TURBINA WELLS CON DESPLAZAMIENTO DE PALA DEL ROTOR PASIVO.

Turbina Wells, que comprende 1.1 un nucleo de rodete (2), que tiene una pluralidad de palas del rotor (1) con un perfil simetrico configurado en forma de gota partiendo de una nariz de perfil;

caracterizándose la turbina Wells porque 1.2 las palas del rotor (1) estan fijadas al nucleo de rodete (2) de manera giratoria por medio de una pieza de base (3) de modo que puede variar su ajuste del angulo de incidencia (α) con respecto al plano de rotacion (21), cortando los ejes de giro (5) asociados la cuerda de perfil (11) para cada seccion de perfil en un punto de enfilado (R), que se encuentra en una zona entre la nariz de perfil (12) y el centro aerodinamico (AC) del perfil; 1.3 el ajuste del angulo de incidencia (α) tiene lugar de manera pasiva mediante el equilibrio que aparece con el funcionamiento de la turbina Wells entre los momentos aerodinamicos que actuan en las palas del rotor (1) y los momentos de fuerza centrifuga, seleccionandose la densidad promedio de las palas del rotor (1) inferior a 2700 kg/m3 y/o estando configurada la distribucion de masas dentro del perfil de modo que se reduce el momento centrifugo de superficie de las palas del rotor (1) con respecto a un perfil de un material macizo y/o se compensa el momento centrifugo de superficie de las palas del rotor (1) al menos parcialmente por pesos de equilibrado (10.1, 10.2, 14, 15) que estan dispuestos en una distancia (rA) con respecto al punto de giro y perpendicularmente a la cuerda de perfil (11)

La invención se refiere a una turbina Wells con desplazamiento de pala del rotor pasivo, especialmente para su uso en una central eléctrica movida por las olas del mar.

Se conocen turbinas Wells, para ello se remite a modo de ejemplo al documento de patente estadounidense US 5191225 A. Este documento da a conocer además una central eléctrica de OWC, en la que está incorporada una turbina Wells de dos fases. En una central eléctrica de OWC se obtiene energía a partir de una columna de agua oscilante (Oscillating Water Column, OWC). Para ello se prevé una cámara de olas que presenta un abertura de corriente afluente que se encuentra por debajo del nivel del agua. Si una ola rompe contra la pared exterior de la cámara de olas, entonces tiene lugar una afluencia de agua de mar en la cámara, mediante lo cual se eleva el nivel del agua que se encuentra en la misma. De manera correspondiente disminuye el nivel del agua en caso de una ola que sale, de modo que resulta un movimiento de oscilación de la columna de agua en la cámara de olas de manera correspondiente a la frecuencia de olas. Por encima del nivel del agua está incluida una masa de aire en la cámara de olas, que está comunicada con la atmósfera circundante mediante un canal de ventilación limitado. De manera correspondiente al movimiento de oscilación del cuerpo de agua en la cámara de olas se somete la masa de aire que se encuentra sobre la misma a una fluctuación de presión, de modo que se produce para compensar la presión en el canal de ventilación una corriente de aire bidireccional que cambia constantemente de alta velocidad que puede usarse para obtener energía eléctrica.

El documento US 2005/0271508 A1 se considera como estado de la técnica siguiente.

Para aprovechar una corriente de entrada bidireccional se usa una turbina que conserva su dirección de rotación para una corriente de entrada de dos direcciones. Además de las turbinas de impulsión se tienen en cuenta para ello especialmente las turbinas Wells mencionadas anteriormente. A este respecto se conocen turbinas Wells con palas del rotor fijas. Éstas presentan para la corriente de entrada bidireccional un perfil simétrico, cuya configuración es en forma de gota. El perfil NACA 0012 representa un posible trazado de perfil. Este perfil determina un contorno de perfil con un grosor del 12% con respecto a la longitud de la cuerda. A este respecto se extiende la cuerda de perfil y con ello la línea de simetría del perfil de manera paralela al plano de rotación de la turbina. En caso de funcionamiento de la turbina Wells, existe un ángulo de corriente de entrada eficaz frente al perfil de las respectivas palas de turbina, que resulta mediante la adición de vectores de la velocidad periférica y de la velocidad de corriente de entrada de la corriente de aire impulsora. Normalmente, los ángulos de corriente de entrada son pequeños de modo que el perfil simétrico actúa en el sentido de un ala y las fuerzas que actúan en el centro aerodinámico presentan una componente parcial en dirección tangencial con respecto al núcleo de rodete de la turbina Wells que sirve a la propulsión. Las fuerzas aerodinámicas adicionales de manera perpendicular a esta dirección tangencial pueden amortiguarse mediante el cojinete de la turbina.

Para las turbinas Wells, además del problema de una alta emisión de ruido y el mal comportamiento en el arranque resulta la dificultad de que con ángulo de corriente de entrada creciente, normalmente a partir de 13º, puede tener lugar en las palas de la turbina un desprendimiento de corriente. Un ángulo de corriente de entrada grande de este modo puede producirse entonces cuando debido a una corriente de aire que varía fuertemente existe un aumento rápido de la velocidad de corriente de entrada y el aumento de la velocidad periférica de la turbina Wells no tiene lugar de manera suficientemente rápida, o ésta continúa ya en su velocidad nominal. Pueden producirse comportamientos de este tipo especialmente en las centrales eléctricas de OWC descritas anteriormente, de modo que para este campo de aplicación se desarrollaron turbinas Wells que están dotadas de un dispositivo para modificar el ángulo de incidencia de las palas del rotor. Por el ángulo de incidencia se entiende a continuación el ángulo entre la cuerda de perfil de una pala del rotor y el plano de rotación de la turbina Wells.

El ajuste del ángulo de incidencia mencionado anteriormente puede tener lugar mediante una guía activa, colocándose de manera giratoria las palas del rotor en un núcleo de rodete de la turbina Wells y previéndose un dispositivo de ajuste que ajusta las palas del rotor de manera correspondiente a la velocidad periférica actualmente existente y las respectivas razones de corriente de entrada con respecto al ángulo de incidencia. Según esto esnecesario adicionalmente prever un dispositivo de regulación. Éste tiene normalmente no sólo el objetivo de provocar un ajuste de la pala del rotor de modo que se impida un desprendimiento de corriente, sino que se realiza de manera adicionalmente ventajosa un ajuste de la pala del rotor para lo que se consigue el grado óptimo de acción para los coeficientes de flujo existentes. A este respecto se conoce que para coeficientes de flujo mayores se produce un aumento del grado de acción en caso de un paso de las palas del rotor con un ángulo de incidencia de varios grados. Para el funcionamiento típico de una turbina Wells en una central eléctrica de OWC es ventajoso por tanto poder realizar ángulos de incidencia en un orden de magnitud de al menos 6º. Se prefieren por motivos de eficacia ángulos de incidencia aún superiores de al menos 8º y más. Además, el ajuste activo del ángulo de incidencia puede favorecer el arranque de una turbina Wells que generalmente tiene lugar mediante un accionamiento motriz del generador.

El documento US 2005/0271508 A1 da a conocer una turbina con palas flexibles. A este respecto se evita el

aumento del grado de acción. Para la solución se usan palas que presentan una zona rígida así como una flexible.

Es desventajoso en un dispositivo que actúa de manera activa para reajustar el ángulo de incidencia de las palas del rotor, el gasto de construcción que es necesario para la configuración de los dispositivos de ajuste y dispositivos de regulación. Para evitar este problema se propuso un ajuste de la pala del rotor pasivo, para ello se remite al documento JP 63219801 A. Este documento describe palas del rotor acopladas mediante articulación de manera giratoria a un núcleo de rodete de una turbina Wells, que pueden oscilar entre dos ajustes de ángulo de incidencia predeterminados mediante topes. Esta disposición mejora las propiedades de autoarranque de la turbina Wells en caso de producción de un desprendimiento de corriente. Sin embargo, con los desplazamientos de pala del rotor pasivos conocidos no es posible ajustar un ángulo de incidencia suficientemente grande de este modo de las palas del rotor durante el funcionamiento normal, ya que se optimiza el grado de acción dependiendo de los coeficientes de flujo de la corriente de entrada y de la velocidad de rotación.

La invención se basa en el objetivo de configurar un desplazamiento de pala del rotor pasivo para una turbina Wells de modo que éste sirve para mejorar el grado de acción, especialmente en caso de coeficientes de flujo grandes, y para el funcionamiento en velocidades nominales más bajas. Además, el dispositivo debe ser adecuado para ampliar la zona de trabajo de la turbina Wells, es decir para aumentar la zona del ángulo de corriente de entrada disponible sin desprendimiento de corriente. Además se caracteriza el dispositivo por la simplicidad constructiva y de producción.

El objetivo en el que se basa la invención se soluciona mediante las características de la reivindicación independiente.

Para configurar un desplazamiento de pala del rotor pasivo para turbinas Wells se ha descubierto que puede ajustarse por un lado el eje de giro de las palas del rotor en una razón adecuada con respecto al centro aerodinámico. Por otro lado pueden minimizarse, o al menos compensarse en parte, los momentos de fuerza centrífuga de las palas del rotor que repulsan al plano de rotación, de modo que un ajuste del ángulo de incidencia que resulta del equilibrio de fuerzas entre fuerzas aerodinámicas y fuerzas centrífugas conduce al ángulo relativo suficientemente grande deseado entre el plano de simetría de las palas del rotor y el plano de rotación. En detalle según esto se adoptan las siguientes medidas según la invención:

Las fuerzas... [Seguir leyendo]

1. Turbina Wells, que comprende

1.1 un núcleo de rodete (2), que tiene una pluralidad de palas del rotor (1) con un perfil simétrico configurado en forma de gota partiendo de una nariz de perfil; caracterizándose la turbina Wells porque

1.2 las palas del rotor (1) están fijadas al núcleo de rodete (2) de manera giratoria por medio de una pieza de base (3) de modo que puede variar su ajuste del ángulo de incidencia (α) con respecto al plano de rotación (21), cortando los ejes de giro (5) asociados la cuerda de perfil (11) para cada sección de perfil en un punto de enfilado (R), que se encuentra en una zona entre la nariz de perfil (12) y el centro aerodinámico (AC) del perfil;

1.3 el ajuste del ángulo de incidencia (α) tiene lugar de manera pasiva mediante el equilibrio que aparece con el funcionamiento de la turbina Wells entre los momentos aerodinámicos que actúan en las palas del rotor (1) y los momentos de fuerza centrífuga, seleccionándose la densidad promedio de las palas del rotor (1) inferior a 2700 kg/m3 y/o estando configurada la distribución de masas dentro del perfil de modo que se reduce el momento centrífugo de superficie de las palas del rotor (1) con respecto a un perfil de un material macizo y/o se compensa el momento centrífugo de superficie de las palas del rotor (1) al menos parcialmente por pesos de equilibrado (10.1, 10.2, 14, 15) que están dispuestos en una distancia (rA) con respecto al punto de giro y perpendicularmente a la cuerda de perfil (11).

2. Turbina Wells según la reivindicación 1, caracterizada porque las palas del rotor (1) están compuestas al menos parcialmente por un perfil hueco.

3. Turbina Wells según la reivindicación 2, caracterizada porque el perfil hueco está relleno al menos en zonas parciales por un material cuya densidad es menor a la del material de pared del perfil hueco.

4. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las palas del rotor (1) están fabricadas por un material compuesto reforzado con fibras, especialmente por un material compuesto que comprende fibras de carbono y/o fibras de vidrio.

5. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque una pala del rotor (1) comprende una cavidad (8) aguas arriba que se encuentra por delante del eje de giro (5), y/o una cavidad (9) aguas abajo dispuesta detrás del eje de giro (5).

6. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los pesos de equilibrado (10.1, 10.2, 14, 15) están dispuestos por pares en o sobre la pieza de base (3) a ambos lados de la cuerda de perfil.

7. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los pesos de equilibrado (10.1, 10.2, 14, 15) están configurados mediante la distribución de forma y/o de material en la pieza de base (3).

8. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pieza de base (3) forma una estructura compuesta, en la que están incorporados cuerpos de peso para la configuración de los pesos de equilibrado (10.1, 10.2).

9. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la pieza de base (3) están fijados pesos de equilibrado (14, 15) separados que están dispuestos dentro del núcleo de rodete (2) de la turbina Wells.

10. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dentro del contorno del perfil de una pala del rotor (1) están dispuestos pesos adicionales (19, 20) perpendicularmente a la cuerda de perfil (11) y con distancia transversal al eje de giro (5).

11. Turbina Wells según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la zona del eje de giro (5) está colocada un alma transversal (16) con distribución de masas en forma de haltera y un trazado perpendicular a la cuerda de perfil (11).