ES2388628B2

ES2388628B2 - Aerogenerador de eje vertical.

Info

Publication number: ES2388628B2
Application number: ES201000171A
Authority: ES
Inventors: José Antonio Torrecilla Contreras
Original assignee: Individual
Current assignee: Lugares Eolicos Sl
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-04-08
Also published as: ES2388628A1

Abstract

Aerogenerador de eje vertical.#El aerogenerador, siendo del tipo de los que incorporan palas dotadas de medios para regular su oposición al paso del aire, centra sus características en que dichas palas están asociadas a rotores independientes, que se relacionan con el eje principal de giro asociado al alternador a partir de una transmisión en la que el piñón asociado a dicho eje principal gira solidariamente en el sentido de giro del eje, pero es libre en el sentido contrario, de manera que la ausencia o menor intensidad de viento a diferentes alturas no haga frenar al aerogenerador. De acuerdo con otra característica de la invención, dicho eje no es monopieza, sino que está dividido en varios tramos, unidos por cabezales basculantes, lo que permite corregir las oscilaciones propias de la torre.

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aerogenerador de eje vertical, que ha sido especialmente concebido para satisfacer de una manera simple, eficaz y respetuosa al máximo con el entorno y el medio ambiente, la creciente demanda de energía eléctrica.

El objeto de la invención es proporcionar un aerogenerador de eje vertical, con un alto rendimiento energético.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad los aerogeneradores de

vertical para la producción de electricidad a partir de la energía eólica, se caracterizan por la escasa productividad y complejidad.

En sus distintas versiones los generadores de eje vertical conocidos se constituyen a partir de una torre principal anclada a la base y provista de sus correspondientes rotores que trasmiten el movimiento generado a un eje vertical y este a un alternador con interposición de una caja multiplicadora.

Este tipo de dispositivos presentan varios inconvenientes siendo el

principal la escasa productividad debido a que la sup(rficie de contacto con el

viento de este tipo de palas es muy limitada y no se ha compensado la limitaciones de longitud que tienen con incremento de superficie usando altura.

Tratando de obviar esta problemática, es conocido el modelo de utilidad 1 063 482, en el que se describe un aerogenerador de eje vertical, constituido a partir de dos torres telescópicas, cuyas palas se materializan en palas abatibles de manera que estas son susceptibles de disponerse perpendicularmente a la dirección del viento o paralelamente al mismo, de manera que se defina un sentido de giro para el dispositivo, y que el par de giro que ejerce el viento sobre las palas no se vea fmnado por el esfuerzo que

dicho viento ejerce sobre las palas diametralmente opuestas.

Si bien mediante esta estructuración s,e conSIgue aumentar el rendimiento de este tipo de aerogeneradores, el mismo sigue siendo bastante limitado, con lo que seria deseable disponer de un aerogenerador con un rendimiento mayor.

Paralelamente, en este tipo de aerogeneradores el conjunto de las palas es solidario a un eje común, de manera que, e:n los casos en los que el viento sopla con distinta intensidad en función de la altura, esto provoca una reducción del rendimiento, ya que las palas que se ven sometidas a una mayor fuerza del viento se ven frenadas al tener que mover a las otras palas situadas a diferentes alturas en las que la fuerza del viento es menor.

Otro problema que presentan este tipo de aerogeneradores es la generación de vibraciones y oscilaciones por la propia configuración de los mismos, así como la generación de impulsos violentos debidos a vientos racheados.

Finalmente, tambien cabe destacar el hecho de que si bien algunos

de estos aerogeneradores disponen de sistemas de frenado, los mismos necesitan una gran energía para llevar a cabo dicho frenado, debido al esfuerzo que genera el propio viento sobre las palas.

DESCRIPCIÓN DE LA

El aerogenerador de eje vertical que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos comentados.

Para ello, el aerogenerador de la invención parte de una estructura soporte, tubular, que se dispone verticalmente, por cuyo interior se introduce el correspondiente cableado, de manera que dicha estructura soporte se remata inferiormente en una base de fijación a la correspondiente cimentación.

Esta estructura soporte tiene un carácter modular, en orden a adaptar el aerogenerador a diferentes alturas o dimensiones para el mismo, sin mas que unir diferentes tramos, los cuales se relacionan entre si a partir de un cabezal basculante.

En cualquier caso, en cada tramo de la misma, se incluirán los elementos captadores y transmisores de emrgía, presentando un funcionamiento independiente entre si para cada tramo.

De forma mas concreta, el aerogenerador, como es convencional, incluirá un alternador y su complementaria caja multiplicadora, asociada a un eje común, el cual esta constituido a partir de varios tramos que se enlazan entre si mediante cabezales basculantes, lo que permite corregir cualquier movimiento de cimbreo de la torre haciendo posible que la transmisión pueda trabajar con cualquier curvatura, e incluso en zig-zag.

Esta transmisión en vez de relacionarse de forma directa con las palas del aerogenerador, como es convencional, recibe la fuerza a través de un piñón de tipo bicicleta, es decir, que gira solidario con el eje en un sentido, mientras que en el otro juega libremente, que se relaciona con la

10 correspondiente cadena o correa con un segundo piñón solidario al rotor, al que están asociadas las palas, de manera que, con esta especial estructuración se permite que, aunque uno de los rotores no se encuentre girando, debido a la falta de viento a una determinada altura, este no frene a la transmisión, la cual girará libremente, movida por otros rotores.

Así pues, la transmisión recibe y suma la fuera que los distintos tramos van aportando por medio de los respectivos piñones, permitiendo aprovechar la fuerza del viento al máximo, indistintamente de la altura a la que su intensidad sea máxima, si bien el tramo situado a dicha altura será

20 realmente el que inicie el giro de la transmisión.

Dado que el eje de la transmisión se sitúa internamente al correspondiente tramo de la estructura, mientras que cada rotor se sitúa exteriormente y concéntricamente a la misma, se ha previsto que dicho tramo incorpore una ventana a nivel del comentado piñón, a través del que emerge la cadena de distribución, habiéndose previsto que inferir y superiormente a dicha ventana el tramo incluya una pareja de valonas o plataformas circulares entre las que se establece un eje auxiliar asociado al complementario piñón de la transmisión anteriormente mencionado.

Opcionalmente, podría instalarse un juego de piñones con capacidad de cambios automáticos de velocidad, mientras que la cadena transmisora podría ser guiada por un espadín.

Entre estas dos plataformas se aloman adicionalmente distintos aparatos electrónicos así como tomas de electricidad e hidráulicos.

Sobre la plataforma superior se establece el citado rotor, el cual es susceptible de girar sobre la misma, incorporando en correspondencia con su base una corona dentada, que engrana en un piñón asociado al eje auxiliar anteriormente comentado.

En la parte superior de dicho rotor se aloja el freno de disco y el receptor de la catenaria a través del cual se obtüme energía eléctrica del sistema para poder actuar sobre el control de las palas, tal y como se explica a continuación.

Las palas se materializan esencialmentel:!n un marco rectangular, en cuyo seno se establecen una pluralidad de lamas, orientables selectivamente mediante el empleo de electroimanes, controlados por un circuito lógico.

En el momento de máxima apertura las lamas chocan con un tope móvil, una pieza metálica convertida en electroimán . En principio solo es un tope móvil que facilita el retomo de las citadas lamas para que cierren, pero también es un regulador de velocidad y frenada ya que cuando queremos que la velocidad de la máquina disminuya solo tenemos que dejar activo el electroimán para que retenga las lamas que quedan siempre en posición de apertura.

Con ello se consigue que frenen con la misma fuerza del viento ya que la resistencia en el retorno es igual al empuje en el ataque. Para frenar completamente un tramo solo hay que activar los frenos hidráulicos.

Este sistema de funcionamiento-parada, permite gobernar a voluntad, de forma independiente, todos los cuerpos que se hayan montado, regulando por tanto la fuerza de toda la máquina según las necesidades especificas de cada caso.

Opcionalmente el dispositivo podría trabajar también con lamas horizontales sin que ello afecte a la esencia de la invención.

De hecho la naturaleza del rotor con transmisión indirecta es posible que permita el uso de pa1as convencionales correctamente redimensionadas o cualquier otra que exista en el mercado.

Finalmente, cabe destacar que, el último tramo, el supenor, podrá rematarse en una pequeña grúa extensible y ligera que permita elevar cualquier carga cuando así se necesite.

Se consigue de esta forma una máquina sencilla sin sofisticados sistemas ni alta tecnología y, por tanto, muy apta también para países en vías de desarrollo con un nivel bajo de tecnificación.

La máquina navega libre al viento y este es su aliado. Es el viento el que hace todo el trabajo, no siendo precisa más que una mínima intensidad, a cualquier altura y en cualquier dirección, para ponerse en marcha y generar energía.

Con esto se convierte en una fabricación barata de fácil montaje

y sin necesidades especiales para el transporte ya que todos sus componentes son muy ligeros y sin excesos de tamaño en ninguna de sus dimensiones, todo ello con un mantenimiento prácticamente nulo.

Otra ventaja importante respecto de otros sistemas de generación de energía a partir del viento, es que el equipo generador está en tierra lo cual permite utilizar cualquier generador independientemente de su peso.

Las características de la invención le permiten también actuar como transportador aéreo de la electricidad que genera lo que en ciertas ocasiones permite ahorrar costes muy elevados.

Tampoco precisa por necesidad ser instalado en un parque eólico, por lo que cabe imaginar que muchísimas torres de media tensión que tengan una ubicación idónea para este propósito, puedan ser sustituidas por el dispositivo de la invención, pudiéndose gestionar con un teléfono móvil.

El dispositivo puede ser utilizado incluso como poste repetidor de señales de Tv, radio o telefonía móvil. Para ello es suficiente con dimensionar adecuadamente la estructura soporte.

En su versión marina resulta ideal ya que tiene un punto de gravedad tan bajo que le permite desenvolverse en estos espacios con infinitas ventajas sobre los aerogeneradores de eje horizontal y plegándose además al viento racheado y cambiante con mucha más facilidad que estos.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a

realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.-Muestra una vista en perspe(tiva de un aerogenerador de eje vertical realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.

La figura 2.-Muestra una vista en alzado del conjunto de la figura anterior.

La figura 3.-Muestra una vista en planta del conjunto de las figuras anteriores.

La figura 4.-Muestra un despiece en explosión del aerogenerador a nivel de uno de sus módulos.

La figura 5.-Muestra una vista en perspectiva de uno de los tramos que participan en el chasis.

La figura 6.-Muestra una vista en perfil del conjunto de la figura anterior.

La figura 7.-Muestra una vista en perspectiva de la pieza base que participa en el aerogenerador.

La figura 8.-Muestra una vista similar a la de la figura 2, pero en la que el aerogenerador está desprovisto de varias de sus palas, en orden a

pennitir visualizar mejor la disposición de los rotores.

La figura 9.-Muestra un detalle en perspectiva del eje de la transmisión y el eje auxiliar a traves del cual se relaciona con el rotor, no mostrado en la figura.

La figura 10.-Muestra una vista en perspectiva similar a la de la figura anterior, pero en la que sobre dicho conjunto aparece representado el correspondiente tramo de la estructura.

La figura 11 .-Muestra finalmente, un detalle en perspectiva en el que se puede observar como el rotor se relaciona a través de una rueda dentada con el piñón asociado al eje auxiliar a través del que se relaciona con el eje de la transmisión principal.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Como se puede ver en las figuras referidas, el aerogenerador de la invención está constituido a partir de una estructura tubular modular, obtenida a partir de tubos concéntricos rellenos en su interior de poliuretano u otro aislante.

De forma mas concreta, la estructura de la que parte el aerogenerador contiene una base (1) y una serie de tramos (2), todos ellos tubulares, en cuyo seno se aloja un eje principal (3), asociado al alternador, establecido en correspondencia con la base (1), y a la correspondiente reductora, con la especial particularidad de que dicho eje se divide en tantos sectores como tramos (2) participen en el aerogenerador, de manera que los mismos se unen entre si a través de un cabezal basculante, de manera que el conjunto de estos cabezales permite corregir las oscilaciones propias de la torre.

Este eje principal (3) se relaciona con el rotor (4) a través de un eje auxiliar (5), por medio de una pareja de piñones (6-6') y una cadena (7), el primero de los cuales es del tipo "bicicleta", es decir que se desplaza solidario al eje en un sentido de giro, mientras que en el contrario es libre.

Para ello, y tal y como muestra la figura 10, el tramo (2) en cuyo seno juega el eje principal (3) incorpora una ventana (8) a través de la que sale la cadena (7), incorporando una pareja de plataformas circulares (9-9') en correspondencia con su extremidad inferior, entre las que se dispone el eje auxiliar (5), el cual se remata superiormente sobre la plataforma circular superior (9) en un tercer piñón (10), que, tal y como muestra la figura 11, engrana con una rueda dentada (11) que es solidaria al rotor (4), estableciéndose una carcasa protectora (12) entre estas plataformas, incluyendo escotillas de acceso a las diferentes partes del aerogenerador.

Opcionalmente y SI las pruebas prácticas lo aconsejan, el dispositivo puede terminar en un anillo hueco donde se alojarían los rodamientos que servirán de soporte y anclaje a una barra estabilizadora, esta barra llevaría alojado un amortiguador. Ésta barra hace que el giro de las palas quede protegido de excesos de inclinación por golpes de viento o vientos muy variables, por lo que enlaza las palas con el "sandwich" que definen las plataformas circulares (9-9') haciendo un triángulo y gira con ellas como un "tiovivo".

En la parte superior de dicho rotor se aloja el disco (13) asociado al complementario freno (13') de disco y el receptor de la catenaria (14) a través del cual se obtiene energía eléctrica del sistema para poder actuar sobre el control de las palas, tal y como se explica a continuación.

Por su parte, las palas (15) se materializan preferentemente en un marco rectangular, en cuyo seno se establecen una pluralidad de lamas (16), orientables selectivamente mediante el empleo de electroimanes, controlados por un circuito lógico, si bien, podrían utilizarse otro tipo de palas convencionales.

Claims

REIVINDICACIONES

1 a._ Aerogenerador de eje vertical, que siendo del tipo de los que

incorporan un eje vertical, asociado a un alternador mediante la correspondiente transmisión, eje que esta asociado igualmente a una serie de palas dotadas de medios para regular su oposición al paso del aire, caracterizado porque está constituido a partir de una base (1) Y una serie de tramos (2), todos ellos tubulares, en cuyo seno se a.loja un eje principal (3), asociado al alternador, con la especial particularidad de que dicho eje se divide en tantos sectores como tramos (2) participen en el aerogenerador, de manera que los mismos se unen entre si a través de un cabezal basculante, habiéndose previsto que en cada tramo del eje principal (3) sea susceptible de desplazarse angularmente un rotor (4) concéntrico a este y al que estan asociadas las palas (15), con la particularidad de que el movimiento angular del rotor se transmite al eje principal (3) a través de un eje auxiliar (5), asociado al tramo (2), sobre el que engrana el propio rotor (4), eje auxiliar (5) que se relaciona con el eje principal (3) por medio de una pareja de piñones (6-6') y una cadena (7), habiéndose previsto que el piñón (6) asociado al eje principal (3) sea de tipo "bicicleta", es decir que se desplaza solidario al eje en un sentido de giro, mientras que en el contrario permanece libre.

2a.-Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación la, caracterizado porque cada tramo (2), en cuyo seno juega el eje principal (3) incorpora una ventana (8) a través de la que sale]a cadena (7), que queda enmarcada entre una pareja de plataformas circulares (9-9') en correspondencia con su extremidad inferior, entre las que se dispone el eje auxiliar (5), el cual se remata superiormente sobre la plataforma circular superior (9) en un tercer piñón (10), que, engrana con una rueda dentada (1 1) que es solidaria al rotor (4).

3a._ Aerogenerador de

vertical, según reivindicación la, caracterizado porque entre las platafonnas circulares (9-9') se establece una carcasa protectora (12), incluyendo escotillas de acceso a las diferentes partes del aerogenerador.

4a._ Aerogenerador de

vertical, según reivindicación 1 a, caracterizado porque el dispositivo se remata en un anillo hueco donde se alojan los rodamientos que sirven de soporte y anclaje a una barra estabilizadora, asociada a un amortiguador.

5a._ Aerogenerador de

vertical, según reivindicación 1 a, caracterizado porque las palas (15) se materializan en un marco rectangular, en cuyo seno se establecen una pluralidad de lamas (16), orientables selectivamente mediante el empleo de electroimanes, controlados por un circuito lógico.

6a._ Aerogenerador de eje vertical, sc:!gún reivindicación 1 a, caracterizado porque en la parte superior del rotor (4) se aloja un freno de disco (13-13'), receptor de la catenaria (14) a través del cual se obtiene energía eléctrica del sistema para poder actuar sobre d control de las palas.

7a._ Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación la, caracterizado porque tanto la pieza base (1) como los tramos (2) están constituido a partir de una estructura tubular modular, obtenida a partir de tubos concéntricos rellenos en su interior de poliuretano u otro aislante.