Un sistema de rotor de turbina de flujo de fluido que comprende:

un buje (8) montado sobre un eje, una pluralidad de palas (108) de rotor, y un volante tensor, comprendiendo el volante tensor una estructura (3) de aros montada en el buje (8) con una pluralidad de radios (7), en el que la estructura (3) de aros comprende un aro (107) exterior y un aro (112) interior interconectados entre sí, y las palas (108) del rotor se extienden hacia fuera desde la estructura (3) de aros de manera que las palas (108) pueden inclinarse, caracterizado porque las palas (108) del rotor se extienden a través de los aros (107, 112) exterior e interior hacia dentro del área circundada por la estructura (3) de aros de manera tal que el control de la inclinación de las palas (108) del rotor se puede retener en el buje (8)

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la Invención

La invención se refiere a un sistema de rotor para una turbina de flujo de fluido que comprende un buje montado en un eje y una pluralidad de palas de rotor.

2. Técnica Anterior

En una típica turbina eólica de eje horizontal, está montada una góndola en una torre vertical alta. La góndola aloja mecanismos de transmisión de energía, equipamiento eléctrico y, en un extremo, soporta un sistema de rotor. Los sistemas de rotor de turbinas eólicas de eje horizontal incluyen normalmente una o más palas unidas a un buje del rotor sobre un eje. El flujo de viento hace girar el rotor que, a su vez, hace girar el eje en la góndola. El eje gira engranajes que transmiten par de torsión a generadores eléctricos. La góndola típicamente pivota alrededor de la torre vertical para captación del viento que fluye en cualquier dirección. El pivotado alrededor de este eje vertical en respuesta a cambios en la dirección del viento se conoce como guiñada o respuesta de guiñada y el eje vertical se denomina eje de guiñada. Cuando el viento sobrepasa las palas con velocidad suficiente, el sistema de rotor rota y la turbina eólica convierte la energía eólica en energía eléctrica a través de los generadores. Las salidas eléctricas de los generadores están conectadas a una red eléctrica.

Los sistemas de rotor convencionales tienden a moverse en respuesta a cambios en la dirección del viento durante la operación buscando una posición de guiñada correcta con respecto a una nueva dirección del viento, en vez de seguir dichos cambios de manera estable. Los cambios de la dirección del viento o ráfagas de viento hacen pivotar el sistema de rotor de turbinas eólicas típicas lejos de una posición de guiñada correcta y el sistema, seguidamente, busca una posición correcta con respecto a la dirección media del viento cuando el viento transitorio se disipa. Los movimientos de búsqueda inestables producen vibración indeseable y tensión en el sistema de rotor. Las palas y el buje del rotor se fatigan y finalmente el fallo de palas y buje del rotor donde las palas y el buje del rotor se encuentran está directamente relacionada con el número de movimientos de búsqueda y la velocidad a la que se realizan. Los cambios rápidos en guiñada incrementan espectacularmente las fuerzas que actúan contra la inercia rotatoria de la totalidad del sistema de rotor, ampliando los momentos de curvado en la raíz de las palas donde se encuentran y se unen al buje del rotor. La vibración y el esfuerzo producen fatiga en el buje del rotor y en la raíz de las palas decreciendo así la vida útil del equipo y reduciendo su fiabilidad.

Una forma hemisférica, es decir, que tiene la forma aproximadamente de media esfera definida por un círculo máximo, es la geometría ideal para un componente muy cargado tal como el buje de una turbina eólica o hidráulica. Por esta razón, los bujes hemisféricos son de uso común. Sin embargo, la forma hemisférica está menoscabada por la penetración de orificios espaciados regularmente para albergar cada una de las varias raíces de pala. Dado que estos orificios eliminan algo de la resistencia estructural del buje, el material restante del buje se hace más acentuadamente fatigado. El tamaño, peso y coste del buje están determinados por la relación de orificios de pala a diámetro hemisférico. Los momentos de doblado de la pala ladean la forma hemisférica, concentrando esfuerzo en el material restante entre los orificios de pala.

El documento US 4, 319,865 revela una turbina eólica con un aro interior y un aro exterior, estando el aro exterior acoplado por su periferia a un generador. La estructura del aro consta de varios segmentos, que incluye cada uno una pala, un álabe principal y un álabe auxiliar, en la que las palas están dispuestas firmemente entre el aro interior y el aro exterior.

El documento WO 03/076803 A 1 revela una turbina eólica con un gran número de palas principales. El buje normal está sustituido por una pista de rotación relativamente amplia y cerrada en la que las palas están unidas girablemente, extendiéndose hacia fuera y estando conectadas a un aro exterior. Las palas auxiliares están unidas a una pista de rotación, que se extiende hacia dentro y está conectada a un aro circular interior. Además, la turbina comprende varias palas auxiliares que se extienden hacia fuera desde el aro exterior y están conectadas a un aro exterior, es decir, la turbina eólico comprende tres secciones de palas entre el centro y el aro exterior.

Cuando se incrementa el tamaño del rotor de la turbina eólica al orden de magnitud de multimegavatios, la longitud de la pala impone exigencias estructurales sobre el extremo de la raíz de la pala que añaden peso que, a su vez, impone exigencias estructurales aún mayores que, en el extremo, limitan las posibilidades de incrementar el dimensionamineto de la pala. Sin embargo, los diseños de turbinas eólicas conocidos de técnica anterior no son adecuados para incrementar el dimensionamiento de las palas del rotor y, por consiguiente, es deseable limitar la longitud de la pala hasta materiales y diseños que proporcionen márgenes estructurales correctos pero que incrementen el diámetro del rotor, para obtener un área de barrido del rotor mayor que dé lugar a una captación de energía eólica mayor.

Es también deseable establecer una geometría del buje del rotor que tenga una

estructura sólida incrementando al mismo tiempo el área de barrido del rotor.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con los principios de esta invención, un sistema de rotor de una turbina de flujo de fluido comprende un buje montado sobre un eje, una pluralidad de palas de rotor, y un volante tensor, comprendiendo el volante tensor una estructura de aros montada en el buje con una pluralidad de radios, en el que la estructura de aros comprende un aro exterior y un aro interior interconectados entre sí.

Las palas del rotor se extienden hacia fuera desde la estructura de aros del volante tensor, están unidas a la estructura de aros pudiendo inclinarse y se extienden a través de los aros exterior e interior en el área circundada por la estructura de aros de manera tal que el control de la inclinación de las palas del rotor se puede retener en el buje.

En una realización preferente, las palas del rotor están montadas en el buje y comprenden una sección interior entre el buje y la estructura de aros y una sección exterior fuera de la estructura de aros. Preferiblemente, no solamente la sección exterior comprende palas, sino que también la sección interior comprende superficies aerodinámicas, tales como palas o velas, para captar energía eólica en el área circundada por la estructura de aros. En una realización preferente, también los radios comprenden superficies aerodinámicas, tales como palas o velas, para captar más energía eólica.

La invención tiene la ventaja de limitar la longitud de las palas a materiales y diseños que presentan márgenes estructurales apropiados aunque incrementan el área de barrido del rotor (diámetro del rotor) sustituyendo el diseño del buje convencional por una disposición del buje de volante tensor con palas unidas al aro del volante tensor.

Aunque el incremento del área de barrido se realiza con palas que cumplen las exigencias estructurales, lo hace al coste de no captar energía eólica en el área del rotor circundada por el buje del volante tensor. Sin embargo, la energía perdida se puede captar aplicando superficies aerodinámicas tales como palas o velas, a los radios del volante tensor o palas que comprenden una sección de pala exterior unida al aro del volante tensor y una sección de pala interior entre el aro y el buje.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista frontal de un sistema de rotor y torre de horquilla superior; La figura 2 es una vista lateral del sistema de rotor mostrado en la figura 1 con unidades

motrices gemelas; La figura 3 es una vista lateral del sistema de rotor mostrado en la figura 1 con una sola unidad motriz; La figura 4 es una vista en sección transversal del buje del volante y pala montada sobre el aro del volante; La figura 5 es una vista en sección parcial del buje del volante con velas o palas montadas sobre los radios del volante; La figura 6 es una ilustración, en primer plano, de la red de captación de energía realizada extendiendo el área barrida por el rotor usando un buje de volante...

1. Un sistema de rotor de turbina de flujo de fluido que comprende:

un buje (8) montado sobre un eje, una pluralidad de palas (108) de rotor, y un volante tensor, comprendiendo el volante tensor una estructura (3) de aros montada en el buje (8) con una pluralidad de radios (7), en el que la estructura (3) de aros comprende un aro

(107) exterior y un aro (112) interior interconectados entre sí, y las palas (108) del rotor se extienden hacia fuera desde la estructura (3) de aros de manera que las palas (108) pueden inclinarse, caracterizado porque las palas (108) del rotor se extienden a través de los aros (107, 112) exterior e interior hacia dentro del área circundada por la estructura (3) de aros de manera tal que el control de la inclinación de las palas (108) del rotor se puede retener en el buje (8).

2. El sistema de rotor de la reivindicación 1, caracterizado porque los radios (7) comprenden superficies aerodinámicas, tales como palas o velas, para captar la energía eólica en el área circundada por la estructura (3) de anillos.

3. El sistema de rotor de la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las palas (108) del rotor comprenden una sección (4) interior entre el buje (8) y la estructura (3) de aros, y una sección (5) exterior que se extiende hacia fuera desde la estructura (3) de aros.

4. El sistema de rotor de la reivindicación 3, en el que las secciones interiores de las palas de rotor comprenden superficies aerodinámicas.

5. El sistema de rotor de cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizado porque la estructura (3) de aros comprende un aro (107) exterior y un aro (112) interior interconectados entre sí, en el que las palas (108) del rotor están montadas en el aro (107) exterior y los radios están unidos al aro (112) interior.

6. El sistema de rotor de cualquiera de las reivindicaciones 1–5, caracterizado porque las palas (108) operan con un control de la inclinación de las palas independiente.