ES2477115A1 - Vertical axis wind generator (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Generador eólico de eje vertical. Vertical axis wind generator.
5 Objeto y sector de la técnica al que se refiere la invención 5 Object and sector of the technique to which the invention relates
La presente invención se refiere a un generador eólico de eje vertical perteneciente al grupo denominado VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) y funcionalmente de arrastre. The present invention relates to a vertical axis wind generator belonging to the group called VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) and functionally towing.
10 El objeto de la invención es un generador eólico de eje vertical de captación de viento omnidireccional según el eje x y especialmente diseñado para velocidades de viento muy bajas, como las que se dan en el espacio urbano en general yen las ciudades en particular. The object of the invention is a vertical axis wind generator of omnidirectional wind uptake along the x axis and specially designed for very low wind speeds, such as those in urban space in general and in cities in particular.
15 La invención se sitúa en sector técnico de las energías renovables, y más concretamente en el relativo al aprovechamiento de la energía del viento con el fin de generar energía eléctrica. The invention is located in the technical sector of renewable energies, and more specifically in relation to the use of wind energy in order to generate electricity.
Generalidades y estado de la técnica anterior más próximo General and closest prior state of the art
20 En la última década, (2000-2010), se ha impulsado el desarrollo de diferentes tipos de mini y micro generadores eólicos, existiendo dos grandes grupos, los HA WT (Horizontal Axis Wind Turbine) y los VAWT (Vertical Axis Wind Turbine). Los V A WT se han desarrollado de forma importante debido a su fácil construcción, baja 20 In the last decade (2000-2010), the development of different types of mini and micro wind generators has been promoted, with two large groups, HA WT (Horizontal Axis Wind Turbine) and VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) . The V A WT have developed significantly due to their easy construction, low
25 emisión de ruido, y por su captación de viento omnidireccional. El desarrollo actual de los V A WT se ha realizado para su emplazamiento urbano con velocidades medias de viento bajas, normalmente inferiores a 4 mis y el de los HA WT dominan los emplazamientos rurales con velocidades medias de viento mínimas de 6 mis. 25 noise emission, and for its omnidirectional wind pickup. The current development of the V A WT has been carried out for its urban location with low average wind speeds, normally less than 4 mis, and that of the HA WT dominate the rural sites with minimum average wind speeds of 6 mis.
3 O Las ventajas de los VAWT versus HA WT son: 3 O The advantages of VAWT versus HA WT are:
- --
- No necesitan sistema alguno de orientación pues son de captación de viento omnidireccional; They do not need any guidance system because they are omnidirectional wind pickup;
35 -La velocidad tangencial periférica de los álabes es menor, por lo que el ruido generado es menor, así como las vibraciones; 35 -The peripheral tangential velocity of the blades is lower, so that the noise generated is lower, as well as the vibrations;
- --
- Son de más fácil construcción; They are easier to build;
4 O La desventaja fundamental de los VA WT versus HA WT es que su coeficiente de potencia es menor al coeficiente típico de los HA WT, de aproximadamente Cp = 0,45, por lo que se necesitará barrer mayor superficie para generar iguales potencias. 4 O The fundamental disadvantage of VA WT versus HA WT is that its power coefficient is less than the typical coefficient of HA WT, of approximately Cp = 0.45, so it will be necessary to sweep more area to generate equal powers.
La potencia producida por una aeroturbina viene dada por la siguiente ecuación: The power produced by an turbine is given by the following equation:
donde: P es la potencia (W), Cp es el coeficiente de potencia dependiente de A, relación de velocidad periférica (TSR), y ~, que es el ángulo de paso (pitch angle), p es 5 la densidad del aire (kglm\ S es el área característica (m2) y v .. es la velocidad del viento (m/s). where: P is the power (W), Cp is the power coefficient dependent on A, peripheral speed ratio (TSR), and ~, which is the pitch angle, p is 5 the air density ( kglm \ S is the characteristic area (m2) and v .. is the wind speed (m / s).
La relación de velocidad periférica (TSR) la obtenemos de la siguiente ecuación: The peripheral speed ratio (TSR) is obtained from the following equation:
ú)-R ,l(['SR)= ú) -R , l (['SR) =
10 l1eo 10 l1eo
donde: A, relación de velocidad periférica (TSR), (O es la velocidad de la turbina (rad/s), R es el radio de la turbina (m), siendo el producto (o. R la velocidad periférica de la pala. where: A, peripheral speed ratio (TSR), (O is the turbine speed (rad / s), R is the radius of the turbine (m), the product (or. R being the peripheral speed of the blade) .
15 La velocidad de giro de una aeroturbina viene dado por: 15 The speed of rotation of an turbine is given by:
60 -l-v.. 60 -l-v ..
n=---'-n = ---'-
n-D n-D
2 O siendo: n la velocidad de rotación (rpm). 2 Or being: n the rotation speed (rpm).
Podemos observar que a mayor diámetro, menor velocidad de giro. We can see that the larger the diameter, the lower the rotation speed.
Para una densidad del aire de 1,2 kglm3 y para un área barrida circular (HA WT) 25 tendremos: p = Cpu.fJ)· 0,47 -D% -11_3 For an air density of 1.2 kglm3 and for a circular swept area (HA WT) 25 we will have: p = Cpu.fJ) 0.47 -D% -11_3
donde: D es el diámetro del rotor eólico (m). where: D is the diameter of the wind rotor (m).
3 O Y para un área barrida rectangular (VAWT) tendremos: 3 O Y for a rectangular swept area (VAWT) we will have:
P = CpU.fJ)· 0,6 -H -D -v.3 P = CpU.fJ) 0.6 -H -D -v.3
donde: H es el altura del rotor eólico (m). where: H is the height of the wind rotor (m).
35 El coeficiente de potencia Cp puede alcanzar el valor teórico máximo de 16/27 (0,59) que es el llamado límite de Betz, aunque en la práctica el máximo valor se da en las turbinas HA WT de dos palas siendo de hasta 0,47. El estado del arte se resume perfectamente en la figura 3.4 (titulada "Rotor efficiency vs. VoN ratio for rotors with 35 The power coefficient Cp can reach the maximum theoretical value of 16/27 (0.59) which is the so-called Betz limit, although in practice the maximum value is given in the two-bladed HA WT turbines being up to 0 , 47. The state of the art is perfectly summarized in Figure 3.4 (entitled "Rotor efficiency vs. VoN ratio for rotors with
4 O different numbers of blades") de la referencia "Mukund R. Patel "Wind and Solar Power Systems: Design Analysis and Operation. 2nd ed." Florida (USA). CRC Press Taylor & Francis Group. 2006.". Dicha figura muestra las curvas características de Cp vs TSR para los diferentes tipos de aeroturbinas. 4 O different numbers of blades ") of the reference" Mukund R. Patel "Wind and Solar Power Systems: Design Analysis and Operation. 2nd ed." Florida (USA). CRC Press Taylor & Francis Group. 2006. "This figure shows the characteristic curves of Cp vs TSR for the different types of turbines.
En el estado de la técnica son conocidos diferentes tipos de mini y micro-generadores Different types of mini and micro-generators are known in the state of the art
5 eólicos tipo VAWT. Desde el punto de vista del funcionamiento del rotor eólico tenemos tres grupos: las que funcionan con fuerzas de arrastre, las que funcionan con fuerzas de sustentación, y las que funcionan con fuerzas mixtas. El ejemplo más representativo de rotor eólico de arrastre lo tenemos en el modelo Savonius, inventada por el ingeniero finlandés Sigurd J. Savonius en 1922. De rotor eólico de sustentación 5 VAWT type windmills. From the point of view of the operation of the wind rotor we have three groups: those that work with drag forces, those that work with lift forces, and those that work with mixed forces. The most representative example of wind drag rotor is in the Savonius model, invented by the Finnish engineer Sigurd J. Savonius in 1922. Wind lift rotor
10 tenemos el modelo Darrieus, inventada por el ingeniero francés Georges Darrieus, quien patentó el diseño en 1931. Las más representativas de las mixtas son las que mezclan rotores Savonius en rotores Darrieus. 10 we have the Darrieus model, invented by the French engineer Georges Darrieus, who patented the design in 1931. The most representative of the mixed ones are those that mix Savonius rotors into Darrieus rotors.
En el estado de la técnica más cercana tenemos los siguientes documentos: In the closest state of the art we have the following documents:
15 En el documento de patente denominado D01 con número de publicación ES 2364828 Al Y fecha de presentación 02.03.2010 y titulado literalmente: "Rotor eólico de eje vertical" se describe un dispositivo constituido mediante un eje vertical, dos soportes horizontales y extremos, y establecidos entre dichos soportes una pluralidad de álabes, 15 In the patent document called D01 with publication number ES 2364828 As of filing date 02.03.2010 and literally entitled: "Vertical axis wind rotor" a device is described consisting of a vertical axis, two horizontal and extreme supports, and established between said supports a plurality of blades,
2 O centra sus características en el hecho de que los álabes son de dos tipos, en disposición alternada, álabes preparados y configurados para constituir elementos de arrastre y alabes preparados para constituir elementos de sustentación, con la particularidad además de que éstos últimos entran en pérdida aerodinámica cuando sobrepasan una velocidad del viento pre-establecida, produciendo al rotor un efecto de freno. 2 Or focuses its characteristics on the fact that the blades are of two types, in alternate arrangement, blades prepared and configured to constitute drag elements and blades prepared to constitute lift elements, with the particularity in addition to the latter entering into loss aerodynamics when they exceed a pre-set wind speed, producing the rotor a brake effect.
25 En el documento de patente denominado D02 con número de publicación CN 201358887 y Y fecha de presentación 24.04.2009, titulado orientativamente: "Rotor eólico de eje vertical" se describe un dispositivo, constituido mediante un eje vertical, de una pluralidad de álabes, siendo los ubicados en su parte externa, de funcionamiento 25 In the patent document called D02 with publication number CN 201358887 and Y filing date 24.04.2009, orientatively entitled: "Vertical axis wind rotor" describes a device, constituted by a vertical axis, of a plurality of blades, being those located in its external part, operating
3 O con fuerzas de sustentación, y los ubicados en su parte interna, de funcionamiento con fuerzas de arrastre. 3 Or with lifting forces, and those located in its internal part, operating with drag forces.
En el documento de patente denominado D03 con número de publicación CN 101566126 A Y fecha de presentación 12.03.2009 , Y titulado orientativamente: "Rotor In the patent document called D03 with publication number CN 101566126 A Y filing date 12.03.2009, And entitled orientatively: "Rotor
35 eólico de eje vertical" se describe un dispositivo, constituido mediante un eje vertical, de una pluralidad de álabes de dos tipos, en disposición alternada, álabes preparados y configurados para constituir elementos de arrastre y alabes preparados para constituir elementos de sustentación. "Vertical axis wind" means a device, constituted by a vertical axis, of a plurality of blades of two types, in alternate arrangement, vanes prepared and configured to constitute drag elements and vanes prepared to constitute lift elements.
4 O Diferencias entre la técnica anterior más cercana y la invención reivindicada. Efecto de las diferencias y problema técnico que resuelven 4 O Differences between the closest prior art and the claimed invention. Effect of the differences and technical problem they solve
El dispositivo descrito en DO! consta de una pluralidad de álabes, en disposición alternada, de arrastre y de sustentación. El problema técnico que se deriva de esta 45 diferencia es que el dispositivo de DO1 funciona con fuerzas de arrastre y con fuerzas The device described in DO! It consists of a plurality of blades, in alternate arrangement, drag and lift. The technical problem that derives from this difference is that the DO1 device works with drag forces and forces
de sustentación, necesitando una velocidad de viento, de arranque y de generación, mayores que si todos los álabes funcionases con fuerzas de arrastre. of support, needing a wind speed, of start and of generation, greater than if all the blades worked with drag forces.
El dispositivo descrito en DO! dispone de todos sus álabes constituidos con perfil The device described in DO! It has all its blades constituted with profile
5 aerodinámico. El problema técnico que se deriva de esta diferencia es que el dispositivo de DO! no puede construirse con álabes sin perfil aerodinámico, encareciéndose por tanto su construcción. 5 aerodynamic. The technical problem that derives from this difference is that the DO device! It cannot be built with blades without an aerodynamic profile, thus making its construction more expensive.
El dispositivo descrito en D02 consta de una pluralidad de álabes, unos interiores de The device described in D02 consists of a plurality of blades, interiors of
10 arrastre y otros exteriores de sustentación. El problema técnico que se deriva de esta diferencia es que el dispositivo de D02 funciona con fuerzas de arrastre y con fuerzas de sustentación, necesitando una velocidad de viento, de arranque y de generación, mayores que si todos los álabes funcionasen con fuerzas de arrastre. 10 drag and other outdoor support. The technical problem that derives from this difference is that the D02 device operates with drag forces and with lifting forces, requiring a wind, start and generation speed, greater than if all the blades operated with drag forces.
15 El dispositivo descrito en D02 dispone de unos álabes exteriores constituidos con perfil aerodinámico. El problema técnico que se deriva de esta diferencia es que el dispositivo de D02 no puede construirse con álabes sin perfil aerodinámico, encareciéndose por tanto su construcción. 15 The device described in D02 has external blades formed with an aerodynamic profile. The technical problem that derives from this difference is that the D02 device cannot be constructed with blades without an aerodynamic profile, thus making its construction more expensive.
2 O El dispositivo descrito en D03 consta de una pluralidad de álabes, en disposición alternada, de arrastre y de sustentación. El problema técnico que se deriva de esta diferencia es que el dispositivo de D03 funciona con fuerzas de arrastre y con fuerzas de sustentación, necesitando una velocidad de viento, de arranque y de generación, mayores que si todos los álabes funcionases con fuerzas de arrastre. 2 O The device described in D03 consists of a plurality of blades, in alternate arrangement, of drag and of support. The technical problem that derives from this difference is that the D03 device operates with drag forces and with lifting forces, requiring a wind, start and generation speed, greater than if all blades operated with drag forces.
25 El dispositivo descrito en D03 dispone de unos álabes de sustentación constituidos con perfil aerodinámico. El problema técnico que se deriva de esta diferencia es que el dispositivo de D03 no puede construirse con álabes sin perfil aerodinámico, encareciéndose por tanto su construcción. 25 The device described in D03 has support blades formed with an aerodynamic profile. The technical problem that arises from this difference is that the D03 device cannot be constructed with blades without an aerodynamic profile, thus making its construction more expensive.
Justificación y ventaja técnica que aporta la invención Justification and technical advantage provided by the invention
Determinación de la forma de las palas Determination of the shape of the blades
El funcionamiento de un aerogenerador de arrastre se basa en las distintas fuerzas de resistencia al avance Fxa, F'xa, que ejerce el viento sobre la diferente forma del 4 O anverso y del reverso de los álabes del rotor eólico. The operation of a drag wind turbine is based on the different forces of resistance to the advance Fxa, F'xa, which exerts the wind on the different form of the obverse 4 O and the reverse of the wind rotor blades.
La fuerza aerodinámica de resistencia al avance viene expresada por: The aerodynamic force of feed resistance is expressed by:
Fxa= CXa -q... -5 Fxa = CXa -q ... -5
siendo Cxa el coeficiente de la fuerza de resistencia al avance, qfJO la presión dinámica y S el área característica. Cx being the coefficient of the force of resistance to advance, qfJO the dynamic pressure and S the characteristic area.
Por lo tanto tendremos: 1 Therefore we will have: one
Pxa = ex . --Pe . V. 2. SPxa = ex. --Pe. V. 2. S
5 a 2 ID 5 to 2 ID
Aplicando la expresión anterior al anverso y reverso de los álabes del rotor eólico reivindicado tendremos: Applying the previous expression to the front and back of the blades of the claimed wind rotor we will have:
Fxa = e.. .-.n • S• ((~ -lL)PFxa = e .. .-. N • S • ((~ -lL) P
... a 2 ,.,., '" ... to 2,.,., '"
P' xa = e'Ka ·2· p.., ·5· ((v"" +u)p siendo: P 'xa = e'Ka · 2 · p .., · 5 · ((v "" + u) p being:
15 u~ (¡J·R 15 u ~ (¡J · R
La potencia que desarrolla el viento sobre el rotor eólico será el producto del par por la velocidad angular: The power that the wind develops on the wind rotor will be the product of the torque by angular velocity:
P = (Fxa -p'"al· R • (¡) =. ~-Pe.. •S • u . [exa([v"" -ulP -elXc ([11 ... + ulPl 20 donde Cxa es el coeficiente de la fuerza de resistencia al avance del anverso del álabe, y C'xa es el coeficiente de la fuerza de resistencia al avance del reverso del álabe. P = (Fxa -p '"to · R • (¡) =. ~ -Pe .. • S • u. [Exa ([v" "-ulP -elXc ([11 ... + ulPl 20 where Cxa is the coefficient of the force of resistance to the advance of the obverse of the blade, and C'xa is the coefficient of the force of resistance to the advance of the reverse of the blade.
Por lo tanto la potencia captada por el rotor eólico depende fundamentalmente de los 25 citados coeficientes Cxa y C'xa, siendo éstos dependientes de la forma y rugosidad de los álabes. Therefore, the power captured by the wind rotor depends fundamentally on the aforementioned coefficients Cxa and C'xa, these being dependent on the shape and roughness of the blades.
Es por tanto una necesidad hace tiempo buscada el disponer de unos álabes Cxa y C'xa que mejoren el Cp de un rotor eólico, ya que los álabes con formas esféricas, cónicas, cilíndricas y otras, no han conseguido hasta ahora valores de Cp aceptables para competir con las turbinas HAWT. It is therefore a long-sought need to have Cxa and C'xa blades that improve the Cp of a wind rotor, since blades with spherical, conical, cylindrical and other shapes have so far not achieved acceptable Cp values to compete with HAWT turbines.
5 Para la superación de dificultades no resolubles por las técnicas rutinarias para el diseño de los álabes, tanto en su número, forma, y colocación, se han empleado técnicas de dinámica de fluidos computacional sobre bocetos novedosos obtenidos con actividad inventiva. 5 In order to overcome difficulties that cannot be solved by routine techniques for the design of the blades, both in number, shape, and placement, computational fluid dynamics techniques have been used on novel sketches obtained with inventive activity.
10 La invención reivindicada produce un efecto inesperado en el valor del Cp del rotor eólico, siendo muy elevado, y ello es debido a la forma de los álabes basados en curvas geométricas de Bézier cuyos parámetros (vértices del polígono de control) se han optimizado, así como a la inclinación y disposición de los mismos para favorecer la The claimed invention produces an unexpected effect on the Cp value of the wind rotor, being very high, and this is due to the shape of the blades based on Bézier geometric curves whose parameters (vertices of the control polygon) have been optimized, as well as the inclination and disposition of them to favor the
15 entrada y salida del flujo de aire en los álabes, así como a la sección complementaria formada por la alternancia de álabes tipo A y tipo B. 15 entry and exit of the air flow in the blades, as well as the complementary section formed by the alternation of blades type A and type B.
Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention
2 O Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo. 2 O To complement the description and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of figures with an illustrative and non-limiting nature is attached as an integral part of said description.
Glosario de referencias Glossary of references
25 (!) Generador eólico de eje vertical. 25 (!) Vertical axis wind generator.
(2) Cable conexión eléctrica. Q) Turbina eólica. (30A) Álabe tipo A. (2) Electrical connection cable. Q) Wind turbine. (30A) Type A blade.
30 (30B) Álabe tipo B. 30 (30B) Type B blade.
- (31) (31)
- Soporte cojinete superior. Upper bearing support.
- (32) (32)
- Eje de transmisión. Drive shaft.
- (33) (33)
- Soporte cojinete intermedio. Intermediate bearing support.
(34) Multiplicador. 35 (35) Generador eléctrico. (34) Multiplier. 35 (35) Electric generator.
- (36) (36)
- Carcasa. Case.
- (37) (37)
- Soporte cojinete inferior. (38A) Tirante álabe tipo A. (38B) Tirante álabe tipo B. Lower bearing support. (38A) Type A blade blade. (38B) Type B blade strap.
40 (300) Curva plana convexa tipo Bézier. (300E) Circunferencia generatriz exterior. (3001) Circunferencia generatriz interior. 40 (300) Bézier convex flat curve. (300E) External generatrix circumference. (3001) Inner generatrix circumference.
(301) Vértice l. (301) Vertex l.
(302) Vértice 2. 45 (303) Vértice 3. (302) Vertex 2. 45 (303) Vertex 3.
(304) Vértice 4. (304) Vertex 4.
(305) Vértice 5. (305) Vertex 5.
(306) Vértice 6. (306) Vertex 6.
(307) Vértice 7. 5 (308) Vértice 8. (307) Vertex 7. 5 (308) Vertex 8.
(309) Vértice 9. (30NA) Vértice N del álabe tipo A. (30NB) Vértice N del álabe tipo B. (309) Vertex 9. (30NA) Vertex N of the blade type A. (30NB) Vertex N of type B blade.
(310) Borde del álabe. 10 (4) Columna soporte. (310) Edge of the blade. 10 (4) Support column.
(5) Cimentación. (5) Foundation.
Glosario de símbolos Glossary of symbols
15 X EjeX. Y EjeY. Z EjeZ. 15 X Axis And Axis. Z Exe.
Breve descripción de las figuras Brief description of the figures
20 Figura 1 (Fig.l).-muestra una vista en alzado del generador eólico de eje vertical (1). 20 Figure 1 (Fig. 1) .- shows an elevation view of the vertical axis wind generator (1).
Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en planta de una turbina eólica (3) con la disposición de una pluralidad de álabes tipo A (30A) Yde una pluralidad de álabes tipo 25 B (30B). Figure 2 (Fig. 2) .- shows a plan view of a wind turbine (3) with the arrangement of a plurality of blades type A (30A) and a plurality of blades type 25 B (30B).
Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en corte longitudinal de una turbina eólica (3) del Figure 3 (Fig. 3) .- shows a longitudinal section view of a wind turbine (3) of the
generador eólico de eje vertical (1). vertical axis wind generator (1).
3 O Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista esquemática simplificada en planta del generador eólico de eje vertical (1), donde se pueden apreciar la disposición de los vértices (301A, 309A) sobre las circunferencias generatriz interior (3001) y exterior (300E). 3 O Figure 4 (Fig. 4) .- shows a simplified schematic plan view of the vertical axis wind generator (1), where the arrangement of the vertices (301A, 309A) on the inner generatrix circumferences (3001) can be seen and exterior (300E).
Figura 5 (Fig.5).-muestra una vista esquemática en planta, según el plano XZ, de la 35 forma del alabeado de los álabes tipo A (30A) idénticos a los álabes tipo B (30B), del generador eólico de eje vertical (1). Figure 5 (Fig. 5) .- shows a schematic plan view, according to the XZ plane, of the warping shape of blades type A (30A) identical to blades type B (30B), of the axis wind generator vertical (1).
Figura 6 (Fig.6).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Yde un álabe 4 O tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) del álabe tipo A (30A) es cóncavo y el borde del álabe (310) del álabe tipo B (30B) es convexo. Figure 6 (Fig. 6) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) and a blade 4 O type B (30B); in this case the edge of the blade (310) of the blade type A (30A) is concave and the edge of the blade (310) of the blade type B (30B) is convex.
Figura 7 (Fig.7).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Yde un álabe tipo B (30B); en éste caso el borde del álabe (310) del álabe tipo A (30A) es recto y el Figure 7 (Fig. 7) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) and a blade type B (30B ); in this case the edge of the blade (310) of the blade type A (30A) is straight and the
borde del álabe (310) del álabe tipo B (30B) es recto. Edge of the blade (310) of the blade type B (30B) is straight.
Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), dónde se Figure 8 (Fig. 8) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where
5 puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (3 OA) Yde un álabe tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) del álabe tipo A (30A) es convexo y el borde del álabe (310) del álabe tipo B (30B) es cóncavo. 5 you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (3 OA) Y of a blade type B (30B); in this case the edge of the blade (310) of the blade type A (30A) is convex and the edge of the blade (310) of the blade type B (30B) is concave.
Figura 9 (Fig.9).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se Figure 9 (Fig. 9) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where
10 puede apreciar la forma, según el plano XV, de un álabe tipo A (30A) Yde un álabe tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) del álabe tipo A (30A) es en forma de escuadra recta y el borde del álabe (310) del álabe tipo B (30B) es en forma de escuadra recta. 10 can appreciate the shape, according to the XV plane, of a blade type A (30A) and of a blade type B (30B); in this case the edge of the blade (310) of the blade type A (30A) is in the form of a straight square and the edge of the blade (310) of the blade type B (30B) is in the form of a straight square.
15 Figura 10 (Fig.10).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XV, de un álabe tipo A (30A) Yde un álabe tipo B (30B); en este caso todos los álabes son iguales. Figure 10 (Fig. 10) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XV plane, of a blade type A (30A) and a blade type B ( 30B); In this case all the blades are equal.
Figura 11 (Fig.l1).-muestra una vista en boceto isométrico de los álabes (30A, 30B) 2 O de una turbina eólica (3) según la configuración de la Fig.1 O. Figure 11 (Fig.l1) .- shows an isometric sketch view of the blades (30A, 30B) 2 O of a wind turbine (3) according to the configuration of Fig. 1 O.
Exposición detallada de un modo de realización preferente de la invención Detailed statement of a preferred embodiment of the invention
Se describe detalladamente una realización preferente de la invención, de entre las 25 distintas alternativas posibles, mediante enumeración de sus componentes así como de su relación funcional, en base a referencias a las figuras. A preferred embodiment of the invention is described in detail, among the 25 different possible alternatives, by enumeration of its components as well as of its functional relationship, based on references to the figures.
Figura 1 (Fig.1).-muestra una vista en alzado del generador eólico de eje vertical (1). Se puede apreciar un cable de conexión eléctrica (2) que es por donde se dará salida a Figure 1 (Fig. 1) .- shows an elevation view of the vertical axis wind generator (1). You can see an electrical connection cable (2) that is where it will be output to
30 la energía eléctrica generada; una turbina eólica (3); una columna soporte (4) con el fin de elevar la turbina del suelo lo que se desee; y una cimentación (5) con el fin de sujetar la columna al suelo. 30 the electric power generated; a wind turbine (3); a support column (4) in order to raise the turbine from the ground as desired; and a foundation (5) in order to hold the column to the ground.
Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en planta de una turbina eólica (3) con la Figure 2 (Fig. 2) .- shows a plan view of a wind turbine (3) with the
35 disposición de una pluralidad de álabes tipo A (30A) Yde una pluralidad de álabes tipo B (30B). Dicho rotor está configurado en base a un eje de giro vertical en cuyo eje se sitúa una carcasa (36), yen el que se sitúan una pluralidad de álabes, los cuales se fijan por un punto al anterior álabe, por un punto a la carcasa (36), por un punto al siguiente álabe y por su extremo a un tirante (38). Los álabes tienen una funcionalidad de 35 arrangement of a plurality of blades type A (30A) and a plurality of blades type B (30B). Said rotor is configured based on a vertical axis of rotation on whose axis a housing (36) is located, and in which a plurality of blades are located, which are fixed by a point to the previous blade, by a point to the housing (36), by a point to the next blade and by its end to a brace (38). The blades have a functionality of
4 O arrastre y se sitúan alternativamente los de tipo A (30B) Ylos de tipo B (30B). 4 Or drag and alternate those of type A (30B) and type B (30B).
Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en corte longitudinal de una turbina eólica (3) del generador eólico de eje vertical (1). La turbina eólica (3) consta de de una turbina eólica (3) compuesta por una carcasa (36), con forma cilíndrica, que soporta una Figure 3 (Fig. 3) .- shows a longitudinal section view of a wind turbine (3) of the vertical axis wind generator (1). The wind turbine (3) consists of a wind turbine (3) composed of a housing (36), with cylindrical shape, which supports a
45 pluralidad de álabes tipo A (30A) Yuna pluralidad de álabes tipo B (30B) pudiendo rotar libremente respecto de una columna soporte (4) mediante un soporte cojinete intermedio (33) y un soporte cojinete inferior (37), y porque los álabes tipo A (30A) se sitúan en alternancia con los álabes tipo B (30B), careciendo todos los álabes de perfil aerodinámico porque están configurados para ser impulsados por fuerzas 45 plurality of blades type A (30A) And a plurality of blades type B (30B) being able to rotate freely with respect to a support column (4) by means of an intermediate bearing support (33) and a lower bearing support (37), and because the blades Type A (30A) are alternated with type B blades (30B), lacking all blades with aerodynamic profile because they are configured to be driven by forces
5 aerodinámicas de resistencia al avance o arrastre, y porque en planta todos los álabes (30A, 30B) tienen forma de curva plana convexa tipo de Bézier (300), y porque en alzado los álabes tipo (A) están formados por una placa plana cortada por su parte inferior con un borde del álabe (310) siguiendo una curva geométrica, y porque en alzado los álabes tipo (B) están formados por una placa plana cortada por su parte 5 aerodynamics of resistance to the advance or drag, and because in plan all the blades (30A, 30B) have the shape of a convex flat curve type Bézier (300), and because in elevation the type (A) blades are formed by a flat plate cut at its bottom with an edge of the blade (310) following a geometric curve, and because in elevation the blades type (B) are formed by a flat plate cut by its part
10 superior con un borde del álabe (310) siguiendo la misma curva geométrica, de tal forma que la superficie de ambos es complementaria formando un plano completo, y porque un eje de transmisión (32) que parte de un soporte cojinete superior (31) Y pasa por un soporte cojinete intermedio (33) está solidariamente unido a un multiplicador 10 with an edge of the blade (310) following the same geometric curve, such that the surface of both is complementary forming a complete plane, and because a transmission shaft (32) that starts from an upper bearing support (31) And it passes through an intermediate bearing support (33) is jointly connected to a multiplier
(34) ya un generador eléctrico (35) transmitiendo a dicho generador la energía del 15 viento captada por los álabes. (34) and an electric generator (35) transmitting to said generator the energy of the wind captured by the blades.
Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista esquemática simplificada en planta del generador eólico de eje vertical (1), donde se puede apreciar que la disposición de los vértices se caracteriza porque los vértices (301) de control están dispuestos sobre una Figure 4 (Fig.4) .- shows a simplified schematic plan view of the vertical axis wind generator (1), where it can be seen that the arrangement of the vertices is characterized in that the control vertices (301) are arranged on a
2 O circunferencia generatriz exterior (300E) cuyo radio está comprendido en el rango 125130% de la cuerda y los vértices (309) están dispuestos sobre una circunferencia generatriz interior (300I) cuyo radio está comprendido en el rango 60-65% de la cuerda y porque el radio de la carcasa (36) está comprendido en el rango 35-40% de la cuerda. 2 O outer generatrix circumference (300E) whose radius is in the range 125130% of the string and the vertices (309) are arranged on an inner generatrix circumference (300I) whose radius is in the range 60-65% of the string and because the radius of the housing (36) is in the range 35-40% of the rope.
25 Figura 5 (Fig.5).-muestra una vista esquemática en planta, según el plano XZ, de la forma del alabeado de los álabes tipo A (30A) idénticos a los álabes tipo B (30B), del generador eólico de eje vertical (1) caracterizándose los álabes porque en planta todos los álabes (30A, 30B) tienen forma de curva plana convexa tipo de Bézier (300) de grado 8 y su polígono de control tiene 9 vértices (301-309), y porque si definimos en la Figure 5 (Fig. 5) .- shows a schematic plan view, according to the XZ plane, of the shape of the warping of the blades type A (30A) identical to the blades type B (30B), of the axis wind generator vertical (1) the blades being characterized because in plan all the blades (30A, 30B) have the shape of a convex flat curve type Bézier (300) of degree 8 and its control polygon has 9 vertices (301-309), and because if we define in the
3 O curva de Bézier (300) una cuerda comprendida por un arco formado por un tramo de la curva que va desde el primer punto de la curva, coincidente con el primer vértice (301), hasta un punto de la curva cuya recta tangente, es perpendicular a la cuerda, y porque si referenciamos la longitud de dicha cuerda por el 100%, entonces tendremos que respecto de un eje (Z) perpendicular a la cuerda: 3 O Bézier curve (300) a rope comprised of an arc formed by a section of the curve that goes from the first point of the curve, coinciding with the first vertex (301), to a point of the curve whose tangent line, it is perpendicular to the rope, and because if we reference the length of said rope by 100%, then we will have to respect an axis (Z) perpendicular to the rope:
- 35 35
- -un primer vértice (301) tiene una amplitud de un 0%, siendo nula por ser -a first vertex (301) has an amplitude of 0%, being null because
- el vértice de control; the control vertex;
- -un segundo vértice (302) tiene una amplitud comprendida entre un -a second vertex (302) has an amplitude between a
- 5% y un 10%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 5% and 10%, being positive for being under the rope;
- 4 O 4 o
- -un tercer vértice (303) tiene una amplitud comprendida entre un -a third vertex (303) has an amplitude between a
- 15% y un 20%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 15% and 20%, being positive for being under the rope;
- -un cuarto vértice (304) tiene una amplitud comprendida entre un -a fourth vertex (304) has an amplitude between a
- 20% y un 25%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 20% and 25%, being positive for being under the rope;
- -un quinto vértice (305) tiene una amplitud comprendida entre un -a fifth vertex (305) has an amplitude between a
- 45 Four. Five
- 15% y un 20%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 15% and 20%, being positive for being under the rope;
- 10 10
-un sexto vértice (306) tiene una amplitud de un O %, siendo nula por situarse alineado con el vértice de control; -un séptimo vértice (307) tiene una amplitud comprendida entre un -20% Y un -22,5%, siendo negativa por situarse encima de la cuerda; 5 -un octavo vértice (308) tiene una amplitud comprendida entre un -22,5% Y un -25%, siendo negativa por situarse encima de la cuerda; -un noveno vértice (309) tiene una amplitud comprendida entre un -25% Yun -30%, siendo negativa por situarse encima de la cuerda; -a sixth vertex (306) has an amplitude of O%, being null by be aligned with the control vertex; -a seventh vertex (307) has an amplitude between a -20% and -22.5%, being negative for being on top of the rope; 5 -a eighth vertex (308) has an amplitude between a -22.5% and -25%, being negative for being on top of the rope; -a ninth vertex (309) has an amplitude between a -25% Yun -30%, being negative for being on top of the rope;
10 Figura 6 (Fig.6).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Y de un álabe tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) inferior del álabe tipo A (30A) sigue una curva geométrica cóncava y el borde del álabe (310) superior del álabe tipo B (30B) una curva geométrica convexa. En el plano XY el álabe es plano con la forma 10 Figure 6 (Fig. 6) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) Y of a blade type B (30B); in this case the edge of the lower blade (310) of the type A blade (30A) follows a concave geometric curve and the edge of the upper blade (310) of the type B blade (30B) a convex geometric curve. In the XY plane the blade is flat with the shape
15 del borde del álabe (310) indicada, pero en el plano XZ el álabe tiene forma alabeada según una curva plana convexa tipo Bézier (300). 15 of the edge of the blade (310) indicated, but in the XZ plane the blade has a warped shape according to a convex flat curve type Bézier (300).
Figura 7 (Fig.7).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Y de un álabe Figure 7 (Fig. 7) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) And of a blade
2 O tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) inferior del álabe tipo A (30A) sigue una curva geométrica recta inclinada y el borde del álabe (310) superior del álabe tipo B (30B) sigue una curva geométrica recta inclinada. En el plano XY el álabe es plano con la forma del borde del álabe (310) indicada, pero en el plano XZ el álabe tiene forma alabeada según una curva plana convexa tipo Bézier (300). 2 O type B (30B); in this case the edge of the lower blade (310) of the blade type A (30A) follows a straight inclined geometric curve and the edge of the upper blade (310) of the blade type B (30B) follows a straight inclined geometric curve. In the XY plane the blade is flat with the shape of the edge of the blade (310) indicated, but in the XZ plane the blade has a warped shape according to a convex flat curve type Bézier (300).
25 Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Y de un álabe tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) inferior del álabe tipo A (30A) sigue una curva geométrica convexa y el borde del álabe (310) superior del álabe tipo B 25 Figure 8 (Fig. 8) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) Y of a blade type B (30B); in this case the edge of the lower blade (310) of the blade type A (30A) follows a convex geometric curve and the edge of the blade (310) upper of the blade type B
3 O (30B) sigue una curva geométrica cóncava. En el plano XY el álabe es plano con la forma del borde del álabe (310) indicada, pero en el plano XZ el álabe tiene forma alabeada según una curva plana convexa tipo Bézier (300). 3 O (30B) follows a concave geometric curve. In the XY plane the blade is flat with the shape of the edge of the blade (310) indicated, but in the XZ plane the blade has a warped shape according to a convex flat curve type Bézier (300).
Figura 9 (Fig.9).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se Figure 9 (Fig. 9) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where
35 puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Y de un álabe tipo B (30B); en este caso el borde del álabe (310) inferior del álabe tipo A (30A) sigue una curva geométrica recta horizontal y el borde del álabe (310) superior del álabe tipo B (30B) sigue una curva geométrica recta horizontal. En el plano XY el álabe es plano con la forma del borde del álabe (310) indicada, pero en el plano XZ el 35 you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) and of a blade type B (30B); in this case the edge of the lower blade (310) of the blade type A (30A) follows a straight horizontal geometric curve and the edge of the upper blade (310) of the blade type B (30B) follows a straight horizontal geometric curve. In the XY plane the blade is flat with the shape of the edge of the blade (310) indicated, but in the XZ plane the
4 O álabe tiene forma alabeada según una curva plana convexa tipo Bézier (300). 4 Or blade has a warped shape according to a convex flat curve type Bézier (300).
Figura 10 (Fig.lO).-muestra una vista parcial en alzado de la turbina eólica (3), donde se puede apreciar la forma, según el plano XY, de un álabe tipo A (30A) Y de un álabe tipo B (30B); en este caso todos los álabes son iguales, ocupando en alzado cada uno Figure 10 (Fig. 10) .- shows a partial elevation view of the wind turbine (3), where you can see the shape, according to the XY plane, of a blade type A (30A) Y of a blade type B ( 30B); in this case all the blades are equal, occupying each one in elevation
45 de ellos un plano completo. 45 of them a complete plan.
Figura 11 (Fig.11).-muestra una vista en boceto isométrico de los álabes (30A, 30B) de una turbina eólica (3) según la configuración de la Fig.l O. Figure 11 (Fig. 11) .- shows an isometric sketch view of the blades (30A, 30B) of a wind turbine (3) according to the configuration of Fig. 1 O.
Claims (7)
- 1. one.
- Generador eólico de eje vertical (1), del tipo de los que incorporan una turbina Vertical axis wind generator (1), of the type that incorporates a turbine
- eólica sobre una columna soporte, disponiendo la turbina eólica de una wind on a support column, having the wind turbine of a
- 5 5
- pluralidad de álabes alineados circunferencialmente alrededor de un eje de giro plurality of blades aligned circumferentially around an axis of rotation
- vertical, que se caracteriza por constar de una turbina eólica (3) compuesta por vertical, which is characterized by a wind turbine (3) composed of
- una carcasa (36), con forma cilíndrica, que soporta una pluralidad de álabes a housing (36), cylindrical in shape, that supports a plurality of blades
- tipo A (30A) Y una pluralidad de álabes tipo B (30B), pudiendo rotar type A (30A) And a plurality of blades type B (30B), being able to rotate
- libremente respecto de una columna soporte (4) mediante un soporte cojinete freely with respect to a support column (4) by means of a bearing support
- 10 10
- intermedio (33) y un soporte cojinete inferior (37), y porque los álabes tipo A intermediate (33) and a lower bearing support (37), and because the type A blades
- (30A) se sitúan en alternancia con los álabes tipo B (30B), caracterizándose (30A) are alternated with blades type B (30B), characterized
- todos los álabes de perfil aerodinámico porque están configurados para ser all aerodynamic profile blades because they are configured to be
- impulsados por fuerzas aerodinámicas de resistencia al avance o arrastre, y driven by aerodynamic forces of drag or feed resistance, and
- porque en planta todos los álabes (30A, 30B) tienen forma de curva plana because in plan all the blades (30A, 30B) have a flat curve shape
- 15 fifteen
- convexa tipo de Bézier (300), y porque en alzado los álabes tipo (A) están convex type of Bézier (300), and because in elevation the type (A) blades are
- formados por una placa plana cortada por su parte inferior con un borde del formed by a flat plate cut at the bottom with an edge of the
- álabe (310) siguiendo una curva geométrica, y porque en alzado los álabes tipo blade (310) following a geometric curve, and because in elevation the blades type
- (B) están formados por una placa plana cortada por su parte superior con un (B) are formed by a flat plate cut at the top with a
- borde del álabe (310) siguiendo la misma curva geométrica, de tal forma que la edge of the blade (310) following the same geometric curve, such that the
- 2 O 2 o
- superficie de ambos es complementaria formando un plano completo, y porque surface of both is complementary forming a complete plane, and because
- un eje de transmisión (32) que parte de un soporte cojinete superior (31) Y pasa a drive shaft (32) that starts from an upper bearing support (31) and passes
- por un soporte cojinete intermedio (33) está solidariamente unido a un by an intermediate bearing support (33) is integral to a
- multiplicador (34) y a un generador eléctrico (35) transmitiendo a dicho multiplier (34) and to an electric generator (35) transmitting to said
- generador la energía del viento captada por los álabes. generator the wind energy captured by the blades.
- 25 25
- 2. 2.
- Generador eólico de eje vertical (1), según reivindicación 1, caracterizado Vertical axis wind generator (1), according to claim 1, characterized
- porque en planta todos los álabes (30A, 30B) tienen forma de curva plana because in plan all the blades (30A, 30B) have a flat curve shape
- convexa tipo de Bézier (300) de grado 8 y su polígono de control tiene 9 convex type Bézier (300) grade 8 and its control polygon has 9
- vértices (301-309), Y porque si definimos en la curva de Bézier (300) una vertices (301-309), and because if we define in the Bézier curve (300) a
- 3 O 3 o
- cuerda comprendida por un arco formado por un tramo de la curva que va string comprised of an arc formed by a section of the curve that goes
- desde el primer punto de la curva, coincidente con el primer vértice (301), hasta from the first point of the curve, coinciding with the first vertex (301), to
- un punto de la curva cuya recta tangente es perpendicular a la cuerda y si a point on the curve whose tangent line is perpendicular to the string and if
- referenciamos la longitud de dicha cuerda por el 100%, entonces tendremos we reference the length of said rope by 100%, then we will have
- que respecto de un eje (Z) perpendicular a la cuerda: that with respect to an axis (Z) perpendicular to the rope:
- 35 35
- -un primer vértice (301) tiene una amplitud de un 0%, siendo nula por ser -a first vertex (301) has an amplitude of 0%, being null because
- el vértice de control; the control vertex;
- -un segundo vértice (302) tiene una amplitud comprendida entre un -a second vertex (302) has an amplitude between a
- 5% y un 10%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 5% and 10%, being positive for being under the rope;
- 4 O 4 o
- -un tercer vértice (303) tiene una amplitud comprendida entre un -a third vertex (303) has an amplitude between a
- 15% y un 20%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 15% and 20%, being positive for being under the rope;
- -un cuarto vértice (304) tiene una amplitud comprendida entre un -a fourth vertex (304) has an amplitude between a
- 20% y un 25%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 20% and 25%, being positive for being under the rope;
- -un quinto vértice (305) tiene una amplitud comprendida entre un -a fifth vertex (305) has an amplitude between a
- 45 Four. Five
- 15% y un 20%, siendo positiva por situarse debajo de la cuerda; 15% and 20%, being positive for being under the rope;
- 13 13
- al to the
- o or
- m m
- <C <C
- o or
- al to the
- o or
- m m
- al to the
- o or
- m m
- <C <C
- o or
- m m
- al to the
- o or
- m m
- ---
- ¡--
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Legal Events
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