MXPA03005615A - Turbina eolica de eje vertical. - Google Patents

Abstract

Esta invencion se relaciona con la ingenieria de la energia eolica, a saber con motores eolicos giratorios los cuales pueden ser utilizados en generadores electricos eolicos o equipos para la conversion de energia eolica en energia electrica. Un objeto de la presente invencion es incrementar la eficiencia, potencia del motor eolico y mejorar la aceleracion inicial del rotor. El motor eolico comprende un rotor (1) con elementos de potencia los cuales son realizados en forma de dos bloques arreglados simetricamente (2) y (3) de cascadas aerodinamicas en ellos, bloques cada uno de los cuales consisten, de manera ventajosa, de cuatro alabes 4 realizadas en forma de una configuracion de alabes del tipo de turbina. Los bloques (2) y (3) de la cascada aerodinamica estan montados sobre un eje vertical central (5). Los perfiles de los alabes en cascada (4) estan en forma de perfiles aerodinamicos subsonica. Los parametros adicionales de los perfiles de los alabes en cascada en configuracion del tipo de turbina tiene los siguientes valores: paso del alabe -0.5<i>b</i>; angulo de montaje del bloque en cascada - 0O; deflexion de los alabes en cascada - O.5<i>b</i>; valor del factor de sombra -<0.5; en el cual: <i>b</i> - valor de la cuerda del perfil del alabe.

Description

TURBINA EÓLICA DE EJE VERTICAL CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con la ingeniería de la energía eólica, a saber con turbinas eólicas de eje vertical las cuales pueden ser utilizadas en generadores eléctricos eólicos o equipos para la conversión de energía eólica en energía eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El rotor de la técnica anterior para una turbina eólica es conocido de la solicitud de patente de la Federación Rusa No. 2135824, IPC6 F03D7/06, con fecha de presentación del 09.10.1996, con fecha de publicación del 27.08.1999. El rotor conocido de la turbina eólica comprende dos a la vez en forma de S montados sobre un eje vertical. Los álabes en forma de S están sujetados sobre brazos cruzados, paralelos , giratorios, los cuales están rígidamente conectados a un eje vertical. Además, los puntos de sujeción de los álabes están alineados con el eje de simetría del álabe detrás de su centro de gravedad en dirección alejándose del vértice del álabe en forma de S. Una desventaja de la turbina eólica giratoria conocida descrita anteriormente reside en la complejidad del diseño giratorio, el bajo intervalo de energía y la eficiencia relativamente baja. Otra turbina eólica giratoria con eje colocado verticalmente se conoce, por ejemplo, de la solicitud de patente de la Federación Rusa No. 2096259, IPC6 B63H13/00, con fecha de presentación de 15.11.1993, fecha de publicación del 20.11.1997 (prototipo), que está provisto con arandelas del tipo de disco inferior y superior y mecanismos para hacer girar los álabes . Los ejes de arandelas están alineados con el eje vertical de rotación. Sobre las caras extremas inferiores de los álabes existen localizados de posición sujetados con la posibilidad de acoplarlos en los orificios hechos en las arandelas. El mecanismo para hacer girar los álabes comprende un elemento, el cual está fijo al eje del rotor, situado sobre la arandela inferior. Una desventaja de la turbina eólica giratoria conocida reside en la conflabilidad insuficiente, el intervalo de energía suficiente y la eficiencia insuficientemente alta.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es incrementar la eficiencia y energía debido a la provisión de una alta velocidad de rotación del rotor y mejorar la aceleración del arranque del rotor.

De acuerdo a la presente invención se proporciona una turbina eólica de eje vertical que comprende un rotor provisto con una pluralidad de brazos montados en ángulos iguales alrededor del eje vertical y una pluralidad de álabes conectadas a los bloques y en cascada, caracterizada porque el número de bloques de álabes se selecciona del siguiente intervalo: dos, tres; los bloques de álabes están provistos con cuatro álabes en cascada, los álabes en cascada en los bloques están colocados con respecto a la linea de simetría de cada bloque en la dirección de rotación del rotor. Es aconsejable proveer la turbina eólica con dos bloques de álabes y cuatro álabes en cascada en cada bloque a efecto de que los álabes en cascada en los bloques estén colocados con dirección en el sentido de las manecillas del reloj respecto de la línea de simetría de los dos bloques; o en otra modalidad de la misma, es aconsejable proveer la turbina eólica con tres bloques de álabes y cuatro álabes en cascada en cada bloque a efecto de que los álabes en cascada en los bloques estén colocados con dirección en el sentido de las manecillas del reloj respecto de la línea de simetría de cada bloque.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención puede ser comprendida a partir de la siguiente descripción de detallada de una modalidad de la misma debido a que se hace referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: la Figura 1 muestra una vista esquemática de la configuración en cascada de los álabes; la Figura 2 es una vista desde arriba del rotor del motor eólico; y la Figura 3 es un perfil de álabe.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN La turbina eólica de eje vertical comprende un rotor 1 provisto con dos brazos simétricos con bloques 2 y 3 de cascadas aerodinámicas, donde cada bloque consiste, de manera ventajosa, de cuatro álabes 4 realizados en forma de una configuración del tipo de turbina de bloques de álabes.

Los brazos con los bloques 2 y 3 de la cascada aerodinámica están montados sobre el eje vertical central 5 en ángulos iguales alrededor del mismo, específicamente a 180° uno del otro. Los perfiles de álabe están en forma de perfiles aerodinámicos subsónicos (Figura 3) . La Figura 2 muestra que los álabes en cascada 4 en el bloque 2 y en consecuencia los álabes en cascada 4 en el bloque 3 están colocados con respecto a la línea de simetría 0-0 de los bloques 2 y 3 en la dirección de rotación (mostrado con una flecha) del rotor 1. El rotor 1 de la modalidad descrita de la turbina eólica se muestra rotando con dirección en el sentido de las manecillas del reloj . La eficiencia del diseño sugerido del motor eólico en cascada giratorio es determinada por la selección del paso (?) del álabe, el ángulo de montaje (f?) del bloque en cascada, la deflexión de los álabes en cascada (?) , el valor del factor de sombra (K3) y el valor de la cuerda del perfil del álabe (b) . Se estableció que los valores de los parámetros pueden estar en el intervalo de paso del álabe (?) -0.4 a 0.6 b; - ángulo de montaje (f?) del bloque en cascada - 0 a 5°, deflexión de los álabes en cascada (?) -0.4 a 0.6 b; valor del factor de sombra (K3) -0.3 a 0.5; en los cuales: b - valor de la cuerda del perfil del álabe. Sin embargo, se estableció en el proceso de prueba de modelos equipados con perfiles de álabes aerodinámicos subsónicos que los valores óptimos de esos parámetros son los siguientes : - ? = 0.5 J ; - cpP = 0o; - X = 0.5 b; - K3 < 0.5; El valor de la cuerda ( ) del perfil álabe es determinado dependiendo del número (Z) de perfiles de álabe, valores seleccionados del factor de sombra (K3) y diámetro (D) del rotor de la turbina eólica. Se estableció que el número óptimo de bloques en cascada es igual a dos, pero el intervalo óptimo del número (Z) de perfiles de álabe en cada bloque no excede de cuatro. Sin embargo el número de bloques aerodinámicos en cascada de la turbina eólica puede ser determinado en sobrecondiciones en las que el valor del factor de sombra K < 0.5. De acuerdo a los requerimientos de eficiencia de resistencia y potencia el número más conveniente de bloques es igual a dos o tres. La turbina eólica en cascada giratoria puede ser utilizada en la forma más eficiente como una turbina eólica de gran potencia que tiene como dimensiones: diámetro D > (6 ÷ 10)m; altura H = (1.0 ÷ 1.5)D. la potencia de una sola unidad (Ñ) de una hilera de perfiles de álabes aerodinámicos en el modo de operación óptimo puede ser determinada por la dependencia experimental: |Ñ = N/S = a x p x Un3/103 (kw/m2), I En la cual : N - potencia total de una hilera de dos bloques, S- área total de álabes arreglados en una hilera de dos bloques; ?? - velocidad periférica de los álabes arreglados en una hilera de dos bloques (m/sec) ; p - densidad del aire (kg/m3) , a - factor de eficiencia de las características aerodinámicas de los perfiles de álabes en cascada; este factor es determinado durante la prueba de las turbinas eólicas a escala completa estando equipadas con perfiles de álabes específicos. El rotor de la turbina eólica gira bajo la acción del viento que actúa sobre el generador eléctrico u otro equipo (no mostrado) , asegurando la conversión de energía eólica en energía eléctrica o mecánica. La turbina eólica equipada con el bloque en cascada en la configuración del tipo de turbina de los perfiles de álabes aerodinámicos de acuerdo a los resultados de prueba de modelos proporciona: - un incremento significativo en la eficiencia de la turbina eólica debido a que hace un uso más efectivo de las características aerodinámicas de los perfiles de los álabes en la configuración del tipo de turbina; prácticamente la eficiencia es mayor de 0.8 ^max > 0.8); - un incremento de la potencia de la turbina eólica debido a que se conserva la velocidad específica del rotor debido a la ampliación del intervalo variable del valor del factor de sombra (K3) hasta K3 < 0,5 en lugar de K3 < 0.3 como lo era en relación con las turbinas eólicas giratorias de la técnica anterior; - una mejora de la aceleración de arranque de la turbina eólica debido a que se hace uso de la configuración del tipo de turbinas de cascadas. Pueden lograrse mejoras adicionales de los parámetros de potencia de la turbina eólica mejorando las propiedades aerodinámicas de los perfiles de álabes subsónicos utilizados en las cascadas del tipo de turbina de motores eólicos por medio del uso de dispositivos de mecanización para los álabes, por ejemplo, por medio del uso de un alerón en el borde delantero, un alerón en el borde trasero, dispositivos de descarga de la capa limite, etc. La turbina eólica giratoria de acuerdo con la presente invención es aplicable industrialmente debido al hecho de que la turbina eólica puede ser manufacturada y utilizada ampliamente en la producción de turbina eólicas de eje vertical para convertir energía eólica en energía eléctrica o mecánica. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (3)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una turbina eólica de eje vertical que comprende un rotor provisto con una pluralidad de brazos montados en ángulos iguales alrededor del eje vertical y una pluralidad de álabes conectados a los bloques y en cascada, caracterizada porque el número de bloques de álabes se selecciona del siguiente intervalo: dos, tres; los bloques de álabes están provistos con cuatro álabes en cascada, los álabes en cascada en los bloques están colocados con respecto a la linea de simetría de cada bloque en la dirección de rotación del rotor.

2. Una turbina eólica de eje vertical de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la turbina comprende dos bloques de álabes con cuatro álabes en cascada en cada bloque, los álabes en cascada en los bloques están colocados con dirección en el sentido de las manecillas del reloj respecto de la linea de simetría de los dos bloques .

3. Una turbina eólica de eje vertical de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la turbina comprende tres bloques de álabes con cuatro álabes en cascada en cada bloque, los álabes en cascada en cada uno de los bloques están colocados con dirección en el sentido de las mancillas del reloj respecto de la linea de simetría de cada bloque.