Torre giratoria ahusada híbrida con elementos múltiples.

Una torre giratoria (100) de turbina eólica que comprende:

un conjunto superior externo (220) de rodamientos;

un borde (110) de ataque y un borde (120) de salida que soportan las cargas fundamentales de tensión y compresión de la torre provenientes de la flexión inducida por el empuje de una turbina, una góndola y un rotor, teniendo el borde (120) de salida una máxima separación torcida o curvada (130) del borde (110) de ataque en proximidad al conjunto superior (220) de rodamientos y ahusada hacia el borde de ataque en proximidad a los extremos superior e inferior de la torre;

un espacio interior hueco (136) estructuralmente eficiente progresivamente dimensionado entre el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida que produce cargas en buena medida constantes en el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida, estando progresivamente dimensionado el espacio interior hueco (136) desde los extremos superior e inferior a media altura de la torre;

paneles laterales (135) que unen el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida;

un eje (950) de rotación de la torre que atraviesa el centro del conjunto superior (220) de rodamientos;

un aro (230) a media altura de la torre que rodea al conjunto superior (220) de rodamientos; y

varios alambres, cables o varillas (310) de sujeción unidas al aro (230) a media altura de la torre y que se extienden hasta el suelo.

Torre giratoria ahusada híbrida con elementos múltiples.

Antecedentes de la invención

1. Uso previsto

La presente invención es una construcción ventajosa de una torre giratoria de turbina eólica. La turbina incluye el rotor y la góndola. La turbina está fijada a la parte superior de la torre y cambia de dirección con la rotación de la torre. La torre tiene un perfil estrecho en una dimensión y un perfil ancho en una segunda dimensión. Esta forma, combinada con rodamientos, permite que la torre cambie de orientación en respuesta a cambios en la dirección del viento, alineando la estructura con la dirección del viento para soportar óptimamente las cargas y, con ello, reducir el peso y el coste de la torre.

2. Tecnología relacionada

Las turbinas eólicas son conocidas. La mayoría de estas turbinas utiliza a una torre estacionaria y la turbina gira 360° en un plano horizontal en la parte superior de la torre.

Ha habido algunas tentativas de construir una turbina eólica con una torre que gire con la dirección del viento. Véase la patente 780.381 del Reino Unido, en la que una torre giratoria está estabilizada por 3 patas y la turbina y el generador están situados a nivel del suelo. Véase también la patente 10.194 del Reino Unido, en la que la torre está construida para girar libremente al viento sobre dos rodamientos de rodillos o bolas, estando uno en la base del bastidor de la viga de carga y el otro inmediatamente debajo del "rotor eólico" o turbina eólica. Los rodamientos de rodillos o bolas bajo el rotor eólico consisten en un anillo diseñado para impedir que el bastidor de la viga de carga tenga ningún movimiento hacia arriba o lateral. El bastidor de la viga de carga permanece libre para girar por medio de rodillos fijados al bastidor. Para mantener el bastidor o torre de la viga de carga en posición vertical, el anillo está dotado de ojales o agujeros y está firmemente anclado al suelo por medio de maromas o varillas de sujeción de acero. La torre de celosía no tenía forma aerodinámica.

Sumario de la invención La memoria da a conocer una estructura de torre que tiene una forma alar en la que el ala está puesta vertical sobre su extremo; es decir, un estrecho grosor en la dirección transversal con respecto al viento, una anchura en expansión en el sentido del viento y una larga estructura ahusada doble a lo largo de su altura. También se da a conocer una estructura de torre que tiene una forma triangular con altura.

La estructura de la torre puede tener un borde de ataque recto que se extienda toda la altura de la estructura. El borde de ataque estrecho está orientado en la dirección del viento y minimiza la entrada de aire o la resistencia aerodinámica y la turbulencia en su paso. La estructura de la torre también contiene un borde de salida que, de forma similar, se extiende hasta la parte superior de la estructura. El borde de salida puede curvarse hacia fuera, expandiendo la anchura de la estructura a cierta altura de la estructura. El borde de salida puede ahusarse hacia el borde de ataque en proximidad a los extremos de la torre. Según se usa en la presente memoria, el "segmento superior de la torre" significa aquella porción de la torre en la que el borde de salida se ahúsa por encima de la curvatura máxima hacia afuera del borde de salida al borde de ataque. Una estructura de forma triangular presentada más abajo funde el borde de salida en el borde de ataque en proximidad a la parte superior de la torre.

El borde de ataque puede mantener un eje longitudinal uniforme. El borde de salida puede estar configurado con una forma curvada o torcida; es decir, la distancia entre el borde de ataque y el borde de salida puede variar en toda la altura de la estructura. El borde de ataque y el borde de salida son los elementos fundamentales de soporte de carga de la torre que soportan el peso y el empuje de la turbina.

El borde de ataque y el borde de salida pueden comprender un material resistente de módulo de elasticidad elevado, tal como metal, o un material compuesto que contenga fibras de resistencia elevada, por ejemplo fibras unidireccionales de vidrio o carbono. El borde de ataque y el borde de salida también pueden ser de acero. El borde de ataque o el borde de salida pueden tener forma semicircular y comprender múltiples segmentos sujetables apilados encima de un fragmento inferior. Los segmentos apilados forman una estructura vertical, es decir, el borde de ataque y el borde de salida. Cada segmento puede ser diseñado y fabricado para soportar cargas calculadas en función de la posición del segmento en la estructura. Aunque se ilustran formas semicirculares, son posibles otras formas. Por ejemplo, el borde de ataque puede tener forma elíptica, y el borde de salida puede tener una forma plana para la liberación del viento.

Los paneles laterales de la estructura pueden comprender un vidrio de doble polarización (DP) . Otros materiales que pueden usarse incluyen, sin limitación, plásticos, plásticos reforzados con fibras o paneles sobre un apuntalamiento diagonal de bastidor. Los paneles pueden comprender un material compuesto reforzado con fibras en el que la dirección de la fibra está orientada hacia la carga del panel. En un ejemplo, los paneles pueden ser paneles de aluminio que cubren el bastidor diagonal de acero. En otra realización, los paneles pueden comprender una capa de fibra de vidrio sobre un núcleo alveolar. Los paneles laterales pueden ser orientados para permitir la unión entre el borde de ataque y el borde de salida. Los paneles laterales también pueden tener forma aerodinámica tanto en altura como en anchura.

La torre gira con los cambios en la dirección del viento. La turbina eólica está montada fija en el extremo superior de la torre. Según se usa en la presente memoria, el término "turbina" incluye el rotor y la góndola. La "góndola" puede incluir los rodamientos principales del rotor, el generador, la caja de engranajes y equipo asociado. El motor de guiñada estará o bien en el conjunto de aro y rodamientos superiores a media altura de la torre, o en la base de la torre. La rotación de la torre y la turbina ocurre por medio de la operación de un conjunto inferior de rotación (en lo sucesivo, "conjunto inferior de rodamientos") montado aproximadamente a nivel del suelo y de un conjunto superior de rodamientos fijado a la torre por debajo de las palas del rotor de la turbina y próximo a la curvatura o separación máxima del borde de salida del borde de ataque (en lo sucesivo, "media altura de la torre") . Pueden utilizarse conjuntos de rodamientos adicionales o alternativos. Un conjunto aceptable de rodamientos incluye la capacidad de soportar cargas laterales y permitir la rotación de la torre en 360°.

El conjunto superior de rodamientos comprende una estructura anular que rodea a la estructura de la torre de forma alar. La activación del motor de guiñada y la rotación de la torre mediante la operación de los conjuntos de rodamientos inferior y superior hace que el borde de ataque de la torre apunte continuamente al viento. Este, a su vez, apunta la turbina, fija encima de la torre, hacia el viento, mejorando con ello la producción de energía.

Una segunda estructura anular exterior (en lo sucesivo, "aro a media altura de la torre") puede rodear al conjunto superior de rodamientos. Esta segunda estructura puede ser la fijación para los alambres, los cables o las varillas de sujeción de refuerzo y estabilización que se extienden desde la torre hasta el suelo. Los alambres de sujeción pueden ser anclados al suelo. Puede haber tres o más alambres de sujeción. Por ejemplo, tres alambres de sujeción estarían separados aproximadamente 120° entre sí. La segunda estructura anular exterior también puede proporcionar un refuerzo horizontal para el conjunto superior de rodamientos.

En otra realización, la torre puede tener una forma triangular. La forma es estrecha en la unión superior con la turbina y tiene una base amplia en la parte inferior. Los bordes de salida y de ataque pueden estar unidos por un componente horizontal en la parte inferior de la torre. Un concepto estructural de la invención incluye la igualación del momento flector del empuje y el ahusamiento. Por lo tanto, una torre con un soporte a medio nivel tendrá un doble ahusamiento, mientras que una torre con solo un conjunto de rodamientos en la base (torre de forma triangular) tendrá un único ahusamiento. El conjunto de rodamientos estará a nivel del suelo. El conjunto de rodamientos puede incluir un dispositivo motriz de una plataforma giratoria. Este puede incluir un disco horizontal giratorio que soporte la torre. Se puede usar un motor de guiñada situado a nivel del suelo para hacer girar la torre contra... [Seguir leyendo]

1. Una torre giratoria (100) de turbina eólica que comprende:

un conjunto superior externo (220) de rodamientos;

un borde (110) de ataque y un borde (120) de salida que soportan las cargas fundamentales de tensión y compresión de la torre provenientes de la flexión inducida por el empuje de una turbina, una góndola y un rotor, teniendo el borde (120) de salida una máxima separación torcida o curvada (130) del borde (110) de ataque en proximidad al conjunto superior (220) de rodamientos y ahusada hacia el borde de ataque en proximidad a los extremos superior e inferior de la torre;

un espacio interior hueco (136) estructuralmente eficiente progresivamente dimensionado entre el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida que produce cargas en buena medida constantes en el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida, estando progresivamente dimensionado el espacio interior hueco (136) desde los extremos superior e inferior a media altura de la torre;

paneles laterales (135) que unen el borde (110) de ataque y el borde (120) de salida;

un eje (950) de rotación de la torre que atraviesa el centro del conjunto superior (220) de rodamientos;

un aro (230) a media altura de la torre que rodea al conjunto superior (220) de rodamientos; y varios alambres, cables o varillas (310) de sujeción unidas al aro (230) a media altura de la torre y que se extienden hasta el suelo.

2. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 en la que tanto el borde de ataque como el borde de salida están torcidos o curvados alejándose entre sí en proximidad al conjunto superior de rodamientos.

4. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 que, además, comprende uno o más conjuntos adicionales de rodamientos por debajo del conjunto superior de rodamientos.

5. La torre giratoria (100) de turbina eólica de la reivindicación 1 que, además, comprende al menos un alambre o varilla tensor (310) en un primer lado y, en un segundo lado opuesto, fijado y extendiéndose desde un extremo superior de la torre hasta un extremo inferior de la torre, retenido perpendicular al plano del borde de ataque al borde de salida, que están fijados al conjunto superior (220) de rodamientos y rotan con él.

6. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 en la que, además, el borde de ataque tiene un primer radio y el borde de salida tiene un segundo radio, siendo un radio menor que el otro radio.

7. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 en la que, además, el borde de ataque y el borde de salida están fabricados de un metal, una aleación metálica o un material compuesto y los paneles laterales que soportan cargas comprenden un material compuesto sobre un núcleo, una chapa de material compuesto o una chapa no estructural sobre un bastidor.

8. Un conjunto de turbina eólica que comprende la torre giratoria (100) de turbina eólica de la reivindicación 1 y una turbina eólica (351) montada de forma fija en el extremo superior de la torre (100) de turbina eólica, teniendo la turbina eólica un rotor (402) de turbina que se extiende en la dirección del viento más allá del borde (120) de salida.

9. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 que comprende una bisagra, conectada en proximidad a la parte inferior de la torre, que permite hacer subir la torre hasta la vertical o hacerla bajar hasta la horizontal.

10. La torre giratoria (100) de turbina eólica de la reivindicación 1 que comprende el borde (110) de ataque se inclina hacia delante contra el viento.

11. La torre giratoria (100) de turbina eólica de la reivindicación 10 en la que la porción superior de la torre se inclina hacia delante contra el viento y aumenta con ello el espacio desde una pala (402) del rotor de la turbina eólica hasta el borde (110) de ataque.

12. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 10 en la que las cargas operativas de fatiga en la torre, los rodamientos, los cables y los cimientos se reducen al colocar la masa (351) de la turbina eólica contra el viento del eje (950) de rotación de la torre giratoria de turbina eólica.

13. La torre giratoria de turbina eólica de la reivindicación 1 en la que el borde de ataque, el borde de salida y los paneles laterales comprenden múltiples segmentos y cada segmento mantiene la misma orientación con respecto al viento, y estando fabricados los segmentos para soportar cargas de la torre específicas a la posición del segmento en la torre de turbina eólica y para tener formas aerodinámicas con respecto al viento.

14. La torre de turbina eólica de la reivindicación 13 en la que los segmentos son de materiales o construcción diferentes, con materiales de alta resistencia en las trayectorias principales de carga y materiales más ligeros o de menor coste en las trayectorias secundarias de carga.

15. La torre de turbina eólica de la reivindicación 13 en la que los segmentos del borde de ataque están formados para una entrada de baja resistencia aerodinámica en un flujo de aire; en la que, además, los paneles laterales están formados para un paso con baja resistencia aerodinámica del flujo de aire en una dimensión lateral de la torre, y los paneles del borde de salida están formados para que tengan las propiedades deseadas de liberación del flujo de aire.