ES2389214B1 - Aerogenerador de eje vertical. - Google Patents

Aerogenerador de eje vertical. Download PDF

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Abstract

Aerogenerador de eje vertical, compuesto por un primer y segundo rotores (1 y 2) coaxiales independientes, en posición horizontal coincidentes, montados sobre un mismo eje (35) vertical, con facultad de giro en diferente sentido. El primero y segundo rotores (1 y 2) son portadores de palas (10 a 13) y (20 a 23) que van articuladas a dichos rotores según ejes verticales (16-26) no coincidentes. Las palas (10 a 13) y (20 a 23) presentan superficies activas curvas dirigidas en cada rotor en el mismo sentido, pero en sentido opuesto al de las palas del otro rotor.

Description

AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL. Campo de la invención
La presente invención se refiere un aerogenerador de eje vertical, constituido de modo que permita incrementar considerablemente la energía eólica captada, para una dimensión de rotor dada, respecto de los aerogeneradores tradicionales de eje vertical.
El
aerogenerador de eje vertical de la invención
comprende
una estructura que permite el giro de dos
rotores
de forma simultánea y en un mismo plano
horizontal,
en un sentido horario y en un sentido anti-
horario.
Este hecho permitirá doblar, en el mismo
espacio la energía que el viento produce a su paso por el rotor. Para llevar a cabo este efecto, las palas del aerogenerador se plegarán o desplegarán según la posición de giro a la que se encuentren, de tal manera que mientras en un sentido las palas del rotor de giro horario se encuentran desplegadas, aprovechando todo el impulso proporcionado por la inercia del viento, las palas del otro rotor se encuentran plegadas con el fin de, en primer caso, no ofrecer resistencia al viento y, en segundo caso, no chocar con las palas del otro rotor que giran en sentido contrario.
Cabe recordar que, los VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) o aerogeneradores de eje vertical, tienen una serie de características que los diferencian claramente de los aerogeneradores de eje horizontal. HAWT
(Horizontal Axis Wind Turbine), como son. -No requieren de gran altura respecto al suelo, por lo cual pueden ser fácilmente camuflados en el entorno y evitar así el efecto visual que éstos producen.
El mantenimiento y la resolución de averías es mucho más sencillo que los HAWT ya que tanto el generador como
el rotor se encuentran muy cerca del suelo. -El impacto sobre las aves queda anulado.
La dinámica de las palas es mucho más sencilla y la estructura más reducida, por tanto, más económica. -La velocidad de giro es mucho más lenta que en el caso de los HAWT, lo que influye tanto en el desgaste de los
mecanismos
como en el ruido producido durante el giro.
Incluso
se podría eliminar este ruido haciendo que los
rotores
se soportasen con la fuerza MagLev (Magnetic
Levitation).
-Con
una configuración correcta de los rotores y de los
mecanismos de transmisión del movimiento al generador, se podrían eliminar los mecanismos multiplicadores que tienen los HAWT, elementos mecánicos pesados y muy propensos a las averías. -Los aerogeneradores VAWT tienen una velocidad de inicio de giro muy inferior y una velocidad de corte de seguridad superior a los HAWT, por lo cual se pueden aprovechar mucho más los vientos existentes. Además, la configuración mostrada en este documento, tiene la capacidad de poder plegar todas las palas y quedarse cerrado (sin ninguna pala que recoja viento) y evitar así posibles daños cuando los vientos son excesivamente elevados, sin que esto comporte dañar la estructura del aerogenerador ni de la estructura de soporte.
Antecedentes de la invención.
Dentro del concepto de aerogeneradores de eje vertical, dos son los modelos de referencia propuestos hasta ahora:

El modelo "SAVONIUS", desarrollado por el ingeniero finlandés Sigurd J. Savonius en 1992. Este modelo, por la especial disposición de las palas, presente el problema de que en el sentido de retorno las palas inactivas
ofrecen una gran resistencia al viento que contrarrestas
el efecto del viento sobre las palas activas.
El segundo modelo, modelo "DARRIEUS", desarrollado por el ingeniero francés Georges Darrieus, solucionaba el problema del modelo "SAVONIUS", pero el área excesivamente pequeña encargada de recoger la acción del viento, lo hacían muy poco eficiente.
Generalmente, los aerogeneradores de eje vertical desarrollados hasta el momento han sido menos eficientes que los generadores de eje horizontal. Descripción de la invención.
La presente invención tiene por objeto eliminar los problemas expuestos, mediante un aerogenerador de eje vertical constituido de modo que permita lograr un considerable aumento de su rendimiento, haciéndolo equiparable con los generadores de eje horizontal.
El
aerogenerador de eje vertical de la invención
comprende
un primer y un segundo rotores coaxiales
independientes,
ambos de eje vertical y con posición
horizontal
coincidentes. Estos dos rotores van montados
sobre un mismo eje vertical con facultad de giro en diferente sentido. El primer y segundo rotores citactos son portadores de palas que van articuladas a dichos rotores según ejes verticales no coincidentes. Estas palas presentan una superficie activa curva que queda dirigida en cada rotor en el mismo sentido en todas las palas, pero en sentido opuesto al de las palas del otro rotor. Las palas de los dos rotores quedan relacionadas con el eje de giro de las mismas desde bordes verticales opuestos en uno y otro rotor.

Esta estructura permite el giro de los dos rotores en forma simultánea y en un mismo plano horizontal, girando uno de los rotores en sentido horario y el otro
en sentido anti-horario. Mediante un mecanismo, por
ejemplo a base de piñones, puede lograrse la acción de
los dos rotores sobre un mismo eje de salida, que
constituirá el eje de toma de fuerza del aerogenerador.
5
Debido a la articulación de las palas en la forma,
las palas de los dos rotores que en cada momento tienen
la superficie conversa dirigida en sentido opuesto a la
dirección del viento, adoptarán una forma plegada, no
restando así energía al rotor. Por el contrario,
10
aquéllas palas cuya superficie cóncava queda dirigida en
sentido opuesto al de la acción del viento, quedan
desplegadas para recibir todo el efecto del viento.
El plegado y desplegado de las palas se va
efectuando de forma progresiva, conforme gira el rotor
15
correspondiente y las palas van pasando desde posiciones
de máxima orientación activa a posiciones de mínima
orientación activa.
Según la forma preferida de realización, las palas
del primer rotor van articuladas a dicho rotor a través
2 O
del extremo superior del eje de articulación de estas
palas, mientras que las palas del segundo rotor van
articuladas a dicho segundo rotor a través del extremo
inferior del eje de articulación de las palas de este
segundo rotor. Esta disposición impide que las palas de
25
uno y otro rotor puedan chocar mediante las operaciones
de plegado y desplegado de las mismas y al girar los dos
rotores en sentidos opuestos.
En una realización del aerogenerador de la
invención, el primer rotor incluye un soporte anular
30
superior, con el que va relacionado el eje de
articulación de las palas de este primer rotor a través
del extremo superior de dicho eje. Por su parte el
segundo rotor comprende un soporte anular inferior, con
el que va relacionado el eje de articulación de las palas
de este segundo rotor, a través del extremo inferior de
dicho eje. Los dos soporte anulares son paralelos y
coaxiales.
5
Las alas presentarán por un lado una superficie
cóncava y por el opuesto una superficie convexa. Las
palas pueden ser por ejemplo de superficie cilíndrica de
eje vertical, con igual curvatura todas, estando
relacionadas a través de uno de sus bordes verticales
10
rectos con el eje de articulación con el rotor
correspondiente, opuesto este borde en las palas de uno y
otro rotor.
Las palas de los dos rotores pueden ir dispuestas en
posiciones angulares coincidente en los dos rotores.
15
Con la constitución descrita se dispone de un
aerogenerador de eje vertical que incluye un sencillo
mecanismo sensor que permite plegar las palas cuando
estas hacen el recorrido de retorno, ofreciendo una
resistencia cero al viento, mientras que se despliegan
2 O
cuando las palas tienen de cara el efecto del viento,
ofreciendo una resistencia total. El mecanismo sensor
comentado consiste en la simple articulación de las palas
al rotor en la forma ya descrita. Aprovechando que las
palas en el 50% aproximado del recorrido se encuentran
25
plegadas y en el otro 50% aproximadamente desplegadas,
permite que se incluyan en el mismo mecanismo los dos
rotores cuyas palas se pliegan y despliegan en momentos o
posiciones inversas, aumentando de este modo la
efectividad del aerogenerador aproximadamente en el 1 O O
30
por 100 del recorrido de las palas o giro del
aerogenerador.
Breve descripción de los dibujos.
En los dibujos adjuntos se muestra un aerogenerador
de eje vertical, constituido de acuerdo con la invención y dado a título de ejemplo no limitativo. En los dibujos:
La figura 1 es una perspectiva esquemática del aerogenerador de la invención, con los dos rotores que lo conforman axialmente separados entre sí.
La figura 2 es una perspectiva similar a la figura 1 con los dos rotores acoplados en posición horizontal coincidente.
Las figuras 3 y 4 representan de forma esquemática el giro de los dos rotores en sentido anti-horario y horario, respectivamente.
La figura 5 representa de forma esquemática el giro de los dos rotores acoplados en posición horizontal
coincidente.
La
figura 6 muestra en perspectiva una posible
constitución
del aerogenerador de la invención, con los
dos
rotores situados a igual altura.
La figura 7 es una vista en planta del aerogenerador de la figura 6. Descripción detallada de un modo de realización.
La constitución y características del aerogenerador de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción del ejemplo de realización mostrado en los dibujos antes relacionados.

En la figura 1 se muestran en perspectiva un primer rotor 1 y un segundo rotor 2, que entran a formar parte del aerogenerador de la invención y que están axialmente separados entre sí. El primer rotor 1 incluye una serie de palas, 4 en el elemento representado, que se referencian con los número 10 a 13. Por su parte el rotor 2 incluye igual número de palas, que se referencian con los números 20 a 23. Las palas de los dos rotores son de
superficie curva y en el ejemplo representado son de
superficie cilíndrica, estando la concavidad de las palas
del rotor 1 dirigidas en sentido opuesto a las palas del
rotor 2. El rotor 1 gira en sentido anti-horario y el
5
rotor 2 en sentido horario, según se presenta por las
flechas correspondientes.
El rotor 1 incluye un soporte angular 14 al cual van
articuladas las palas, a través de uno de sus bordes
verticales 15, según un eje vertical de giro 16. Por su
1 O
parte el rotor 2 incluye un soporte angular 2 4 con el
quedan relacionadas las palas 20-23 a través de uno de
sus bordes verticales 25, según un eje vertical de giro
2 6.
En la figura 2 se muestran los dos rotores 1 y 2 en
15
posición horizontal coincidente, con los soportes 14 y 24
paralelos y dispuestos en posición coaxial.
Suponiendo que el viento incida en la dirección F,
girando el rotor superior 1 en sentido anti-horario A y
el rotor inferior 2 en sentido horario B, la pala 10 del
20
rotor 1 será la que ocupe la posición de máximo
desplegado, con la superficie cóncava opuesta a la
dirección F del viento. Conforme va girando el rotor 1
las palas se van plegando progresivamente, ocupando la
pala 11 una posición intermedia de plegado, la pala 12
25
una posición próxima a la de plegado total y la pala 13
una posición de plegado o abatida total sobre el rotor l.
Por el contrario, en el rotor 2 que gira en sentido B, la
pala 20 ocupará una posición de plegado total, la pala 21
una posición de casi plegado o abatimiento total, la pala
30
22 una posición de desplegado parcial y la pala 23 una
posición de desplegado total. De este modo el viento con
la dirección F actuará de forma efectiva sobre las palas
23 y 22 del rotor 2 y sobre las palas 10 y 11 del rotor
1, que girarán en sentido opuestos. Las palas 20 y 21 en posición plegada no ofrecerán resistencia al viento, como tampoco lo harán las palas 12 y 13 del rotor l.
En la figura 3 se representa el movimiento del rotor 1 de giro anti-horario, partiendo de la posición de la figura 1, así como el plegado y desplegado sucesivo de las palas 10-13, con el aire actuando en la dirección F de la figura 2.
Del mismo modo en la figura 4 se representa el movimiento del rotor 2, de giro en sentido horario, con las posiciones sucesivas de plegado y desplegado de las palas 20-23, partiendo de la posición de la figura 1 y con el viento actuando en la dirección F de la figura 2.
En las figuras 3 y 4 se indica la posición del eje vertical de giro 16 y 26 de las palas de los rotores 1 y 2, respectivamente.
En la figura 5 se representa el movimiento de los dos rotores 1 y 2 a la vez, el rotor 1 con las palas 10 a 13 con giro anti-horario y el rotor 2 con palas 20 a 23 en sentido horario. En la figura 5 se referencian las palas 10 a 13 y 20 a 23 de los dos rotores, así como los correspondientes ejes 16 y 26 de giro.
En las figuras 6 y 7 se representa una posible forma de realización del aerogenerador, compuesto por los rotores 1 y 2, cada uno con su correspondiente soporte anular 14 y 24. Con el soporte 14 van relacionadas las palas 10 a 13 a través del extremo superior del eje de
articulación vertical
16 de dichas palas. Con el soporte
24
van relacionadas las palas 20 a 23 a través del
extremo
inferior del eje vertical de giro 26 de dichas
palas.
De este modo las palas 10 a 13 del rotor 1 van
articuladas
por el extremo superior del eje de

articulación correspondiente, mientras que las palas 20 a
23 del rotor 2 van articuladas por su extremo inferior,
eliminando así el riesgo de choque entre palas de los dos
rotores durante las operaciones de plegado y desplegado
de las mismas.
5
Según se muestra en las figuras 6 y 7, los soportes
anulares 14 y 24 pueden ir dentados y engranar con ruedas
30, 31 cuyos ejes son portadores de una pareja de ruedas
32 que engranan entre sí, todo ello debido a que los
soportes anulares 16 y 26 giran en sentido contrario. Con
1 O
esta disposición cualquiera de los ejes 33 ó 34 pueden
servir como ejes de salida de toma de fuerza del
aerogenerador.
Los soportes anulares 14 y 24 son paralelos y
coaxiales y pueden ir montados sobre un mismo eje central
15
35.
En el ejemplo descrito las palas de los dos rotores
son de superficie cilíndrica, de eje vertical, todas con
igual curvatura y van relacionadas a través de uno de sus
bordes verticales rectos con el eje de articulación
2 O
correspondiente. Estando este borde vertical de
articulación en posiciones opuestas en las palas de uno y
otro rotor.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Aerogenerador de eje vertical, caracterizado porque comprende un primer y un segundo rotores coaxiales independientes, de posición horizontal coincidentes, montados sobre un mismo eje vertical, con facultad de giro en diferente sentido, cuyos primero y segundo rotores son portadores de palas que van articuladas a dichos rotores según ejes verticales no coincidentes y presentan una superficie activa curva que está dirigida en cada rotor en el mismo sentido en todas las palas, pero en sentido opuesto al de las palas del otro rotor.
  2. 2.-Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque las palas del primer rotor van articuladas a dicho rotor a través del extremo superior del eje de articulación de dichas palas, mientras que las palas del segundo rotor van articuladas a dicho segundo
    rotor
    a través del extremo inferior del eje de
    articulación de
    dichas palas.
  3. 3.-
    Aerogenerador según las reivindicaciones
    anteriores, caracterizado porque el primer rotor comprende un soporte anular superior con el que va relacionado el eje de articulación de las palas de dicho primer rotor a través del extremo superior de dicho eje; y porque el segundo rotor comprende un soporte anular inferior con el que va relacionado el eje de articulación de las palas de dicho segundo rotor a través del extremo inferior de dicho eje, siendo ambos soportes anulares paralelos y coaxiales.
  4. 4.-Aerogenerador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las palas son de superficie cilíndrica de eje vertical, con igual curvatura y van relacionadas a través de uno de los
    bordes verticales rectos con el eje de articulación con el rotor, opuesto en las palas de uno y otro rotor.
  5. 5.-Aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque las palas de uno y otro rotor van 5 dispuestas en posiciones angulares coincidentes a ambos
    rotores.
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