WO2008056003A1 - Generador eólico - Google Patents

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DÍEZ RUIZ, Carlos
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind generator.
  • Electric power generators are known, driven by the force of the wind and provided with propellers, mostly horizontal shafts.
  • propellers mostly horizontal shafts.
  • the blades of the propellers are bearing articulated blades that are automatically oriented to take advantage of wind energy regardless of the direction of the incident wind on them.
  • Spanish Utility Model No. U9902530 and patent EP1091118 of the same applicant describe an improved wind generator of the type mentioned whose rotor It comprises a carrier blade, in each of its arms, of blades intended to receive the wind impulse and transmit it to the rotor's axis of rotation.
  • US-A-5,844,323 describes a wind generator of the type formed by a machine that has a set of rolling propellers with a rotation axis and equipped with blades articulated to the various arms and not immobilizable with respect to the latter. .
  • Figure 1 represents, in side elevation and in plan, the rotor of a generator of the type described, with two blades between each pair of parallel arms and with the retention elements of the activated blades.
  • Figure 2 also represents, in side elevation and in plan, the rotor of the generator of Figure 1 with its blade retaining elements deactivated.
  • Figure 3 shows a rotor of the new generator, seen in plan and with four blades between each pair of parallel arms.
  • Figure 4 is a perspective and overall view of the new generator, in its version of Figure 3, mounted on a support frame that facilitates its installation and, as a stator, allows the rotor of the apparatus to rotate.
  • Arrow 1 indicates the wind direction at a given time
  • 2 is the axis of the generator rotor, whose direction of rotation is indicated by arrow 3.
  • Each of the arms 4 of the rotor has two or more blades 5 mounted, articulated in the vertical rotation axes 6 and adjustable with respect to said axes, in any direction according to that of the prevailing wind.
  • the elements 7 consist of stops or means of optional retention of the blades 5, constituted by activatable bolts and capable of adopting at least two positions: one, projection, to retain a blade in a given position, for example, in the position of the arms 4, and another, retracted, to free the blade in question.
  • Figure 1 shows the activated elements 7, whereby the blades 5 are retained and applied parallel to the arms 4.
  • the generator rotates in the direction of arrow 3.
  • Figure 2 shows with 1 'the elements 7 deactivated, the blades 5' being free to rotate with respect to the arms 2.
  • the wind generator stops, since, at the moment considered, the blades associated to the arms are not operative because its direction coincides with that of the wind.
  • the wind generator frame described above basically consists of vertical uprights 8, carrying horizontal star arms 9 on the top and resting on horizontal arms 10 on the bottom.
  • the midpoints of both stars involve bearings for the rotation of the ends of the axis 2.
  • the head 11 of the axis 2 or, alternatively, the foot thereof can be used for coupling a transducer (converter) to obtain electrical, mechanical or hydraulic energy for various applications.
  • the new machine require a lift tower, indispensable in horizontal axis generators and that can be omitted in the case of the new generator, which can be installed at virtually any height above the ground, being able to take advantage of even the air currents that circulate at low levels
  • the vertical rotation axis of the rotor allows to take advantage of the direct force of the wind, and the practically null return resistance of the rotating blades, when they do not act, provides a very high power coefficient, close to the theoretical limit imposed by the laws of Physics, which is of the order of 0.59 (Betz).
  • the power obtainable with the new wind generator is significantly higher than that available in a conventional horizontal or vertical axis generator with similar dimensions.
  • considerable mechanical energy levels are obtained, which allows its adaptation to the propulsion of converters in other energy classes: electrical, by means of generators of alternating or direct current, of elevation and impulsion of liquids, etc.

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Abstract

Un generador del tipo de brazos en estrella comporta en cada uno de ellos una pala articulada capaz de adosarse al brazo y fijarse temporalmente al mismo mediante un elemento de retención anulable, el cual es desplazable entre una posición de retención y una posición de liberación de la pala correspondiente.

Description

DESCRIPCIÓN
GENERADOR EÓLICO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un generador eólico.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Es el de la fabricación de aparatos para el aprovechamiento de las energias naturales renovables, particularmente de la energía del viento, y la substitución del empleo de combustibles fósiles para la generación de electricidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se conocen generadores de energía eléctrica accionados por la fuerza del viento y provistos de hélices, en su mayoría de ejes horizontales. En algunos casos, en modelos de ejes verticales, las aspas de las hélices son portantes de palas articuladas que se orientan automáticamente para aprovechar la energía eólica sea cual fuere la dirección del viento incidente sobre aquéllas.
Asi, el Modelo de utilidad español n° U9902530 y la patente EP1091118 del mismo solicitante, describen un generador eólico perfeccionado del tipo mencionado cuyo rotor comprende un aspa portadora, en cada uno de sus brazos, de unas palas destinadas a recibir el impulso del viento y transmitirlo al eje de giro del rotor.
En la mayor parte de los generadores conocidos resulta difícil aprovechar la totalidad de la fuerza del viento dado que no se puede ajustar al máximo la dirección de las palas o aspas en la orientación del aire en movimiento en cada instante, resultando un rendimiento relativamente bajo en proporción al tamaño y al diseño de los aparatos convertidores en cuestión.
Asimismo, la patente US-A-5.844.323 describe un generador eólico del tipo formado por una máquina que tiene un juego de hélices rodantes con un eje de giro y dotadas de unas palas articuladas a los diversos brazos y no inmovilizables respecto a estos últimos.
Ocasionalmente puede ser deseable enclavar las palas respecto a los brazos portantes de las mismas, en casos, por ejemplo, de que interese detener el funcionamiento del generador, conseguir que no arranque o modificar su movimiento por razones determinadas. Pero ello no resulta del todo práctico en las versiones conocidas hasta la fecha.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA DESCRIPCIÓN
En el presente caso se trata de realizar un generador eólico de eje vertical cuyo rotor está formado por dos aspas de planos paralelos y horizontales y brazos asimismo paralelos, entre los que se hallan dispuestos unos juegos de palas articuladas sobre sendos ejes verticales. Las palas pueden orientarse alrededor de dichos ejes siguiendo la dirección del viento y sus extremos pivotan en los brazos de las aspas. Dichos brazos poseen unos elementos enclavadores, a voluntad, de las palas y con ello es posible hacer que éstas permanezcan, si interesa, fijas respecto a los brazos o bien, alternativamente, puedan moverse libremente con relación a éstos.
Para facilitar la explicación, se acompaña la presente descripción de unos dibujos en los que se ha representado, a titulo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, un caso de realización de un generador eólico perfeccionado, según los principios de las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 representa, en alzado lateral y en planta, el rotor de un generador del tipo que se describe, con dos palas entre cada par de brazos paralelos y con los elementos de retención de las palas activados.
La figura 2 representa, asimismo en alzado lateral y en planta, el rotor del generador de la figura 1 con sus elementos de retención de las palas desactivados.
La figura 3 muestra un rotor del nuevo generador, visto en planta y con cuatro palas entre cada par de brazos paralelos .
La figura 4 es una vista en perspectiva y en conjunto del nuevo generador, en su versión de la figura 3, montado en un bastidor de soporte que facilita su instalación y, a modo de estator, permite el giro del rotor del aparato.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Los elementos designados con números en los dibujos corresponden a las partes indicadas a continuación.
La flecha 1 indica la dirección del viento en un momento determinado, y 2 es el eje del rotor del generador, cuyo sentido de giro se indica con la flecha 3.
Cada uno de los brazos 4 del rotor lleva montadas dos o más palas 5, articuladas en los ejes de giro 6 verticales y orientables respecto a dichos ejes, en cualquier dirección según la del viento reinante.
Los elementos 7 consisten en unos topes o medios de retención facultativa de las palas 5, constituidos por pernos activables y capaces de adoptar como mínimo dos posiciones: una, saliente, para retener una pala en una posición dada, por ejemplo, en la de los brazos 4, y otra, retraída, para dejar libre la pala en cuestión.
La figura 1 muestra los elementos 7 activados, con lo cual las palas 5 quedan retenidas y aplicadas paralelamente a los brazos 4. El generador gira en el sentido de la flecha 3.
La figura 2 muestra con 1' los elementos 7 desactivados, quedando las palas 5' libres de girar respecto a los brazos 2. Al quedar libres las palas, el generador eólico se detiene, ya que, en el momento considerado, las palas asociadas a los brazos no son operativas por coincidir su dirección con la del viento.
La disposición descrita permite que, si se desea, el generador no arranque, lo cual puede interesar, por ejemplo, a efectos de mantenimiento de la máquina. Si se desea detener el giro del generador hay que desactivar los elementos de retención de las palas, con lo cual el par motor aplicado a las mismas se anula, según la figura 2.
Si lo que interesa es un funcionamiento o un arranque con un menor par motor, basta con desactivar los elementos de retención correspondientes a una o más palas de los brazos, impidiendo el funcionamiento operativo de las mismas.
El bastidor del generador eólico que se describe consiste básicamente en unos montantes verticales 8, portadores de unos brazos horizontales 9 en estrella en la parte superior y apoyados sobre unos brazos horizontales 10 en la parte inferior. Los puntos medios de ambas estrellas comportan rodamientos para el giro de los extremos del eje 2.
La cabeza 11 del eje 2 o, alternativamente, el pié del mismo pueden servir para el acoplamiento de un transductor (convertidor) para la obtención de energía eléctrica, mecánica o hidráulica destinada a diversas aplicaciones.
ASPECTOS DE DISEÑO DEL NUEVO GENERADOR
La concepción del generador que queda descrito obedece a la idea de que las palas asociadas a las aspas del rotor tengan plena libertad de movimientos y, por lo tanto, de orientación alrededor de sus ejes verticales, en función de la dirección, velocidad e intensidad del viento dominante.
El mencionado diseño hace innecesario el empleo de un mecanismo de dirección, dado que ésta es automática e inherente a las propias palas. En efecto, éstas se orientan por si mismas para ejercer la máxima resistencia al viento cuando se hallan en la zona de avance del generador y se disponen alineadas con la dirección del viento, sin oponer prácticamente resistencia a éste, cuando se hallan en la zona de retorno del mismo.
Tampoco precisa la nueva máquina una torre de sustentación, indispensable en los generadores de eje horizontal y que puede omitirse en el caso del nuevo generador, que puede instalarse a prácticamente cualquier altura sobre el suelo, al poder aprovechar incluso las corrientes de aire que circulan a bajas cotas.
La verticalidad del eje de giro del rotor permite aprovechar la fuerza directa del viento, y la prácticamente nula resistencia de retorno de las palas giratorias, cuando éstas no actúan, proporciona un coeficiente de potencia muy elevado, próximo al limite teórico impuesto por las leyes de la Física, que es del orden del 0,59 (Betz) .
La potencia obtenible con el nuevo generador eólico es sensiblemente superior a la disponible en un generador convencional de eje horizontal o vertical y de dimensiones similares. Con la nueva máquina se obtienen niveles de energía mecánica considerables, lo que permite su adaptación a la propulsión de convertidores en otras clases de energía: eléctrica, mediante generadores de corriente alterna o continua, de elevación e impulsión de líquidos, etc.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Generador eólico, del tipo que comprende un eje giratorio vertical y formante de por lo menos un extremo funcional para el acoplamiento de un dispositivo para la utilización de la energia mecánica generada, caracterizado porque el eje (2) incorpora un par de aspas (4) de planos paralelos y horizontales, cuyos brazos, asimismo paralelos dos a dos, son portadores de unos juegos de palas rígidas (5) y articuladas respecto a sendos ejes verticales (6) coincidentes con uno de los lados verticales de cada placa, permitiendo la orientación automática de ésta a tenor de la dirección, velocidad e intensidad del viento.
2. Generador eólico, según la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las palas articuladas (5) , de forma ventajosamente rectangular, es giratoria libremente respecto a un eje vertical (β) incorporado y coincidente preferentemente con uno de los lados verticales de la pala y formante de gorrones superior e inferior retenidos con libertad de giro por los brazos de las aspas (4) .
3. Generador eólico, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque cada una de las palas articuladas (5) es autoorientable a tenor de la dirección del viento, adoptando posiciones respecto a los brazos (4) de las aspas que oscilan entre 0 grados y 90 grados, correspondientes a las posiciones paralela y perpendicular respectivamente, de dicha dirección.
4. Generador eólico, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los brazos (4) de las aspas del rotor están provistos de elementos de tope y retención (7) destinados a la inmovilización ocasional de las palas respecto a los brazos (4) y capaces de ser activados y desactivados, a conveniencia, para las posiciones extremas de liberación y la retención de las palas.
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