WO2011107631A1 - Rotor eólico de eje vertical - Google Patents

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WO2011107631A1
WO2011107631A1 PCT/ES2011/000038 ES2011000038W WO2011107631A1 WO 2011107631 A1 WO2011107631 A1 WO 2011107631A1 ES 2011000038 W ES2011000038 W ES 2011000038W WO 2011107631 A1 WO2011107631 A1 WO 2011107631A1
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vertical axis
wind rotor
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Juan Jose Eguizabal
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Geolica Innovations, S.L.
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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 vertical axis wind rotor, with permanent orientation to the wind, intended to be part of a wind turbine.
  • the object of the invention is to provide a vertical axis wind rotor which, by combining two types of blades that give it a low starting torque and a self-regulation of turns, does not require conventional brakes, is capable of using gusty winds, swirled, directional, ascending, etc. and always with maximum use of the wind, whatever the direction and strength of it.
  • the invention is therefore in the field of renewable energy, and more specifically of the machinery for the use of wind energy.
  • Horizontal axis wind rotors are known that present numerous problems and disadvantages, such as the need for a mechanical brake to regulate and stop the rotor, as well as the need to stop when the winds are turbulent, hurricane, since if not they stop can cause them to break, by offering these a great resistance by virtue of their horizontal position.
  • the vibration that they have during their operation, the horizontal axis rotors is very pronounced, as well as the generation of a high noise, resulting, on the other hand, pollutants for the birds, since these do not detect them properly due to the horizontal layout
  • Wind rotors such as those mentioned can be seen in the documents: ES1002396; ES1049887; ES1070534; ES2028718; ES2237268; ES2267837; GB189915505; US4115032; US4650403; RU2096259; RU2135824; EP0679805; US4970404; among others.
  • the wind rotor that the invention proposes solves in a fully satisfactory way the problem described above, in each and every one of the different aspects mentioned.
  • Said rotor is configured on the basis of a vertical axis of rotation, to which two supports included in respective and imaginary parallel planes are attached orthogonally, perpendicular to said axis and located at the ends thereof, these supports being carriers of respective aerodynamic profiles, in hereinafter called blades.
  • blades in hereinafter called blades.
  • it is based on a theoretical aerodynamic profile, such as "mother profile”, asymmetric profile of convex concave configuration, and optimized section so that being under the action of the wind causes pressure differences between the surfaces of the blade , creating a great lift and great sustainability, as well as a great aerodynamic loss.
  • Both blades work simultaneously to support and drag, regardless of the position they occupy in the rotor and the angle of attack of the predominant fluid.
  • Both wing profiles decrease the rope, as their vertical projection progresses in an approximate ratio of 5%, not being limiting, this confers, to the circulating fluid in the concave part of a spoon effect, which causes a venturi effect, and accelerates the fluid inside, tending to dislodge more quickly.
  • each wing or alar profile is the result, in each case, of all the above integrated with which the torsor moment generated in each infinitesimal section, must be constant; and in this way no fatigue and internal tensions are generated in the aforementioned wing profiles, and thus the entire profile works in identical conditions.
  • the leading edge presents a progressive displacement of the profile, in and out of the rotor, following a smooth curve, in this way the upper edge of the blade is at a smaller distance from the center of the rotor shaft that the lower edge of it, to compensate for moments.
  • each type of blade has another characterization that makes it different:
  • Beta is prepared to obtain the maximum performance to the support forces of the fluid.
  • the Alfa and Beta blades participate in the rotor in the same number and in alternate arrangement.
  • the Alfa blades work as drag profiles and the Beta blades as lift profiles, becoming aerodynamic loss when the wind speed exceeds a pre-established value, acting as a rotor brake.
  • Figure 1 Shows a schematic perspective representation of a vertical axis wind rotor made in accordance with the object of the present invention, on its corresponding pole of lift.
  • Figure 2.- Shows a side elevation view of the rotor of the previous figure.
  • Figure 3. Shows a detail in cross-section of the rotor, along the plane A-A of Figure 2.
  • Figure 5. Shows a representation similar to that of Figure 4, but corresponding to the Beta blade.
  • Figure 6. Shows a section of the mother profile.
  • two supports (3, 3 ') are joined, each of which is constituted by a plurality of arms that emerge from a common core, which are coplanar, which describe an arched path in its portion distal, and they are parallel to each other and perpendicular to the axis (1), said arms (3) being equiangularly spaced apart in respective supports, those of the upper support (3 ') being shorter and presenting a suitable curvature to that of the blades (4) to be established between the support lower (3) and the upper support (3 '), blades that, as already mentioned above, come from a mother aerodynamic profile (5), the one shown in figure 6, figure where the reference (6) corresponds at the leading edge, the reference (7) to the trailing edge, the reference (8) to the midline of the aerodynamic profile, the references (9 and 10) to the intrados and to the extracted ones, the reference (11) to the rope; the (12) to the arrow and the (13) to the maximum thickness.
  • the number of blades (4) participating in the rotor must be even, and the blades, coming from the mother aerodynamic profile (5), are of two types, which They are called Alpha and Beta, which especially show figures 4 and 5, maintaining the reference (4) for the Alpha profile, while the Beta profile is referenced with (4 '), leaving the blades (4, 4') of one and another type arranged alternately around the axis (1), as shown in Figures 1 to 3.
  • the mother profile (5) has a thickness (13) of the order of 11% of the value of the rope (11), the radius of curvature is of the order of 13% also with respect to the length of the rope, the edge angle of attack (6) is of the order of 8 degrees, its flatness less than 25%, the radius of the leading edge of the order of 4.5%, the maximum bearing coefficient is of the order of 2.5, the maximum angle said coefficient of the order of 12.5 degrees, the maximum drag coefficient of the order of 11.2 and the maximum angle of said coefficient of 104 degrees.
  • the Alfa blades (4) and Beta (4 ') are inclined, that is to say rotationally offset by their ends, their rope also decreases in both cases upwards and their section is turned progressively, presenting at its leading edge (6) a progressive inward displacement and outside the rotor, which follows a smooth curve.
  • the Alpha profile (4) is configured to work as dragged as possible, in order to maintain the movement, turning the rotor easily, so that the profile maximizes the wind-oriented surface in its entirety and contributes to the bagging of the air, thanks to the effect of "spoon" in its drag position.
  • Beta profile (4 ') is prepared to work as sustainably as possible, in order to increase the rotational revolutions of the rotor and maintain the inertia of rotation.
  • the blades (4, 4 ') are likely to vary, if due to the low prevailing winds of the area it is necessary to increase the angles, or the twists, of the alpha blades, to improve the starting, sacrificing the revolutions of the blades beta reducing its angles and turns, if necessary
  • the aforementioned blades are distributed uniformly in the lower base of the rotor (2), with its angles of attack outward, and the rope delayed in its rotation with respect to the radius of the center to the leading edge, in a portion equal to the Maximum Angle of the Support coefficient of the mother profile, with which they are positioned at maximum lift, in relation to the center of the rotor being the angle of attack in the same direction of the mentioned radius.
  • These are arranged alternately, an Alpha, a Beta, and so on and radially and equidistant at its lower base.
  • These blades also take advantage of the turbulent winds produced at the tips of the other blades on their surface, once the fluid has entered the center of the rotor and wants to exit or escape, returning to produce work, and maintain the same aerodynamic sustainability of the whole.
  • the rotor In the constitution of the rotor will intervene a number of blades with a diameter and height that will be determined by the specific value of the surface facing the wind, as well as the torque, r.p.m. and the corresponding scaling, necessary to obtain the desired power.
  • the moment of aerodynamic loss is determined, resulting in a self-regulation of the rotation speed of the rotor itself, not having to slow it down in extreme wind conditions, as it suffocates and enters aerodynamic loss.
  • this is preferably integrated but not limited to a body formed by a series of helically shaped blades that form a curvilinear generatrix cone trunk, which limits and characterizes it. These helical characteristics of the blades, allow the leading edges to face the wind that affects it continuously and as the system rotates.
  • the trailing edge (7) of the blade profile conducts the flow within the empty space of the rotor against rotation thereof, to be picked up by the trailing edge of the blade profile opposite, and returning to generate movement this in favor of the turn of the same.
  • the conical shape limits the compression capabilities of the fluid, generating a blockage of exit of the same (air), producing a loss in the capture of wind power braking the system. Causing a decompensation in the support of the blades. In winds considered excessive or dangerous, it enters a state of gain versus loss known as "horses" or suffocation, atmospheric vacuum, which occurs, when the air fails to escape freely, this situation will occur at a certain speed, which is when the lift is exceeded, and it brakes, replacing the conventional mechanical brake conventionally used.
  • both parts are mobile for regulation according to the different wind intensities, capable of regulating the speed and performance of the system.
  • the system gives greater wind power advantages than the current ones, both in loose, gusty, turbulent winds as well as stormy or hurricane winds (understanding that in these circumstances, the elements that can be found in the environment, cannot give or damage the rotor) .

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Abstract

Constituido mediante un eje vertical (1), dos soportes horizontales y extremos (3, 3') y establecidos entre dichos soportes una pluralidad de álabes (4, 4'), centra sus características en el hecho de que los álabes (4, 4') son de dos tipos, en disposición alternada, álabes (4) preparados y configurados para constituir elementos de arrastre y alabes (4') preparados para constituir elementos de sustentación, con la particularidad además de que éstos últimos entran en pérdida aerodinámica cuando sobrepasan una velocidad del viento pre-establecida, produciendo al rotor un efecto de freno. Esta estructuración elimina una buena parte de la problemática de los rotores eólicos de eje vertical conocidos, de manera que no requiere un par de arranque importante, ni un sistema de frenado con grandes vientos, tampoco requiere la orientación y reorientación con respecto a los vientos dominantes, no se ve limitado a su utilización con vientos laminares, y no requiere su disposición a grandes alturas, pudiendo instalarse sobre un poste de sustentación (2) de escasa altura, en óptimas condiciones de funcionamiento.

Description

ROTOR EÓLICO DE EJE VERTICAL
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un rotor eólico de eje vertical, con orientación permanente al viento, destinado a formar parte de una turbina eólica.
El objeto de la invención es proporcionar un rotor eólico de eje vertical que, mediante la combinación de dos tipos de álabes que le confieren un bajo par de arranque y una autorregulación de vueltas, no necesita de frenos convencionales, está capacitado para utilizar vientos racheados, remolinados, direccionales, ascendentes, etc. y siempre con un aprovechamiento máximo del viento, sea cual fuere la dirección y fuerza de éste.
La invención se sitúa pues en el ámbito de las energías renovables, y mas concretamente de la maquinaria para aprovechamiento de la energía del viento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos diversos tipos de turbinas eólicas, cuyo funcionamiento es debido al aprovechamiento de bien fuerzas de arrastre o bien fuerzas de sustentación, como por ejemplo el modelo Darrieus y los grandes aerogeneradores de eje horizontal, los cuales emplean principalmente la fuerza de sustentación de su perfil aerodinámico en su funcionamiento, al enfrentar el borde de ataque del perfil en la dirección del viento, de forma similar a los aviones. Por otro lado, el modelo Savonius, el cual emplea principalmente fuerzas de arrastre, enfrentando superficies cóncavas en la dirección del viento.
Se conocen rotores eólicos de eje horizontal que presentan numerosos problemas e inconvenientes, tales como la necesidad de un freno mecánico para la regulación y parada del rotor, así como la necesidad de tener que pararse cuando los vientos son turbulentos, huracanados, ya que si no se paran se puede producir la rotura de los mismos, al ofrecer estos una gran resistencia en virtud de su posición horizontal. Además, la vibración que tienen durante su funcionamiento, los rotores de eje horizontal, es muy acusada, así como la generación de un ruido elevado, resultando, por otra parte, contaminantes para las aves, ya que estas no les detectan convenientemente debido a la disposición en horizontal.
Son conocidos los más diversos sistemas de rotores para la configuración de turbinas eólicas, como principal componente para la captación de la energía del viento, en particular las de eje vertical, adoleciendo todas ellas, de un escaso rendimiento energético; una parte se enfrenta directamente al viento, independientemente de su naturaleza, y no necesitan orientación; la otra parte se oculta al viento, con lo que no produce.
Rotores eólicos como los citados pueden observarse en los documentos: ES1002396; ES1049887; ES1070534; ES2028718; ES2237268; ES2267837; GB189915505; US4115032; US4650403; RU2096259; RU2135824; EP0679805; US4970404; entre otros.
Estos rotores presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:
- Requieren de un gran par de arranque,
- Requieren de un sistema de frenado ante la presencia de grandes vientos.
- Requieren de la orientación o desorientación con respecto a los vientos dominantes.
- Requieren de la utilización única de vientos laminares.
- Requieren disponerse a grandes alturas.
- Para que resulten rentables, deben materializarse en la práctica en máquinas de grandes dimensiones.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El rotor eólico que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.
Dicho rotor está configurado en base a un eje de giro vertical, al que se acoplan ortogonalmente dos soportes incluidos en respectivos e imaginarios planos paralelos, perpendiculares a dicho eje y situados en los extremos del mismo, siendo estos soportes portadores de respectivos perfiles aerodinámicos, en adelante denominados álabes. De acuerdo ya con la invención, se parte de un perfil aerodinámico teórico, como "perfil madre", perfil asimétrico de configuración cóncavo convexa, y de sección optimizada para que al estar bajo la acción del viento origine diferencias de presión entre las superficies del álabe, creando una gran fuerza de sustentación y una gran sustentabilidad, así como una también gran pérdida aerodinámica.
Con este perfil madre y de acuerdo ya con la esencialidad de la invención, mediante dos tipos diferentes de proyección en vertical, se obtienen dos álabes diferentes, que en adelante serán denominados Alfa y Beta.
Ambos álabes trabajan de forma simultanea a sustentación y arrastre, independientemente de la posición que ocupen en el rotor y del ángulo de ataque del fluido predominante.
Estos perfiles están inclinados, es decir, desfasados sus extremos rotacionalmente, entre las bases de apoyo inferior y superior, y en vertical hacia la dirección de giro del rotor, con lo que se obtiene una mayor permanencia de contacto del álabe con el fluido y a favor, eliminando el salto al pasar la acción del fluido de un álabe, al vacío entre ambos y al otro álabe; se eliminan los llamados "caballitos", realizando de esta manera un funcionamiento mucho más regular, continuo y un arranque más suave, precisando menor potencia para iniciar el movimiento.
Ambos perfiles alares decrecen la cuerda, a medida que avanza su proyección vertical en relación aproximada a un 5 % , no siendo limitativo, esto confiere, al fluido circulante en la parte cóncava de un efecto cuchara, que provoca un efecto venturi, y acelera el fluido en su interior, tendiéndolo a desalojar más rápidamente.
A medida que asciende su proyección en vertical, con todo lo anteriormente citado a la vez, disminuye la cuerda del perfil, como se ha dicho, y además se revira la sección, manteniendo las características básicas del perfil madre, con lo que el ángulo que avanza la sección, en el sentido del giro del rotor, no es el que avanza el ángulo de ataque, sino que este se minimiza en un contragiro que hace la misma cuerda en su revirado en sentido contrario, con lo este hace permanecer mayor espacio y tiempo expuesta a unas mejores condiciones de optimización del fluido.
La configuración y forma final de cada álabe o perfil alar, es la resultante, en cada caso, de todo lo anterior integrado con que el momento torsor generado en cada sección infinitesimal, ha de ser constante; y de esta manera no se generen fatigas y tensiones internas en los citados perfiles alares, y así trabaja todo el perfil en idénticas condiciones.
Por ello en su proyección en vertical, el borde de ataque presenta un desplazamiento progresivo del perfil, hacia dentro y fuera del rotor, siguiendo una suave curva, de esta manera el borde superior del álabe esta a menor distancia del centro del eje del rotor que el borde inferior de la mismo, para compensar momentos.
Estas son las condiciones generales que caracterizan a ambos álabes, y de la misma manera.
Además, cada tipo de álabe tiene otra caracterización que lo hace diferente:
· Uno se prepara para sacar el máximo rendimiento a las fuerzas de arrastre, el Alfa.
• Y el otro, el Beta, se prepara para obtener el máximo rendimiento a las fuerzas de sustentación del fluido. Los álabes Alfa y Beta participan en el rotor en igual número y en disposición alternada.
Los álabes Alfa trabajan como perfiles de arrastre y los álabes Beta como perfiles de sustentación, entrando en pérdida aerodinámica cuando la velocidad del viento sobrepasa un valor pre-establecido, actuando como freno del rotor.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación esquemática en perspectiva de un rotor eólico de eje vertical realizado de acuerdo con el objeto de la presenta invención, sobre su correspondiente poste de sustentación.
La figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral del rotor de la figura anterior.
La figura 3.- Muestra un detalle en sección transversal del rotor, por el plano de corte A- A de la figura 2.
La figura 4.- Muestra una representación esquemática del álabe
Alfa.
La figura 5.- Muestra una representación similar a la de la figura 4, pero correspondiente al álabe Beta.
La figura 6.- Muestra una sección del perfil madre.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como el rotor que se preconiza está constituido a partir de un eje (1) que remata la extremidad superior de un poste de sustentación (2), poste que no requiere de una altura considerable, como se desprende de la observación de la figura 1.
A los extremos del eje (1) se solidarizan sendos soportes (3, 3'), cada uno de los cuales está constituido por una pluralidad de brazos que emergen de un núcleo común, que resultan coplanarios, que describen una trayectoria arqueada en su porción distal, y que resultan paralelos entre sí y perpendiculares al eje (1), quedando dichos brazos (3) equiangularmente distanciados en respectivos soportes, siendo mas cortos los del soporte superior (3') y presentando una curvatura adecuada a la de los alabes (4) que han de establecerse entre el soporte inferior (3) y el soporte superior (3'), álabes que, como ya se ha se dicho con anterioridad, provienen de un perfil aerodinámico madre (5), el mostrado en la figura 6, figura donde la referencia (6) corresponde al borde de ataque, la referencia (7) al borde de salida, la referencia (8) a la línea media del perfil aerodinámico, las referencias (9 y 10) al intradós y al extrados, la referencia (11) a la cuerda; la (12) a la flecha y la (13) al espesor máximo.
De forma mas concreta y como ya se ha dicho con anterioridad, el número de álabes (4) que participa en el rotor ha de ser par, y los álabes, provenientes del perfil aerodinámico madre (5), son de dos tipos, los que se denominan Alfa y Beta, que muestran especialmente las figuras 4 y 5, manteniéndose la referencia (4) para el perfil Alfa, mientras que el perfil Beta está referenciado con (4'), quedando los álabes (4, 4') de uno y otro tipo dispuestos alternadamente alrededor del eje (1), tal como muestran las figuras 1 a 3.
El perfil madre (5) tiene un espesor (13) del orden del 11 % del valor de la cuerda (11), el radio de curvatura es del orden del 13% también con respecto a la longitud de la cuerda, el ángulo del borde de ataque (6) es del orden de 8 grados, su planitud inferior del 25 % , el radio del borde de ataque del orden del 4,5 % , el coeficiente máximo de sustentación es del orden de 2,5, el ángulo de máximo dicho coeficiente del orden de 12,5 grados, el coeficiente máximo de arrastre del orden de 11,2 y el ángulo máximo de dicho coeficiente de 104 grados. Como también se ha apuntado con anterioridad, los álabes Alfa (4) y Beta (4'), están inclinados, es decir desfasados rotacionalmente por sus extremos, su cuerda decrece también en ambos casos en sentido ascendente y se revira progresivamente su sección, presentando en su borde de ataque (6) un desplazamiento progresivo hacia dentro y fuera del rotor, que sigue una suave curva.
El perfil Alfa (4) está configurado para que trabaje al mayor arrastre posible, con la finalidad de que mantenga el movimiento, haciendo girar al rotor fácilmente, de manera que el perfil maximiza en su totalidad la superficie orientada al viento y contribuye al embolsamiento del aire, gracias al efecto de "cuchara" en su posición de arrastre.
Al estar bajo la acción de un flujo se comporta, por su propia configuración, como un elemento de sustentación, pero principalmente de empuje o arrastre, que tiende a hacer girar fácilmente al rotor o conjunto de álabes.
Para ello, a medida que su cuerda decrece en su proyección vertical, la sección se desfasa a favor del giro de forma progresiva, quedando una apertura gradual entre ambos soportes (3, 3') entre la base y el borde superior del álabe, hasta alcanzar un desfase rotacional de 28° a favor del giro, que es lo que se inclina el alabe, y a su vez la cuerda revira el perfil a la contra en 9o, resultando finalmente una variación de la cuerda de 19° a favor del giro, o lo que es lo mismo, en 28° que gira el rotor se ganan 9o.
Esto supone una reorientación parcial del álabe a la orientación del fluido a medida que su perfil va rotando, con lo que el álabe está mas porción de espacio-tiempo a arrastre, con lo que el arranque se facilita, y por lo tanto se reducen los requerimientos de viento mínimo para su puesta en marcha.
Por su parte el perfil Beta (4'), se prepara para que trabaje a la mayor sustentación posible, con la finalidad de aumentar las revoluciones de giro del rotor y mantener la inercia de giro.
Al estar dicho perfil bajo la acción de un flujo se comporta, por su configuración como un elemento de empuje, pero principalmente de sustentación, que imprime velocidad al sistema y entra en perdida aerodinámica si se superan las velocidades máximas permitidas, en estimación a su coeficiente de sustentabilidad, en cuyo caso perderá dicha sustentabilidad y frenará el sistema
Para ello, a a medida que su cuerda (11) decrece en su proyección vertical, la sección se desfasa a favor del giro de forma progresiva, quedando una apertura gradual entre ambos soportes (3, 3') entre la base y el borde superior del álabe, hasta alcanzar un desfase rotacional de 37° a favor del giro, que es lo que se inclina el alabe, a la vez la cuerda revira el perfil a la contra en 3o, resultando finalmente una variación de la cuerda de 34° a favor del giro, o lo que es lo mismo, en 37° de giro del rotor se ganan 3o.
Esto supone una reorientación parcial del perfil a la orientación del fluido a medida que el perfil va rotando, con lo que dicho álabe está más porción de espacio-tiempo a sustentación, y con lo que la velocidad aumenta, manteniendo la inercia del sistema, pero frenándolo si se sobrepasa la velocidad máxima, entrando en perdida aerodinámica y por lo tanto limitando de forma automática los requerimientos de vientos máximos de funcionamiento Constituye pues el estabilizador de velocidad del rotor, ya que el sistema se apoca a media aumentan sus revoluciones, hasta que finalmente se cierra. El referido alabe de sustentación (4') se comporta como un elemento que entra en perdida aerodinámica si se superan las velocidades máximas permitidas, en estimación a su coeficiente de sustentabilidad, estableciendo un medio de freno y de estabilización de la velocidad del propio rotor.
Los álabes (4, 4') son on susceptibles de variar, si debido a los bajos vientos reinantes de la zona fuera necesario aumentar_ los ángulos, o los revirados, de los alabes alfa, para mejorar el arranque, sacrificando las revoluciones de los alabes beta reduciendo sus ángulos y revirados, si fuera preciso
Los citados álabes son distribuidos uniformemente en la base inferior del rotor (2), con sus ángulos de ataque hacia afuera, y la cuerda retrasada en su giro con respecto al radio del centro al borde de ataque, en una porción igual al Ángulo Máximo del Coeficiente Sustentación del perfil madre, con lo que son posicionados a su máxima sustentación, con relación al centro del rotor estando el ángulo de ataque en la misma dirección del radio mencionado Se disponen estos de forma alternativa, uno Alfa, uno Beta, y así sucesivamente y de forma radial y equidistante en su base inferior.
Éstos álabes también aprovechan en su superficie los vientos turbulentos producidos en las puntas de los otros alabes, una vez que el fluido ha entrado en el centro del rotor y desea salir o escapar, volviendo a producir trabajo, y mantienen de la misma manera la sustentabilidad aerodinámica del conjunto.
En la constitución del rotor intervendrá un numero de alabes con un diámetro y altura que vendrán determinados por el valor especifico de la superficie enfrentada al viento, así como el par, r.p.m. y el escalado correspondiente, necesarios para obtener la potencia deseada.
Dependiendo de la velocidad del viento dominante, se determina el momento de pérdida aerodinámica, dando como resultado una autorregulación de la velocidad de giro del propio rotor, no teniendo que frenarlo en condiciones extremas de viento, ya que se sofoca y entra en pérdida aerodinámica. Constructivamente, esto se integra de forma preferente pero no limitativa en un cuerpo formado por una serie de álabes con forma helicoidal que configuran un tronco de cono de generatriz curvilínea, que lo limita y caracteriza. Estas características helicoidales de los alabes, permiten que los bordes de ataque encaren el viento que lo incide de forma continua y a medida que el sistema rota.
El borde de salida (7) del perfil del álabe, según su posición en referencia a la dirección del fluido, conduce el flujo dentro del espacio vacío del rotor a contra giro del mismo, para ser recogido por el borde de salida del perfil del álabe opuesto, y volviendo a generar movimiento este a favor del giro del mismo.
La forma cónica pone límite a las capacidades de compresión del fluido, generando un bloqueo de salida del mismo (aire), produciendo una pérdida en la captación de potencia eólica frenado el sistema. Provocando una descompensación en la sustentación de los álabes. En vientos considerados excesivos o peligrosos, entra en un estado de ganancia versus pérdida conocido con el nombre de "caballitos" o sofocamiento, vacío atmosférico, que se produce, cuando el aire no logra salir libremente, esta situación se dará a una velocidad determinada, que es cuando se supera la de sustentación, y se auto frena, en sustitución del clásico freno mecánico utilizado convencionalmente.
La posición del borde de ataque de ambos álabes en la parte inferior es fija y regulable en la de fuga. En el extremo superior del alabe, ambas partes son móviles para su regulación según las diferentes intensidades de viento, capaces de esta manera de regular la velocidad y el rendimiento del sistema.
El resultado es que este rotor, siempre esta orientado al viento y que no hay que frenarlo ni siquiera en circunstancias extremas.
El sistema da unas ventajas eólicas de rendimiento mayores que las actuales, tanto en vientos flojos, racheados, turbulentos así como tormentosos o huracanados (entendiendo que en estas circunstancias, los elementos que puedan encontrarse en el entorno, no puedan dar o dañar al rotor).
Todo ello realizado en su máxima simplicidad de forma compacta simple, económica y sin mantenimiento.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
I a.- Rotor eólico de eje vertical, del tipo de los que incorporan una pareja de soportes convenientemente fijados a los extremos de su eje, soportes que constituyen los medios de sustentación para una pluralidad de álabes alineados circunferencialmente alrededor del eje, caracterizado porque en el mismo participan dos tipos de álabes (4, 4'), de perfil aerodinámico madre idéntico o similar, proyectados en vertical con desfase rotacional avanzado y revirado y acortado de cuerda a la contra, uno (4) configurado para arrastre y otro (4') configurado para sustentación, estando las cuerdas (11) de dichos álabes orientadas en ángulo, de forma radial, uniforme, concéntrica y verticalmente en la base del rotor, con el borde de ataque (6) hacia fuera, dispuestos alternativamente y equidistantes en su base inferior.
2 a .- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicación I a, caracterizado porque los soportes (3, 3') para los álabes (4, 4'), se materializan cada uno de ellos en una pluralidad de brazos radiales, de trayectoria sinuosa, equiangularmente distribuidos, con una curvatura en su porción distal coincidente con la curvatura del álabe (4, 4') correspondiente.
3a.- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes de sustentación (4') están configurados de manera que el rotor entra en pérdida aerodinámica si se superan las velocidades máximas permitidas, con el consecuente efecto de frenado.
4a .- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes (4, 4') están inclinados, desfasados en sus extremos rotacionalmente entre los soportes inferior y superior (3, 3'), y en vertical hacia la dirección de giro del rotor.
5a.- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los perfiles de los álabes (4, 4') decrecen en el valor de su cuerda (11), a medida que avanza su proyección vertical, a la vez que se revira la sección, de manera que el ángulo que avanza la sección, en el sentido de giro del rotor, es distinto del que avanza el ángulo de ataque, quedando éste minimizado en el contragiro.
6a .- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes (4, 4') son la resultante, en cada caso, del momento torsor generado en cada sección infinitesimal, para que el mismo sea constante, presentando en su borde de ataque (6) un desplazamiento progresivo del perfil hacia el centro del rotor, siguiendo una suave curva y de manera que el borde superior del álabe está a menor distancia del centro del eje del rotor que el borde inferior del mismo.
7a .- Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la especial configuración y disposición de los álabes (4, 4') determinan una configuración general tronco cónica de generatriz curvilínea para el rotor.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014194136A1 (en) * 2013-05-29 2014-12-04 ReVair Inc. Wind turbine for facilitating laminar flow
DE102014100790B4 (de) 2014-01-24 2016-04-07 Jacques Tchouangueu Vertikal-Windturbine
US10612515B2 (en) 2015-06-25 2020-04-07 Dme Wind Energy Corporation Vertical axis wind turbine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7344353B2 (en) * 2005-05-13 2008-03-18 Arrowind Corporation Helical wind turbine
WO2008086944A2 (en) * 2007-01-18 2008-07-24 I.C.I. Caldaie S.P.A. Vertical-axis wind turbine
WO2009072116A2 (en) * 2007-12-04 2009-06-11 Coriolis-Wind Inc. Turbine blade constructions particular useful in vertical-axis wind turbines
GB2457773A (en) * 2008-02-29 2009-09-02 Hopewell Wind Power Ltd Double walled tower for shaftless vertical axis wind turbine
CN101566126A (zh) * 2009-04-24 2009-10-28 河海大学 一种升阻互补型垂直轴风轮
CN201358887Y (zh) * 2009-03-12 2009-12-09 上海理工大学 升力阻力混合型垂直轴风轮

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US372148A (en) * 1887-10-25 Windmill
US1100332A (en) * 1912-09-03 1914-06-16 James B Smith Windmill.
US1568946A (en) * 1925-01-07 1926-01-05 Abraham Bebel Electric-fan blade
US3941504A (en) * 1974-08-28 1976-03-02 Snarbach Henry C Wind powered rotating device
ES454192A1 (es) * 1976-12-13 1977-12-01 Zapata Martinez Valentin Sistema para la obtencion y regulacion de energia a partir de corrientes aereas, maritimas o fluviales.
US4086026A (en) * 1977-02-04 1978-04-25 Tamanini Robert J Windmill with radial vanes
AT348953B (de) * 1977-08-26 1979-03-12 Alfa Laval Stalltech Vorrichtung zur begasung und umwaelzung von fluessigkeiten
US4606697A (en) * 1984-08-15 1986-08-19 Advance Energy Conversion Corporation Wind turbine generator
US4609827A (en) * 1984-10-09 1986-09-02 Nepple Richard E Synchro-vane vertical axis wind powered generator
GR910200234U (en) * 1990-05-31 1992-07-30 Mihail Valsamidis Turbine wind machine with a vertical axis
US5133637A (en) * 1991-03-22 1992-07-28 Wadsworth William H Vertical axis wind turbine generator
WO2002046619A2 (en) * 2000-12-04 2002-06-13 Arup (Pvt) Ltd Fan assembly
US7241105B1 (en) * 2002-06-07 2007-07-10 Vanderhye Robert A Watercraft with vertically collapsible vertical axis wind turbine and propeller flexible drive shaft
JP2005240632A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 No Hayashi 風力発電装置用の風車
JP2005282540A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Daiwa House Ind Co Ltd 揚力型垂直軸風車を用いた風力発電機における回転数制御機構
US20070029807A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-08 Clayton Kass Methods and systems for generating wind energy
JP4254773B2 (ja) * 2005-09-28 2009-04-15 パナソニック株式会社 垂直型風車
US7494315B2 (en) * 2006-05-05 2009-02-24 Hart James R Helical taper induced vortical flow turbine
WO2007141834A1 (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Eco Technology Co., Ltd. 風車用の羽根、風車、及び、風力発電機
JP2009103051A (ja) * 2007-10-23 2009-05-14 Eco Win:Kk 風車装置及びこれを用いた風力発電装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7344353B2 (en) * 2005-05-13 2008-03-18 Arrowind Corporation Helical wind turbine
WO2008086944A2 (en) * 2007-01-18 2008-07-24 I.C.I. Caldaie S.P.A. Vertical-axis wind turbine
WO2009072116A2 (en) * 2007-12-04 2009-06-11 Coriolis-Wind Inc. Turbine blade constructions particular useful in vertical-axis wind turbines
GB2457773A (en) * 2008-02-29 2009-09-02 Hopewell Wind Power Ltd Double walled tower for shaftless vertical axis wind turbine
CN201358887Y (zh) * 2009-03-12 2009-12-09 上海理工大学 升力阻力混合型垂直轴风轮
CN101566126A (zh) * 2009-04-24 2009-10-28 河海大学 一种升阻互补型垂直轴风轮

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Derwent World Patents Index; AN 2009-S51039, XP008160289 *
DATABASE WPI Week 200975, Derwent World Patents Index; AN 2009-Q97600, XP008160290 *

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