Turbina de viento de eje vertical (14) con un eje de rotación vertical (15),

que comprende: por lo menos un segmento de pala del rotor (6), que presenta por lo menos dos escudos de circulación (22) que son retráctiles y extensibles, estando apoyado el segmento de pala del rotor (6) con posibilidad de giro alrededor del eje de rotación (15) vertical; por lo menos un dispositivo de control (1), con el fin de controlar los escudos de circulación (22), comprendiendo el dispositivo de control (1): un elemento de resorte (3) y un elemento de masa (5), caracterizado porque el elemento de masa (5) está previsto sobre un primer componente parcial (12), estando apoyado el primer componente parcial (12) con posibilidad de giro alrededor de un eje de rotación (19); estando previstos por lo menos dos puntos de conexión (A, B) sobre el primer componente parcial (12), en los cuales engarza, en cada caso, un elemento de conexión (18), el cual conecta el dispositivo de control (1) en cada caso con un escudo de circulación (22) de la turbina de viento de eje vertical (14); estando dispuestos los puntos de conexión (A, B) de tal manera sobre el primer componente parcial (12) que, con respecto al eje de rotación (19), esencialmente están opuestos entre sí y, a través de los elementos de conexión (18), durante un movimiento de pivotamiento del componente parcial (12), condicionado por el engarce de una fuerza centrífuga en el elemento de masa (5), controlan los escudos de circulación (22) opuestos entre sí

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere una turbina de viento de eje vertical con dispositivo de control y al procedimiento de control correspondiente para el frenado aerodinámico. 5

ESTADO DE LA TÉCNICA

En el marco del desarrollo del aprovechamiento de la energía eólica, que progresa cada vez más rápidamente, una aspiración general, es estructurar las instalaciones eólicas o los sistemas eólicos de una manera cada vez más eficiente. De todos modos, el control de los sistemas eólicos es un gran problema, no importando si están construidos como turbina de viento 14 de ejes verticales (VAWT) o como turbina de viento de ejes horizontales 10 (HAWT).

Sobre todo para velocidades elevadas de viento la velocidad de rotación del rotor debe ser limitada, con el fin de impedir daños o la destrucción de los sistemas eólicos a causa de una energía eólica excesiva. Además, debe ser posible desconectar sistemas eólicos para llevar a cabo trabajos de mantenimiento y reparación, también cuando al mismo tiempo actúe energía eólica sobre los sistemas eólicos. Por ello, es importante que cada 15 sistema eólico contenga un dispositivo de frenado. Los frenos convencionales como, por ejemplo los frenos de disco o de tambor no son, de todos modos, adecuados para ello, dado que presentan un gran desgaste. Además, debe estar garantizada una propiedad de frenado permanente.

Los frenos basados en la fricción pueden calentarse, durante un frenado permanente, hasta el fallo del freno. Este problema se puede resolver en el estado de la técnica mediante la utilización de frenos de corrientes 20 parásitas sin desgaste. De todos modos, en este caso, surge el problema de que los frenos de corrientes parásitas no permiten un control individual y en caso de fallo de la corriente carecen de eficacia. Los sistemas con palas de rotor ajustables no pueden retirarse del viento en caso de fallo de la corriente o de avería del control, de manera que la energía eólica puede continuar accionando el rotor. Por ello, existe la necesidad de proporcionar un dispositivo sin desgaste para el control y el frenado de instalaciones eólicas con un autofrenado o 25 autodesconexión autónomos en caso de avería. Un problema adicional resulta en el estado de la técnica cuando aparece una situación de emergencia, en la cual los dispositivos de control eléctricos fallan y con ello se imposibilita una desconexión del VAWT.

El documento GB 2 227 286 A da a conocer una pala de turbina eólica con una sección frontal móvil en la punta de la pala, que está montada en un eje de pivotamiento, que posibilita a la sección frontal ser colocada en una 30 posición de propulsión superior en la cual define, junto con la sección restante, un hueco en la pala y presenta un ángulo de inclinación negativo grande, con el fin de frenar un rotor que rote demasiado deprisa. La sección frontal puede ser activada mecánicamente mediante una fuerza de resorte y una masa. Dado que el principio de funcionamiento de esta publicación se basa en un rotor de tipo hélice, es decir en una turbina de viento de ejes horizontales (HAWT), este principio de frenado de rotor no se puede utilizar en una turbina de viento de eje 35 vertical (VAWT). Dicho con mayor precisión, la masa es movida en la dirección longitudinal de la pala de la turbina de viento, lo que en una HAWT corresponde a la dirección de la fuerza centrífuga, no así a la dirección de la fuerza centrífuga en una VAWT.

La patente US nº 4.692.095 A da a conocer unas palas de turbinas de aire con spoilers de elevación fijos los cuales sobresalen, normalmente, en el lado de la alta presión de las palas y en el funcionamiento de viento 40 descendente sobresale en el lado de baja presión y con ello resultan muy efectivos, con el fin de impedir una velocidad de rotación excesivamente alta. Un ordenador controla la orientación de los spoilers de elevación y mantiene con ello una velocidad de rotación constante. Dado que esta publicación está orientada también a una HAWT, el principio dado a conocer, en este caso, no es sin más compatible con la VAWT. En caso de avería del ordenador o de avería de la corriente, este dispositivo de frenado no está asimismo activo y esto puede conducir 45 a la destrucción de la instalación eólica.

La patente US nº 4.111.601 A da a conocer un molino de viento con una rueda, que presenta un juego de palas fijas y un juego de correderas giratorias, cuya orientación con respecto al eje de la rueda es ajustada de manera automática, para limitar la velocidad de giro de la rueda, en caso de velocidades del viento altas, a una medida segura. Las palas fijas no permiten, sin embargo, frenado alguno de manera que en caso de viento fuerte se 50 dispone siempre de fuerza de accionamiento, si el frenado las correderas giratorias no es suficiente. Además, este es un principio para una HAWT y no se puede trasladar sin más a una VAWT, dado que estas correderas giratorias presuponen un rotor de tipo hélice de una HAWT.

Además, el documento FR 2 491 756 ofrece una turbina de viento de eje vertical según el preámbulo de la reivindicación 1. 55

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

El problema que se plantea la presente invención consiste en proporcionar una turbina de viento de eje vertical, que se pueda frenar sin desgaste y que, en situaciones de avería, sin control exterior, se pueda detener.

Este problema se resuelve según la invención mediante la turbina de viento de eje vertical según la reivindicación 5 1 y mediante el procedimiento de frenado correspondiente según la reivindicación 25. Otras formas de realización se dan a conocer, en cada caso, en las reivindicaciones subordinadas.

La turbina de viento de eje vertical con eje de rotación vertical comprende, por lo menos, un segmento de pala del rotor, el cual presenta por lo menos dos escudos de circulación que se pueden retraer y extender, estando el segmento de pala del rotor apoyado con posibilidad de giro alrededor del eje de rotación vertical, por lo 10 menos un dispositivo de control, con el fin de controlar los escudos de circulación, comprendiendo el dispositivo de control lo siguiente: un elemento de resorte, por lo menos un elemento de masa previsto sobre un primer componente parcial estando el primer componente parcial apoyado con posibilidad de giro alrededor de un eje de rotación; por lo menos dos puntos de conexión sobre el primer componente parcial, en los cuales engarza en cada caso un elemento de conexión, el cual conecta el dispositivo de control con en 15 cada caso un escudo de circulación de la turbina de viento de eje vertical, estando dispuestos los puntos de conexión de tal manera sobre el primer componente parcial que están, con respecto al eje de rotación, esencialmente opuestos entre sí y controlan, a través de los elementos de conexión, durante un movimiento de pivotamiento del componente parcial, condicionado por el engarce de una fuerza centrífuga en el elemento de masa, los escudos de circulación opuestos entre sí. 20

El procedimiento correspondiente comprende un desacoplamiento del segundo componente del tercer componente, la extensión del escudo de circulación esencialmente a una posición hasta estar dispuesto perpendicular con respecto a la dirección de rotación del segmento de pala del rotor mediante movimiento del segundo componente mediante fuerza centrífuga, la modificación de la propiedades de circulación del segmento de pala del rotor para interrumpir, por lo menos parcialmente, la corriente de accionamiento de la 25 turbina de viento de eje vertical.

La presente invención presenta además la ventaja de que con esta disposición no es posible únicamente frenar una turbina de viento de eje vertical 14 sin desgaste, sino también controlar sin desgaste su velocidad de rotación en caso de viento. Como consecuencia de ello la presente invención posibilita también hacer funcionar una turbina de viento de eje vertical 14 en caso de relaciones de viento (dirección del aire, ráfagas, 30 etc.) fuertes y rápidamente cambiantes, para las cuales turbinas de viento de eje vertical convencionales según el estado de la técnica tienen que ser desconectadas, para preservarlas de este modo de sufrir daños. De acuerdo con esto, la presente invención es especialmente adecuada, de manera ventajosa, para la utilización en instalaciones para vientos fuertes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS 35

La figura 1 muestra una forma de realización preferida del dispositivo de control 1 según...

1. Turbina de viento de eje vertical (14) con un eje de rotación vertical (15), que comprende:

por lo menos un segmento de pala del rotor (6), que presenta por lo menos dos escudos de circulación (22) que son retráctiles y extensibles, estando apoyado el segmento de pala del rotor (6) con posibilidad de giro alrededor del eje de rotación (15) vertical; 5

por lo menos un dispositivo de control (1), con el fin de controlar los escudos de circulación (22),

comprendiendo el dispositivo de control (1):

un elemento de resorte (3) y un elemento de masa (5), caracterizado porque

el elemento de masa (5) está previsto sobre un primer componente parcial (12), estando apoyado el primer componente parcial (12) con posibilidad de giro alrededor de un eje de rotación (19); estando previstos por lo 10 menos dos puntos de conexión (A, B) sobre el primer componente parcial (12), en los cuales engarza, en cada caso, un elemento de conexión (18), el cual conecta el dispositivo de control (1) en cada caso con un escudo de circulación (22) de la turbina de viento de eje vertical (14);

estando dispuestos los puntos de conexión (A, B) de tal manera sobre el primer componente parcial (12) que, con respecto al eje de rotación (19), esencialmente están opuestos entre sí y, a través de los elementos de 15 conexión (18), durante un movimiento de pivotamiento del componente parcial (12), condicionado por el engarce de una fuerza centrífuga en el elemento de masa (5), controlan los escudos de circulación (22) opuestos entre sí.

2. Turbina de viento de eje vertical (14) según la reivindicación 1, en la que el elemento de resorte (3) comprende parte de un primer componente (2) y el elemento de masa (5) del primer componente parcial 20 (12) parte de un segundo componente (4) y el dispositivo de control (1) comprende además un tercer componente (7), que presenta un accionador (8) y que está conectado de forma que se puede liberar con el segundo componente (4).

3. Turbina de viento de eje vertical (14) según la reivindicación 2, en la que el primer componente (2) está conectado con transmisión de fuerza con el segundo componente (4). 25

4. Turbina de viento de eje vertical (14) según la reivindicación 2 ó 3, en la que el segundo componente (4) está limitado mediante unos limitadores (9) a una zona de ajuste fijada con anterioridad.

5. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 2 a 4, en la que el segundo componente (4) comprende un dispositivo de acoplamiento (10), el cual acopla o desacopla opcionalmente el segundo (4) o tercer componente (7). 30

6. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 2 a 4, en la que el tercer componente (7) comprende un dispositivo de acoplamiento (10), el cual acopla o desacopla opcionalmente el segundo (4) o tercer componente (7).

7. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 2 a 6, en la que el tercer componente (7) comprende un servomotor. 35

8. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 5 a 7, en la que el dispositivo de acoplamiento (10) impide, mediante el acoplamiento del segundo (4) y tercer (7) componentes, la extensión condicionada por la fuerza centrífuga del freno aerodinámico.

9. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 5 a 8, en la que el dispositivo de acoplamiento (10), mediante el desacoplamiento del segundo (4) y tercer (7) componentes, permite una 40 extensión condicionada por la fuerza centrífuga del freno aerodinámico.

10. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 5 a 9, en la que el tercer componente (7) puede desplazar, el primer (2) y segundo componentes (4), mientras que el dispositivo de acoplamiento (10) acopla el tercer componente (7) con el segundo componente (4).

11. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 5 a 10, en la que el dispositivo 45 de acoplamiento (10) está instalado para desacoplar el segundo (4) y tercer componente (7), cuando el tercer componente (7) falla o se avería por lo menos parcialmente.

12. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 2 a 11, en la que el elemento de resorte (3) es un elemento de torsión.

13. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 1 a 12, en la que el primer 50 componente parcial (12) está conectado de manera fija con el elemento de resorte (3), entre el primer y segundo extremos del primer componente parcial (12), perpendicularmente con respecto al eje de rotación.

14. Turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 2 a 13, en la que el segundo componente (4) presenta además: un segundo componente parcial (13), el cual está conectado de manera fija con el elemento de resorte (3), entre el primer y segundo extremos del segundo componente parcial (13), perpendicular con respecto al eje de rotación y perpendicular con respecto al primer componente parcial (12).

15. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en la que 5 el elemento de resorte (3) se extiende desde un borde de ataque (16) del segmento de pala del rotor (6) hacia un extremo del perfil (17) del segmento de pala del rotor (6).

16. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 15, en la que los escudos de circulación (22) están posicionados, de tal manera en una superficie exterior del segmento de pala del rotor (6), que el plano del escudo de circulación (22) se puede extender desde una 10 posición paralela con respecto a la dirección de rotación del segmento de pala del rotor (6), opcionalmente, hasta una posición perpendicular con respecto a la dirección de rotación del segmentos de pala del rotor (6), de manera que los escudos de circulación (22) estén dispuestos perpendiculares con respecto a la corriente de accionamiento.

17. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 16, 15 en la que el segundo componente (4) está posicionado con su elemento de masa (5) de tal manera que el elemento de masa (5), en caso de giro del rotor, es desplazado radialmente hacia fuera mediante la fuerza centrífuga.

18. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 17, en la que el tercer componente (7) presenta además: un elemento de retroceso, el cual causa que el 20 accionador (8) haga salir el freno aerodinámico contra la pretensión del elemento de resorte (3), cuando no se acciona el accionador (8).

19. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 18, que comprende varios dispositivos de control (1), estando acoplados los dispositivos de control (1), a través de por lo menos un dispositivo de conexión, para transmitir entre sí movimientos de giro de los segundos 25 componentes.

20. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 19, que comprende además: por lo menos un dispositivo de transformación de energía.

21. Turbina de viento de eje vertical (14) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 20, que comprende además: un dispositivo de calefacción, el cual está instalado para conducir energía a un 30 dispositivo de transformación de energía en el espacio interior del segmento de pala del rotor (6) y gracias a ello, calentar el segmento de pala del rotor desde el interior.

22. Procedimiento para el frenado aerodinámico de una turbina de viento de eje vertical (14) según las reivindicaciones 1 a 21, que comprende:

desacoplar el segundo componente (4) del tercer componente (7); 35

extender el escudo de circulación (22) esencialmente a una posición hasta estar perpendicular con respecto a la dirección de rotación del segmento de pala del rotor (6) mediante el movimiento del segundo componente (4) por medio de una fuerza centrífuga;

modificar las propiedades de circulación del segmento de pala del rotor (6) para interrumpir, por lo menos parcialmente, la corriente de accionamiento de la turbina de viento de eje vertical (14). 40

23. Procedimiento según la reivindicación 22, en el que el desacoplamiento se desencadena por un fallo del tercer componente (7).

24. Procedimiento según la reivindicación 22 ó 23, en el que el desacoplamiento se desencadena mediante la interrupción de una corriente eléctrica en el dispositivo de acoplamiento (10).

25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, en el que interrupción, por lo 45 menos parcial, de la corriente de accionamiento provoca un frenado parcial o un frenado total de la turbina de viento de eje vertical (14).