ES2590039T3

ES2590039T3 - Turbina eólica

Info

Publication number: ES2590039T3
Application number: ES10841233.9T
Authority: ES
Inventors: Jeen Mok Yoon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: WO2011081401A3; JP5934108B2; TWI572779B; US8922047B2; US20120286519A1; JP2013516564A; CA2780030A1; KR101027055B1; CA2780030C; CN102639867A; CN102639867B; TW201144594A; EP2488748A2; EP2488748A4; EP2488748B1; AU2010339143A1; WO2011081401A2; AU2010339143B2

Abstract

Una turbina eólica de eje horizontal que comprende: un rotor (300) que tiene un buje y palas (310) que pueden girar por el viento y que están conectado a un árbol principal (220); un conjunto de la góndola giratoria (200) para soportar el árbol principal (220); una torre (100) para soportar de manera giratoria el conjunto de la góndola (200); una dinamo (600) junto a la torre (600); un árbol vertical giratorio (120) que se extiende dentro de la torre (100) ortogonalmente dispuesto al árbol principal (220) para transferir una fuerza de rotación del árbol principal (220) a la dinamo (600), en la que un par de torsión de repulsión actúa desde el árbol vertical (120) contra el conjunto de la góndola (200) debido a la carga de la dinamo (600); y caracterizada por un mecanismo de equilibrio de par de torsión de repulsión (400) que comprende: una sección superior hueca (402) unida a la parte inferior del conjunto de la góndola (200); una carcasa (408) que soporta un árbol rotativo horizontal (440) acoplado con el eje vertical (120), estando la carcasa (408) dispuesta debajo del árbol vertical (120) y que puede girar alrededor del árbol vertical (120), en el que un par de torsión de equilibrio actúa entre la carcasa (408) y el árbol vertical (120) debido a la carga de la dinamo (600); una unidad de transferencia que acopla el conjunto de la góndola (200) a través de la sección hueca superior (402) con la carcasa (408), de tal manera y en una dirección tal, que el par de torsión de equilibrio entre la carcasa (408) y el árbol vertical (120) y el par de torsión de repulsión entre el árbol vertical (120) y el conjunto de la góndola (200) están equilibrados; un soporte inferior (406) para soportar de forma giratoria la carcasa (408) y para soportar un árbol de rotación (610) de la dinamo (600) siendo no giratorio alrededor del árbol vertical (120).

Description

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DESCRIPCION

Turbina eolica Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una turbina eolica, y mas particularmente, a una turbina eolica de eje horizontal que puede exhibir un alto rendimiento y que tiene costes de construccion y mantenimiento reducidos.

Tecnica anterior

Como es bien conocido en la tecnica, una turbina eolica es un aparato que convierte la energfa del viento en energfa electrica util. La turbina eolica genera electricidad a partir de la fuerza de rotacion de las palas, el movimiento que se produce cuando el viento hace girar las palas. Dado que la turbina eolica utiliza el viento, que es una fuente limpia de energfa ilimitada, como una fuente de energfa para llevar a cabo la generacion de energfa no contaminante, el efecto que se consigue mediante la sustitucion por combustibles fosiles es grande. Ademas, mediante la instalacion de la turbina eolica en las zonas subdesarrolladas, las zonas costeras y las zonas montanosas, es posible racionalizar el uso de la tierra de un pafs y suministrar energfa competitiva. Ademas, cuando un enorme complejo central de energfa eolica se construye en una region espedfica, como una isla, las turbinas de viento pueden servir tambien como atracciones tunsticas. Por lo tanto, la turbina eolica esta atrayendo mas atencion.

Puesto que la turbina eolica se ha construido en forma de una turbina eolica de “rotor de tipo de pala” (el denominado tipo de helice) por el ffsico danes Poul la Cour en 1891, es actualmente el centro de atencion y esta aumentando de tamano. Ademas, en la generacion de la energfa eolica, la salida de la turbina eolica vana dependiendo de las condiciones de su construccion. Por ejemplo, la fuerza del viento y el tamano de una turbina eolica son factores muy importantes, ya que mas energfa eolica se puede producir cuando el viento es mas rapido y la turbina eolica es mas grande. Ademas, la localizacion de una turbina eolica mas alta es mejor y genera mas energfa que una turbina eolica mas baja porque el viento se vuelve mas fuerte cuando la altura aumenta. Se requiere que el viento sople a una velocidad media de 4 m/s o mas con el fin de utilizar el viento para generar energfa electrica. En este documento, la velocidad del viento se refiere a su velocidad en la altura a la que las palas de la turbina eolica estan presentes, no a su velocidad sobre el terreno sobre el que estan las personas.

Tales turbinas de viento se clasifican de acuerdo a la direccion del arbol de rotacion de las palas, en una turbina eolica de eje vertical, en la que se proporciona el arbol giratorio perpendicular a la superficie del suelo, y una turbina eolica de eje horizontal, en la que el arbol giratorio se proporciona paralelo a la superficie del suelo. La turbina eolica de eje horizontal es facil de construir debido a una estructura simple. Sin embargo, la turbina eolica de eje horizontal es fuertemente influenciada por el viento. Aunque la turbina eolica de eje vertical se puede construir en un desierto o llano independientemente de la direccion del viento, su eficiencia es desventajosamente menor que la de la turbina eolica de eje horizontal.

Las figuras 1A y 1B muestran un ejemplo de un rotor de turbina eolica de tipo pala que tiene una estructura tfpica de eje horizontal. Como se muestra en las figuras 1A y 1B, la turbina eolica de tipo de pala de rotor incluye un rotor 10, que convierte la energfa eolica en energfa mecanica de rotacion, un conjunto de la gondola 20, que incluye componentes para la conversion de la energfa de rotacion en energfa electrica, y una torre 30, que soporta el conjunto de la gondola 20. La turbina eolica se completa enterrando un inserto de cimiento 40, que se supone que esta debajo de la torre 30, en la ubicacion en la que los trabajos de cimentacion esten bien terminados, y secuencialmente montar la torre 30, el conjunto de la gondola 20 y el rotor 10 sobre el inserto de cimiento 40. El rotor 10 incluye un conjunto de buje-cono saliente 14, que incluye una pluralidad de palas 12, por ejemplo, tres palas, que estan dispuestas radialmente a intervalos iguales. El conjunto de buje-cono saliente 14 esta conectado al eje principal 22, que se apoya en un bastidor de base 24 dentro del conjunto de la gondola 20. Una caja de cambios de aceleracion 26, un freno de disco 28, y una dinamo 50 se ensamblan secuencialmente en el eje principal 22. Las palas 12 estan dispuestas en una direccion ortogonal al eje principal 22, y por lo tanto el conjunto de buje-cono 14 gira cuando el viento sopla las palas. Esta fuerza de rotacion se transfiere al arbol principal 22, y el numero de rotaciones de la que se incrementa por la caja de cambios de aceleracion 26, impulsando asf la dinamo 50 que genera energfa.

En la generacion de energfa eolica, es mas preferible que se realice un llamado estado de guinada libre, ya que la disponibilidad de la energfa eolica es alta cuando el plano en el que las palas giran (es decir, el plano de rotacion de las palas) intersecta la direccion del viento en angulos rectos. Sin embargo, puesto que la direccion del viento cambia constantemente, se produce un error de guinada en el que el plano de rotacion de las palas ya no se cruza con la direccion del viento y se desvfa en angulos rectos. A medida que el error de orientacion se hace mayor, la disponibilidad del viento cae.

Para evitar este problema, la turbina eolica incluye tambien un sistema activo de guinada 60, que se proporciona en el conjunto de la gondola 20, como se muestra espedficamente en la figura 2. El sistema de guinada activo 60 incluye un engranaje de anillo 62, que esta montado en una pestana superior formada en el extremo superior de la torre, y un motor de control de la direccion del viento 64, que se bloquea con el engranaje de anillo 62. Cuando la direccion de los cambios de viento, el motor de control de la direccion del viento 64, bloqueado con la corona

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dentada 62, es accionado para girar el conjunto de la gondola 20, realizando asf el control de guinada activo. De acuerdo con ello, las palas 12 son operadas para enfrentar constantemente el viento. En las figuras, el numero de referencia 66 indica un anemoscopio.

La figura 3 muestra una turbina eolica de tipo de pala de rotor que tiene una estructura horizontal tfpica en la que esta instalada una dinamo sobre un suelo o por debajo de una torre. Como se muestra en la figura 3, el conjunto de la gondola 20 se apoya en la parte superior de la torre 30 mediante un conjunto de cojinete 82. En este estado, la fuerza de rotacion del arbol principal 22 se transfiere a traves de un engranaje conico de accionamiento 72a al arbol vertical de la torre 76 que tiene un siguiente engranaje conico 74a, que se acopla con el engranaje conico de accionamiento 72a, y luego se transfiere a traves de un siguiente engranaje conico 72b a una caja de cambios de aceleracion 26 a traves de un eje de rotacion 78. La caja de cambios de aceleracion 26 se utiliza para accionar la dinamo 50. Con esta configuracion, la dinamo 50 se puede proporcionar en el suelo o a una altura predeterminada no muy por encima del suelo. Sin embargo, en este caso, cuando la fuerza de rotacion de las palas 12 del rotor 10 se transfiere a traves del engranaje conico de accionamiento 74b, que esta acoplado al extremo inferior del arbol vertical de la torre 76, y a traves del siguiente engranaje conico 72b del eje de rotacion 78, el arbol de la torre 76 esta sujeto al par de repulsion (mostrado como lmea de puntos) que se aplica a la rueda dentada conica 74b de accionamiento del siguiente engranaje conico 72b. El par de repulsion hace que el conjunto de la gondola 20 gire. Por lo tanto, con el fin de impedir el par de repulsion, una fuerte funcion de prevencion de rotacion tiene que ser anadida de manera desventajosa en el interior del sistema de guinada activo. Por consiguiente, la dinamo 50 se proporciona generalmente en el interior del conjunto de la gondola en lugar de ser proporcionada en el suelo o en una posicion cerca del suelo, incluso si los costes aumentan. Tambien son conocidas disposiciones que implican dos ejes concentricos de contra-rotacion, tales como en el documento WO 95/21326.

En general, en el caso de una turbina eolica de nivel megavatios, la torre esta disenada para ser aproximadamente de 50 a 80 metros de altura en la consideracion de la direccion del viento y otros factores. Ademas, se requiere que la torre soporte una masa de cabeza de la torre total de sustancialmente 100 toneladas, es decir, la carga del conjunto de la gondola, incluyendo la dinamo y el rotor en la parte superior de la misma. Por lo tanto, la torre tiene que ser disenada para tener una resistencia estructural que cumpla estas condiciones, y la brida superior de la torre es grande, siendo el diametro exterior de la misma de casi 3 m, lo que implica un aumento de los costes de construccion y mantenimiento.

Ademas, puesto que las palas son lineales, una fuerte reaccion aumenta la perdida de energfa, y las palas giratorias causan una gran cantidad de perdida aerodinamica. En el caso de un viento a favor, una zona de baja presion se forma en la corriente de expulsion de la torre, lo que aumenta el ruido y causa fatiga a las palas.

Divulgacion de la invencion

Problema tecnico

En vista de lo anterior, la presente invencion proporciona una turbina eolica, en la que la energfa de rotacion de un rotor se transfiere a una dinamo colocada al lado de la torre de la turbina eolica.

Ademas, la presente invencion proporciona una turbina eolica en la que guinada libre se realiza sin un sistema de orientacion activa mediante el equilibrio de par motor de repulsion debido a la carga de la turbina eolica.

Ademas, la invencion proporciona una turbina eolica capaz de aumentar la produccion y reducir el ruido que de otro modo ocurrina cuando las palas pasan a traves de un area de baja presion formada en la corriente de expulsion de la torre.

Solucion al Problema

De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se proporciona una turbina eolica de eje horizontal que incluye: un rotor que tiene un buje y palas giratorias por el viento; un conjunto de la gondola para soportar rotativamente el rotor a traves de un arbol principal, el arbol principal estando conectado al rotor; una torre para soportar rotativamente el conjunto de la gondola; una dinamo colocada al lado de la torre; un arbol vertical giratorio ortogonalmente dispuesto en el eje principal dentro de la torre para transferir una fuerza de rotacion del arbol principal a la dinamo; y un mecanismo de equilibrio de torsion repulsivo para transferir una fuerza de rotacion del conjunto de la gondola, la fuerza de rotacion del conjunto de la gondola se deriva de par de torsion de repulsion debido a una carga de la dinamo, al arbol vertical en una direccion en la que el par de repulsion es equilibrado.

Preferentemente, el mecanismo de torsion de equilibrio de repulsa incluye: una carcasa dispuesta por debajo del eje vertical para soportar de manera giratoria un arbol horizontal, en el que el eje horizontal se acopla con el arbol vertical y es ortogonal al arbol vertical; un soporte inferior, ortogonalmente dispuesto al eje vertical, para soportar rotativamente la carcasa, y para soportar de manera giratoria un arbol de rotacion de la dinamo; y una unidad de transferencia para transferir la fuerza de rotacion del conjunto de la gondola a la carcasa.

Preferentemente, la turbina eolica de eje horizontal comprende, ademas, un mecanismo de conversion de movimiento para transferir una fuerza de rotacion del arbol horizontal, que es giratorio con respecto al arbol vertical,

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al arbol de rotacion.

Preferentemente, el mecanismo de conversion de movimiento comprende: una primera seccion de conversion para convertir la fuerza de rotacion del arbol horizontal en un movimiento redproco lineal que cruza una direccion del arbol vertical en angulo recto; una segunda seccion de conversion para convertir el movimiento redproco lineal en una fuerza de rotacion y transferir la fuerza de rotacion al arbol giratorio; y un conjunto de cojinete de empuje conectado entre la primera y la segunda secciones de conversion, y que es giratorio con respecto al arbol vertical.

Preferentemente, cada una de las primera y segunda secciones de conversion de incluye uno cualquiera seleccionado de entre un yugo escoces, un par formado por una manivela y una biela, un par formado por una leva circular y una corredera, un par formado por una leva que tiene una ranura circular y una corredera, un par formado por una leva de placa inclinada y una corredera.

Preferentemente, el conjunto de conversion incluye una pluralidad de las primeras secciones de conversion y una pluralidad de las segundas secciones de conversion.

Preferentemente, la unidad de transferencia incluye una seccion hueca, que esta unida a una parte inferior del conjunto de la gondola, rodea partes del arbol vertical y la carcasa, y esta unida a una parte inferior de la carcasa.

Preferentemente, la unidad de transferencia incluye un arbol de equilibrio, que se acopla con una porcion inferior del conjunto de la gondola y de una parte inferior de la carcasa.

Preferentemente, la turbina eolica de eje horizontal comprende, ademas, una campana de torre, la campana de la torre se une a un extremo inferior del conjunto de la gondola, rodea una parte superior de la torre, y esta posicionada para ser excentrica en una direccion opuesta del rotor con respecto a la torre.

Preferentemente, la ubicacion incluye un suelo sobre el que se construye la turbina eolica.

Preferentemente, la turbina eolica comprende una turbina eolica fuera de costa en el mar, y la ubicacion incluye una superficie superior de un flotador que soporta la turbina eolica fuera de costa.

Segun la presente invencion, la energfa de rotacion del rotor es transferida a la dinamo a traves del arbol de la torre, y el par de repulsion forzado al arbol de la torre es equilibrada sin un sistema de guinada activo, aligerando de este modo el peso global y reduciendo los costes de construccion.

Ademas, el tiempo en el que se produce un error de guinada se puede reducir usando el desplazamiento del conjunto de la gondola y el capo excentrico aerodinamico, que ayuda a la cara de la gondola de la direccion de barlovento. Ademas, puesto que la dinamo se coloca en una ubicacion cerca del suelo, el mantenimiento de la dinamo es facil.

Breve descripcion de los dibujos

Los objetos y caractensticas anteriores y otros de la presente invencion se haran evidentes a partir de la siguiente descripcion de realizaciones preferidas dadas en conjuncion con los dibujos adjuntos, en los que:

Las figuras 1A y 1B son vistas esquematicas posteriores y en alzado lateral que muestra una turbina eolica de tipo de pala de rotor de la tecnica relacionada;

La figura 2 es una vista detallada del sistema de guinada que se muestra en las figuras 1A y 1B;

La figura 3 es una vista conceptual que explica el par de repulsion, que se produce cuando la fuerza de rotacion del arbol principal se transfiere a una dinamo, que esta en el suelo, a traves de un arbol de la torre vertical;

La figura 4 es una vista en seccion transversal lateral que muestra una turbina eolica segun una realizacion de la invencion;

La figura 5 es una vista detallada que muestra el conjunto de la gondola y la parte superior de la torre se muestra en la figura 4;

La figura 6 es una vista esquematica que muestra la configuracion del mecanismo de torsion de equilibrio de repulsion, que esta en la parte inferior del arbol vertical, que se muestra en la figura 4;

La figura 7 es una vista esquematica en perspectiva que muestra la construccion del mecanismo de yugo en la porcion inferior del arbol vertical que se muestra en la figura 4;

La figura 8 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la lmea VMI-VIM en la figura 6;

La figura 9 es una vista esquematica que explica la configuracion del yugo escoces, que convierte el movimiento de rotacion del arbol vertical, en un movimiento lineal;

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La figura 10 es una vista en alzado lateral que muestra una turbina eolica de acuerdo con una segunda forma de realizacion de la invencion;

La figura 11 es una vista esquematica que muestra la configuracion del mecanismo de torsion de equilibrio de repulsion en la porcion inferior del arbol vertical que se muestra en la figura 10;

Las figuras 12A y 12B son vistas que muestran las palas lineales de la tecnica relacionada y palas tipo de ala en flecha de acuerdo con una realizacion de la invencion, respectivamente;

Las figuras 13A y 13B son vistas posteriores y en alzado lateral que muestran el estado en el que las palas de tipo ala en flecha se muestran en la figura 12B y una campana de torre, que esta disenada para eliminar un vortice de aire, estan montadas en el conjunto de la gondola, respectivamente; y

Las figuras 14A y 14B son una vista en planta que muestra el flujo de aire cuando no se monta una capucha de la torre y una vista en planta que muestra el flujo de aire cuando la campana de la torre que se muestra en las figuras 13A y 13B se ha montado, respectivamente.

Mejor modo de llevar a cabo la invencion

De aqrn en adelante, las realizaciones preferidas de la presente invencion se describiran en detalle con referencia a los dibujos adjuntos de manera que se pueden implementar facilmente por los expertos en la materia. En todos los dibujos, los mismos numeros de referencia se utilizan a lo largo de los diferentes dibujos para designar los mismos componentes o similares.

La figura 4 es una vista en seccion transversal lateral que muestra una turbina eolica segun una realizacion de la invencion; la figura 5 es una vista detallada que muestra el conjunto de la gondola y la parte superior de la torre que se muestra en la figura 4; la figura 6 es una vista esquematica que muestra la configuracion del mecanismo de torsion de equilibrio de repulsa 400 en la porcion inferior del arbol vertical, que se muestra en la figura 4; la figura 7 es una vista esquematica en perspectiva que muestra la construccion del mecanismo de yugo en la porcion inferior del arbol vertical, que se muestra en la figura 4; la figura 8 es una vista en seccion transversal tomada a lo largo de la lmea VIN-VIN en la figura 6; y la figura 9 es una vista esquematica que explica la configuracion del yugo escoces que convierte el movimiento de rotacion del arbol vertical, en un movimiento lineal.

Como se muestra en la figura 4, la turbina eolica de esta realizacion de la invencion incluye una torre 100, un conjunto de la gondola 200, un rotor 300 y una dinamo 600. De acuerdo con esta forma de realizacion, la dinamo 600 se coloca cerca de una ubicacion en la que se construye la turbina eolica, en lugar de estar montada en el interior del conjunto de la gondola 200. Aqrn, la ubicacion se corresponde con el suelo 650 en el caso en el que se proporciona la turbina eolica en el suelo, o a la superficie superior de un flotador que soporta una turbina eolica fuera de costa en el mar. Ademas, la turbina eolica incluye un mecanismo de equilibrio de par repulsivo 400, que se proporciona dentro de la torre 100 para equilibrar el par de repulsion debido a la carga de una dinamo 600.

Ademas, en la turbina eolica, el conjunto de la gondola 200 no esta provisto de un sistema de orientacion activa, pero lleva un sistema de orientacion libre, en el que el conjunto de la gondola 200 se puede mover libremente con respecto a la torre 100 a traves de un cojinete, que esta interpuesto entre el conjunto de la gondola 200 y la torre 100. Como se muestra en detalle en la figura 5, el conjunto de la gondola 200 incluye un reborde interior 250 y una brida exterior 260 en la porcion inferior del mismo. Un cojinete interior 420 esta acoplado entre la superficie interior superior de la torre 100 y la brida interior 250, y un cojinete exterior 410 esta acoplado entre la superficie exterior superior de la torre 100 y el reborde exterior 260. Por lo tanto, la turbina eolica de esta realizacion lleva un sistema de guinada libre al hacer girar libremente el conjunto de la gondola 200 con respecto a la torre 100 utilizando solo la reaccion del viento, que se aplica a las palas 310 y a una campana de la torre 370 (vease las figuras 13B y 14B), que se describira mas adelante, sin un sistema de orientacion activa.

Un arbol principal 220 esta dispuesto rotativamente dentro del conjunto de la gondola 200 y esta soportado horizontalmente por un par de bastidores de soporte 210. Un extremo del arbol principal 220 esta conectado a un rotor 300 al que estan unidas las palas, y el otro extremo del arbol principal 220 esta conectado a un engranaje conico del arbol principal 230. El arbol principal 220 gira cuando el viento hace girar las palas 310.

Un arbol giratorio vertical de la torre 120 esta provisto verticalmente dentro de la torre 100, y tiene engranajes conicos superior e inferior 110 y 112 unidos a sus extremos superior e inferior. El engranaje conico superior 110 se acopla con el engranaje conico de arbol principal 230 del arbol principal 220. Por lo tanto, la fuerza de rotacion del arbol principal 220 se transfiere al arbol vertical 120.

La fuerza de rotacion que se transfiere al arbol de la torre 120 pasa a traves del mecanismo de torsion de equilibrio de repulsa 400, se acelera en una caja de cambios de aceleracion 620 a traves de un arbol de rotacion 610, y luego se transfiere a la dinamo 600.

Como se muestra en las figuras 4, 5, 6 y 7, el mecanismo de equilibrio de par 400 se proporciona como un alojamiento interno dentro de la torre 100, e incluye una seccion hueca superior 402, con una parte superior de la

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misma fijada a la pared inferior del conjunto de la gondola 200, una cubierta intermedia 404, con una parte superior de la misma fijada a la parte inferior de la seccion hueca superior 402, y un soporte inferior 406, mantenido debajo de la carcasa 408, como se muestra en las figuras 6 y 7. El arbol vertical 120 pasa a traves dentro de la seccion hueca superior 402, y el engranaje conico inferior 112 del arbol vertical 120 esta posicionado dentro de la cubierta intermedia 404. Ademas, una primera unidad de yugo 520 esta colocada dentro de la cubierta intermedia 404, una unidad de segundo yugo 560 y un conjunto de cojinete de empuje 540, que esta por encima de la segunda unidad de yugo 560, estan situados en el interior del soporte inferior 406. Cada una de las primera y segunda unidades de yugo 520 y 560 es un mecanismo de conversion de movimiento que convierte el movimiento de rotacion en movimiento lineal alternativo o viceversa, y pero no limitado al mismo, por ejemplo, puede incluir un yugo escoces. Otros ejemplos de un mecanismo de este tipo pueden incluir un par formado por una manivela y una biela, un par formado por una leva circular y una corredera, un par formado por una leva que tiene una ranura circular y una corredera, un par formado por una leva de placa oscilante y una corredera, etc.

Una carcasa 408 tiene un extremo inferior unido al extremo inferior de la cubierta intermedia 404. El extremo inferior de la carcasa 408 esta acoplado de forma giratoria en el soporte inferior 406 por cojinetes 409. Un arbol giratorio horizontal 440 esta soportado de forma giratoria en la carcasa 408. Un engranaje conico de carcasa 442, que se acopla con el engranaje conico inferior 112 del arbol vertical 120, esta unido a un extremo del arbol giratorio horizontal 440, y un engranaje giratorio 444 esta unido al otro extremo del arbol giratorio horizontal 440. Ademas, un primer arbol giratorio de leva 450 de la primera unidad de yugo 520 se soporta de forma giratoria en la carcasa 408 de manera que es paralelo al arbol giratorio horizontal 440. Un engranaje giratorio de leva 446, que se acopla con el engranaje giratorio 444, esta unido a un extremo del primer arbol giratorio de leva 450. Una placa de grna 470 esta dispuesta entre la primera unidad de yugo 520 y el conjunto de cojinete de empuje 540.

En el soporte inferior 406, se proporciona una placa de grna 460 entre el conjunto de cojinete de empuje 540 y la segunda unidad de yugo 560. Un segundo arbol rotativo de leva 480 de la segunda unidad de yugo 560 esta conectado al arbol giratorio 610.

Como se muestra en las figuras 6-8, la primera unidad de yugo 520 incluye una o mas levas excentricas circulares 522, uno o mas bastidores rectangulares 524, y uno o mas uno yugos 526. Las levas excentricas circulares 522 se fijan al primer arbol giratorio de leva 450, e incluyen, preferentemente, tres pares de levas excentricas. Los bastidores rectangulares 524 son perpendiculares al primer arbol giratorio de leva 450, con el primer arbol rotativo de leva 450 se extiende a traves del interior de la misma. Los yugos 526 se mueven redprocamente dentro de cada bastidor rectangular 524, con cada leva excentrica 522 montada su interior. Del mismo modo a las levas excentricas circulares, los bastidores rectangulares 524 y los yugos 526 se componen de tres pares, respectivamente. Por simplicidad de dibujo, la figura 7 ilustra solamente un par de las levas excentricas circulares 522, los bastidores rectangulares 524 y los yugos 526. Las varillas de conexion 528 estan unidas a la porcion inferior de cada bastidor rectangular 524 de tal manera que se extienden a traves de orificios 472 de la placa de grna 470. Por lo tanto, cuando el primer arbol giratorio de leva 450 gira, el yugo 526 se mueve redprocamente en la direccion lateral dentro del bastidor rectangular 524, de modo que la varilla de conexion 528 se mueve redprocamente en la direccion vertical a traves de cada orificio 472 de la placa de grna 470 que sera discutira mas adelante. En este caso, es posible transferir de manera mas estable la potencia si la primera unidad de yugo 520 incluye una pluralidad de bastidores rectangulares 524 y una pluralidad de levas excentricas 522. Este es el mismo que en la segunda unidad de yugo 560. Ademas, cuando el conjunto de la gondola 200 gira libremente, la varilla de conexion 528 se somete a una mayor fuerza de corte, ya que esta mas lejos del centro del arbol vertical. Por lo tanto, se prefiere que el numero de barras de conexion 528 unido a la estructura rectangular 524 se incremente a medida que esten espaciados mas lejos del centro del arbol vertical 120.

Como se ha descrito anteriormente, el conjunto de la gondola 200 esta conectado integralmente con la carcasa 408, que esta unido a la cubierta intermedia 404, a traves de la seccion hueca superior 402 y la carcasa intermedia 404. Cuando el rotor 300 gira en el viento, el conjunto de la gondola 200 esta sujeto al par de repulsion, que se produce debido a la carga de la dinamo 600, de modo que la fuerza de rotacion se transfiere a la carcasa 408, que esta conectada integralmente con el conjunto de la gondola 200. Consecuentemente, cuando la carcasa 408 toma la fuerza de rotacion, el par que esta en la direccion opuesta a la del par de repulsion se transfiere al engranaje conico inferior 112 del arbol vertical 120 a traves del engranaje conico 442, que esta soportado de forma giratoria en la carcasa 408, equilibrando asf el par de repulsion.

A continuacion, se presenta una descripcion detallada para la eliminacion del fenomeno anteriormente descrito en el que el conjunto de la gondola 200 se ve obligado a girar en respuesta al par de repulsion debido a la carga de la dinamo 600.

El engranaje conico del eje principal 230 se somete al par de repulsion desde el engranaje conico superior 110, cuando este ultimo es accionado por el anterior y el par de repulsion se transfiere a un par de los bastidores de soporte 210 que soporta el arbol principal 220, que causa una rotacion del conjunto de gondola 200. En este caso, la direccion del par repulsivo respecto al conjunto de la gondola 200 es opuesta a la direccion en la que gira el engranaje conico superior 110.

Lo que sigue es una descripcion de la operacion en la que se aplica el par que esta en la direccion opuesta a la

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direccion del par de repulsion al engranaje conico inferior 112 del arbol vertical 120.

La carcasa 408 esta sujeta a una fuerza de rotacion, junto con el conjunto de la gondola 200, en la direccion opuesta a la direccion del par de repulsion, cuando el arbol giratorio horizontal 440 soportado de forma giratoria en la carcasa 408 esta sujeto a un par de torsion de equilibrio a traves del engranaje conico inferior 112, que se acopla con el engranaje conico carcasa 442 unido al eje giratorio horizontal 440. La direccion del par respecto al engranaje conico inferior 112 es opuesta a la direccion del par de la carcasa 408, que es opuesta a la direccion del par de repulsion. El par de equilibrio actua en una direccion para equilibrar el par repulsivo y se transfiere en engranaje conico inferior 112.

El conjunto de cojinete de empuje 540 incluye un par de empujadores circulares superior e inferior 542 que estan acoplados a la porcion inferior de las varillas de conexion 528, y un cojinete de empuje 544 interpuesto entre los empujadores circulares 542. Las varillas de conexion 548 estan conectadas a la parte inferior del empujador circular inferior 542 de tal manera que se extienden a traves de orificios 462 de la placa de grna 460. Cuando el empujador circular superior 542 es presionado por el movimiento alternativo vertical de las varillas de conexion 528, el empujador circular inferior 542 se presiona a traves del cojinete de empuje 544, de manera que las varillas de conexion 548 corresponden verticalmente a traves de los orificios 462 de la placa de grna 460.

Cuando el conjunto de la gondola 200 gira siguiendo la direccion del viento, las varillas de conexion 528 tambien giran. Por lo tanto, el cojinete de empuje 544 permite que las varillas de conexion 528 correspondan linealmente mientras giran libremente con respecto al soporte inferior 406.

La segunda unidad de yugo 560 tiene los mismos componentes que los de la primera unidad de yugo 520 que se ha descrito anteriormente. Sin embargo, la segunda unidad de yugo 560 opera opuesta a la primera unidad de yugo 520. Mas espedficamente, cuando las varillas de conexion 548 corresponden verticalmente a traves de los orificios 462 de la placa de grna 460, el yugo 526 se mueve redprocamente dentro del bastidor rectangular 524. Esto hace que la leva excentrica 522 gire y luego el segundo eje giratorio de leva 480 gire, girando por ello el arbol giratorio 610.

A continuacion, sera dada una descripcion de la operacion de la turbina eolica de esta realizacion configurada como anteriormente.

Cuando el viento hace girar las palas 310 del rotor 300 a una velocidad de por ejemplo 4 m/s o mas, se hace girar el arbol principal 220 del conjunto de barquilla 220. La fuerza de rotacion del arbol principal 220 se transfiere al arbol vertical 120 a traves del engranaje conico superior 110 del arbol vertical 120, que se acopla con el engranaje conico del arbol principal 230 unido al arbol principal 220. Posteriormente, el arbol giratorio horizontal 440 y el primer arbol giratorio de leva 450 se hacen girar mediante el engranaje conico de carcasa 442, que se acopla con el engranaje conico inferior 112 del arbol vertical 120, haciendo asf que las levas excentricas 522 giren. La rotacion de las levas excentrica 522 hace que el yugo 526 se mueva redprocamente dentro del bastidor rectangular 524, de manera que las varillas de conexion 528 de la primera unidad de yugo 520 corresponden verticalmente. Como resultado, el empujador circular superior 542 realiza un movimiento redproco vertical, que a su vez se transmite a traves del cojinete de empuje 544 al empujador inferior 542, de modo que el empujador inferior 542 en consecuencia se mueve verticalmente en vaiven. Despues, las barras de conexion 548 de la segunda unidad de yugo 560 corresponden verticalmente a traves de los orificios 462 de la placa de grna 460. De acuerdo con ello, el yugo 526 se mueve redprocamente dentro del bastidor rectangular 524, y luego la leva excentrica 522 gira. Esto hace que el segundo arbol de leva giratorio 480 gire, girando asf el arbol giratorio 610.

El par de repulsion debido a la carga de la dinamo 600 conectada al eje de rotacion 610 es equilibrado cuando el par que esta en la direccion opuesta al par de repulsion se transfiere al arbol vertical 120 a traves del engranaje conico de carcasa 442, que es soportado de forma giratoria en la carcasa 408 conectada al conjunto de la gondola 200, como se describe anteriormente.

Incluso cuando la direccion del viento cambia, gracias a los cojinetes exterior e interior 410 y 420 interpuestos entre el conjunto de la gondola 200 y la torre 100, un cojinete interpuesto entre el escudo intermedio 404 y el soporte inferior 406, y el cojinete de empuje 544, el conjunto de la gondola 200 puede hacer frente a la direccion de barlovento libremente con respecto a la torre 100. En consecuencia, cuando el conjunto de la gondola 200 gira para hacer frente al viento, el eje giratorio 610 acciona la dinamo 600 al aumentar el numero de rotaciones utilizando la caja de cambios de aceleracion 620.

La figura 10 es una turbina eolica de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion, y la figura 11 muestra la configuracion detallada del mecanismo de equilibrio del par de repulsion 400 en la porcion inferior del arbol vertical 120, como se muestra en la figura 10.

El mecanismo de equilibrio del par de repulsion 400 de la segunda realizacion es sustancialmente identico al de la primera realizacion, excepto que la seccion hueca superior 402 es mas corta y la cubierta intermedia 404 se retira y se sustituye por un arbol de equilibrado 412, que se acopla con la carcasa 408. Por lo tanto, se omitira una descripcion detallada de la segunda realizacion.

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Se apreciara por los expertos en la materia que el arbol de equilibrio 412 se puede acoplar con la seccion hueca superior 402 y la carcasa 408 por medio de correas y cadenas, asf como engranajes, como se muestra en la figura 11.

Las figuras 12A y 12B son vistas que comparan palas lineales de la tecnica relacionada y palas tipo de ala en flecha de acuerdo con una realizacion de la invencion, respectivamente; y las figuras 13A y 13B son vistas posteriores y en alzado lateral que muestra el estado en el que las palas de tipo ala en flecha que se muestran en la figura 12B y una campana de torre, que esta disenada para eliminar un vortice de aire, estan montadas en el conjunto de la gondola, respectivamente.

Se prefiere que las turbinas eolicas de acuerdo con realizaciones de la invencion usan el rotor 300, que incluye las palas de tipo de ala en flecha 310 que se muestran en la figura 12B. Tales palas de tipo ala en flecha 310 incluyen porciones unidas al buje 312 y porciones dobladas 314. Las porciones unidas al buje 312 estan unidas al conjunto de buje de cono a intervalos iguales, y cada extremo libre de las porciones unidas 312 se dobla hacia atras desde cada extremo exterior de las porciones unidas al buje 312 en un angulo predeterminado. El rotor 300 que tiene las palas de tipo ala en flecha 310 aumenta la eficiencia y reduce el ruido de reaccion, ya que reduce la resistencia de reaccion para que sea menor que la del rotor de tipo de ala lineal de la tecnica relacionada. Tambien reduce significativamente el ruido de baja frecuencia, ya que las palas de tipo ala en flecha 310 pasan gradualmente a traves de una zona de baja presion, que se forma en la corriente de expulsion de la torre.

Como se muestra en la figura 14B, la turbina eolica de la invencion tambien incluye una campana de la torre 700, que esta unida al extremo inferior del conjunto de la gondola 200, y rodea la parte superior de la torre 100. Cuando se ve desde arriba, la campana de la torre 700 tiene una forma alargada y esta posicionada para ser excentrica con respecto a la torre 100. Para ser mas espedficos, la campana de la torre 700 esta posicionada excentricamente en contra del viento con respecto a la torre 100, es decir, en la direccion opuesta al rotor 310. Las funciones de la torre de campana 700 para inducir un flujo de aire que rodea la torre 100 mediante la rotacion junto con el conjunto de la gondola 200.

Segun la presente invencion, el conjunto de la gondola 200 es ligero ya que no estan montados ni la dinamo ni el sistema de guinada activo. Por lo tanto, el conjunto de la gondola 200 puede girar con un bajo momento de inercia en funcion de un cambio del viento, reduciendo asf el tiempo durante el cual persiste un error de guinada. Ademas, puesto que el conjunto de la gondola 200 que tiene la campana de la torre excentrica 700 puede hacer frente rapidamente a favor del viento, es posible reducir adicionalmente el tiempo en que se produce un error de guinada.

La figura 14A es una vista en planta que muestra un flujo de aire en el que la campana de la torre que se muestra en la figura 13B no esta montada, y la figura 14B es una vista en planta que muestra un flujo de aire en el que la campana de la torre que se muestra en la figura 13B esta montada. Como se muestra en la figura 14A, un vortice de aire forma una zona de baja presion en la corriente de expulsion de la torre. Sin embargo, como se muestra en la figura 14B, la zona de baja presion en la corriente de expulsion de la torre formada por el vortice de aire se elimina. Esto reduce el ruido, que de otro modo ocurrina cuando las palas pasan a traves de la corriente de expulsion de la torre en el caso a favor del viento, y reduce la presion puesta en las palas, que es causada por la zona de baja presion, para reducir la fatiga, evitando de este modo que las palas sean danadas.

De acuerdo con las realizaciones de la invencion como se indica mas arriba, la energfa de rotacion del rotor es transferida a la dinamo, que se proporciona en el suelo, a traves del arbol vertical giratorio, que esta provisto verticalmente dentro de la torre. Aqrn, el par de torsion de repulsion al que el eje vertical se somete se equilibra mediante el mecanismo de equilibrio de par de torsion de repulsion, y se realiza la guinada libre. Por lo tanto, una mayor produccion puede producirse usando el equipo que es mas simple en comparacion con la de la tecnica relacionada.

Ademas, aunque la invencion se ha descrito con respecto a la turbina de tipo a favor del viento, el mecanismo de equilibrio de par de torsion de repulsion 400 puede tambien ser utilizado en una turbina de tipo de viento contra el viento. En el caso de la turbina eolica de tipo contra el viento, se puede anadir al mismo un sistema de guinada activo.

Aunque la invencion se ha mostrado y descrito con respecto a las formas de realizacion preferidas, se entendera por los expertos en la tecnica que varios cambios y modificaciones pueden hacerse sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las siguientes reivindicaciones.

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REIVINDICACIONES

1. Una turbina eolica de eje horizontal que comprende:

un rotor (300) que tiene un buje y palas (310) que pueden girar por el viento y que estan conectado a un arbol principal (220);

un conjunto de la gondola giratoria (200) para soportar el arbol principal (220); una torre (100) para soportar de manera giratoria el conjunto de la gondola (200); una dinamo (600) junto a la torre (600);

un arbol vertical giratorio (120) que se extiende dentro de la torre (100) ortogonalmente dispuesto al arbol principal (220) para transferir una fuerza de rotacion del arbol principal (220) a la dinamo (600), en la que un par de torsion de repulsion actua desde el arbol vertical (120) contra el conjunto de la gondola (200) debido a la carga de la dinamo (600); y caracterizada por

un mecanismo de equilibrio de par de torsion de repulsion (400) que comprende:

una seccion superior hueca (402) unida a la parte inferior del conjunto de la gondola (200); una carcasa (408) que soporta un arbol rotativo horizontal (440) acoplado con el eje vertical (120), estando la carcasa (408) dispuesta debajo del arbol vertical (120) y que puede girar alrededor del arbol vertical (120), en el que un par de torsion de equilibrio actua entre la carcasa (408) y el arbol vertical (120) debido a la carga de la dinamo (600);

una unidad de transferencia que acopla el conjunto de la gondola (200) a traves de la seccion hueca superior (402) con la carcasa (408), de tal manera y en una direccion tal, que el par de torsion de equilibrio entre la carcasa (408) y el arbol vertical (120) y el par de torsion de repulsion entre el arbol vertical (120) y el conjunto de la gondola (200) estan equilibrados;

un soporte inferior (406) para soportar de forma giratoria la carcasa (408) y para soportar un arbol de rotacion (610) de la dinamo (600) siendo no giratorio alrededor del arbol vertical (120).
2. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 1, en la que la unidad de transferencia para transferir la fuerza de rotacion del conjunto de la gondola (200) a la carcasa (408) comprende una cubierta intermedia (404) dispuesta y fijada entre la seccion hueca superior (402) y la carcasa (408), en la que la seccion hueca superior (402), la cubierta intermedia (404) y la carcasa (408) forman un alojamiento interior (400).
3. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 1, en la que la unidad de transferencia para transferir la fuerza de rotacion del conjunto de la gondola (200) a la carcasa (408) comprende un arbol de equilibrio (412) dispuesto de forma giratoria entre la seccion hueca superior (402) y la carcasa (408).
4. La turbina eolica de eje horizontal de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3, que comprende ademas un mecanismo de conversion de movimiento (500) para transferir una fuerza de rotacion del arbol horizontal (440), que es giratorio alrededor del arbol vertical (120) con respecto al arbol de giro (610) de la dinamo (600).
5. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 4, en la que el mecanismo de conversion de movimiento (500) incluye: una primera seccion de conversion para convertir la fuerza de rotacion del arbol horizontal (440) en un movimiento redproco lineal que intersecta una direccion del arbol vertical en angulos rectos; una segunda seccion de conversion para convertir el movimiento redproco lineal en una fuerza de rotacion y transferir la fuerza de rotacion al arbol rotativo (610); y un conjunto de cojinete de empuje (540) conectado entre la primera y la segunda secciones de conversion, y siendo giratorio con respecto al arbol vertical (120).
6. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 5, en la que cada una de las primera y segunda secciones de conversion incluye uno cualquiera seleccionado de entre un yugo escoces, un par de torsion formado por una manivela y una biela, un par de torsion formado por una leva circular y una corredera, un par de torsion formado por una leva que tiene una ranura circular y una corredera, un par de torsion formado por una leva de plato oscilante y una corredera.
7. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 5, en la que el conjunto de conversion incluye una pluralidad de las primeras secciones de conversion y una pluralidad de las segundas secciones de conversion.
8. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 1, en la que la turbina eolica de eje horizontal comprende una turbina de tipo a favor del viento.
9. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 8, que comprende ademas una campana de la torre, la campana de la torre estando unida a un extremo inferior del conjunto de la gondola, rodeando una parte superior de la torre, y posicionada para ser excentrica en una direccion opuesta al rotor con respecto a la torre.
10. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 1, en la que la turbina eolica de eje horizontal comprende una turbina eolica de tipo contra el viento.
11. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 10, que comprende ademas un sistema de guinada activa.
12. La turbina eolica de eje horizontal de la reivindicacion 1, en la que la turbina eolica comprende una turbina eolica fuera de costa en el mar, y la ubicacion en la que la torre es construida incluye una superficie superior de un flotador que soporta la turbina eolica fuera de costa.