Rotor de turbina eólica con eje de giro vertical.

Un rotor de turbina eólica con un eje de giro vertical, que se ha conectado con un concentrador,

al menos dossoportes horizontales en cuyos extremos están las palas del rotor, fijados firmemente en su zona central a losextremos de soporte, consistiendo cada una de las palas del rotor de dos alas unidas entre sí, alas cuyas seccionestransversales tienen una superficie aerodinámica simétrica o cóncavo-convexa en las que las longitudes de lacuerda y el espesor de la superficie aerodinámica están disminuyendo hacia los extremos de las alas ,caracterizado por que el ala superior (3a) y el ala inferior (3b) de la pala de rotor (3) desvían radialmente desde lazona central (3c) hacia el exterior, formando un ángulo de deflexión ( 1, 2) hacia el eje de giro del rotor, donde lalongitud de las cuerdas (b2) de la superficie aerodinámica en ambos extremos de ala (3a, 3b) y la longitud de lacuerda (b1) en la zona central ( 3c ) son aproximadamente inversamente proporcionales a los radios (R1 ,R2) de suubicación en relación con el eje de giro del rotor

Rotor de turbina eólica con eje de giro vertical

La invención esunrotor de turbinaeólicacon un ejede giro vertical, que se utiliza en las turbinas que aplican el principio de Darrieus, mientras procesan la energía eólica en la energía mecánica del movimiento de giro.

Las soluciones de los rotores de turbina con el eje de giro vertical, conocidas por ejemplo a partir de las descripciones de las patentes US 4.264.279 y US 4.430.044 tienen, conectado con el concentrador del árbol de accionamiento, al menos dos soportes horizontales con palas del rotor montadas verticalmente en los extremos. Las palas del rotor tienen principalmente una superficie aerodinámica simétrica y se conectan con el soporte en la zona central de su altura, con la división de la pala en el ala superior y en el ala inferior. Durante el movimiento del rotor ejercido por la presión del viento, además de la fuerza aerodinámica de accionamiento, existe también una fuerza centrífuga. Ambas fuerzas actúan en los centros de masa de las dos alas. Ambas fuerzas, en la mitaddela trayectoria circular del giro de la pala, se dirigenalamisma dirección lo que da como resultado la deformación longitudinal de las alas y la alta tensión de flexión en la zona de conexión de la pala y del soporte. En la otra mitad del círculo, existen dos fuerzas de sentidos inversos. Los cambios de carga pulsante, incluyendo los cambios de polaridad, tienen un efecto significativamente adverso en el desgaste de la turbina y en la eficiencia del equipo. Las soluciones conocidas consisten en la inserción de elementos adicionales en la construcción del rotor con el fin de endurecer las alas. Por ejemplo, estos pueden ser barras de acoplamiento lineales -como en el rotor que se describe en la patente británica GB 2175350, o soportes adicionales -como se describe en la patente alemana DE 3626917. La introducción de los elementos de refuerzo da como resultadoelaumento delaresistencia aerodinámica y la disminucióndelaeficienciadelaturbina,

especialmente si incluyen las formas de ángulo agudo, que facilitan la turbulencia volumétrica. El efecto adverso de la fuerza centrífuga conduce a una reducción parcial en la aplicación de la superficie aerodinámica variable en la longitud del rotor, con la longitud de la cuerda y el espesor de la superficie aerodinámica disminuyendo hacia ambos extremos de las alas. Tal solución, entre otras, se ha aplicado en el rotor divulgado en la descripción de la patente EP 0046370. En la breve descripción de las condiciones de trabajo y de los problemas técnicos que aparecen en este tipo de rotores, es necesario indicar la diversidad de la fuerza aerodinámica en el ala superior e inferior y la susceptibilidad de construcción a las vibraciones aeroelásticas auto-excitada, esdecir, elaleteodelas alas aaltas velocidades del aire circundante. Las características del área pueden, a menudo, determinar la disminución sustancial de la velocidad del viento en el nivel inferior del ala. El documento WO 2007/072016 A se considera como la técnica anterior más cercana.

El objetivo de la presente invención es la elaboración de una sencilla construcción del rotor, que se caracteriza por la elevada rigidez y durabilidad, baja resistencia aerodinámica y la alta eficiencia de la transformación de la fuerza de presión del viento en la fuerza de accionamiento del árbol del rotor.

En la presente invención, de manera similar a las soluciones divulgadas anteriormente, el rotor consiste en al menos dos soportes horizontales conectados con el concentrador. Las palas del rotor (cada consiste de dos alas unidas entre sí) con la superficie aerodinámica simétrica o cóncava-convexa con las longitudes de cuerda y el espesor de la superficie aerodinámica que disminuye hacia ambos extremos de las alas se fijan firmemente a los extremos de los soportes. La esencia de la invención es que el ala superior e inferior de la pala del rotor se desvía de la zona central

radialmente hacia fuera en un ángulo con respecto al eje de giro. Al mismo tiempo, las longitudes de cuerda de la superficie aerodinámica en ambos extremos de las alas y la longitud de cuerda en la zona central son aproximadamente inversamente proporcionales a los radios de su ubicación en relación con el eje de giro. El uso del rotor con alas desviadas que, tienen al mismo tiempo un espesor de cuerda decreciente de las superficies aerodinámicas de las alas hacia sus puntas, proporciona una intensidad estable de consumo de energía eólica a lo 50 largo de la longitud de las alas. Cambiar la cuerda y el espesor para mover la masa de las palas más cerca del centro del ala reduce el momento de flexión de la fuerza centrífuga en las palas y su deformación. La frecuencia de las vibraciones libres de las palas con las alas desviadas y la cuerda y espesor reducidos de la superficie aerodinámica es mayor que las de las palas rectas. Este resultado facilitador es particularmente visible en los vientos de ráfagas. Las alas desviadas introducen la torsión aerodinámica el ángulo del flujo de aire entrante cerca 55 de la zona central del ala es mayor que en el extremo de las alas. La diversidad del ángulo de ataque en la práctica elimina el peligro del aleteo.

El objetivo de las realizaciones adicionales de la invención es eliminar la influencia de diferentes velocidades del viento que aparecen en los niveles superior e inferior del rotor.

Para este propósito, se recomienda que el ángulo de deflexión del ala inferior en el rotor deba ser mayor que el ángulo de deflexión del ala superior. La diferencia de ángulo recomendada está en el intervalo de 1° a 5º.

La solución en la que el ala inferior es más larga que la superior es también beneficiosa. Se recomienda la diferencia 65 de longitud en el intervalo del 2% al 15%.

De acuerdo con la invención, en el rotor, sería aconsejable utilizar soportes con la superficie aerodinámica simétrica y cuerdas horizontalmente situadas, así como tal conexión con el concentrador de modo que los ejes longitudinales pasen por el centro geométrico de las superficies de aerodinámicas, e intersequen el eje de giro.

En referencia al hecho de que el rotor trabaja con la mayor eficiencia posible si se utiliza es el ángulo óptimo de las alas de ataque para el estrecho intervalo de las velocidades del viento, también es útil para conectar las palas de accionamiento con los soportes para utilizar los puntos de ajuste conocidos de los ángulos de ataque, lo que permite la regulación en el intervalo de -2° a 3°.

Para entender completamente la invención, el ejemplo de la convención esquemática del rotor se muestra en el dibujo. Las figuras particulares en el dibujo muestran: la Figura 1 -vista en perspectiva del rotor con las alas desviadas, la Figura 2 -la vista desde el lado, la Figura 3 -la vista del ala desde la dirección marcada con la letra X en la Figura 2, la Figura 4 -la vista en el otro rotor con alas de diferente longitud y ángulos de deflexión variados de lasalassuperior einferior, mientras quelaFigura5muestra la vista desde arriba en el rotorensusección de acuerdo con la línea Y-Y marcada en la Figura 4.

El rotorse fijaenel concentrador 1del árbol de accionamiento soportándose verticalmenteenlatorre de la turbina eólica 4. Dos soportes horizontales 2, con la superficie aerodinámica simétrica se fijan al concentrador 1. Las cuerdas de la superficie aerodinámica de los soportes son horizontales y el eje longitudinal, que pasa por el centro geométrico de las superficies de aerodinámicas, intersecando el eje de giro del rotor. La pala del rotor 3 se fija en el extremo de cada soporte 2, la pala se conecta con los soportes 2 por la zona central 3c de su propia longitud. El ala superior 3a y el ala inferior 3b de la pala del rotor 3 tienen la misma longitud, ambas alas se desvían radialmente hacia fuera y el ángulo con relación al eje de giro es 2. Las secciones transversales del ala superior 3a y del ala inferior 3b tienen la superficie aerodinámica simétrica o cóncava-convexa con las longitudes de cuerda de b1 a b2 disminuyendo hacia ambos extremos de las alas y el espesor de la superficie aerodinámica de c1 a c2. Las longitudes de cuerda b2 de la superficie aerodinámica en ambos extremos de las alas 3a, 3b y la longitud de cuerda b1 en la zona central 3c son inversamente proporcional al radio R1, R2 de su ubicación, en relación con el eje de giro, tal como se expresaenlarelación: b1/b2 =R2/R1. Cuando las características de la forma de la pala se aplican a tales relaciones dimensionales y de forma, el consumo de energía eólica es estable a lo largo de toda la longitud del ala y, al mismo tiempo, disminuye el ángulo de ataque del aire 1=

2 de la velocidad resultante... [Seguir leyendo]

1. Un rotordeturbina eólica conuneje de giro vertical, que sehaconectado conun concentrador, al menos dos soportes horizontales en cuyos extremos están las palas del rotor, fijados firmemente en su zona central a los extremos de soporte, consistiendo cada una de las palas del rotor de dos alas unidas entre sí, alas cuyas secciones transversales tienen una superficie aerodinámica simétrica o cóncavo-convexa en las que las longitudes de la cuerda y el espesor de la superficie aerodinámica están disminuyendo hacia los extremos de las alas , caracterizado por que el ala superior (3a) y el ala inferior (3b) de la pala de rotor (3) desvían radialmente desde la zona central (3c) hacia el exterior, formando un ángulo de deflexión (

2) hacia el eje de giro del rotor, donde la longitud de las cuerdas (b2) de la superficie aerodinámica en ambos extremos de ala (3a, 3b) y la longitud de la cuerda (b1) en la zona central ( 3c ) son aproximadamente inversamente proporcionales a los radios (R1 , R2) de su ubicación en relación con el eje de giro del rotor .

1,

2. El rotor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el ángulo de deflexión (

2) del ala inferior (3b) que es mayor 15 que el ángulo de deflexión (

1) del ala superior (3a) .

3. El rotordeacuerdo conlareivindicación2, enelque el ángulo de deflexión (

2) del ala inferior (3b) es mayor por 1° a 5° que el ángulo de deflexión (

1) del ala superior (3a) .

4. El rotor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la longitud (I2) del ala inferior (3b) es mayor que la longitud (I1) del ala superior (3a) .

5. El rotor de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la longitud (I2) del ala inferior (3b) es mayor del 2 % al 15 %

de la longitud (I1) del ala superior (3a) . 25

6. El rotor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los soportes (2) tienen una superficie aerodinámica simétrica con una cuerda horizontalmente posicionada y el eje longitudinal de los soportes, pasa por el centro geométrico de las superficies de aerodinámicas e interseca el eje de giro del rotor.

7. El rotor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las palas del rotor (3) están conectadas con los soportes (2) por medio de la utilización de puntos de ajuste conocidos delángulodeataque (y) que ajustan el ángulo de pérdida (y) que hace posible los cambios en el intervalo de -2° a +3°.