PT2425124E

PT2425124E - Central eléctrica submersa equipada com uma turbina hidráulica com um fluxo de fluido bidireccional e uma rotação unidireccional

Info

Publication number: PT2425124E
Application number: PT107180614T
Authority: PT
Inventors: Raphael Arlitt; Jochen Weilepp
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2013-04-19
Also published as: WO2010124778A3; WO2010124778A2; ES2403232T3; EP2425124B1; EP2425124A2; DE102009018758A1

Description

ΕΡ2425124Β1

DESCRIÇÃO

CENTRAL ELÉCTRICA SUBMERSA EQUIPADA COM UMA TURBINA HIDRÁULICA COM UM FLUXO DE FLUIDO BIDIRECCIONAL E UMA ROTAÇÃO

UNIDIRECCIONAL A invenção refere-se a uma central eléctrica submersa que compreende uma turbina hidráulica com um fluxo de fluido bidirecc ional e uma rotação unidirec :cional, em particular ur na turbina. Wells, e un i processo para a sua operação, em que a central eléctrica submersa serve preferentemente para 0 aproveitamento d£LS correntes deis marés. É também objecto duma forma de realização da invenção, uma turbina de ar b i d i r e c c i o n a 1.

As centrais eléctricas submersas instaladas num fluxo ambiente, representam uma variante de baixo custo para o aproveitamento energético das correntes marítimas, em particular das correntes das marés. São conhecidas turbinas hidráulicas concebidas em forma de hélice, que giram numa nacele da máquina, que compreende um gerador eléctrico no seu interior. Para uma concepção alternativa, o gerador eléctrico é instalado na periferia radialmente externa da turbina hidráulica, ou seja, a unidade rotativa da turbina hidráulica compreende um rotor do gerador, que se encontra numa posição radialmente externa em relação às pás da turbina, e que roda numa estrutura de suporte anular.

Para um aproveitamento eficiente da direcção de fluxo 1 ΕΡ2425124Β1 das correntes das marés que variam ciclicamente, a turbina hidráulica pode mover-se em. função da corrente, normalmente toda a nacele da central eléctrica submersa é movida para o fluxo através de uma unidade turbina-gerador. Uma forma de realização deste tipo é complexa em termos estruturais e requer que o cabo de ligação que sai do gerador eléctrico seja protegido contra torção. Para uma abordagem alternativa, as pás do rotor são equipadas com um mecanismo activo para a regulação do ângulo de passo das pás, que permite uma rotação do perfil da pá em 180°. No entanto, tal significa, uma complexidade construtiva para a articulação das pás. Além disso, existe a necessidade de usar sensores externos para o controlo do mecanismo activo para a regulação do ângulo de passo das pás, que servem para detectar uma alteração da direcção do fluxo. Por esta razão, foi proposta a utilização de pás da turbina simétricsLS para uma turbina hidráulica robusta e com um desenho simples que permite ura fluxo de fluido bidireccional. Para isso, no documento CH 316900 são apresentados perfis de pás lenticulares duplamente simétricos. Alternativamente, podem ser utilizados perfis, cuja lmíia rnéaia apresente urna curvatura em S no bordo de ruga. rara este efeito, fazemos referência, por exemplo, ao documento US 6116856 A. .recç ci O de fi .uxo qu 'Ção Q 0 fluxo S Θ enc ção de rota ção da

Os perfis simétricos referidos anteriormente permitem aproveitai- uma direcção de fluxo que varia, em que urna :a associada a uma irbína hidráulica. iiL.erndtivameiu,e, é possível manter a direcção de rotação com 2 ΕΡ2425124Β1 uma concepção simétrica dos perfis das pás da turbina em relaçao à linha de perfil com um alinhamento das linhas de perfil paralelo em relação ao eixo rotativo quando ocorre uma mudança de direcção do fluxo. Tais turbinasWells são conhecidas do documento US 4,313,711. Além disso, o documento

ΕΡ2425124Β1 EP 430 220 BI propõe :ilização de uma turbina. Wells com um ou mais níveis num canal de fluxo para o aproveitamento de energia das correntes das marés.

Para melhorar as condições de fluxo das pás da turbina., são concebidas aletas-guia a montante e a jusante da turbina hidráulica, que são adicionalmente utilizadas como suporte do cubo central, que serve para alojar a turbina hidráulica. Para além da concepção estruturalmente complexa. do dispositivo-guia, existe uma dificuldade adicional na adaptação às diferentes velocidades de fluxo ou a um fluxo com flutuações de velocidade bruscas. Além disso, existe o perigo de uma obstrução do fluxo nas pás da turbina devido a turbulência resultante de uma mudança brusca da velocidade de fluxo, uma vez que uma adaptação da velocidade de rotação da turbina hidráulica pode, em muitos casos, não realizar-se com suficiente rapidez. Uma dificuldade adicional com a utilização de turbinas Wells, mesmo aquelas que são equioadas com um dispositivo-guia, reside no facto de uma operação eficiente requerer uma velocidade de rotação elevada, 0 que requer em primeiro lugar a operação a motor do gerador eléctrico.

Para melhorar as turbinas Wells, o documento GB 3 ΕΡ2425124Β1 2140810 propõe fixar as pás da turbina individuais com uma peça de base em forma de prato, de modo parcialmente móvel, no cubo da unidade rotativa. Aqui, o ponto de articulação do ponto de base no cubo é disposto lateralmente deslocado em relação ao plano de rotação das pás da turbina, à altura dos bordos de ataque varridos pelo fluxo. Oposta e também deslocada lateralmente em relação ao plano de rotação, encontra-se instalado um dispositivo de paragem em forma de uma guia com um orifício longitudinal. Esta medida permite que as pás do rotor possam tomar uma posição angular limitada em relação ao plano de rotação para uma razão de velocidade da ponta dei. pá baixa. Durante a operação de uma tal turbina Wells numa central eléctrica submersa, surge a dificuldade que, devido à densidade mais elevada do meio de accionamento e uma velocidade de rotação menor em relação à operação de uma turbina de ar durante o funcionamento normal, sls pás da turbina tomam constantemente uma posição angular contra o plano de rotação. Outras formas de realização com pás de turbina fixas são conhecidas dos documentos GB 2 392 713 A, JP 60 098 103 A e JP 63 219 801 A. Além disso, o documento US 2005271508 A divulga uma proposta de melhoria para as turbinas Wells, que consiste em. pás da turbina com perfis pelo menos parcialmente flexíveis. Em operação, as pás da turbina deformam-se no sentido das aletas varridas transversalmente pelo fluxo. A desvantagem deste tipo de estruturas de construção flexível reside nos efeitos de fadiga do material, que resultam de um grau de deformação em constante mudança das pás da turbina. Além disso, nesta configuração verifica-se a dificuldade indesejável referida 4 ΕΡ2425124Β1 anteriormente, que reside na deformação severa que ocorre quando se utiliza tais turbinas em centrais de aproveitamento de enerqia das marés. A invenção tem como tarefa a disponibilização de uma central eléctrica submersa, que compreende uma turbina hidráulica com um fluxo de fluido bidireccional e uma rotação unidireccionai, de modo que os problemas acima referidos possam ser ultrapassados. Sm particular, deverá ser possível uma. operaçao com velocidades de fluxo reduzidas ou com flutuações de velocidade elevadas no fluxo. Além disso, a turbina hidráulica deverá ser concebida, de modo que o disposit. ivo-guia associado apresente uma estrutura transferir o com um fluxo centircil cie simplificada ou, então, que o disposit:i.vo-guia possa ser totalmente omitido. Ao mesmo tempo, a turbina hidráulica deverá não apresentar tendência para uma obstrução do fluxo mesmo com uma razão de velocidade da ponta da pá baixa e deverá ser melhorada no que diz respeito ao seu comportamento de arranque. Além disso, deverá ser possível desenho da turbina para uma turbina de ar bidireccional, em particular para uma aproveitamento de energia das ondas (CAO / A tarefa subjacente à invenção é solucionada pelais características da reivindicação independente. Para este efeito, os inventores têm reconhecido, que UItia turbina genérica de uma central eléctrica submersa deverá apresentar um mecanismo passivo de regulação do ângulo de passo das pás com um eixo de rotação que fica sobre a linha de perfil entre 5 ΕΡ2425124Β1 o bordo de ataque varrido peio fluxo e a linha de empilhamento dos centros hidrodinâmicos. Esta medida permite ajustar um determinado ângulo em relação ao plano de rotação, em função d ai for ça hidrodinâmica e da fc ·, 7"· Γ* p, p p ' -i— Oi. V-' ntrifuga que act uam sobre as pás da turbina. Por cor i S 0 > guinl ;; e, a pá da turbina vai mover -se para f ora do plano do rotor, na di rec çao da posição de ba ndeira. quando actuam grandes f 0 r ças hid rodinâmicas e con i uma razão de velocidade Ga ponta bai XcL . Por posição da ba nde ira ent ende-se um ângu lo que ocorre en tre a ; Linha de perf i 1 rq vd |^. lano de rotaçã> 0 , Qd 1 basic ame nte col oca o ângulo de ajuste do perfil em relaç ão ao f r uxo ef e ctivo em zero. 0 e i x o de ri ota ção do me c a n i s mo p a s s i ,vo de regula ção do âng ulo de pa .sso das pás pod e ser estrutura lme :nt e defini do por uma articul <3. Ç cL O gi ratória da pá aa t urbina dsL u nid aae r ot ativa da turbi na hidrául ica ou, então, a p >á é desenh a da de for ma elásti ca em. to rção, e m que os reforç o s da p 1 a da t. urb ina def inem um eixo de torção , que se encor ítr. a a mont ar ite em rei ação à linha de empilhamento dos centros hidr odinâm ico s e relação a o bordo de ataq ue varrido pelo fl uxo. Numa p á da turbina concebida desta forma, a f o rça hid rodinâmica que ax aca no centro hidrodin âmi .co c ίο resp ect ivo corte do perfil gera um binário giratório, que é equilibrado por forças centrífugas e forças de retorno elásticas. Estas últimas podem ser produzidas quer n a pá da turbina em i 5 1 , isto é particu larmente o caso numa pá da turbina elástica em torção, ou ent ão são produzidas num L di spo sitivo instalado no 6 ΕΡ2425124Β1 ponto de base de uma pá da turbina articulada de modo giratório numa estrutura, de suporte, que alinhado contra uma rotação da pá gera forças elásticas. No caso mais simples, é também concebível um sistema de molas de retorno. 0 mecanismo passivo de regulação do ângulo de passo das pás permite um movimento giratório predefinido da pá da turbina paira fora do seu eixo de rotação em função da razão de velocidade da ponta da pá existente. Isto reduz as velocidades de rotação necessárias para a operaçao eficiente da turbina hidráulica genérica e resulta num aumento da eficiência já durante a operação normal. Além disso, a redução da dimensão do dispositivo-guia a montante ou a jusante, permite um aumento adicional da eticiencra. Alem disso, o mecanismo passivo de regulação do ângulo de passo das pás permite também uma extensão da área de trabalho, em que se atrasa uma obstrução do fluxo devido a flutuações. Além disso, a posição articulada das pás da turbina permite uma simplificação do arranque, de modo que quando se inicia o sistema, a transição do accionamento por motor através do gerador para o arranque, possa ocorrer mais cedo devido as forças hidrodinâmicas que actuam na turbina. Adicionalmente, uma rotação de abertura ampla das pás na direcção da posição de bandeira permite uma regulação do sistema quando se atinge a potência nominal.

Um outro desenvolvimento da presente invenção, prevê uma de regulaçao da velocidade da turbina hidráulica de modo influenciar o ângulo de ataque das pas da turbina, a qual 7 ΕΡ2425124Β1 efectuada pelo gerador eléctrico. Alternativamente, pode ser definido um binário de carga pelo gerador eléctrico. De modo particularmente preferido, a regulação ou o controlo do gerador é realizado por sensores externos, sem propensão para interferências, e sem recurso a curvas características. Em vez disso, é accionada uma pesquisa da potência de saída máxima do gerador eléctrico. De modo particularmente preferido - mpp). : eléctrico variação , é utilizado um regulador MPP (Maximum Power Point Este produz uma variável reguladora para o gerador ligado directamente à turbina hidráulica, com uma temporal. Esta pode ser a velocidade de rotação definida pel ,o gerador eléctrico ou o binário de carga provocado pe lo gerador eléctrico e transmitido à turbina h. .1. g r a u .1. i c a . i Deste modo, resulta u .ma flutuação da potência, que permite definir o gradiente de potência, com base no processo de pesquisa para maximizar a potência. Em particular, é desejável uma regulação da velocidade de rotação da turbina hidráulica, uma vez que desta .forma é possível um ajuste da razão de velocidade da ponta da pá e também é possível influenciar a posição das pás da turbina através do mecanismo passivo de regulação do ângulo de passo das pás.

De acordo com ei invenção, prevê-se que o grau de rotação para as áreas radialmente externas das pás da turbina seja mais reduzido em relação às áreas radialmente internas. Devido à velocidade de rotação dependente do raio, o ângulo do fluxo efectivo em relação ao plano de rotação é maior nas áreas radialmente internas da pá da turbina. Por conseguinte, 8 ΕΡ2425124Β1 nesta área, é necessária uma maior rotação em comparaçao às pontas das pás da turbina. Uma variante da forma de realização prevê a fixação das pás da turbina num anel de suporte externo com uma extensão dirigida radialmente para dentro e, ao mesmo tempo, as pás da turbina devem ser compostas por múltip 1o s segmentos ou, então, devem ser elásticas em torção. 0 eixo de rotaçao associado situa -se novamente entre o bordo de ataque varrido peio fluxo e a linha de empilhamento dos centros hidrodinâmicos. ias pás elásticas em torção, orço no perfil, os quais acordo com a terminologia

No caso de uma configuração são aplicados elementos de re definem o eixo de torção. De utilizada, no pedido da patente, cria-se, desta forma, um eixo de rotação definido. Para uma forma de realizaçao das pás com múltiplos segmentos, os segmentos individuais formam secções radiais da pá da turbina, cada uma das quais é rotativa em torno de um eixo de rotação, com a possibilidade de limitar o ângulo de rotação máximo entre dois segmentos adjacentes através de elementos de paragem (batentes) adequados.

Além disso, numa outra forma de realização, é concebível que as pás da turbina de acordo com a invenção estejam fixadas a um aro radial externo e a um cubo radial interno, em que a parte radialmente externa da pá da turbina não seja de todo ou seja apenas giratório num ângulo de rotação menor em comparaçrão com a parte radialmente interna. Uma possibilidade consiste na concepção da pá da turbina de forma eláLStica em torção com uma fixação rígida da pá da turbina clo 9 ΕΡ2425124Β1 arco radialmente externo, de modo que os perfis fiquem localizados em relação às linhas de perfil correspondentes no plano de rotação. Se uma pá deste tipo for articulada de f o rma giratória no cubo na área radi almente interna, produz- se urr i movimento estável e ao mesmo i :.empo resulta também uma rotaç ao das pas •J.a turbina dependente do raio.

Numa outrsL forma de realização da presente invenção, o ângulo de abertura rotativo dependente do raio é transferido para uma turbina de ar, a qual é particularmente destinada a ser utilizada numa central de aproveitamento de energia das ondas (CAO / OWC) . Pcira este efeito, a turbina de ar compreende uma pluralidade de pás da turbina, que apresentam um perfil em forma de gota em pelo menos uma parte da sua extensão longitudinal, em que a turbina de ar roda na mesma direcção na presença de um fluxo bidireccional. De acordo com a invenção, prevê-se a concepção de um mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás da turbina, em que a cada uma das pás da turbina se encontra associado um eixo de rotação, que se situa entre o bordo de ataque varrido pelo fluxo e a linha de empilhamento dos centros hidrodinâmicos, e em que durante a operação, o ângulo aberto rotativo nas áreas radialmente externas da pá da turbina é mais pequeno em comparação com as áreas radialmente internas. A seguir, a presente invenção é descrita com base em exempros de formas de realização em conjugação com os seus desenhos. Nestes, e apresentado em detalhe o seguinte: 10 ΕΡ2425124Β1 A Figura 1 rnostra uma vista axial parcial em corte de uma central eléctrica submersa com. uma turbina Wells de dois níveis, que compreende um mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás. A Figura 2 mostra ura corte parcial ampliado da Figura 1. A Figura 3 mostra um corte axial do plano de rotação para uma pá de turbina articulada de forma giratória. A Figura 4 mostra o corte A-A da Figura 3. As Figuras 5a - 5d mostram secções de perfil da Figura 6. A Figura 6 mostra pás da turbina elásticas em torção fixadas num anel de suporte externo, dirigindo-se radialmente para o interior. As Figuras 7a - 7c mostram secções de perfil da Figura 8. A Figura 8 mostra uma pá da turbina segmentada, em que os segmentos individuais são articulados de modo giratório. A Figura 9 mostra um exemplo de realização de uma turbina hidráulica com dois níveis e com 11 ΕΡ2425124Β1 pás da turbina articuladas de forma giratória radialmente para o interior, que se encontram fixadas rigidamente no anel externo. A Figura 1 mostra uma central eléctrica submersa 1 em corte parcial. Para a forma de realização ilustrada, é usada uma caixa externa 2, a qual é suportada por uma estruturei de suporte 10. Alternativamente, são possíveis formas de realização que não apresentam uma estrutura de suporte 10 e que, em contrapartida, apresentam elementos de impulsão, especialmente na caixa 2 externa, tornando-se flutuante. A parede interna 3 da caixa externa 2 forma um canal de fluxo 4, em que a parede interna 3 é, de preferência, concebida como uma combinação confusor/difusor 'parei a aceleração do fluxo. Dentro da caixa 2, existe um elemento central 5, em que se encontra alojadas as turbinas hidráulicas e o gerador eléctrico 40. Isto é explicado em detalhe em conjugação com a Figura 2.

Além d-isso, a Figura 1 apresenta uma central eléctrica submersa com um primeiro nível da turbinei 6.1 e um segundo nível da turbina 6.2. Para este efeito, o primeiro nível da turbina 6.1 inclui aletas-guia do primeiro nível 7.1, 7.2, assim como as pás da turbina do primeiro nível 11.1, 11.2. 11.3. Correspondentemente, o segundo nível da turbina 6.2 inclui aletas-guia do segundo nível 8,1, 8.2, 8.3, assim como as pás da turbina do segundo nível 12.1, 12.2. Aos dois 12 ΕΡ2425124Β1 ΕΡ2425124Β1 aletas estão 11.1, níveis da turbina 6.1, 6.2 encontram-se associadas as do disposit ivo-guia central 9.1, 9.2, 9.3, que dispostas entre as pás da turbina do primeiro nível 11.2 e as pás da turbina do segundo nível 12 servem, nesta disposição de dois nívei s, torção, que é gerada pelas pás d 8 turbina dO precedente, de modo que as pás da turbina dos varridsLS pelos ±luxos de modo correspondente. .1, 12.2, 12.3 e para reduzir a respectivo nível dois níveis são 0 mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás é explicado a seguir com base na Figura 2, que ilustra um corte ampliado da Figura 1 na áreõi do elemento central 5. Para isso, os componentes correspondentes apresentam as mesmas referências.

Na vis ta em corte parcial do elemento ce ntral 5, é visível que as pás da turbina do primeiro nível 11.1, H.2, 11.3 estão ligadas rotat ivamente a um primeiro cubo 16.1.

Para este efeito, está delineado um primeiro ramal do eixo 17.1 para a pái da turbinai do primeiro nível 11.1, que fecha adialrnente para o interior do primeiro CUPO 16.1 com um 1emento de bloqueio 15. Por conseguinte, a pá da turbina do egundo níve 1 12.1 é fixada arti culadament e rrur n segundo cubo 16.2 através de um segundo ramal do eixo 17.2. 0 primeiro cubo 16.1 e o segundo cubo 16.2 encontram-se ligados através de um suporte da máquina 18 e formam uma unidade com uma rotação unidireccional. Aqui, o rotor do gerador 19 do gerador eléctrico 40 está alojado no suporte da 13 ΕΡ2425124Β1 máquina 18, Do lado oposto e distanciado através do entreferro 20, encontra-se o estator do gerador 21, que serve para melhorar a ligação térmica em contacto com uma parte central da csLixa 22 do elemento central 5.

Para a forma de realização ilustrada, o elemento central 5 compreende uma primeira cobertura 23, que por meio das aletas-guia do primeiro nível 7.1, 7.2 é suportada contra a caixa 2 externa. Uma segunda cobertura 24, que apresenta um eixo de simetria, é suportada pe' las aletas-guia do segundo nível 8.1, 8.2, 8.3 para o exter ior. Na primeir a cobertura 23, existe um primeiro rolamento axial 26.1 e na segunda cobertura 24 existe um segundo rolamento axial 26.2 que serve de apoio axial à unidade rotativa. Para o alojamento radial, o primeiro rolamento radial 25.1, o segundo rolamento radial 25.2, o terceiro rolamento radial 25.3 e o quarto rolamento radial 25.4 encontram-se dispostos na primeira cobertura 23, na parte central da caixa 22 e na segunda cobertura 24. Os referidos rolamentos podem ser concebidos como rolamentos anti-fricção com lubrificação de perda, mas, de preferência, é usado um rolamento de fricção lubrificado a água, em que numa forma de realização preferida, os vedantes para eixos são omitidos e a área do rolamento, assim como o entreferro 2 0 do gerador eléctrico 4 0 encontram-se submersos. Pcira este efeito, os componentes do rotor do gerador 19 e do estator do gerador 21 sao protegidos da água por uma massa de injecção ou um tubo de separação. A Figura 3 mostra um corte axial ilustrativo de uma pá 14 ΕΡ2425124Β1 ΕΡ2425124Β1 da turbina 11, que se encontra no plano de rotação. É mostrada a posição neutra da pá da turbina 11, que mostrada no corte A-A da Figura 4 (perfil 27 com tracejada ) . Na Figura 3, é ainda visível o eixo de também 28, que é fixado no cubo 13 devido à articulação giratória dos ramais do eixo 14. A abertura de recepção para os ramais de eixo 14 do cubo 13 é revestida por uma manga de suporte respeito ao sei 29, de modo mue a pa da turbina n possa ser reoulada livremente durante a operação, no que ângulo de ataque em relação ao plano de rotaçao, em funça yab qd’-- binário roi_.a.tivo e dos binários de retorno. Para este efeito, o eixo de rotuça.o 28 situa se entre a iinhn de empilhamento dos centros hidrodinâmicos 32 e o bordo de ataaue. A partir do corte de perfil A-A da Figura 4, é visível que, para a velocidade de fíuxo c e a velocidade de rotação negativa u se forma um fíuxo efectivo w, que no centro hidrodinâmico 32, provoca, uma força de impulsão F| e uma força de travagem F'd. A força resultante Fr pode ser decomposta vectoria Ft, paralelo à linh Fy a mesma. Devido

Irnente num componente de força tangencial a de perfil 34, e numa força perpendicular à disposição do eixo de articulação 28 de acordo com a invenção, ocorre um binário rotativo, que é compensado pelo efeito da força centrífuga sobre a pá da turbina, e, possivelmente, por medidas adicionais que geram binários de retorno, como um sistema de reposição na base da pá da turbina 11. 0 perfil tracejado da Figura 4 ilustra a posição que resulta do equilíbrio do binário presente, rodada para fora do plano de rotação. No presente documento, o 15 ΕΡ2425124Β1 ângulo aberto rotativo d é definido como o ângulo entre linha de perfil 34 e o plano de rotação.

Nas Figuras 5a - 5e e 6 é mostrado um outro desenvolvimento da presente invenção, o qual, para além da aplicação em turbinas hidráulicas para centrais de aproveitamento de energia das marés, pode ser particularmente vantajosamente utilizado para a formação de uma turbina de air para uma central de aproveitamento de energia das ondas (CAO / OWC). Para este efeito, o mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás é concebido de modo que durante a operação, o ângulo de abertura rotativo d da pá da turbina 11 é menor nas áreas radialmente externas em comparação com as áreas radialmente internas. Uma configuração possível prevê um perfil elástico à torção 27, _uxc que no interior entre o bordo de ataque 33 varrido pelo e o centro hidrodinâmico 32 apresenta um reforço 35, que define um eixo de torção. De acordo com a terminologia utilizada no pedido de patente, esta será referida no presente documento como eixo de rotação 28. Se um tipo de pás da turbina 11 deste género for fixado a um anel de suporte 36 externo, o ângulo de abertura rotativo d aumenta à medida que aumenta a distância na direcção radial do anel de suporte 36 externo. Isto é visível nas secções de perfil A - A até E - E nas Figuras 5a - 4e. Através desta medida, na área radial interna com uma velocidade de rotação reduzida é possível realizar um ângulo de rotação maior. De forma simplificada, assume-se que o eixo de articulação se estende linearmente. No entanto, são concebíveis formas de realização com pás de 16 ΕΡ2425124Β1 rotor- em forma de foice, de modo que um m lecanismo passivo par a a. regulação do ângulo de passo das pás de acordo com a inven ção, também possa ser concebido com um eixo de rotaçao 28 curvo. Além disso, é possível, particularmente em formas de realização elásticas em torção, que devido às cargas durante a operação do sistema, o eixo de articulação se desloque do seu percurso rectilíneo.

Além disso, a forma de ι-οηΐίζης :'âo mostrada na Figura d prevê um rotor do gerador 19 no ane' 1. de suporte 3 6 externo.

Além disso, todo o alojamento da unidade rotativa pode ser realizado através de um grande raio externo, de modo que não haja a necessidade de proporcionar um elemento central 5 de acordo com as formas de realização anteriores.

As Figuras 7 a - 7 c e 8 mostram umsL outrai formei de realização alternativa de um mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás, o qual permite uma maior rotação na parte radial interna da pá da turbina. Para este efeito, na Figurai 8, é mostrado um corte pelo perfil de rotação de uma pá da turbina segmentada. No presente, é utilizada uma estrutura de três peças que compreende um primeiro segmento 41, um segundo segmento 42 e um terceiro segmento 43. Cada segmento 41, 42, 43 pode executar um moviment o de rotação em torno de um pino de rotaç :ão 4 4 que se estende a partir do cubo 13. Para este efei to, em caaa segmento 41 , 42 , 43 é concebida uma abertura de passagem, na qual estão dispostas mangas de suporte 46.1 , 46.2 , 46.3 fabricóidas de um material de rolcimentos de fricção. Além 17 ΕΡ2425124Β1 ΕΡ2425124Β1 disso, ent re os segmentos individuais 41, 42, 43 encontram-se peças distanciadoras. ^ possível limitar o movimento relativo das peças distanciadoras 41, 42, 43 por meio de dispositivos de paragem (oatent.es) . Na forma de realização presentemente referida, isto e dispensado, de modo que o ângulo de rotação para cada segmento individual 41, 42, 43 da pá da turbina seja regulado independentemente dos segmentos adjacentes, em que devido à velocidade de rotação maior, a força centrífuga é maior nos segmentos radialmente externos em comparação com os raaicLimente internos, de modo que estes apresentem um ângulo de abertura rotativo menor. A Figura 9 mostra uma forma de realização de uma central eléctrica submersa de acordo com a invenção com base numa vista em corte parcial de uma disposição de turbina em dois níveis. Aqui, as pás da turb ina do primeiro nível 11. 1, 11.2, 11.3 e as pás da turbina cio segundo nível 12.1, 12. ^ t 12.3, na área do i írimeiro cubo 13 e do segundo cubo 16 , são articuladas de modo giratório e desenhadas elásticas em torção. Radialmente para o exterior, as pás da turbina 11.1, 11.2, 11.3, 12 12.2, 12. respectivo nível encontram-se fixadas rigidamente num primeiro anel externo 38 e num segundo anel externo 39. Para este efeito, o perfil da respectiva pá da turbina é radialmente alinhado para o exterior em relação ao plano de rotaç:ão, enquanto que radialmente para o interior é possível uma articulação de modo giratório. 0 primeiro anel externo 38 situa-se numa 18 ΕΡ2425124Β1 primeira ranhura 48 na caixa externa e é suportado pelos elementos de suporte 47.1, 47.2. Correspondentemente, o segundo anel externo 39 situa-se numa segunda ranhura 49 e é suportado pelos elementos de suporte 47.3 47.4. Além disso, a presente forma de realização da turbina de ar pode ser transferida para uma central de aproveitamento de energia das ondas.

Para permitir a regulação de uma velocidade de rotação adequada da turbina e ainda um ângulo de abertura rotativo d adequado com o fluxo actual presente, pode ser, de preferência, efectuada uma regulação da rotação ou do binário da turbina através do gerador 40 directamente acoplado . Para i s s 0 , para a determin ação da v ariável reguladora é usado, neste caso do binário de carga no gerador eléctrico 40, um aigoritmo de busca com base num regulador MPP.

Numa outra forma de realização no âmbito da especialidade da técnica, é possível, em particular, conceber pás da turbina elásticas em torção articuladas de forma giratória num anel externo e interno, em que através de diversos dispositivos de paragem (batentes), configurados de modo diferente, o ângulo de abertura rotativo é maior radialmente para o interior do que radialmente para o exterior. Além disso, a disposição dos componentes do gerador e do local de alojamento pode ser radialmente para o exterior ou radialmente para o interior. Além disso, existe a possibilidade de formar o dispositivo-guia, pelo menos parcialmente móvel, de modo que seja possível uma outra 19 ΕΡ2425124Β1 adaptação à di Lrecção da velocidade do fluxo.

Lista de refei rências 1 Central eléctrica submersa 2 Caixa externa 3 Parede interna 4 5 Canal de fluxo Elemento central 6.1 Primeiro nível da turbina 6.2 Segundo nível da turbina 7.1, 7.2 Aleta-guia do primeiro nível 8.2, 8.3 Aleta-guia do segundo nível 9.1, 9.2, 9.3 Dispositivo--- g u i a central 10 Estrutura de suporte 11 Pá da turbina 11.2, 11.3 Pá da turbina do primeiro níve 12.2, 12.3 Pá da turbina do segundo nível 13 Cubo 14 Ramal do eixo 15 E1emento de b1oqueio 16.1 Primeiro cubo 16.2 Segundo cubo 17.1 Primeiro ramal do eixo 17.2 Segundo ramal do eixo 18 Suporte da máquina 19 Rotor do gerador Ο Λ Z. KJ 21 Entreferro Estator do gerador 20 ΕΡ2425124Β1 22 Parte central da c aixa 2 3 Primeira cobertura 24 Segunda cobertura 2 5.1 Primeiro rolamento radia 2 5.2 Segundo rolamento radial 25.3 Terceiro rolamento radia 25.4 Quarto rolamento r adiai 26.1 Primeiro rolamento axial 2 6.2 Segundo rolamento axial 28 29 30 '51 32

Perfil Eixo cie rotação Manga de suporte Eixo de rotação Linha de empilhamento dos centros h i dr o di nâmi c o s Centro hidrodinâmico 34

O R 3 6 37 3 8 3 9 Δ 42 4 3 44 . 4 Bordo cie ataque varrido Linha de perfil Reforço Anel de suporte externo Ramal do eixo Primeiro anel externo Segundo anel externo Gerador eléctrico Primeiro secjment o Segundo segmento Terceiro segmento Quarto s egmento Peça dis tanciadora uxo 21 ΕΡ2425124Β1 46.1, 46,2, 46,3 Casquilho cie rolamento 47.1, 47,2, 47,3, 47,4 Componentes do rolament 48 Primeira ranhura 49 Segunda ranhura c Velocidade do fluxo d Ângulo aberto rotativo u Velocidade periférica negativa w Fluxo efectivo F Força de impulsão

Fd Força de travagem

Fr Força resultante

Ft Componentes de força tangenciais

Fy Força transversal

Lisboa, 15 de Abril de 2013

Claims

ΕΡ2425124Β1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma central eléctrica submersa, compreendendo 1.1 um gerador eléctrico (40); 1.2 uma turbina hidráulica com um fluxo de fluido bidireccional e uma rotação unidireccional com uma pluralidade de pás de turbina (11), que apresentam um perfil em forma de gota em pelo menos uma parte da sua extensão longitudinal; e em que a turbina hidráulica inclui um mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás da turbina (11); caracterizada por o mecanismo para a regulação do ângulo de passo das pás 1.3 provocar um ângulo de abertura giratório (d) em função do raio, em que o ângulo de abertura giratório (d) é mais pequeno nas áreas radialmente externas da pá da turbina em comparação com as áreas radialmente internas, e em que a cada uma das pás da turbina (11) se encontra associado um eixo de rotação (28), que se situa entre o bordo de ataque (33) varrido pelo fluxo e a linha de empilhamento dos centros hidrodinâmicos (31).
2. Uma central eléctrica submersa de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por pelo menos uma parte das pás da turbina ser dividida em segmentos individuais (41, 42, 43, 44) que se estendem radialmente. 1 ΕΡ2425124Β1
3. Uma central eléctrica submersa de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as pás da turbina serem elásticas em torção e estarem dirigidas radialmente para o interior de um anel de suporte (36) externo.
4. Uma central eléctrica submersa de acordo com uma das reivindicações 1 até 3, caracterizada por as pás da turbina se encontrarem fixadas rigidamente contra torção num anel de suporte externo (38, 39) e serem articuladas de modo giratório ao cubo (30) que se encontra radialmente para o interior do mesmo.
5. Uma turbina de ar com uma pluralidade de pás da turbina (11), que apresentam um perfil em forma de gota em pelo menos uma parte da sua extensão longitudinal, em que a turbina de ar roda na mesma direcção na presença de um fluxo bidireccional; e em que e turbina de ar compreende um mecanismo passivo para a regulação do ângulo de passo das pás da turbina (11), em que a cada uma das pás da turbina (11) se encontra associado um eixo de rotação (28) , que se situa entre o bordo de ataque (33) varrido pelo fluxo e a linha de empilhamento dos centros hidrodinâmicos ( 31), caracterizada por durante a operação, o ângulo de abertura giratório (d) ser mais pequeno nas áreas radialmente externas da pá da turbina em comparação com as áreas radialmente internas.
6. Uma turbina de ar de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as pás da turbina serem elásticas em torção e estarem dirigidas radialmente para o interior de um anel de 2 ΕΡ2425124Β1 suporte (36) externo ou se encontrarem fixadas rigidamente contra torção num anel de suporte externo (38, 39) e serem articuladas de modo giratório ao cubo (30) que se encontra radialmente para o interior do mesmo.
7. Uma turbina de ar de acordo com uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizada por pelo menos uma parte das pás da turbina ser dividida em segmentos individuais (41, 42, 43, 44) que se estendem radialmente. Lisboa, 15 de Abril de 2013 3