WO2012164140A1 - Motor de viento - Google Patents

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WO2012164140A1
WO2012164140A1 PCT/ES2012/070412 ES2012070412W WO2012164140A1 WO 2012164140 A1 WO2012164140 A1 WO 2012164140A1 ES 2012070412 W ES2012070412 W ES 2012070412W WO 2012164140 A1 WO2012164140 A1 WO 2012164140A1
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wind engine
blades
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Angel Palacios Prieto
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Angel Palacios Prieto
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    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
    • F03D3/0472—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor the shield orientation being adaptable to the wind motor
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a generator of electrical or mechanical energy from one or more sets of synchronized mills driven by the force of the wind.
  • the wind has a number of advantages such as its enormous power and no cost, as it is provided by nature itself.
  • Wind generators or wind engines of different types have been described since the old windmills. The most common type is the one we can observe in a large part of our landscapes, consisting of a generator moved by a set of blades whose axis is coaxial with the direction of the wind. An example of such generators can be seen in ES 1047473 U.
  • ES 1 028 882 U or ES 1 049 311 describe generators of this type.
  • ES 150837 describes a single or multiple height generator in which each height is provided with a blade generator of the type described in ES 1 049 311.
  • ES 2 109 173 A similar solution can be found in ES 2 109 173, in which a set of elements are arranged motor on a single axis.
  • WO 2008/062093 Al describes a domestic wind generator in which a set of blades disposed at different spiral heights is provided, provided with a housing that guides the wind incidence for its optimization.
  • US 2010/019251 also describes a generator with axis perpendicular to the wind direction, in which sets of blades at different heights are arranged on a single axis in which each set said blades are arranged with an angular separation with respect to the assembly of shovels from another of the heights.
  • wind generators or wind motors are those that comprise different motor bodies provided with different geometrical axes, in which said geometric axes are synchronized with each other by means of a common mechanism.
  • An example of such generators with synchronized bodies can be seen in EP 0 050 891 Al, although in this case they are generators with axis coaxial to the wind.
  • ES 1 053 772 U describes a generator provided with different bodies with vertical axis with one or more sets of blades each, which are synchronized by a mechanism of union between them.
  • ES 2 049 568 describes a generator of a set of three vertical bodies that are synchronized with each other by a mechanism of gear wheels.
  • ES 259880 describes a wind energy sensor device comprising a body with air inlet and outlet, arranged on a vertical axis of free rotation, with an orientation device provided with rudders integral with the structure and is provided with gears or pulleys of a transmission that transmits the movement to a receiver of said energy.
  • EP 0 064 440 describes a vertical axis wind turbine with a double rotor and channeled flow, comprising a pair of rotors of vertical axis, synchronized with each other, partially wrapped by an outer casing, running the air and moving the rotors on the outside to said casing.
  • the proposed invention consists of a wind engine of multiple rotors synchronized with each other that simplify the solutions provided by the antecedents being its reduced cost and of easy maintenance.
  • a wind engine which comprises:
  • a motor head provided with two or more rotors on at least two separate vertical axes; said head comprises at its front end a connection with the support and is freely rotatable with respect to said support; the position of the center of mass and the aerodynamics of the head will always provide that said head is oriented against the wind; said motor head, comprises in turn at least:
  • a mechanical output moved by one of the axes of the rotors or by means of mechanical synchronizing device; this mechanical outlet can move an electric generator or any other mechanical system;
  • the lower body and the upper body form a support structure for the rotors and the "V" front protector; the union and fixation of said lower and upper bodies can be performed by means of said protector in "V", and by means of the axes of the rotors, or by means of external supports.
  • the wind engine of the invention further comprises a body of inertia.
  • the inertia body can be part of the synchronizing mechanism or be linked to it by means of a clutch device.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a first embodiment of the wind engine of the invention, provided with two rotors synchronized with each other, arranged on a base or support platform provided with the synchronization mechanism;
  • Figure 2 shows a schematic perspective view, similar to that of Figure 1, but in which the rotors have been covered with an upper base, provided with a rudder;
  • Figure 3 shows a view similar to that of Figure 1, but in which the rotors comprise at different heights sets of blades in complementary positions;
  • Figure 4 shows a schematic plan view of the set of rotors of figure 1, as well as a partial shield body of the incident wind in the central area of the set of rotors;
  • Figure 5 shows a schematic view, similar to that of Figure 4, but in which rotors with complementary blades at different heights are shown, showing in a continuous line that of a first height and in a dashed line that of a second height.
  • a wind engine which is arranged on a pole (1), tower or other support, comprising a lower base (2) supporting at least a pair of axes (4, 5) of at least one pair of rotors ( 6) of blades (8) with vertical axis.
  • a lower base (2) supporting at least a pair of axes (4, 5) of at least one pair of rotors ( 6) of blades (8) with vertical axis.
  • an upper base (3) that will serve as a support to the shafts (4, 5) of the rotors (6).
  • the axes (4, 5) of the rotors (6) are linked to respective mechanisms that are synchronized with each other.
  • the lower base (2) it will be arranged so that it can rotate freely on the post (1).
  • the upper base (3) comprises at least one rudder-like orienting element.
  • the number of blades of each set in each rotor is three.
  • a front protector (7) is also available.
  • the rotors receive the wind in the blades (8) located externally, not protected by said frontal protector (7); the front guard (7) has an essentially triangular or wedge shape, thus opposing the minimum resistance to wind.
  • each axis (4, 5) comprises more than one set of blades (8) located at different heights and displaced at a certain angle from those of the adjacent height. This facilitates a greater regularity in the thrust pressure received by the set of blades on both sides and over time.
  • a set of blades is receiving the action of the wind on one of said blades, the force received by it depends on the angle of incidence of the wind on the blade. When it is at 90 ° the action is maximum.
  • the projection of the area of exposure to the wind of the blade is smaller, and is to a certain extent diminished by the following blade that begins to appear (they are hidden and protected by the frontal protector (7) in the part of the cycle in that the route is inverse).
  • the synchronization mechanism consists of a pair of toothed rings (9) locked together.
  • the locking and synchronization can be done through an intermediate mechanism, by direct meshing, or by belts or chains of transmission.
  • the use of the energy of the movement takes place by means of an electric generator or other device for the use of energy mechanical, which may be connected to at least one of the axes (4) of the rotors, or to an external axis linked to at least one of said axes (4).
  • the mechanical assembly comprises a body of inertia moved directly or indirectly by the shafts (4) of the rotors (6), normally one or more flywheels of inertia.
  • the inertia body is separated from the synchronizing mechanism by at least one clutch device.
  • the clutch is automatic, so that when the speed of the rotors (4) moved by the action of the wind is greater than that of the inertia body, the clutch device connects both mechanisms, while a disengagement must be produced when the speed of the rotors is smaller.
  • the structure formed by the upper and lower bases, as well as by the front protector (7) also includes adjustable lateral deflectors (10) that allow the air to be adequately channeled for greater use of its energy.
  • said deflectors have an additional function of rudder to properly orient the head against the wind.
  • the front protector (7) can be opened / closed at a certain angle, so as to allow a greater or lesser incidence of wind on the blades (8) of the rotors (6).
  • the opening is carried out by means of a worm (11) driven by an electric motor that separates the two lateral bodies that make up said protector, determining the degree of opening as a function of the wind speed, and consequently of the rotating speed of the rotors, detected by the corresponding sensor.
  • other means are also possible, for example by cables pulled by pulleys whose degree of traction is also synchronized by the speed of rotation of the rotors.
  • said cables can be driven by means of an electric motor.
  • Said opening is shown in figure 4, in which a greater degree of opening (less wind exposure and greater protection to the blades) is seen in a dashed line and in a solid line a lower opening degree (greater exposure to wind and less protection to the blades)

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Abstract

Comprende un poste (1) torre u otro soportede sustentación, una base inferior (2) que sustenta al menos un par de ejes (4, 5), al menos un rotor (6) dispuesto sobre cada uno de los ejes (4, 5), un mecanismo sincronizador del giro de los rotores (6), un protector frontal (7), solidarioa la base inferior (2),un medio de giro libre de la base inferior (2) respecto al poste (1), torre o soporte de sustentación, al menos un generador eléctrico u otro dispositivo de utilización de la energía mecánica movido por uno de los ejes (4, 5) de los rotores o por el mecanismo sincronizador, y un cuerpo de inercia movido por la energía proporcionada por los rotores.

Description

MOTOR DE VIENTO
La presente invención tiene por objeto un generador de energía eléctrica o mecánica a partir de uno o más conjuntos de molinos sincronizados accionados por la fuerza del viento.
Las crecientes necesidades de energía obligan a buscar nuevas fuentes y a optimizar las existentes. El viento tiene una serie de ventajas como son su enorme potencia y ningún coste, ya que viene proporcionado por la propia naturaleza.
Estado de la técnica
Desde los antiguos molinos de viento, se han descrito generadores eólicos o motores de viento de distintos tipos. El tipo más habitual es el que podemos observar en gran parte de nuestros paisajes consistente en un generador movido por un conjunto de palas cuyo eje es coaxial con la dirección del viento. Un ejemplo de tales generadores puede observarse en ES 1047473 U.
Otro tipo de generadores es aquel en el que se disponen un conjunto de superficies de incidencia giratorias respecto a un eje vertical, cuyo eje se dispone perpendicularmente a la dirección del viento. ES 1 028 882 U o ES 1 049 311 describen generadores de este tipo. ES 150837 describe un generador una o múltiples alturas en la que cada altura está provista de un generador de palas del tipo del descrito en ES 1 049 311. Similar solución puede encontrarse en ES 2 109 173, en la que se disponen un conjunto de elementos motrices sobre un eje único.
WO 2008/062093 Al describe un generador eólico doméstico en el que se disponen un conjunto de palas dispuestas a distintas alturas en espiral, provisto de una carcasa que orienta la incidencia del viento para su optimización.
US 2010/019251 describe también un generador con eje perpendicular a la dirección del viento, en el que se disponen unos conjuntos de palas a distintas alturas sobre un único eje en el que cada conjunto dichas palas está dispuestas con una separación angular respecto al conjunto de palas de otra de las alturas.
Otro tipo de generadores eólicos o motores de viento son aquellos que comprenden distintos cuerpos motores provistos de distintos ejes geométricos, en los que dichos ejes geométricos se encuentran sincronizados entre sí por medio de un mecanismo común. Un ejemplo de dichos generadores con cuerpos sincronizados puede verse en EP 0 050 891 Al, si bien en este caso se trata de generadores con eje coaxial al viento. ES 1 053 772 U describe un generador provisto de distintos cuerpos con eje vertical con un o más conjuntos de palas cada uno de ellos, que se encuentran sincronizados mediante un mecanismo de unión entre ellos. ES 2 049 568 describe un generador de un conjunto de tres cuerpos verticales que se encuentran sincronizados entre sí mediante un mecanismo de ruedas dentadas.
ES 259880 describe un dispositivo captador de energía eólica que comprende un cuerpo con entrada y salida de aire, dispuesto sobre un eje vertical de giro libre, con un dispositivo de orientación provisto de unos timones solidarios a la estructura y está provisto de engranajes o poleas de una transmisión que transmite el movimiento a un aparato receptor de dicha energía.
EP 0 064 440 describe un aerogenerador de eje vertical con un doble rotor y flujo canalizado, que comprende una pareja de rotores de eje vertical, sincronizados entre sí, envueltos parcialmente por una carcasa exterior, discurriendo el aire y moviendo los rotores por la parte exterior a dicha carcasa.
Descripción de la invención
La invención que se propone consiste en un motor de viento de múltiples rotores sincronizados entre sí que simplifican las soluciones proporcionadas por los antecedentes siendo su coste reducido y de fácil mantenimiento.
En particular, se describe un motor de viento que comprende:
• Un poste, torre u otro soporte de sustentación;
• Un cabezal motor provisto de dos o más rotores en al menos dos ejes verticales separados; dicho cabezal comprende en su extremo anterior una unión con el soporte de sustentación y es giratorio libremente respecto dicho soporte de sustentación; la posición del centro de masas y la aerodinámica del cabezal dispondrá siempre que dicho cabezal quede orientado contra el viento; dicho cabezal motor, comprende a su vez al menos:
o Un cuerpo inferior;
o Un cuerpo superior;
o Un protector frontal con forma esencialmente de "V"; y o Un dispositivo mecánico sincronizador del conjunto de rotores;
o Una salida mecánica, movida por uno de los ejes de los rotores o por medio de dispositivo mecánico sincronizador; esta salida mecánica puede mover un generador eléctrico o cualquier otro sistema mecánico;
el cuerpo inferior y el cuerpo superior conforman una estructura de soporte de los rotores y del protector frontal en "V"; la unión y fijación de dichos cuerpos inferior y superior puede realizarse por medio de dicho protector en "V", y por medio de los ejes de los rotores, o bien mediante soportes externos.
El motor de viento de la invención comprende además un cuerpo de inercia. El cuerpo de inercia puede formar parte del mecanismo sincronizador o estar vinculado a éste mediante un dispositivo de embrague.
Breve descripción de los dibujos
Con objeto de ¡lustrar la explicación que va a seguir, adjuntamos a la presente memoria descriptiva cuatro hojas de dibujos, en las que en cinco figuras se representa la esencia de la presente invención, y en las que:
La figura 1 muestra una vista esquemática en perspectiva de un primer ejemplo de realización del motor de viento de la invención, provisto de dos rotores sincronizados entre sí, dispuestos sobre una base o plataforma de sustentación provista del mecanismo de sincronización;
La figura 2 muestra una vista esquemática en perspectiva, semejante a la de la figura 1, pero en la que los rotores han sido cubiertos con una base superior, provista de un timón; La figura 3 muestra una vista semejante a la de la figura 1, pero en la que los rotores comprenden a distintas alturas juegos de palas en posiciones complementarias;
La figura 4 muestra una vista esquemática en planta del conjunto de rotores de la figura 1, así como un cuerpo escudo protector parcial del viento incidente en la zona central del conjunto de rotores; y
La figura 5 muestra una vista esquemática, semejante a la de la figura 4, pero en la que se muestran rotores con palas complementarias a distintas alturas, mostrándose en línea continua la de una primera altura y en línea de trazos la de una segunda altura.
Descripción detallada de los modos de realización de la invención
Se describe un motor de viento que está dispuesto sobre un poste (1), torre u otro soporte, que comprende una base inferior (2) que sustenta al menos un par de ejes (4, 5) de al menos un par de rotores (6) de palas (8) de eje vertical . Normalmente habrá además una base superior (3) que servirá de sujeción a los ejes (4, 5) de los rotores (6). Los ejes (4, 5) de los rotores (6) están vinculados a sendos mecanismos que están sincronizados entre sí. La base inferior (2) estará dispuesta de modo que pueda girar libremente sobre el poste (1). La base superior (3) comprende al menos un elemento orientador a modo de timón.
Según una realización preferente, el número de palas de cada conjunto en cada rotor es de tres.
Se dispone además un protector frontal (7). Los rotores reciben el viento en las palas (8) situadas exteriormente, no protegidas por dicho protector frontal (7); el protector frontal (7) tiene forma esencialmente triangular o de cuña, oponiendo así la mínima resistencia al viento. Las palas (8) de los rotores (6) situadas interiormente (en un área situada entre los ejes de los rotores), tienen un desplazamiento opuesto al sentido de del viento, y no reciben la incidencia de éste por efecto de la acción del protector frontal (7).
De preferencia, cada eje (4, 5) comprende más de un conjunto de palas (8) situadas a distinta altura y desplazadas un cierto ángulo de las de la altura adyacente. Con ello se facilita una mayor regularidad en la presión de empuje recibida por el conjunto de palas en ambos lados y a lo largo del tiempo. Cuando un conjunto de palas está recibiendo la acción del viento sobre una de dichas palas, la fuerza recibida por ésta depende del ángulo de incidencia del viento sobre la pala. Cuando está a 90° la acción es máxima. Sin embargo, cuando se produce un avance, la proyección del área de exposición al viento de la pala es menor, y está en cierta medida mermada por la pala siguiente que comienza a asomar (quedan ocultas y protegidas por el protector frontal (7) en la parte del ciclo en que el recorrido es inverso). Además, puesto que las palas (8) de cada pareja de rotores (6) están dispuestas alternativamente, de modo que en su movimiento de retorno en que recorren el mismo espacio dicho retorno lo realicen alternadamente, cuando la incidencia del viento en una pala es máxima, en la del rotor (6) con el que empareja dicha incidencia es mínima. Por lo tanto, es conveniente que a distinta altura se produzca la situación inversa, en la que uno de los rotores (6) de una de las alturas tenga una incidencia máxima del viento cuando el de otra altura la tiene mínima. Esto sincronizado con los rotores (6) del otro eje, produce equilibrio entre los dos ejes, evitando así tensiones innecesarias.
Como hemos indicado, entre los ejes existe un mecanismo de sincronización. Según una opción el mecanismo de sincronización consiste en una pareja de coronas dentadas (9) trabadas entre sí. No obstante el trabado y la sincronización puede realizarse a través de un mecanismo intermedio, mediante engrane directo, o mediante correas o cadenas de transmisión.
El aprovechamiento de la energía del movimiento tiene lugar mediante un generador eléctrico u otro dispositivo de utilización de la energía mecánica, que puede estar conectado a al menos uno de los ejes (4) de los rotores, o a un eje externo vinculado a al menos uno de dichos ejes (4). El conjunto mecánico comprende un cuerpo de inercia movido directa o indirectamente por los ejes (4) de los rotores (6), normalmente uno o más volantes de inercia. De preferencia el cuerpo de inercia está separado del mecanismo sincronizador por al menos un dispositivo de embrague. Preferentemente el embrague es automático, de modo que cuando la velocidad de los rotores (4) movidos por la acción del viento sea superior al del cuerpo de inercia, el dispositivo de embrague conecte ambos mecanismos, mientras que se debe producir un desembragado cuando la velocidad de los rotores sea menor. La estructura formada por las bases superior e inferior, así como por el protector frontal (7) comprende además unos deflectores laterales (10) orientables que permiten que el aire se canalice adecuadamente para un mayor aprovechamiento de su energía. Además, dichos deflectores tienen una función adicional de timón para orientar adecuadamente el cabezal frente al viento.
El protector frontal (7) puede abrirse/cerrarse un cierto ángulo, de modo que permita una mayor o menor incidencia del viento sobre las palas (8) de los rotores (6). Según una primera opción la apertura se realiza, mediante un tornillo sinfín (11) accionado mediante un motor eléctrico que separa los dos cuerpos laterales que conforman dicho protector, determinándose el grado de apertura en función de la velocidad del viento, y en consecuencia de la velocidad de giro de los rotores, detectada mediante el correspondiente sensor. No obstante, otros medios son también posibles, por ejemplo mediante cables tirados por poleas cuyo grado de tracción está también sincronizado por la velocidad de giro de los rotores. También en el caso de emplearse cables, dichos cables pueden estar accionados por medio de un motor eléctrico. Dicha apertura se representa en la figura 4, en la que en línea de trazos se aprecia un grado de abertura mayor (menor exposición al viento y mayor protección a las palas) y en línea sólida un grado de abertura menor (mayor exposición al viento y menor protección a las palas)

Claims

REIVINDICACIONES
Motor de viento, que comprende:
• Un poste (1) torre u otro soporte de sustentación;
• Una base inferior (2) que sustenta al menos un par de ejes (4, 5);
• Al menos un rotor (6) dispuesto sobre cada uno de los ejes (4, 5);
• Un mecanismo sincronizador del giro de los rotores (6);
• Un protector frontal (7), solidario a la base inferior (2);
• Un medio de giro libre de la base inferior (2) respecto al poste (1), torre o soporte de sustentación; y
• Al menos un generador eléctrico u otro dispositivo de utilización de la energía mecánica movido por uno de los ejes (4, 5) de los rotores o por el mecanismo sincronizador;
Caracterizado porque comprende además un cuerpo de inercia movido por la energía proporcionada por los rotores, y porque el protector frontal (7) comprende un mecanismo de apertura/cierre en función de la fuerza del viento y/o de velocidad de giro de los rotores (6).
2.- Motor de viento, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una base superior (3) que sujeta los ejes (4, 5) de los rotores (6) y el protector frontal (7).
3.- Motor de viento, según la reivindicación 2, caracterizado porque la base superior (3) comprende al menos un elemento orientador a modo de timón.
4.- Motor de viento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el protector frontal (7) presenta esencialmente forma triangular o de cuña.
5.- Motor de viento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada uno de los rotores comprende más de un juego de palas (8) dispuestos a distinta altura, y cuyas palas están desplazadas angularmente con respecto a las palas de la altura adyacente.
6.- Motor de viento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el mecanismo sincronizador del giro de los rotores (6) está formado por sendas coronas dentadas (9) dispuestas en los ejes, trabadas entre sí.
7.- Motor de viento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo de inercia está provisto de un dispositivo de embrague con respecto que lo separa del mecanismo sincronizador y/o de los ejes de los rotores.
8.- Motor de viento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además unos deflectores laterales (10) orientables.
9.- Motor de viento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de apertura/cierre del protector frontal (7) consiste en un tornillo sinfín accionado por un motor eléctrico.
10.- Motor de viento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de apertura/cierre del protector frontal (7) está constituido por un conjunto de cables de tracción accionados por medio de poleas cuyo grado de tracción está sincronizado con la velocidad de giro de los rotores (6).
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