CONFIGURACIÓN DE PALA DE ROTOR PARA UNA TURBINA DE WELLS.

La invención se refiere a una configuración de pala de rotor para una turbina de Wells, particularmente para el uso en una central movida por las olas del mar. Las turbinas de Wells son conocidas - para esto se hace referencia de forma ilustrativa al documento GB 1574379 A. Las turbinas de este tipo están diseñadas para una afluencia bidireccional esencialmente axial, manteniendo el rotor de una turbina de Wells la dirección de giro independientemente de la dirección de la afluencia. En la mayoría de las ocasiones, el rotor comprende un núcleo de rodete con palas de rotor distribuidas sobre la periferia externa, orientadas radialmente hacia el exterior. A este respecto, las palas del rotor están configuradas simétricamente con respecto al plano de rotación, usándose como perfiles generalmente perfiles de superficie de sustentación con forma de gota. Además, las palas del rotor habitualmente se articulan de manera rígida. Sin embargo, también se conocen configuraciones con palas de rotor que se pueden graduar en el ángulo, encontrándose para este caso el plano de simetría que se ha mencionado anteriormente de las palas del rotor para la posición cero en el plano de rotación. Además, el documento US 5191225A, que se considera el estado de la técnica más próximo, desvela una central movida por las olas del mar en la que una turbina de Wells de dos etapas está alojada en un canal de flujo y se acciona mediante un flujo de aire bidireccional. En una central movida por las olas del mar de este tipo de construcción se obtiene energía de una columna de agua oscilante. Para esto está prevista una cámara de olas que presenta una abertura de flujo de entrada que se encuentra por debajo del nivel del agua. Si una ola rompe contra la pared externa de la cámara de olas, se produce una corriente de entrada de agua marina al interior de la cámara, por lo que se eleva el nivel del agua en la cámara. De forma correspondiente, con una ola saliente disminuirá el nivel de agua, de tal manera que se obtiene un movimiento de oscilación de la columna de agua en la cámara de olas que se corresponde aproximadamente con la frecuencia de las olas. Por encima del nivel del agua está incluida en la cámara de olas una masa de aire que está en contacto con la atmósfera del entorno mediante un canal de ventilación limitado. De forma correspondiente al movimiento de oscilación del cuerpo de agua en la cámara de olas, la masa de aire que se encuentra por encima estará sometida a una variación de presión, de tal manera que para la compensación de la presión en el canal de ventilación se produce un flujo de aire bidireccional que cambia constantemente de alta velocidad, que se puede usar para la obtención de energía eléctrica. Un recorrido de perfil posible para las palas de rotor de una turbina de Wells se da por la serie de cuatro dígitos NACA. De este modo, el perfil NACA 0012 describe un contorno de perfil con un grosor del 12% con respecto a la longitud de cuerda. A este respecto, la cuerda de perfil y, por tanto, la línea de simetría del perfil, tiene un recorrido paralelo con respecto al plano de rotación de la turbina. Durante el funcionamiento de la turbina de Wells hay un ángulo de afluencia eficaz contra el perfil de las respectivas palas de la turbina, que se obtiene mediante la adición vectorial de la velocidad de giro y de la velocidad de afluencia del flujo de aire de accionamiento. Típicamente, los ángulos de afluencia son pequeños, de tal manera que el perfil simétrico actúa en el sentido de un ala de sustentación y las fuerzas que actúan en el centro aerodinámico presentan un subcomponente en dirección tangencial con respecto al núcleo del rodete de la turbina de Wells que sirve para la propulsión. Las otras fuerzas aerodinámicas perpendiculares con respecto a esta dirección tangencial se tienen que recoger mediante los cojinetes de la turbina. Para turbinas de Wells se obtiene, además de la problemática de una alta emisión de ruidos y el mal comportamiento de arranque, la dificultad de que con ángulo de afluencia creciente, típicamente a partir de 13º, en las palas de la turbina puede producirse un desprendimiento del flujo. Un ángulo de afluencia tan grande puede aparecer para grandes coeficientes de paso cuando debido a una corriente de aire que varía mucho existe un rápido aumento de la velocidad de afluencia y el aumento de la velocidad de giro de la turbina de Wells no se realiza lo suficientemente rápido o cuando la misma ya marcha con su número de revoluciones nominal. La invención se basa en el objetivo de configurar una turbina de Wells de tal forma que se amplíe el intervalo de trabajo y un desprendimiento del flujo en las palas del rotor esté desplazado hacia mayores coeficientes de paso. Además, la turbina de Wells se debe caracterizar por una sencillez constructiva y en cuanto a la técnica de fabricación y un alto grado de eficacia. La invención se resuelve mediante las características de la reivindicación independiente. Se obtienen configuraciones ventajosas a partir de las reivindicaciones dependientes. Los inventores han observado que una geometría de pala de rotor para la que la línea de enfilación de los cortes de perfil está curvada en el plano de rotación con respecto a la dirección radial retrasa un desprendimiento del flujo en el caso de altos coeficientes de paso y, por tanto, amplía la zona operacional de la turbina de Wells. Esto se aplica esencialmente a configuraciones con una línea de enfilación que va por delante con respecto al rayo radial al menos en subzonas en dirección de giro. Para una configuración de una geometría de pala de rotor curvada con un seguimiento con respecto al rayo radial, para una zona operacional para la que hay un desprendimiento del flujo solamente de forma local en la zona 2 E09708604 02-11-2011   próxima al núcleo del rodete y no sobre una parte esencial de la extensión radial de la pala del rotor, se puede aumentar el grado de eficacia total. Esta circunstancia se deduce de una concentración de flujo debida a la geometría de la pala del rotor junto con un aumento de la velocidad de la afluencia en las zonas radialmente externas de la pala del rotor. Debido al brazo de palanca más largo de las zonas externas de la pala del rotor se obtiene una potencia en total mayor del flujo. Por lo demás, con la geometría de la pala de rotor de acuerdo con la invención, particularmente con la selección de una línea de enfilación curvada al menos en subsecciones, se diminuyen las pérdidas que se generan debido a efectos acústicos en palas de rotor convencionales. Para una primera variante de configuración de acuerdo con la invención de las palas del rotor existe al menos en subzonas de la extensión longitudinal de la línea de enfilación una curvatura con respecto al rayo radial. A este respecto se prefiere una desviación angular con respecto al rayo radial de al menos 5º. Para una configuración alternativa, el recorrido de la línea de enfilación de una pala de rotor está curvado de tal forma que se produce una geometría de pala con forma de hoz. Para este caso se prefiere para la desviación mínima de una línea de enfilación con forma de hoz del rayo radial un avance o seguimiento de la punta de la pala del rotor de al menos 5º con respecto al rayo radial. En el presente documento se entiende por la expresión "rayo radial" una recta que se encuentra en el plano de la rotación de la turbina de Wells y que partiendo del eje de giro de la turbina de Wells tiene un recorrido radial a través del pie de la pala de rotor asignada. El pie se fija como corte de la línea de enfilación con la estructura de sustentación, habitualmente el núcleo de rodete de la turbina de Wells. A este respecto, la expresión de una línea de enfilación en el presente documento está definida de tal manera que la misma se genera mediante la línea de unión de puntos característicos de los cortes de perfil. Esto puede ser, por ejemplo, la intersección de la línea media con la línea central de un corte de perfil o un punto sobre la línea media para una profundidad de perfil predefinida, por ejemplo, a un cuarto de la profundidad de perfil. En el caso que se ha mencionado en último lugar, el punto característico es el punto de ataque de las fuerzas aerodinámicas para el respectivo corte de perfil. Independientemente de la selección tomada en el caso individual para la fijación de la línea de enfilación, para una geometría de pala de rotor de acuerdo con la invención se debe cumplir que debido a la curvatura exista una desviación con respecto al recorrido del rayo radial en el plano de rotación. Una ventaja adicional que se obtiene aparte de la estabilización del flujo para una geometría de pala de rotor de acuerdo con la invención se tiene que ver en la emisión de ruidos disminuida.... [Seguir leyendo]

1.1 un rotor con afluencia esencialmente axial, bidireccional, que mantiene la dirección de giro independientemente de la dirección de la afluencia; 1.2 comprendiendo el rotor un núcleo de rodete (2) con palas de rotor (3, 3.1, 3.2, 3.3) dispuestas de forma distribuida sobre la periferia externa y orientadas radialmente hacia el exterior, que están configuradas de forma simétrica con respecto a un plano de rotación que se encuentra perpendicular con respecto al eje de giro (4) del núcleo del rodete (2) y que presentan un perfil con forma de gota; caracterizada porque 1.3 las palas del rotor (1) presentan una línea de enfilación (6, 6.1, 6.2, 6.3), cuyo recorrido en el plano de rotación se desvía con respecto a un rayo radial (5, 5.1, 5.2, 5.3) asignado a la respectiva pala del rotor al menos en partes de la extensión radial de la pala de rotor (1), comprendiendo la línea de enfilación (6, 6.1, 6.2, 6.3) al menos una zona curvada. 2. Turbina de Wells de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la posición anterior o posterior de la línea de enfilación (6, 6.1, 6.2, 6.3) en la punta de la pala del rotor con respecto al rayo radial (5, 5.1, 5.2, 5.3) asciende al menos a 5º. 3. Turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque la línea de enfilación (6) sobre al menos un tercio de su recorrido no es coincidente con el rayo radial (5). 4. Turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la línea de enfilación (6) en la zona radialmente externa de la pala del rotor (3) se retorna al rayo radial (5, 5.1, 5.2, 5.3) y corta el mismo en la extensión radialmente más externa de la pala de rotor (3). 5. Turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la pala del rotor (3) comprende un canto posterior (11) inclinado y/o curvado al menos en subzonas con respecto a una paralela con respecto al rayo radial (5, 5.1, 5.2, 5.3). 6. Turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la línea de enfilación (6) está fijada por los puntos que se encuentran para cortes de perfil cilíndricos sobre la línea media a un cuarto de la profundidad de perfil. 7. Turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos en subzonas sobre la superficie de al menos una pala del rotor (3, 3.1, 3.2, 3.3) hay irregularidades que influyen en el flujo de la capa límite. 8. Central movida por las olas del mar, caracterizada porque la central movida por las olas del mar comprende al menos una turbina de Wells de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7. 9. Central movida por las olas del mar de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque en la zona de avance o seguimiento con respecto a la turbina de Wells hay obstáculos al flujo fijos. 10. Central movida por las olas del mar de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizada porque las palas del rotor (3, 3.1, 3.2, 3.3) de la turbina de Wells limitan en dirección radial con la pared (13) de un canal de flujo. 7 E09708604 02-11-2011   8 E09708604 02-11-2011   9 E09708604 02-11-2011   E09708604 02-11-2011   11 E09708604 02-11-2011   12 E09708604 02-11-2011   13 E09708604 02-11-2011   14 E09708604 02-11-2011