Turbina de flujo cruzado.

Turbina de flujo cruzado (1000) dotada de cuatro álabes axiales (800a,

800b, 800c, 800d), opuestos dos y dos, en la que un flujo de impulso de aire pasa por un álabe y sale del álabe opuesto a través de un canal definido por los intradós y los extradós del álabe, y en la que el giro se transmite a un árbol de transmisión (400), siendo los cuatro álabes sustancialmente idénticos entre sí y estando situados siguiendo una repetición polar con un giro alrededor del eje Z (500), cuya altura se desarrolla según el eje (500) de la propia turbina, caracterizada porque comprende canales de conducción que conectan un álabe de este tipo con el opuesto, por lo que el flujo de fluido de impulso que entra en un álabe se divide en flujos menores, obteniéndose dichos canales de conducción apilando axialmente más elementos de conducción (1201), que comprenden

- una placa central (1202) con geometría cuadrada y que tiene en el centro de la misma un orificio para un eje y con dos caras planas y paralelas, concretamente una cara superior (Ws) y una cara inferior (Wi);

- un saliente dirigido hacia abajo, que sobresale de cada uno de los dos lados opuestos;

-un saliente dirigido hacia arriba, que sobresale de cada uno de los lados opuestos restantes.

Turbina de flujo cruzado La presente invención se refiere a una turbina de flujo cruzado impulsada por el viento, habitualmente con un eje vertical.

Las turbinas impulsadas por el viento de eje vertical conocidas están compuestas generalmente por cuerpos de rotor aproximadamente cilíndricos, que incluyen múltiples álabes de empuje roscados de formas diversas, cuyo giro se provoca mediante el empuje de un fluido en la superficie de los álabes.

El rotor gira con un eje perpendicular a la dirección del viento, mientras que los álabes axiales (es decir que tienen una altura que se desarrolla paralela al eje de giro de la turbina) se mueven según la misma dirección. Ejemplos típicos se representan mediante los rotores Savonius. La peculiaridad de estas máquinas es su baja velocidad de giro: el momento torsor de impulso es alto pero la eficiencia es generalmente pobre.

Esta tipología tiene la notable ventaja de que no requiere orientarla según la dirección del viento. Puede distinguirse por las siguientes características: aplicaciones de baja potencia, funcionamiento que no depende de la dirección del viento, baja velocidad de conexión, bajo nivel de emisión de ruido y bajo impacto visual.

En particular, la turbina Savonius aprovecha el principio de canalización del único flujo de empuje dentro de un canal determinado por el acoplamiento de sólo dos álabes opuestos, que implica también un momento torsor de impulso de cola.

El documento US7056082 A, que es el estado de la técnica más próximo, el documento NL9002718 y el documento FR2541734 dan a conocer diferentes ejemplos de turbinas eólicas en las que múltiples álabes definen espacios entre álabes que tienen una altura constante.

El problema técnico en el que se basa la presente invención es proporcionar una turbina impulsada por el viento con prestaciones mejoradas con respecto a las conocidas. Este problema se soluciona mediante una turbina impulsada por el viento como se define en la reivindicación 1 y siguientes.

A continuación en el presente documento, se presentarán dos realizaciones de una turbina según la presente invención, proporcionadas con un fin explicativo y no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

- La figura 1 muestra la turbina en conjunto, cuando el eje se dispone verticalmente, con la indicación de los flujos de aire.

- Las figuras 2 a 10 muestran el montaje etapa a etapa de las diversas partes de la turbina de la figura 1.

- La figura 11 muestra, en la turbina de la figura 1, la división del flujo de aire que, tras haber impactado en el álabe, se divide en cuatro flujos para pasar a través de los canales de conducción que conectan el álabe anterior con álabes opuestos.

- La figura 12 sigue a la figura 11 para indicar precisamente las diversas partes mostradas.

- La figura 13 muestra de manera axonométrica en una sección la disposición de los diversos conductores superpuestos en la turbina de la figura 1.

- La figura 14 muestra de manera frontal y en una sección la disposición de los diversos conductores superpuestos e identifica el plano en sección de las figuras siguientes 15, 16, 17, 18.

- La figura 15 muestra, según dicha sección horizontal, las diversas partes que componen los perfiles indicados.

- La figura 16 muestra, según dicha sección horizontal, las diversas superficies que delimitan un canal de conducción, que identifican cuatro álabes que, ensamblados de manera adyacente a los elementos de conducción, definen la geometría de los canales de conducción.

- La figura 17 muestra el flujo a través de un canal de conducción, desde un álabe hasta el opuesto del mismo.

- La figura 18 muestra el flujo que cruza en dos canales de conducción ortogonales y superpuestos.

- La figura 19 muestra una sección vertical que incluye el eje horizontal de los canales de conducción entre los álabes de la figura 1.

- La figura 20 muestra una sección axial que incluye el eje de los canales de conducción entre los álabes de la figura

1.

- La figura 21 muestra de manera axonométrica la sección de la figura 20.

- La figura 22 muestra de manera axonométrica un elemento de conducción.

- La figura 23 muestra algunas secciones de dicho conductor.

- La figura 24 ilustra de manera frontal las etapas de ensamblaje para la superposición de los conductores.

- Las figuras 25, 26 y 27 ilustran algunas variantes de la turbina de las figuras anteriores.

En referencia a la figura 1, una turbina 1000 está equipada con cuatro álabes idénticos 800a, 800b, 800c, 800d, opuestos dos y dos, en la que el flujo de aire u otro flujo de fluido de impulso pasa por un álabe y sale del álabe opuesto. Los cuatro álabes se mantienen en su asiento encerrados entre una cubierta conformada superior 300a y una cubierta conformada inferior 300b. Un flujo de aire en movimiento F que choca contra la turbina que implica dos álabes adyacentes 800a y 800b se dividirán en dos flujos F1, F2, dirigidos a esos álabes.

Con respecto al álabe 800a, el flujo F1 relacionado con el mismo chocará contra el propio álabe en la primera parte de su trayectoria, provocando un empuje de entrada para ese álabe 800a. Posteriormente (figura 11) , el flujo F1 se divide verticalmente en cuatro flujos paralelos menores F1a, F1b, F1c, F1d para pasar a través de los canales de conducción 901a, 901b, 901c, 901d saliendo por su parte trasera, para implicar en la salida al álabe opuesto 800c que, aunque esté a sotavento, está activo para el empuje de cola (figura 17) .

En referencia al álabe 800b, el flujo F2 relacionado con el mismo se dividirá en cinco flujos paralelos menores para pasar a través de los canales de conducción 902a, 902b, 902c, 902d, 902e (no todos son visibles en la figura 1 pero se muestran en la figura 20) , saliendo por su parte trasera, para implicar en la salida al álabe opuesto 800d que, aunque esté a sotavento, también estará activo.

Debe indicarse que cada uno de los canales 902a, 902e tiene un área de sección transversal que es la mitad de la de los canales restantes 902b, 902c, 902d, y por tanto, aunque los canales que conectan los álabes 800b y 800d sean cinco, el caudal de los mismos es igual en conjunto al de los cuatro canales ortogonales 901a, 901b, 901c, 901d.

Los flujos F1a, F1b, F1c, F1d que pasan a través de la serie de canales 901 son perpendiculares a los flujos F2a, F2b, F2c, F2d, F2e que pasan a través de la serie de canales 902, pero sin ninguna interferencia entre tales flujos perpendiculares porque se canalizan por separado, gracias a la geometría particular de dichos canales determinada por la presencia de los elementos de conducción 1201a, 1201b, 1201c, 1201d, 1201e, 1201f, 1201g, 1201h (véanse las figuras 3 a 10) apilados en el árbol impulsado 400.

La realización preferida de la presente invención se describe a continuación en el presente documento, y comprende una turbina 1000 con cuatro álabes idénticos 800a, 800b, 800c, 800d, dispuestos para seguir una repetición polar con un giro alrededor del eje Z 500, cuya altura se desarrolla según el eje 500 de la propia turbina.

La turbina 1000 gira a una velocidad W 241 alrededor del eje 500 de la misma, si el viento choca contra la misma o, más en general, si se sumerge en un fluido en movimiento, denominado "fluido de impulso" 600, procedente de cualquier dirección cuyo vector direccional tenga su componente principal comprendida en el plano XY 700, ortogonal al eje Z 500. La turbina comprende cuatro álabes de empuje idénticos 800a, 800b, 800c, 800d, caracterizados por un perfil de ala aproximadamente en forma de gota 801, estando giradas cada una de sus secciones 90º grados según un plano paralelo al plano XY, alrededor del eje Z unas con respecto a otras.

El saliente en el plano XY de la sección de cada álabe comprende una geometría en la que el perímetro 801 se describe a continuación en referencia a la figura 3.

En referencia al álabe 800a, cuyo perímetro se considera discurriendo en sentido contrario a las agujas del reloj desde el punto 5, se proporciona una primera sección, que comienza en el punto 5 y termina en el punto 6, denominado "perfil de empuje cóncavo" 1, que tiene uno o más centros de curvatura, que comienzan en el punto 5 más distante del eje Z 500.

Dicho perfil de empuje es adecuado para capturar el flujo del fluido de impulso 600 (figura 6) recibiendo de ese modo la presión de empuje que, aplicada a lo largo de toda la altura 802 del álabe,... [Seguir leyendo]

1. Turbina de flujo cruzado (1000) dotada de cuatro álabes axiales (800a, 800b, 800c, 800d) , opuestos dos y dos, en la que un flujo de impulso de aire pasa por un álabe y sale del álabe opuesto a través de un canal definido por los intradós y los extradós del álabe, y en la que el giro se transmite a un árbol de transmisión (400) , siendo los cuatro álabes sustancialmente idénticos entre sí y estando situados siguiendo una repetición polar con un giro alrededor del eje Z (500) , cuya altura se desarrolla según el eje (500) de la propia turbina, caracterizada porque comprende canales de conducción que conectan un álabe de este tipo con el opuesto, por lo que el flujo de fluido de impulso que entra en un álabe se divide en flujos menores, obteniéndose dichos canales de conducción apilando axialmente más elementos de conducción (1201) , que comprenden

- una placa central (1202) con geometría cuadrada y que tiene en el centro de la misma un orificio para un eje y con dos caras planas y paralelas, concretamente una cara superior (Ws) y una cara inferior (Wi) ;

- un saliente dirigido hacia abajo, que sobresale de cada uno de los dos lados opuestos;

-un saliente dirigido hacia arriba, que sobresale de cada uno de los lados opuestos restantes.

2. Turbina según la reivindicación 1, en la que los cuatro álabes (800a, 800b, 800c, 800d) se mantienen en posición estando encerrados entre una cubierta conformada superior (300a) y una cubierta conformada inferior (300b) .

3. Turbina según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los canales de conducción que

conectan dos álabes opuestos son perpendiculares a los canales de conducción que conectan los dos álabes opuestos restantes, estando girado cada uno de dichos elementos de conducción (1201) 90º grados con respecto al anterior.

4. Turbina según la reivindicación 1, en la que cada uno de dichos salientes tiene forma de cuña.

5. Turbina según la reivindicación 4, en la que desde cada uno de los dos lados superiores opuestos (1223)

del perímetro de la cara (Ws) salen dos superficies en pendiente, con la misma zona inclinada, denominadas rampas de conducción (1204) de flujos ortogonales, siendo cada una de ellas la cara de un cuerpo prismático que tiene un triángulo rectángulo (1224) como base y que se genera mediante la hipotenusa (1225) de dicho triángulo rectángulo, estando dispuesta la cara (1236) generada mediante el cateto más largo (1226) en paralelo al plano XY (700) por debajo del nivel de la cara (Wi) , siendo la cara (1228) generada mediante el cateto más corto (1227) perpendicular a dicho plano, un cuerpo prismático idéntico al descrito anteriormente está conectado a cada uno de los dos lados inferiores opuestos (1213) que pertenecen a la cara inferior (Wi) , pero dispuesto en una posición de modo que la rampa (1214) sale desde dicho lado de manera ascendente, en la que la cara (1206) generada mediante el cateto más largo (1216) se sitúa en paralelo al plano XY (700) sobre la cara (Ws) y la cara (1207) generada mediante el cateto más corto (1217) es perpendicular a ese plano.

6. Turbina según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos elementos de conducción (1201) transmiten al árbol de transmisión (400) el giro generado mediante dichos álabes (800a, 800b, 800c, 800d) .

7. Turbina según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho árbol de transmisión (400) es 40 vertical.

8. Turbina según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, en la que dicho árbol de transmisión (400) es horizontal.

9. Turbina según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada álabe (800a) tiene un perfil de ala aproximadamente en forma de gota (801) con una base rectilínea (3) dotada de dos extremos (2, 8) , 45 saliendo desde el primer extremo (2) una sección (7) rectilínea y perpendicular a la base (3) , después una sección curvilínea (1) que acaba en un punto (5) , conectado al otro extremo (8) de la base (3) mediante una sección curvilínea (4) .

10. Turbina según la reivindicación 1, en la que cada álabe está compuesto por un conjunto de módulos apilados axialmente 50 11. Turbina según la reivindicación 1, en la que cada elemento de conducción (301) se realiza mediante el acoplamiento de dos submódulos de elemento de desvío-conducción (302) .

12. Turbina según la reivindicación 2 en la que tanto la cubierta inferior como la cubierta superior están dotadas

de un marco de superficie de contacto para el módulo de álabe.

13. Turbina según la reivindicación 11, en la que dos submódulos de desvío (302) están acoplados orientados a rebajes inferiores (322) y encierran en el volumen formado una placa de unión anular (341) adecuada para conectar los módulos de álabe a través de orificios en las paredes (807) al árbol de transmisión y soporte

(400) de la turbina.