ES2232959T3 - Rotor de molino de viento y aspas para el mismo. - Google Patents

Abstract

Un molino de viento del tipo de rodete frontal y que tiene una torre (2) que sirve para soportar rotativamente un alojamiento (4) del molino de viento con un árbol principal (6) sustancialmente horizontal que porta un rotor de viento, que comprende un cubo (8) y tres aspas (10) que se extienden desde el cubo (8) y construidas como elementos de perfil de estructura aerodinámica, teniendo el molino de viento uno de tales rotores de viento, siendo dicho rotor de viento del tipo en donde las aspas (10) se extienden desde un área de seguridad o transición en el cubo (8) del rotor a un área de la punta que reside a una distancia frente al plano normal (p) del cubo del rotor a través de los puntos de intersección de los ejes de las aspas con la circunferencia del cubo, caracterizado porque las aspas (10), que pueden ser flexionadas por la presión del viento, se extienden hacia el exterior desde el cubo (8) en dicho plano normal (p) y a una distancia respecto del cubo (8), extendiéndose entonces, según una curvatura hacia el exterior y hacia delante, al menos a lo largo del tercio exterior de la aspa (10).

Description

Rotor de molino de viento y aspas para el mismo.

La presente invención se refiere a un molino de viento con un rotor del tipo usual que normalmente está configurado con tres aspas que se extienden desde un cubo para las aspas en el árbol principal del alojamiento del molino de viento. El alojamiento del molino está dispuesto, de manera rotativa, sobre la parte superior de la torre del molino y, con los así llamados rodetes frontales, el sistema está dispuesto de manera que la rotación del alojamiento del molino es controlada para mantener el rotor de las aspas orientado hacia el viento, es decir, de modo que el viento incide en primer lugar sobre el rotor y luego sobre la torre.

Las aspas del molino de viento están configuradas fundamentalmente como construcciones de tipo carcasa en donde se intenta mantener ambas tan ligeras y rígidas como sea posible en la práctica, siendo el resultado un compromiso en el que las aspas se proporcionan con una rigidez considerable, pero al mismo tiempo también con una cierta resiliencia elástica que por sí mismo se manifestará de forma natural con aspas de longitudes más grandes, por ejemplo de 15-30 m. La presión del viento contra el rotor de las aspas, en donde las mismas giran sus lados anchos contra el viento, dará lugar así a una flexión elástica hacia atrás de las aspas. Con las aspas girando, esta situación se ve aliviada en un grado considerable por dos circunstancias diferentes, es decir, parcialmente porque la fuerza centrífuga que surge simultáneamente sobre las aspas intenta enderezarlas y, parcialmente, porque las aspas, como una consecuencia de su movimiento transversal con respecto al viento, se ven influenciadas por la dirección del viento que no está orientado directamente hacia la superficie ancha de las aspas. Sin embargo, todavía surgirá una componente del viento que intenta obligar a las aspas hacia atrás.

La consecuencia de esta flexión elástica, relacionada, hacia atrás por parte de las aspas, es que, durante su movimiento más allá de la torre, cuanto más fuerte sea el viento más próximos llegarán a estar de la torre los extremos exteriores de las aspas. Dado que los molinos de viento serán capaces también preferentemente de funcionar de un modo eficaz con vientos fuertes, es necesario así que el rotor de las aspas, visto en la dirección del árbol principal del alojamiento del molino, quede situado bastante hacia adelante de modo que las aspas, durante su rotación, en ningún momento puedan quedar expuestas a la influencia del viento en un grado tal que las mismas entren en contacto con la torre, con el consecuente riesgo de serios accidentes o daños directos. Se pueden emplear varios dispositivos de seguridad para frenar el rotor en presencia de fuertes vientos, pero en tales casos ha de tenerse en cuenta que cuanto más se frene el rotor, más aumentará, en un grado considerable, la presión eficaz del viento contra los lados anchos de las aspas.

El problema podría solucionarse como es natural situando el rotor de las aspas a una distancia grande de la torre del molino, pero por muchos motivos esta es una solución muy costosa. Por tanto, la atención se centra sobre la rigidez de las aspas, precisamente de manera que estas puedan soportar una elevada presión del viento sin que el cubo de las aspas tenga que disponerse a cierta distancia exagerada respecto del eje vertical de la torre.

Las aspas se construyen tradicionalmente como elementos de un perfil de estructura aerodinámica con una viga maestra larga y recta que se extiende a lo largo de la aspa en su zona más gruesa. Esta viga maestra es por sí misma particularmente rígida, concretamente en la dirección que resulta aquí relevante, la cual será la dirección de la altura de la viga, pero en base a lo ya expuesto pueden existir motivos para emprender consideraciones más próximas con respecto a la flexibilidad relevante de la viga, es decir, con respecto a una rigidificación extra.

Hasta ahora se han sugerido dos métodos diferentes para solucionar el problema, si bien en ninguno de estos se ha considerado que la viga maestra debe ser rigidificada, es decir, que en primer lugar se coloque el rotor de las aspas en un árbol principal que se inclina ligeramente hacia arriba y, en segundo lugar, que las aspas se monten de un modo inclinado hacia adelante, cuyas soluciones pueden ser comentadas de forma breve como sigue:

Cuando se hace uso de un árbol principal inclinado hacia arriba, el conjunto del plano del rotor apunta hacia arriba/hacia atrás, de manera que en su movimiento de rotación en el espacio existente por encima de la torre, las aspas pueden oscilar libremente sobre el contorno de la torre subyacente, al tiempo que el paso de las aspas por debajo tendrá lugar a una mayor distancia de la torre. De este modo, el molino puede operar con una distancia libre considerable entre las puntas de las aspas y el lateral de la torre, incluso aunque el cubo de las aspas esté situado más o menos cerca de la torre, ya que las aspas oscilarán así por debajo libres de la torre incluso con una fuerte deflexión hacia atrás, mientras que por encima oscilarán evidentemente libres de la torre, incluso aunque sean deflectadas hacia atrás completamente por encima de la misma.

Con esta disposición, el plano del rotor quedará inclinado con respecto a la vertical y se ha determinado que simplemente esta condición por sí misma no parece que sea en general atractiva desde el punto de vista estético, debido a que, para una consideración inmediata, resulta bastante ilógica. Se sabe que existe a este respecto un profundo sentimiento emocional acerca de la utilización sensible de la fuerza del viento y la condición que se indica aquí es suficiente por sí misma para conducir a un efecto desorientativo en el debate surgido en este campo.

Lo mismo puede decirse con la segunda solución anteriormente expuesta, es decir, que aunque las aspas giren en el plano vertical, las mismas asumen una formación "cónica" en la dirección hacia adelante, es decir, se colocan en tales partes de retención inclinadas en el cubo de las aspas que las mismas no solo serán simplemente "radiantes", sino que también quedarán inclinadas ligeramente hacia adelante, de modo que en su rotación las mismas describen una superficie cónica. Igualmente, con ello puede conseguirse que el cubo de las aspas pueda estar situado a una distancia más o menos corta del árbol de la torre del molino, mientras que las puntas de las aspas en un rotor para las mismas que giran en el plano vertical tendrán, no obstante, amplias posibilidades de resultar presionadas hacia atrás sin colisionar por tanto con la torre del molino. Sin embargo, esta solución es relativamente costosa, como consecuencia de que resulta caro disponer las partes de retención ligeramente inclinadas sobre el cubo de las aspas, pudiéndose añadir a lo mismo que también la apariencia resultante de un rotor de aspas cónicas da lugar a objeciones desde el punto de vista estético.

Un molino de viento que comprende esta solución se conoce como TW-600-e. El molino de viento se describe en un folleto con el título "Allgemenine Beschreibung der Windkraftanlage TW-600-e", publicado en 1996 por el fabricante Tacke Windtechnik. El preámbulo de la reivindicación 1 está basado en este estado de la técnica.

Un molino de viento de dos aspas con puntas de las aspas ligeramente curvadas ha sido dado a conocer en la publicación alemana "WIND-KRAFT" 13.Jahrgang-4.Quartal 1993, página carátula y página 1.

Si bien existe una fuerte posibilidad de que la invención trate de efectuar una rigidificación adicional de dicha viga maestra con el fin de obtener una imagen de un rotor de paletas que gira en un plano vertical, con la invención se introduce la modificación de omitir el uso de dichas vigas "rectas" en la construcción de las aspas, empleándose en su lugar vigas maestras con una "alta curvatura en los bordes", sin necesidad de especular adicionalmente respecto a la rigidez de dichas vigas.

Las aspas será capaces así por sí mismas de asemejarse a una extensión en ángulos rectos respecto del cubo de las aspas, la cual puede transcurrir más o menos gradualmente hacia una extensión curvada, por ejemplo, simplemente a lo largo del tercio exterior de la aspa, de manera que las puntas de las aspas residen a una mayor distancia respecto de la torre. Un rotor con las aspas conformadas de este modo ha resultado ser no solo más eficaz para el objetivo considerado, sino también estéticamente aceptable, ya que visualmente la curvatura hacia el exterior se manifiesta muy poco por sí misma. Por ejemplo, surgirá un resultado muy atractivo en el caso de que el cubo de las aspas pueda colocarse a medio metro más próximo al árbol de la torre y solo será ligeramente visible una curvatura asociada hacia el exterior de una aspa con una longitud del orden de 25 m, especialmente cuando puede apreciarse que las partes interiores de longitud más gruesa trabajan en un plano que resulta natural para el observador.

En comparación con las aspas con dicha conificación negativa, las aspas de acuerdo con la invención se distinguirán por sí mismas en parte porque el cubo del rotor puede construirse de manera convencional y, en parte, porque el cubo no estará influenciado por fuerzas de flexión importantes derivadas del efecto de la fuerza centrífuga sobre las aspas. Con las aspas conificadas, una parte grande del enderezamiento de las aspas se deberá precisamente a la fuerza centrífuga, de manera que las mismas han de tener una conificación extra con el fin de absorber también la deflexión hacia atrás que se presenta bajo la presión del viento.

En comparación con dichos rotores inclinados, la invención ofrece la ventaja de que las aspas resultan influenciadas de un modo uniforme y todo ello al revés, de la misma forma exactamente que con los rotores convencionales, mientras que las aspas en un rotor inclinado resultan influenciadas de manera no uniforme, es decir, dependiendo de si las mismas se mueven hacia arriba o hacia abajo y, consecuentemente con ello, dependiendo de si se mueven respectivamente con y contra el viento, lo cual corresponde a un error de oscilación rotatoria que puede dar lugar a varios problemas.

Como se ha mencionado anteriormente, una característica de una aspa de acuerdo con la invención es que la propia viga maestra está formada parcialmente con una curvatura en el plano alto de los bordes, pero ha de recalcarse, sin embargo, que la invención no queda limitada a ello, ya que mediante la formación en un molde adecuadamente conformado la aspa puede tener la curvatura deseada también con construcciones de la caja total o parcialmente libres de la viga.

La invención será descrita ahora con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

La figura 1 muestra un molino de viento con un rotor para las aspas de acuerdo con la invención visto desde la parte lateral.

La figura 2 muestra una aspa del molino de viento vista desde la parte frontal.

La figura 3 muestra la aspa de la figura 2 vista desde el borde lateral.

El molino de viento mostrado en la figura 1 consiste como es usual en una torre 2, un alojamiento 4 del molino y un árbol principal 6 con el cubo del rotor 8 para las aspas 10 que constituye un rotor para las aspas. El molino es de "rodete frontal" en donde el rotor gira hacia el viento W, lo cual significa que la presión del viento flexará las aspas hacia atrás y con ello hacia el interior acercándose a la torre 2. Por tanto, el sistema 4,6 deberá estar dispuesto de tal manera que exista la distancia de seguridad necesaria entre las aspas 10 y la torre.

Con la invención, esta distancia se reduce al mínimo ya que las aspas están provistas de una curvatura dirigida hacia adelante, preferentemente solo en una extensión exterior 12, con lo que las puntas de las aspas, cuando están paradas, residirán a cierta distancia (a) frente al plano p formado por los ejes de las aspas en las partes de la raíz de las aspas. De este modo, las aspas pueden ser construidas de manera que, en el caso de que surjan vientos fuertes, residirán también a una distancia de seguridad fuera de la torre, curvándose posiblemente ligeramente hacia atrás.

En las figuras 2 y 3 se muestra una configuración auténtica de una aspa de molino de viento con una longitud de 29 m. La curvatura hacia el exterior de la punta mostrada en la figura 3 asciende a 50 cm aproximadamente, pero dicha curvatura puede ser también algo más grande o algo más pequeña. Sin embargo, es preferible que la curvatura no sea mucho más grande que el radio de la raíz de la aspa, puesto que ello da lugar a ciertas dificultades en el transporte de la aspa.

La invención no establece con detalle las condiciones de cómo y con qué curvatura deberá producirse la curvatura, ya que ello ha de ser determinado a nivel profesional para que resulte beneficioso en relación con la construcción de la aspa en general. Por tanto, no debe excluirse que pueda elegirse la colocación de la curvatura casi como una comba en la parte extrema gruesa de la aspa, extendiéndose la parte exterior de la aspa de forma recta o ligeramente curvada.

Ha de mencionarse que en las reivindicaciones se ha considerado relacionar la invención con dichos rotores conificados como la técnica conocida y que, de este modo, ha resultado ser conveniente referirse a los ejes p de las aspas como el centro de las partes de la raíz de las aspas de configuración normalmente cilíndrica en donde dichas partes quedan aseguradas en el cubo de las aspas o en su área de transición hacia el cubo.

Claims (2)

1. Un molino de viento del tipo de rodete frontal y que tiene una torre (2) que sirve para soportar rotativamente un alojamiento (4) del molino de viento con un árbol principal (6) sustancialmente horizontal que porta un rotor de viento, que comprende un cubo (8) y tres aspas (10) que se extienden desde el cubo (8) y construidas como elementos de perfil de estructura aerodinámica, teniendo el molino de viento uno de tales rotores de viento, siendo dicho rotor de viento del tipo en donde las aspas (10) se extienden desde un área de seguridad o transición en el cubo (8) del rotor a un área de la punta que reside a una distancia frente al plano normal (p) del cubo del rotor a través de los puntos de intersección de los ejes de las aspas con la circunferencia del cubo, caracterizado porque las aspas (10), que pueden ser flexionadas por la presión del viento, se extienden hacia el exterior desde el cubo (8) en dicho plano normal (p) y a una distancia respecto del cubo (8), extendiéndose entonces, según una curvatura hacia el exterior y hacia delante, al menos a lo largo del tercio exterior de la aspa (10).

2. Un molino de viento según la reivindicación 1, en donde la curvatura se deriva de una disposición hacia adelante de la punta de la aspa en una magnitud correspondiente al radio de la parte de la raíz de la aspa (10).