de fijación de la pala de rotor 4b del conjunto adicional en el segundo soporte de pala 3, siendo el desplazamiento angular W2 en particular de 60°.

Este ángulo W2 entre las secciones de fijación de las palas de rotor 4a, 4b de diferentes cantidades es el ángulo W2 entre una primera línea y una línea adicional en el plano de proyección común, pasando la primera línea en la sección de fijación de la pala de rotor 4a del primer conjunto a través del centro 24a del recorrido semicircular de esta pala de rotor 4a y el eje de rotación 10, discurriendo la otra línea en la sección de fijación de la pala de rotor 4b del otro conjunto a través del centro del recorrido semicircular de esta pala de rotor 4b y el eje de rotación 10.

Sin embargo, también es posible que el saliente de la pala de rotor 4a en la sección de fijación de esta pala de rotor 4a en el segundo soporte de pala 3 y el saliente de la pala de rotor 4b en la sección de fijación de esta pala de rotor 4b en el segundo soporte de pala 3 están dispuestos desplazados angularmente entre sí con un desplazamiento angular de W2, siendo el desplazamiento angular W2 en particular de 60°.

La figura 7 muestra una sección transversal esquemática a través de una carcasa 13 del rotor 1, no mostrándose la parte giratoria del rotor 1 que comprende los soportes de palas 2, 3, 5 y las palas de rotor 4a, 4b.

El plano de la sección transversal está orientado perpendicular al eje de rotación 10 de la parte giratoria del rotor 1. Se puede ver un volumen interior 14 de la carcasa 13, que presenta un volumen de alojamiento con sección transversal circular para la disposición de la parte giratoria. Un radio de este volumen receptor puede ser mayor que un radio (máximo) de los soportes de pala 2, 3, 5 y puede ascender, por ejemplo, a 1004 mm.

También se muestra una sección de entrada de aire 17, que tiene forma de embudo y se estrecha a lo largo de la dirección de flujo 21 del aire. La sección de entrada de aire 17 está formada especialmente en el lado delantero de la carcasa 13. En la sección transversal mostrada, la sección de entrada de aire 17 comprende una sección trapezoidal 25. La sección trapezoidal 25 es en particular una sección trapezoidal no isósceles, no rectangular y asimétrica.

Un ángulo W2, que forma una primera pata con la base, es decir, el lado de base más largo, del trapecio es preferiblemente de 77°, pero también se puede seleccionar entre un rango de 70° a 84°. Un ángulo W3 que incluye una segunda pata con la base del trapezoide es preferiblemente de 27°, pero también puede seleccionarse entre un rango de 20° a 34°. La primera pata del trapecio está formado en el plano de la sección transversal por una primera pared lateral 26 de la carcasa 13 y la segunda pata por una segunda pared lateral 27 de la carcasa 13. Estas paredes laterales 26, 27 delimitan la sección de entrada de aire 17 y están orientadas perpendicularmente al plano de sección transversal mostrado. Además, la sección de entrada de aire 17 está delimitada por la base de carcasa 18 y la tapa de carcasa 19. El ángulo entre la primera pared lateral 26 y la segunda pared lateral 27 es preferiblemente de 76°. Sin embargo, también se puede seleccionar un rango de entre 66° y 86°.

La base del trapecio puede ser perpendicular a una dirección de flujo principal predeterminada o preestablecida del viento, que en el ejemplo de realización ilustrada está orientada paralela y opuesta a un eje transversal y de un sistema de coordenadas de referencia.

Además, la carcasa 13 forma en el lado posterior una sección de salida de aire 28, estando configurada la sección de salida de aire 28 en el plano de la sección transversal en forma de embudo y ensanchándose a lo largo de la dirección de flujo 21 del aire. Un ángulo de apertura de la sección de salida de aire 28 puede ser menor o igual a 45°.

La sección de salida de aire 28 está delimitada por dos paredes laterales 29, 30 y la base de carcasa 18 y la tapa de carcasa 19 y forma en el exterior una superficie de salida de aire. Una primera pared lateral 29 está separada de una primera pared lateral exterior de carcasa 31 a lo largo de la dirección longitudinal con una distancia máxima de 291 mm.

La anchura de la carcasa 13 en el lado delantero a lo largo de un eje longitudinal x es de 1025 mm, la anchura de la carcasa 13 en el lado trasero es de 1249 mm.

La longitud de la primera pared lateral 26, que delimita la sección de entrada de aire 17, a lo largo del eje transversal y es de 300 mm. La longitud de la segunda pared lateral 27, que delimita la sección de entrada de aire 17, a lo largo del eje transversal y es de 276 mm. La longitud de la primera pared lateral exterior de carcasa 31 y de una segunda pared lateral exterior de carcasa 32 a lo largo del eje transversal y es de 1166 mm. La longitud de la segunda pared lateral 27, que delimita la sección de entrada de aire 17, a lo largo del eje transversal y es de 276 mm.

La primera pared lateral exterior de la carcasa 31 y la primera pared lateral 26, que delimita la sección de entrada de aire 17, se cruzan en un primer borde frontal de la carcasa 13. La segunda pared lateral exterior de carcasa 32 y la segunda pared lateral 26, que delimita la sección de entrada de aire 17, se cruzan en un segundo borde frontal de la carcasa 13. Un borde de la primera pared lateral 26 opuesto al primer borde frontal y un borde de la segunda pared lateral 27 opuesto al segundo borde frontal, que delimitan la sección de entrada de aire 17, están separados entre sí a lo largo del eje longitudinal x a una distancia de 380 mm.

La segunda pared lateral exterior de carcasa 32 y la segunda pared lateral 30, que delimita la sección de salida de aire 18, se cruzan en un segundo borde trasero de la carcasa 13. En el plano de la sección transversal, un borde del lado trasero de la carcasa 13 tiene un recorrido de forma arqueada con un radio de, por ejemplo, 500 mm. Una proporción de una superficie trasera cerrada de la carcasa en el total de la superficie trasera de la carcasa y la superficie de salida de aire de la sección de salida de aire 28 puede ser preferentemente como máximo del 23 %. Esta proporción máxima también puede seleccionarse entre un rango del 20 % al 26 %.

Las paredes laterales 26, 27, 29, 30 y las paredes laterales exteriores de carcasa 31, 32 pueden estar diseñadas de forma no curvada.

Además, la sección de entrada de aire 17 y la sección de salida de aire 28 están dispuestas en diferentes semiespacios separados por este plano con respecto a un plano que está atravesado por una línea recta paralela a la dirección de flujo principal y al eje de rotación 10. Esto puede significar, por ejemplo, que en estos diferentes semiespacios estén dispuestos unos centros geométricos. En el ejemplo de realización ilustrado, la sección de entrada de aire 17 está dispuesta a lo largo de la dirección de flujo principal en un semiplano izquierdo y la sección de salida de aire 28 en un semiplano derecho. Además, el primer borde delantero y un primer borde trasero de la carcasa 13 están dispuestos en el semiplano izquierdo y el otro borde delantero y el otro borde trasero están dispuestos en el semiplano derecho.

La figura 8 muestra una representación esquemática de un montaje de un primer soporte de pala 2 en la carcasa 13, en particular en la base de carcasa 18. La base de carcasa 18 tiene una abertura de paso 33, incrementándose un espesor de la base de carcasa 18 a lo largo del eje vertical z en la sección que rodea la abertura de paso 33. En la abertura de paso 33 está dispuesto un rodamiento de bolas o de rodillos 34. El primer soporte de pala 2 se apoya en la parte giratoria del cojinete 34 a través de secciones de soporte 35. Se muestra además que un árbol 16 del generador se extiende a través de la abertura de paso 33 y a través del cojinete 34 y está fijado al primer soporte de pala 2 en un extremo opuesto al generador, en particular está atornillado al mismo. El primer soporte de pala 2 forma aquí una cavidad 36 para recibir el árbol 16.

La figura 9 muestra una representación esquemática de un montaje de un tercer soporte de pala 5 en la carcasa 13, en particular en la tapa de carcasa 19. La tapa de carcasa 19 tiene una abertura de paso 37, incrementándose un espesor de la tapa de carcasa 19 a lo largo del eje vertical z en la sección que rodea la abertura de paso 37. En la abertura de paso 37 está dispuesto un rodamiento de bolas o de rodillos 38. El tercer soporte de pala 5 se apoya con un saliente cilíndrico 39 en la parte giratoria del cojinete 38.

La figura 10 muestra una vista en perspectiva del rotor 1 con la carcasa 13. Se muestran en particular la primera pared lateral 26, la segunda pared lateral 27, la base de carcasa 18 y el techo de carcasa 19, que delimitan la sección de entrada de aire 17 (véase figura 7). Además, en la figura 10 se puede ver la extensión helicoidal/el recorrido helicoidal de las palas de rotor 4a, 4b entre los soportes de pala 2, 3, 5.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Rotor para un aerogenerador, que comprende un primer y un segundo soportes de pala (2, 3) y un primer conjunto de al menos dos palas de rotor (4a), estando las palas de rotor (4a) del primer conjunto configuradas en forma de paleta y extendiéndose helicoidalmente desde el primer hasta el segundo soporte de pala (2, 3), caracterizado por que el rotor (1) comprende al menos un soporte de pala adicional (5) y al menos un conjunto adicional de al menos dos palas de rotor (4b), estando las palas de rotor (4b) del conjunto adicional configuradas en forma de pala y extendiéndose helicoidalmente desde el segundo hasta el soporte de pala adicional (3, 5), estando dispuesta la disposición de las palas de rotor (4b) del conjunto adicional desplazada angularmente con respecto a la disposición de las palas de rotor (4a) del primer conjunto.

2. Rotor según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer conjunto y/o el conjunto adicional comprenden exactamente tres palas de rotor (4a, 4b).

3. Rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el al menos un soporte de pala (2, 3, 5) y/o al menos una pala de rotor (4a, 4b) está o están fabricados de aluminio o plástico.

4. Rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una línea de referencia helicoidal de una pala de rotor (4a, 4b) intersecta un plano de referencia, que está orientado perpendicularmente a un eje de rotación (10) del rotor (1), con un ángulo (W1) comprendido en un rango angular de entre 64° (inclusive) y 84° (inclusive).

5. Rotor según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el rotor (1) comprende una carcasa (13), estando los soportes de pala (2, 3, 5) y las palas de rotor (4a, 4b) dispuestos en un volumen interior de la carcasa (13).

6. Rotor según la reivindicación 5, caracterizado por que la carcasa (13) forma una sección de entrada de aire (17), estando la sección de entrada de aire (17) configurada en forma de embudo.

7. Rotor según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que un ángulo de apertura de la sección de entrada de aire (17) es un ángulo comprendido en un rango angular de entre 66° (inclusive) y 86° (inclusive).

8. Rotor según la reivindicación 5, 6 o 7, caracterizado por que un ángulo (W2) entre una primera pared lateral (26) y una pared lateral adicional (27), que delimitan la sección de entrada de aire (17) y están orientadas perpendicularmente al plano de la sección transversal, es un ángulo comprendido en un rango angular de entre 66° (inclusive) y 86° (inclusive).

9. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que, en un plano de sección transversal que está orientado perpendicularmente al eje de rotación (10) del rotor (1), una primera pared lateral (26), que delimita la sección de entrada de aire (17) y está orientada perpendicularmente al plano de sección transversal, forma al menos una sección de una primera pata de un trapecio y abarca con una base de este trapecio un ángulo (W2) de un rango de 70° (inclusive) a 84° (inclusive), formando una pared lateral adicional (27), que delimita la sección de entrada de aire (17) y está orientada perpendicularmente al plano de sección transversal, al menos una sección de una pata adicional del trapecio, y abarca con la base de este trapecio un ángulo (W3) de un rango comprendido entre 30° (inclusive) y 34° (inclusive).

10. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que la carcasa (13) forma una sección de salida de aire (28), estando la sección de salida de aire (28) configurada en forma de embudo.

11. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado por que la proporción de la superficie trasera de la carcasa en el total de la superficie trasera de la carcasa y la superficie de salida de aire está comprendida como máximo entre el 20 % (inclusive) y el 26 % (inclusive).

12. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado por que el primer soporte de pala (2) está dispuesto al menos parcialmente en un rebaje en la zona de una base de carcasa (18) y/o por que el otro soporte de pala (5) está dispuesto al menos parcialmente en un rebaje en la zona de una tapa de carcasa (19).

13. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado por que el primer soporte de pala (2) presenta o forma un rebaje (36) para recibir y fijar un árbol de generador (16) y/o una base de carcasa (18) presenta o forma una abertura de paso reforzada (33) para recibir el árbol de generador (16).

14. Rotor según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado por que el soporte de pala adicional (5) tiene o forma un elemento de cojinete para el montaje en una tapa de carcasa (19) y/o la tapa de carcasa (19) tiene o forma una abertura de paso reforzada (37) para recibir el elemento de cojinete.

15. Procedimiento para el funcionamiento de un rotor según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que un generador está conectado mecánicamente con el rotor (1) y el rotor (1) se alimenta con aire.