TURBINA EOLICA.

Un rotor (20) para una turbina eólica (10,110) que comprende una pluralidad de palas radiales (30,

130) y un difusor con forma de anillo (21,121) que conecta las puntas externas (31) de las palas; caracterizado por que las palas (30,130) están inclinadas a un ángulo respecto a un plano transversal del rotor, perpendicular al eje de rotación del rotor, siendo el ángulo de inclinación de cada pala mayor en una parte intermedia de la pala que en la punta externa (31) de la pala; y en el que el difusor (21,121) es un difusor aerodinámico y está conformado de tal forma que inhibe el flujo de aire parcialmente axial y parcialmente radial de las palas, haciéndose circunferencial dicho flujo de aire cuando entra en contacto con el difusor aerodinámico (21,121), reduciendo de esta manera las emisiones acústicas

La invención se refiere a turbinas eólicas y, más particularmente, a un rotor para una turbina eólica y a una turbina eólica que comprende un rotor de este tipo, como se reivindica en los preámbulos de las Reivindicaciones 1 y 9, respectivamente. Un rotor y una turbina eólica de este tipo se conocen, por 5 ejemplo, a partir del documento GB-4-213022. En particular, la invención se refiere a una turbina eólica para montar sobre un tejado y para su uso con un sistema de calefacción (ya sea doméstico o comercial), un sistema de almacenamiento de energía, un sistema de almacenamiento eléctrico o con una red de electricidad local o nacional.

El gobierno de RU, según el acuerdo de Kyoto, estableció una obligación de disminuir las 10 emisiones de CO2 un 10% en 2010 y el ejecutivo escocés ha establecido objetivos ambientales incluso más severos. Por consiguiente, se ha hecho énfasis recientemente en las fuentes de energía renovable. Los análisis de demandas de energía muestran que el 47% de la demanda de energía anual de RU es de edificios, que contribuye el 40% de las emisiones de CO2 de RU. La tecnología de la presente invención proporcionará beneficios económicos sustanciales a más del 33% de los edificios y podría reducir las 15 emisiones de CO2 de RU tanto como un 13%.

Las turbinas existentes, de un tamaño adecuado para montar sobre un tejado, para proporcionar energía, están diseñadas sólo para un flujo de aire moderado y oscilarán violentamente con el flujo de aire comprimido y turbulento que se da sobre y alrededor de los edificios, creando ruido y generación ineficaz. 20

Se sabe cómo proporcionar molinos de viento, anemómetros y turbinas que contienen anillos unidos a sus palas del rotor, con el fin de aumentar la eficacia o mejorar la integridad estructural. Por ejemplo, cada uno de los documentos US1.467.227 (Capell), US104.918 (St. Clair) y DE9218214U describe rotores que muestran una disposición de este tipo. De forma similar, el documento GB213.022 (Nightingale) describe un rotor del molino de viento que tiene sus palas conectadas a un anillo anular, a 25 fin de aumentar la eficacia de las palas. Ninguno de estos documentos de la técnica anterior aborda el problema de las emisiones acústicas no deseadas.

Un objeto de la presente invención es superar uno o más de los problemas mencionados anteriormente.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención se proporciona un rotor para una turbina eólica 30 que comprende una pluralidad de palas radiales y un difusor con forma de anillo que conecta las puntas externas de las palas; caracterizado por que las palas están inclinadas a un ángulo respecto a un plano transversal del rotor, perpendicular al eje de rotación del rotor, siendo el ángulo de inclinación de cada pala mayor en una parte intermedia de la pala que en la punta externa de la pala; y en el que el difusor es un difusor aerodinámico y está conformado de tal forma que inhibe el flujo de aire parcialmente axial y 35 parcialmente radial de las palas, haciéndose dicho flujo de aire circunferencial cuando entra en contacto con el difusor aerodinámico, reduciendo de esta forma las emisiones acústicas.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención se proporciona una turbina eólica que comprende un rotor de acuerdo con el primer aspecto.

Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora con referencia a los dibujos, en los que:

Las Figuras 1A y 1B muestran vistas esquemáticas de dos realizaciones de la turbina eólica de 5 acuerdo con la presente invención;

Las Figuras 2A y 2B muestran vistas superiores de dos realizaciones del rotor y el dispositivo de plegamiento de la turbina eólica, de acuerdo con las Figuras 1A y 1B, respectivamente;

La Figura 3 muestra en detalle una realización de un brazo del dispositivo de plegamiento de acuerdo con la presente invención; 10

La Figura 4 muestra la conexión del brazo de acuerdo con la Figura 3 a través de la góndola;

Las Figuras 5A y 5B muestran la conexión de la punta del brazo a la aleta de cola;

La Figura 6 muestra una vista en sección transversal del medio de montaje para la turbina eólica de acuerdo con la presente invención, en la que se proporciona el interior con un núcleo de amortiguación de la vibración; y 15

Las Figuras 7 y 8 muestran una vista transversal del medio de montaje de acuerdo con la Figura 6 como realizaciones alternativas para el núcleo de amortiguación de la vibración.

En las Figuras 1A y 1B se muestran realizaciones posibles de la turbina eólica 10,110 de acuerdo con la presente invención. La turbina eólica 10,110 comprende un rotor 20,120 que tiene un núcleo 25,125 y palas radiales 30,130 que se extienden desde el núcleo 25,125 hacia la punta externa 31 de las 20 palas 30,130. El rotor comprende un perfil aerodinámico radial 21,121, unido a y que rodea las palas del rotor 30,130. El rotor 20,120, por medio del núcleo 25,125 se fija rotacionalmente a una góndola 41,141. El rotor 20,120 es capaz de rotar alrededor del eje de rotación 26. La góndola 41,141 se monta rotacionalmente sobre la parte superior del medio de montaje 40. El medio de montaje 40 permite que la turbina eólica 10,110 se fije sobre un soporte (no mostrado). La góndola 41,141, además, está provista de 25 un mecanismo de plegamiento 50,150. El mecanismo de plegamiento 50,150 comprende un primer brazo 51,151 y un segundo brazo 52,152. Los brazos 51,151; 52,152 y sus extremos respectivos están provistos de aletas de cola 53,153; 54,154.

El mecanismo de plegamiento 50,150 tiene dos funciones. La primera función es mantener el eje de rotación 26 del rotor 20,120 básicamente paralelo a la dirección momentánea del flujo de aire. En la 30 Figura 1 el flujo de aire se indica esquemáticamente por medio de flechas15. La segunda función del dispositivo de plegamiento 50,150 es hacer rotar el rotor 20,120, desviándolo del viento cuando la velocidad del viento excede los requisitos de potencia de salida de la turbina eólica o pone en peligro la integridad del sistema, para proteger la turbina eólica 10,110 contra cargas inaceptablemente altas. La construcción y el funcionamiento del mecanismo de plegamiento se aclarará más adelante, con referencia 35 a las Figuras 2A, 2B, 3, 4, 5A y 5B.

Se entiende que aunque la descripción restante se refiere a la realización de la Figura 1A, la

descripción se aplica igualmente a la realización de la Figura 1B.

Como se muestra en la Figura 1, el perfil aerodinámico radial 21 se une a y rodea las palas de la turbina 30. El perfil aerodinámico radial 21 creará un efecto Venturi leve cerca de las puntas de la pala, donde el aumento resultante en la velocidad del aire tiene el mayor efecto sobre la potencia de salida de la turbina. Esto aumenta la eficacia global de la turbina 10, que compensa por el aumento leve en el peso y 5 la resistencia aerodinámica causada por la adición del perfil aerodinámico 21. El perfil aerodinámico creará también un flujo más laminar a lo largo de las palas del rotor. Esto es importante ya que el flujo de aire sobre un tejado es típicamente turbulento. Una ventaja adicional es el hecho de que la presencia del perfil aerodinámico radial 21 aumentará la resistencia mecánica del rotor 20, permitiendo una sección del perfil aerodinámico más eficaz a cada pala 30. Una ventaja adicional es el hecho de que la presencia del 10 perfil aerodinámico radial 21 da como resultado una reducción en las emisiones acústicas (ruido) de las palas del rotor de la turbina 30 que están rotando, debido al hecho de que se elimina o reduce el ruido, incluyendo la turbulencia de vórtice aerodinámico. La presencia del perfil aerodinámico radial 21 ayuda también a reducir el efecto del flujo de aire turbulento a través del plano del rotor y, de este modo, asiste también en la reducción de las emisiones acústicas. 15

En la Figura 1 se puede ver que el diseño de la pala 30 es tal que las puntas externas 31 de la pala 30 son básicamente perpendiculares al eje de rotación 26.

Las puntas externas 31 de la pala se conectan cerca del borde delantero 22 del perfil aerodinámico 21. Puede variarse el número de palas 30. El perfil aerodinámico 21 puede situarse para extenderse en una orientación aguas arriba o aguas abajo con respecto a las palas 30. 20

En la Figura 2 se muestra una vista superior del rotor 20 y el dispositivo de plegamiento 50 de la turbina...

1. Un rotor (20) para una turbina eólica (10,110) que comprende una pluralidad de palas radiales (30,130) y un difusor con forma de anillo (21,121) que conecta las puntas externas (31) de las palas; caracterizado por que las palas (30,130) están inclinadas a un ángulo respecto a un plano transversal del 5 rotor, perpendicular al eje de rotación del rotor, siendo el ángulo de inclinación de cada pala mayor en una parte intermedia de la pala que en la punta externa (31) de la pala; y en el que el difusor (21,121) es un difusor aerodinámico y está conformado de tal forma que inhibe el flujo de aire parcialmente axial y parcialmente radial de las palas, haciéndose circunferencial dicho flujo de aire cuando entra en contacto con el difusor aerodinámico (21,121), reduciendo de esta manera las emisiones acústicas. 10

2. Un rotor (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el difusor aerodinámico se extiende aguas abajo desde las puntas externas (31) de la palas (30,130).

3. Un rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la puntas 15 externas (31) de las palas (30,130) están conectadas al difusor (21,121) en o cerca al borde delantero del difusor.

4. Un rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el difusor aerodinámico (21,121) se estrecha hacia el exterior desde las puntas externas (31) de las palas (30,130) 20 para formar un difusor sustancialmente tronco-cónico, estando el eje de rotación del difusor tronco-cónico sustancialmente alineado con el eje de rotación (26) de las palas (30,130).

5. Un rotor (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una parte del difusor aerodinámico (21,121) se extiende aguas arriba desde las puntas externas (31) de las palas (30,130). 25

6. Un rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el difusor aerodinámico (21,121) se estrecha radialmente hacia fuera a medida que se extiende del extremo aguas arriba al extremo aguas abajo.

30

7. Un rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el difusor aerodinámico (21,121) está adaptado para inhibir el flujo de aire parcialmente axial y parcialmente radial de las puntas externas (31) de las palas (30,130) y desviar dicho flujo de aire a un flujo de aire sustancialmente circunferencial durante el funcionamiento normal.

35

8. Un rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las palas (30,130) son sustancialmente paralelas al plano transversal del rotor en la punta externa (31) de las palas

(30,130).

9. Una turbina eólica (10,110) que comprende un rotor (20) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además una góndola (41,141) y un medio de montaje (40) adaptado para permitir la rotación de la turbina (10,110) y del rotor (20) alrededor de un eje direccional (42) perpendicular al eje de 5 rotación (26), permitiendo de esta manera que la turbina (10, 110) se oriente en la dirección óptima, dependiendo de las condiciones de viento (15).

10. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además un medio de plegamiento (50,150) adaptado para hacer rotar el rotor (20) alrededor del eje direccional (42), de tal 10 forma que el eje de rotación (26) no sea paralelo a la dirección del flujo de aire (15) cuando la velocidad del flujo de aire es mayor que una velocidad del flujo de aire predeterminada.

11. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 10, en la que los medios de plegamiento (50,150) comprenden un medio de plegamiento no lineal, adaptado para no proporcionar 15 plegamiento sobre un primer intervalo inferior de velocidad del flujo de aire y un grado variable de plegamiento sobre un segundo intervalo mayor de velocidad del flujo de aire.

12. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 10 y 11, en la que el medio de plegamiento (50,150) comprende al menos dos aletas de cola (53,153; 54,154) que se extienden aguas 20 abajo del difusor (21,121).

13. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 12, en la que las dos aletas de cola (53,153; 54,154) se proporcionan diametralmente opuestas entre sí.

25

14. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, en la que una de las aletas de cola (53,153; 54,154) es una aleta de cola que puede moverse mediante una bisagra (70), montada para la rotación alrededor de una línea de bisagra tangencial.

15. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 14, en la que la aleta de cola móvil 30 (53,153; 54,154) puede montarse sobre un brazo de montaje (51,151; 52,152) y la línea de bisagra puede proporcionarse: (i) en el punto de conexión del brazo de montaje y la góndola (41,141), de tal forma que el brazo de montaje también rote; (ii) en la conexión entre el brazo de montaje y la aleta de cola móvil a fin de que sólo rote la aleta de cola móvil; o (iii) en cualquier punto a lo largo de la longitud del brazo de montaje. 35

16. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 14 ó 15, en la que la aleta de cola

(53,153; 54,154) rota alrededor de un eje horizontal con vientos fuertes, lo que da como resultado una aleta que se pliega alrededor de un eje horizontal.

17. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 14 a 16, en la que la aleta de cola móvil (54,154) está desviada rotacionalmente por el medio de desviación (170) a una posición en reposo 5 en la que el borde delantero de la aleta de cola móvil está más cerca del eje de rotación (26) del rotor que el borde trasero de la aleta de cola móvil, de manera que la aleta de cola móvil está desviada en un ángulo de ataque en reposo respecto al eje de rotación (26) del rotor (20).

18. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 17, en la que el medio de desviación (170) no 10 es lineal.

19. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, en la que el medio de desviación (170) está adaptado para mantener la aleta de cola (54,154) en la posición de reposo hasta que la velocidad del flujo de aire alcance una velocidad predeterminada y está adaptada adicionalmente de 15 forma que a medida que la velocidad del flujo de aire aumenta más allá de la velocidad predeterminada, la aleta móvil (54,154) rota y el ángulo de ataque disminuye, dando como resultado una carga aerodinámica desequilibrada sobre la turbina eólica (10,110), de tal forma que la turbina eólica rota alrededor de su eje de montaje (42) a una posición plegada.

20

20. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 9 a 19 que comprende medios (90,94,95) para reducir las vibraciones operativas provocadas por resonancia armónica dentro de la turbina, la torre y la estructura de montaje (40).

21. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 20, en la que la turbina eólica está 25 provista de un sistema de amortiguación de góndola, adaptado para aislar, al menos parcialmente, las vibraciones en el generador y la turbina de la torre.

22. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 20 ó 21, en la que la turbina eólica está provista de soportes de montaje para montar la turbina sobre una superficie, teniendo los soportes 30 una construcción de estructura laminar de materiales viscoelásticos y materiales estructurales.

23. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 20 a 22, en la que el medio de montaje (40) es tubular.

35

24. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 22, en la que la torre contiene uno o más núcleos (90) de material flexible, tal como goma, con secciones (93) con un diámetro reducido, que

no están en contacto con la superficie radial interna de la torre, de tal forma que las secciones de diámetro reducido (93) se alternan con secciones de tamaño normal, que están en contacto con la superficie interna de la torre, sirviendo de este modo para absorber vibraciones en la torre a través de la energía disipada en el núcleo flexible antes de que alcancen los soportes de montaje.

5

25. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 24, en la que el núcleo de goma (90) está adaptado para controlar la frecuencia resonante del sistema junto con la frecuencia de accionamiento de la turbina mediante la absorción de un intervalo de frecuencias de vibración.

26. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con la reivindicación 25, en la que la forma de la sección 10 transversal y la longitud de cada una de las secciones de diámetro reducido (93) se altera "afinando" de este modo el sistema para retirar un intervalo de frecuencias de vibración de la estructura de montaje (40).

27. Una turbina eólica (10,110) de acuerdo con las reivindicaciones 20 a 26, en la que los soportes de montaje de estructura laminar satisfacen el diseño del núcleo del medio de montaje y suprimen las 15 vibraciones que proceden de la góndola (41,141).

28. Una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 27, en la que la góndola soporta el generador a través de cojinetes, diseñados para eliminar las frecuencias de vibración.