MX2015001781A - Cabeza de rotor segmentada. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una cabeza de rotor segmentada para turbinas eólicas, particularmente, que tiene un perfil aerodinámico en su lado frontal y que tiene un extremo completamente abierto en el lado configurado para recibir un extremo de la circunferencia de un rotor del generador, en lo sucesivo denominado como un extremo posterior. La cabeza de rotor comprende una pluralidad de segmentos de cabeza.

Description

CABEZA DE ROTOR SEGMENTADA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una cabeza de rotor para turbinas eólicas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En años recientes, los desarrollos en las turbinas eólicas están dirigidos a obtener potencias de salida mayores. Convencionalmente, la potencia de salida mayor se logra aumentando el tamaño del rotor. Sin embargo, aumentar el tamaño de rotor también resulta en un aumento en el tamaño de la cabeza, lo cual no es deseable en términos de capacidad de transporte, y su manejo en el sitio de la instalación de energía eólica. Además, el transporte de una cabeza de rotor grande es costoso y necesita recursos y preparaciones logísticas extremadamente exhaustivas. Además, la fabricación de una cabeza de rotor grande requiere equipo de fabricación costoso, tal como herramientas de maquinado grandes, grandes cantidades de materiales, tales como moldes, y más labor. Además, con la ocurrencia de una falla o desgaste y rotura de las cabezas existentes, puede que se requiera reemplazar toda la estructura de cabeza.

Además, las cabezas de rotor existentes están diseñadas para tener un perfil parecido a un tetraedro. Debido a tal perfil de la cabeza, el esfuerzo en las esquinas de la cabeza es alto. Para soportar el esfuerzo, las cabezas están diseñadas generalmente para tener un núcleo sólido u otra estructura de refuerzo hecha de un material que tenga una resistencia a la tensión alta. Por lo tanto, se requiere una gran cantidad de material para fabricar estas cabezas. Por otra parte, tales cabezas requieren un revestimiento con el fin de proporcionar una superficie frontal aerodinámica. Esto aumenta el costo general de la cabeza.

Se reconocen los siguientes inconvenientes en la materia: • Las cabezas de una sola pieza tradicionales son difíciles de manejar y transportar.

• Las cabezas tradicionales son triangulares en su forma. Por lo tanto, se requiere un revestimiento para cubrir la cabeza y proporcionar forma aerodinámica a la cabeza.

• Las cabezas tradicionales están acopladas al rotor del generador por medio de una flecha. La rotación de la cabeza hace girar la flecha que a su vez hace girar el rotor del generador.

• Debido a la forma triangular de las cabezas tradicionales, se observa esfuerzo en las esquinas de la cabeza.

• Las cabezas tradicionales consisten de un núcleo interno sólido u otra estructura de refuerzo para compensar el esfuerzo en las esquinas y soportar la carga. Por lo tanto, el costo de fabricación es alto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una cabeza de rotor segmentada para turbinas eólicas, particularmente, que tiene un perfil aerodinámico en su lado frontal y que tiene un extremo completamente abierto en el lado configurado para recibir un extremo de la circunferencia de un rotor del generador, en lo sucesivo denominado como un extremo posterior.

La cabeza de rotor comprende una pluralidad de segmentos de cabeza. Cada uno de los segmentos de cabeza puede ser fabricado y transportado individualmente al sitio de erección. En el sitio de erección, los segmentos de cabeza se pueden ensamblar uniendo cada una de las piezas de cabeza segmentada para formar la cabeza. La cabeza segmentada asi formada puede encerrar un espacio hueco y está completamente abierta en su lado posterior. Como se apreciará por alguien experimentado en la materia, la pluralidad de segmentos de cabeza se pueden unir mediante el uso de medios de conexión adecuados conocidos en la materia, por ejemplo, bridas, pernos, y tornillos.

Como se indicó anteriormente, cada uno de los segmentos de cabeza se ensamblan conjuntamente para formar la cabeza. Los segmentos de cabeza están diseñados de tal manera que la cabeza ensamblada tenga un perfil aerodinámico en su extremo frontal y un espacio hueco con un extremo abierto en su lado posterior. En una implementación, los segmentos de cabeza se fabrican de tal manera que que la cabeza puede tener diferentes perfiles, por ejemplo, un perfil sustancialmente ovalado, un perfil parabólico, un perfil tipo cono, o perfil semiesférico.

En una implementación, cada uno de los segmentos de cabeza tiene al menos una cara de separación. Al momento de ensamblar, se ensambla la pluralidad de segmentos de cabeza de tal forma que dicha al menos una cara de separación de un segmento de cabeza se apoya contra al menos una cara de separación de otro segmento de cabeza. Las caras de separación apoyadas se pueden en lo sucesivo unir conjuntamente mediante cualquier medio de conexión, tal como bridas y ensambles de pernos y tornillos. Cada uno de los segmentos de cabeza puede incluir una abertura de aspa de rotor para recibir un asta de rotor de la turbina eólica, que a su vez puede además incluir bridas de aspa que están adaptadas para recibir y soportar las aspas de rotor.

Subsecuentemente, las aspas de rotor se pueden posicionar en las aberturas de aspa de rotor. En una implementación, las aberturas y bridas de aspa se pueden posicionar en las aberturas de aspa de rotor. En una implementación, las aberturas y bridas de aspa se pueden colocar parcialmente en el segmento de cabeza de tal forma que una porción de la brida de aspa en un segmento de cabeza se apoya contra otra porción de la brida de aspa colocada en el otro segmento de cabeza, para formar la brida de aspa completa.

En una implementación, la cabeza de rotor comprende tres segmentos de cabeza. Cada uno de los segmentos de cabeza tiene al menos dos extremos - es decir, un extremo posterior de frente hacia el rotor del generador, y un extremo frontal de frente hacia el viento. Una cara exterior del segmento de cabeza se extiende desde el extremo posterior y converge hacia el extremo frontal. Cada uno de los segmentos de cabeza tiene una o más caras de separación, ya sea que se extienden desde el extremo posterior al extremo frontal o a través del eje rotacional de la cabeza de rotor. Además, cada uno de los segmentos de cabeza incluye una abertura de aspa de rotor para recibir un aspa de rotor de la turbina eólica, que a su vez puede además incluir bridas de aspa que están adaptadas para recibir y soportar las aspas de rotor. Al momento del ensamble, la pluralidad de segmentos de cabeza se ensamblan de tal manera que los extremos posteriores y los extremos frontales de los segmentos de cabeza están alineados unos con otros, y las caras de separación de los segmentos de cabeza se apoyan unas con otras. Las caras de separación de los segmentos de cabeza se pueden unir subsecuentemente unas con otras mediante medios de conexión, tales como bridas y ensambles de pernos y tornillos para formar la cabeza ensamblada. Las aspas de rotor se pueden posicionar después de eso en las aberturas de aspa de rotor provistas en los segmentos de cabeza.

En otra implementación, el número de segmentos de cabeza que se pueden utilizar para formar la cabeza segmentada puede diferir. Por ejemplo, en una implementación, la cabeza segmentada se puede formar por medio de dos segmentos de cabeza o cuatro segmentos de cabeza. Se puede observar que los segmentos de cabeza pueden ser similares o diferentes en forma, tamaño y dimensiones dependiendo del número de segmentos a ser fabricados y el tamaño de la cabeza de rotor.

En una implementación, un extremo posterior de la cabeza ensamblada está adaptado para recibir el rotor de un generador de tal forma que el rotor esté directamente acoplado a la cabeza. Con tal acomodo, la cabeza acciona directamente el rotor, eliminando de esta manera la necesidad de una flecha para accionar el rotor. Estos y otros aspectos del tema que se busca proteger se proporcionan a mayor detalle en las secciones que siguen más adelante.

En una implementación, cada uno de los segmentos de cabeza puede ser idéntico en tamaño, forma y dimensiones. El número de bridas de aspa adaptadas para recibir las aspas de rotor depende del número de aspas de rotor de la turbina eólica. Además, las bridas de aspa pueden estar diseñadas para tener un perfil aerodinámico, aumentando de esta manera el transporte de aire de las mismas. Las bridas de aspa pueden ser fabricadas por separado y pueden unirse de manera desprendible o ser integrales con la cabeza.

Los segmentos de cabeza pueden estar conectados entre ellos mediante medios de conexión, tales como bridas, ensambles de pernos y tornillos. El ensamble puede llevarse a cabo en el sitio de erección de la turbina eólica. De esta manera, se facilita el transporte de la cabeza desde el sitio de fabricación al sitio de erección. Además, los medios de conexión descritos anteriormente son medios de conexión reversibles que permiten que los segmentos de cabeza se desconecten uno de otro, durante la reparación y mantenimiento de la turbina eólica.

De acuerdo con una implementación de la presente invención, los segmentos de cabeza están diseñados de tal manera que tal ensamble de segmentos de cabeza proporciona un perfil aerodinámico a la cabeza. Adicionalmente, se puede colocar una pluralidad de aletas en una superficie exterior de la cabeza de tal forma que el viento dirigido hacia la cabeza es guiado a lo largo de al menos una aleta sustancialmente en la dirección axial de la cabeza. En una modalidad, las aletas están colocadas en un acomodo separado en una dirección circunferencial en la superficie exterior de la cabeza. Con este acomodo de las aletas, se mejora la tasa de transferencia de calor desde las aletas a una atmósfera exterior por un flujo de aire a lo largo de la superficie de las aletas. En una implementación, las aletas son integrales con la cabeza. En otra implementación, las aletas se pueden formar como un elemento que está separado de la cabeza y se puede unir de manera desprendióle a la cabeza. Las aletas también pueden estar diseñadas para tener un perfil aerodinámico.

La cabeza propuesta está dirigida a tener capacidades mejoradas de estabilidad y soporte de carga para turbinas eólicas más grandes. Además, el diseño propuesto de la cabeza reduce costos y esfuerzos para transporte y manejo de la cabeza, tal como durante la erección de la turbina eólica. Además, la cabeza propuesta reduce los costos de fabricación y mantenimiento de la cabeza.

Se describe una cabeza segmentada para una turbina eólica que tiene una pluralidad de segmentos de cabeza, particularmente, tres segmentos de cabeza que se pueden transportar individualmente al sitio de erección, y subsecuentemente ensamblar en el sitio de elección para formar una cabeza. Tal cabeza segmentada proporciona facilidad en el transporte y manejo, y también reduce los costos asociados.

Además, los segmentos de cabeza están diseñados de tal manera que el ensamble de estos segmentos proporciona una forma aerodinámica a la cabeza. Con la forma aerodinámica de la cabeza, se evitan los esfuerzos de esquina que se observan generalmente en cabezas de forma triangular convencionales. Por lo tanto, debido a la forma aerodinámica, la carga se distribuye uniformemente a través de la cabeza, y la cabeza permanece estable. Además, la forma aerodinámica de la cabeza elimina la necesidad de un revestimiento.

Además, la cabeza es hueca en el interior, sin una provisión para unir una flecha. La cabeza está diseñada para unirse directamente a la circunferencia del rotor del generador eliminando de esta manera la necesidad de una flecha. Con tal característica, es posible hacer la cabeza hueca en un lado y tener una forma aerodinámica en el otro lado.

La invención es para cubrir al menos los siguientes conceptos que se pueden combinar en cualquier manera posible y que se pueden complementar por cualquier información establecida en el presente documento incluyendo el texto y los dibujos: La invención se refiere a una cabeza de rotor segmentada para turbinas eólicas, particularmente, que tiene un perfil aerodinámico en su lado frontal y que tiene un extremo completamente abierto en el lado configurado para recibir un extremo de la circunferencia de un rotor del generador, en lo sucesivo denominado como un extremo posterior.

La cabeza de rotor comprende una pluralidad de segmentos de cabeza.

Cada uno de los segmentos de cabeza se puede fabricar y transportar individualmente al sitio de erección.

En el sitio de erección, los segmentos de cabeza se pueden ensamblar uniendo cada una de las piezas de cabeza segmentadas para formar la cabeza.

La cabeza segmentada asi formada puede encerrar un espacio hueco y está completamente abierta en su lado posterior. Como se apreciará por alguien experimentado en la materia, la pluralidad de segmentos de cabeza se pueden unir mediante el uso de medios de conexión adecuados conocidos en la materia, por ejemplo, bridas, pernos, y tornillos.

Como se indicó anteriormente, cada uno de los segmentos de cabeza se ensambla conjuntamente para formar la cabeza. Los segmentos de cabeza están diseñados de tal manera que la cabeza ensamblada tiene un perfil aerodinámico en su extremo frontal y un espacio hueco con un extremo abierto en su extremo posterior.

En una implementación, los segmentos de cabeza se fabrican de tal manera que la cabeza pueda tener diferentes perfiles, por ejemplo, un perfil sustancialmente ovalado, un perfil parabólico, un perfil tipo cono, o perfil semiesférico.

En una implementación, cada uno de los segmentos de cabeza tiene al menos una cara de separación.

Al momento del ensamble, la pluralidad de segmentos de cabeza se ensamblan de tal manera que al menos una cara de separación de un segmento de cabeza se apoya contra dicha al menos una cara de separación de otro segmento de cabeza.

Las caras de separación apoyadas se pueden unir conjuntamente después mediante medios de conexión adecuados, tales como bridas, ensambles de tornillo y perno.

Cada uno de los segmentos de cabeza puede incluir una abertura de aspa de rotor para recibir un aspa de rotor de la turbina eólica, que a su vez puede además incluir bridas de aspa que están adaptadas para recibir y soportar las aspas de rotor.

Subsecuentemente, las aspas de rotor se pueden posicionar en las aberturas de aspa de rotor.

En una implementación, las aberturas y bridas de aspa se pueden colocar parcialmente en el segmento de cabeza de tal forma que una porción de la brida de aspa en un segmento de cabeza se apoya contra otra porción de la brida de aspa colocada en el otro segmento de cabeza, para formar la brida de aspa completa.

En una implementación, la cabeza de rotor comprende tres segmentos de cabeza.

Cada uno de los segmentos de cabeza tiene al menos dos extremos - es decir, un extremo posterior de frente hacia el rotor del generador, y un extremo frontal de frente hacia el viento.

Una cara exterior del segmento de cabeza se extiende desde el extremo posterior y converge hacia el extremo frontal.

Cada uno de los segmentos de cabeza tiene una o más caras de separación, que se extienden desde el extremo posterior al extremo frontal o a través del eje de rotación de la cabeza de rotor.

Además, cada uno de los segmentos de cabeza incluye una abertura de aspa de rotor para recibir un aspa de rotor de la turbina eólica, que a su vez puede además incluir bridas de aspa que están adaptadas para recibir y soportar las aspas de rotor.

Al momento del ensamble, la pluralidad de segmentos de cabeza se ensamblan de tal manera que los extremos posteriores y los extremos frontales de los segmentos de cabeza se alinean entre ellos, y las caras de separación de los segmentos de cabeza se apoyan entre ellas.

Las caras de separación de los segmentos de cabeza se pueden unir subsecuentemente entre ellas mediante medios de conexión, tales como bridas y ensambles de perno y tornillo para formar la cabeza ensamblada. Las aspas de rotor se pueden posicionar posteriormente en las aberturas de aspa de rotor provistas en los segmentos de cabeza.

En otra implementación, el número de segmentos de cabeza que se puede utilizar para formar la cabeza segmentada puede diferir.

Por ejemplo, en una implementación, la cabeza segmentada se puede formar por dos segmentos de cabeza o cuatro segmentos de cabeza. Se puede observar que los segmentos de cabeza pueden ser similares o diferentes en forma, tamaño y dimensiones dependiendo del número de segmentos a ser fabricados y el tamaño de la cabeza de rotor.

En una implementación, un extremo posterior de la cabeza ensamblada está adaptado para recibir el rotor de un generador de tal forma que el rotor esté directamente acoplado a la cabeza. Con tal acomodo, la cabeza acciona directamente el rotor, eliminando de esta manera la necesidad de una flecha para accionar el rotor.

En una implementación, cada uno de los segmentos de cabeza puede ser idéntico en tamaño, forma y dimensiones.

El número de bridas de aspa adaptadas para recibir las aspas de rotor depende del número de aspas de rotor de la turbina eólica.

Además, las bridas de aspa pueden estar diseñadas para tener un perfil aerodinámico, aumentando de esta manera el transporte de aire de las mismas.

Las bridas de aspa se pueden fabricar por separado y se pueden unir de manera desprendible o ser integrales con la cabeza.

Los segmentos de cabeza pueden estar conectados entre ellos mediante medios de conexión, tales como bridas, ensambles de perno y tornillo.

El ensamble puede llevarse a cabo en el sitio de erección de la turbina eólica. De esta manera, se facilita el transporte de la cabeza desde el sitio de fabricación al sitio de erección.

Además, los medios de conexión descritos anteriormente son medios de conexión reversibles que permiten que los segmentos de cabeza se desconecten uno de otro, durante la reparación y mantenimiento de la turbina eólica.

De acuerdo con una implementación de la presente invención, los segmentos de cabeza están diseñados en una manera tal que el ensamble de los segmentos de cabeza proporciona un perfil aerodinámico a la cabeza.

Adicionalmente, se puede colocar una pluralidad de aletas en una superficie exterior de la cabeza de tal forma que el viento dirigido hacia la cabeza es guiado a lo largo de al menos una aleta sustancialmente en la dirección axial de la cabeza. En una modalidad, las aletas están colocadas en un acomodo separado en una dirección circunferencial en la superficie exterior de la cabeza. Con este acomodo de las aletas, se mejora la tasa de transferencia de calor desde las aletas a una atmósfera exterior por un flujo de aire a lo largo de la superficie de las aletas. En una implementación, las aletas son integrales con la cabeza.

En otra implementación, las aletas se pueden formar como un elemento que está separado de la cabeza y se puede unir de manera desprendible a la cabeza.

Las aletas también pueden estar diseñadas para tener un perfil aerodinámico.

Estos y otros aspectos del tema que se busca proteger se proporcionan a mayor detalle en la modalidad que se explica.

Al menos los siguientes efectos o ventajas son alcanzables con la invención: La cabeza segmentada proporciona facilidad de fabricación, manejo, y transporte, ya que cada uno de los segmentos de cabeza individuales se puede fabricar y transportar independientemente al sitio de erección, donde estos segmentos se pueden ensamblar para formar la cabeza.

En el evento de falla o desgaste y rotura de la cabeza, solamente el segmento de cabeza afectado por la falla y/o desgaste y rotura se puede reemplazar con un nuevo segmento, proporcionando de esta manera facilidad de mantenimiento.

El diseño de los segmentos de cabeza proporciona un perfil aerodinámico a la cabeza, cuando está ensamblada. El perfil aerodinámico mejora la disipación del calor a través de la cabeza, y facilita la distribución de carga a través de la cabeza. Se evitan los esfuerzos de esquina que se observan en las cabezas tradicionales.

La cabeza de la presente invención no requiere un revestimiento.

La cabeza acciona directamente el rotor del generador, eliminando de esta manera la necesidad de una flecha para accionar el rotor. De esta manera, la cabeza se puede hacer hueca desde el lado posterior.

La cabeza es hueca desde el interior, ahorrando esta manera en costos de fabricación.

Se proporcionan bridas perfiladas aerodinámicamente en la cabeza para recibir las aspas de rotor. Tales bridas perfiladas aerodinámicamente aumentan la resistencia aerodinámica.

Se proporciona una pluralidad de aletas en la superficie exterior de la cabeza, y posiblemente en el alojamiento del rotor, para disipar el calor de los mismos.

Por otra parte, al menos los siguientes efectos y ventajas son alcanzables con la invención.

La cabeza se fabrica en una pluralidad de segmentos, donde cada uno de los segmentos de cabeza se puede transportar individualmente al sitio de erección para su ensamble.

La cabeza está diseñada para proporcionar una forma aerodinámica. Por lo tanto, no se requiere revestimiento.

La cabeza se acopla directamente al rotor, eliminando de esta manera la necesidad de una flecha.

No hay esfuerzos de esquina.

Porción interna hueca, ahorrando de esta manera en costos de fabricación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra una turbina eólica con una cabeza de rotor segmentada.

La Figura 2 ilustra una vista en perspectiva de la cabeza segmentada de acuerdo con una modalidad del tema gue se busca proteger.

Las Figuras 3a-3f ilustran vistas en perspectiva de la cabeza segmentada, de acuerdo con otra modalidad el tema gue se busca proteger.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 ilustra una turbina eólica que comprende la cabeza de rotor segmentada ensamblada con las aspas y barquilla. La Figura 2 ilustra una vista en perspectiva de la cabeza segmentada, de acuerdo con una modalidad del tema que se busca proteger. Las Figuras 3a-3f representa vistas en perspectiva de la cabeza segmentada, de acuerdo con otra modalidad el tema que se busca proteger. La presente descripción del tema que se busca proteger, se proporciona en conjunción con las Figuras l-3f.

Como se muestra en la Figura 1, la turbina eólica 100 incluye una cabeza 102 acoplada rotativamente a un rotor 106 de un generador, en donde un estator del generador está unido estructuralmente a la barquilla 108. Por lo tanto, la cabeza, el generador y la barquilla cooperan entre ellos. La cabeza 102 comprende una pluralidad de segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c. Cada uno de los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c se pueden fabricar y transportar individualmente al sitio de detección, donde estos segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c se pueden ensamblar para formar la cabeza 102. Como se indicó previamente, los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c cuando son ensamblados proporcionan una forma aerodinámica a la cabeza 102. Una pluralidad de aletas 110 se coloca en una superficie exterior de la cabeza y/o rotor para funcionar como un disipador de calor para disipar el calor de la cabeza y el rotor. Adicionalmente, las aletas 110 actúan como una guía de aire para guiar el aire al intercambiador de calor colocado en la parte posterior de la barquilla.

La construcción de la cabeza segmentada ahora se describe con referencia a la Figura 2. La Figura 2 representa una cabeza segmentada que se forma a partir de tres segmentos de cabeza. La ilustración que se representa en la Figura 2 se relaciona solamente con una modalidad posible.

En la Figura 2, de acuerdo con una implementación, cada uno de los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c incluye el extremo posterior 202a, 202b, 202c, y el extremo frontal 204a, 204b, 204c, respectivamente. Además, cada uno de los segmentos de cabeza 102a-c puede incluir al menos dos caras de separación, es decir, las caras de separación 206. Cuando están ensamblados, cada uno de los segmentos de cabeza 102a-c se unen de tal forma que las caras de separación 206 de un segmento de cabeza, es decir, el segmento de cabeza 102a se apoyan completamente contra las caras de separación 206 correspondientes de los segmentos de cabeza 102b y 102c adyacentes. Como se debe observar, los segmentos de cabeza 102b y 102c se apoyarán a su vez con los segmentos de cabeza 102a y 102c, y 102a y 102b, respectivamente. Además, cuando se ensamblan conjuntamente cada uno de los extremos frontales, esto es, los extremos frontales 204a, 204b, y 204c, convergen entre ellos. Como se representa en las Figuras 1 y 2, los extremos frontales 204a-c pueden ser un punto o pueden ser bordes que se forman en cada uno de los segmentos de cabeza 102a-c.

Los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c se pueden ensamblar por medios de conexión adecuados para formar la cabeza 102. Los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c incluyen aberturas 200a, 200b y 200c y bridas de aspa perfiladas aerodinámicamente para recibir las aspas de rotor 104a, 104b y 104c en las mismas.

La cabeza 102, como se muestra en la figura, es hueca desde el interior. Se debe observar que en tales casos, la fabricación de la cabeza involucrará menos material para su fabricación y por lo tanto será más rentable. El material de alta resistencia para fabricar cada uno de los segmentos de cabeza 102a, 102b, y 102c se puede escoger como corresponde. En una modalidad alternativa, la cabeza 102 puede estar provista con guías de soporte (no mostradas en la figura) ya sea en el interior o una porción exterior de la cabeza lo cual proporciona resistencia adicional a la cabeza 102.

Las Figuras 3a-3f ilustran vistas en perspectiva de la cabeza segmentada 102, de acuerdo con otras modalidades posibles.

La Figura 3a representa una modalidad de la cabeza 102 que comprende tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c. Cada uno de los segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c incluye un extremo frontal y un extremo posterior. Los extremos frontales de los segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c incluyen porciones de las bridas de aspa. Durante el ensamble, una porción de la brida de aspa en un segmento de cabeza se apoya contra una porción de acoplamiento correspondiente de la brida de aspa en el segmento de cabeza adyacente.

La Figura 3b representa otra modalidad de la cabeza 102 que comprende cuatro segmentos de cabeza 202a, 202b, 202c, y 202d. El segmento de cabeza 202d, el cual es triangular en su forma, forma una porción exterior central de la cabeza 102 que está rodeada por tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c idénticos en forma de arco. Cada uno de los tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c incluye una brida de aspa adaptada para recibir y soportar el aspa de rotor en los mismos.

La Figura 3c representa otra modalidad de la cabeza 102 que comprende dos segmentos de cabeza 202a, y 202b. Cuando están ensambladas, las caras de separación de los segmentos de cabeza 202a, y 202b que se apoyan entre ellas cruzan diagonalmente un eje rotacional de la cabeza 202. El segmento de cabeza 202a incluye una brida de aspa, mientras que, el segmento de cabeza 202b incluye dos bridas de aspa adaptadas para recibir y soportar las aspas de rotor.

La Figura 3d representa otra modalidad de la cabeza 102 que comprende dos segmentos de cabeza 202a, y 202b. En un estado ensamblado, las caras de separación de los segmentos de cabeza 202a, y 202b que se apoyan entre ellas están a través de un eje central de la cabeza. En dicha modalidad, cada uno de los segmentos de cabeza 202a, y 202b incluye una brida de aspa completa y una porción de otra brida de aspa. Tales porciones de las bridas de aspa se apoyan entre ellas durante el ensamble, formando la brida de aspa completa.

La Figura 3e representa otra modalidad de la cabeza sin todos que comprende tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c. Los tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c están fabricados y acomodados de tal manera que el plano en el cual están las caras de separación de los tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c se cruza con el eje rotacional de la cabeza. En tal caso, el segmento de cabeza 202a está posicionado de tal forma que está de frente a la dirección del barlovento, mientras que el segmento de cabeza 202c está posicionado cerca del rotor del generador, en la dirección del sotavento. El segmento de cabeza 202b está entre los segmentos de cabeza 202a y 202c.

La Figura 3f representa otra modalidad de la cabeza 102 que comprende tres segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c.

Los segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c están fabricados y acomodados de tal manera que los segmentos de cabeza 202a, 202b, y 202c están acomodados uno después del otro con sus caras de separación estando paralelas al eje rotacional de la cabeza. El segmento de cabeza 202b está entre los segmentos de cabeza 202a y 202b. En consecuencia, el segmento de cabeza 202b incluye dos caras de separación, en donde cada cara de separación se apoya contra una cara de separación del segmento de cabeza 202a y 202c.

La descripción anterior se explica con referencia a las diferentes modalidades de la cabeza segmentada de acuerdo con las Figuras l-3f. Estas modalidades, sin embargo no se deben interpretar como una limitación. La cabeza puede comprender cualquier número de segmentos de cabeza para la facilidad de fabricación y transporte. Además, el diseño y acomodo de los segmentos de cabeza para formar una cabeza ensamblada también puede variar, y lo mismo quedarla cubierto dentro del alcance del tema que se busca proteger.

La cabeza segmentada de acuerdo con el presente tema tiene muchas ventajas sobre las cabezas tradicionales. Algunas de estas ventajas se describen a continuación en la descripción siguiente.

En contraste a las cabezas de rotor de una sola pieza convencionales, las cuales son difíciles de manejar y transportar, la cabeza de rotor de la presente invención es más fácil de manejar y transportar. Además, la cabeza se puede fabricar en segmentos, se elimina la necesidad de herramientas de maquinado costosas y labor exhaustiva, ahorrando de esta manera en el costo de fabricación de la cabeza. También, en el caso de ocurrencia de cualquier falla y desgaste y rotura de la cabeza, puede no ser necesario el reemplazo de toda la cabeza. Se puede reemplazar solamente el segmento de la cabeza que se ve influenciado por la falla y desgaste y rotura con un nuevo segmento. Por lo tanto, la cabeza proporciona facilidad de mantenimiento.

Además, el diseño de los segmentos de cabeza en si proporciona un perfil aerodinámico a la cabeza cuando está ensamblada; no se requiere un revestimiento que se utiliza en las cabezas de rotor de forma triangular convencionales para cubrir la cabeza y proporcionar una forma aerodinámica a la cabeza. Como tal, se hace que el aire fluya a través de la cabeza facilitando de esta manera un disipador de calor para disipar el calor desde el interior de la cabeza y barquilla. Adicionalmente, debido a la forma aerodinámica de la cabeza de rotor, se evitan los esfuerzos de esquina que por lo general se observan en las cabezas de rotor de forma triangular convencionales. El perfil aerodinámico de la cabeza proporciona mejor distribución de carga a través de la cabeza. Además, ya que la cabeza está directamente acoplada a la circunferencia del rotor, la cabeza se puede hacer hueca, ahorrando de esta manera material. Por lo tanto, la cabeza de la presente invención es rentable, proporciona facilidad de fabricación, transporte, manejo y mantenimiento, y posee mejores capacidades de soporte de carga.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Una cabeza de rotor (102, 202) para una turbina eólica (100), dicha cabeza de rotor (102) formada por al menos dos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c), y dicha cabeza de rotor (102) comprende un alojamiento hueco y una superficie frontal de frente hacia el viento cuando está en operación, en donde dicha superficie frontal de dicha cabeza de rotor (102) está provista con un perfil aerodinámico.

2. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) tiene al menos una cara de separación (206), en donde para ensamblar dicha cabeza de rotor (102), dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) se ensamblan de tal forma que dicha al menos una cara de separación (206) de un segmento de cabeza (202a, 202b, 202c) se apoya contra al menos una cara de separación (206) de otro segmento de cabeza (202a, 202b, 202c).

3. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque dicha al menos una cara de separación (206) de un segmento de cabeza (202a, 202b, 202c) se ensamblan de manera removible contra dicha al menos una cara de separación (206) de otro segmento de cabeza (202a, 202b, 202c) por medio de uno o más elementos de fijación.

4. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque los elementos de fijación incluyen bridas.

5. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) incluyen aberturas de aspa de rotor (200a, 200b, 200c) para recibir aspas de rotor (104a, 104b, 104c) de la turbina eólica (100), y en donde dichas aberturas de aspa de rotor (200a, 200b, 200c) incluyen bridas de aspa que están adaptadas para recibir y soportar dichas aspas de rotor (104a, 104b, 104c).

6. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque dichas aberturas de aspa de rotor (200a, 200b, 200c) de la turbina eólica (100) y dichas bridas de aspa están colocadas parcialmente en uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) de tal forma que una porción de la brida de hasta en un segmento de cabeza (202a) se apoya contra otra porción de la brida de aspa colocada en el otro segmento de cabeza (202b), para formar la brida de aspa completa.

7. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque dichas bridas de aspa están diseñadas para tener un perfil aerodinámico para aumentar un transporte de aire de las mismas.

8. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 5-7, caracterizada porque dichas bridas de aspa están fabricadas por separado y están unidas de manera desprendible a dicha cabeza de rotor o son integrales con dicha cabeza de rotor.

9. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, además comprende un extremo completamente abierto configurado para recibir un extremo de un rotor del generador.

10. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) tiene una o más caras de separación (206) que se extienden desde un extremo posterior a un extremo frontal de dicha cabeza de rotor (102, 202).

11. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c, 202d) tiene una o más caras de separación (206) que se extienden a través de un eje rotacional de la cabeza de rotor (102, 202).

12. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) es idéntico en tamaño, forma y dimensiones.

13. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12, caracterizada porque un extremo posterior de la cabeza de rotor (102; 202) está adaptada para recibir un rotor de un generación de tal forma que el rotor esté directamente acoplado a dicha cabeza de rotor (102; 202).

14. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-13, caracterizada porque cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) tiene un extremo posterior de frente hacia un rotor del generador cuando están montados, y un extremo frontal de frente hacia el viento cuando están montados, en donde una cara exterior de cada uno de dichos segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c) se extiende desde el extremo posterior y converge hacia el extremo frontal.

15. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-14, caracterizada porque la pluralidad de aletas (110) se colocan en una superficie exterior de la cabeza de rotor (102, 202) de tal forma que el viento dirigido hacia dicha cabeza de rotor (102, 202) es guiado a lo largo de al menos una de las aletas (110) sustancialmente en una dirección axial de dicha cabeza de rotor (102, 202).

16. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque dichas aletas (110) están colocadas en un acomodo separado en una dirección circunferencial de dicha superficie exterior de dicha cabeza de rotor (102, 202).

17. La cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-16, caracterizada porque dicha cabeza de rotor (102) está formada por tres segmentos de cabeza (202a, 202b, 202c).

18. Una turbina eólica (100) que comprende un generador, y una pluralidad de aspas (104a, 104b, 104c), y una cabeza de rotor (102, 202) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-17, en donde dichas aspas (104a, 104b, 104c) están montadas en dicha cabeza de rotor (102; 202) y dicha cabeza de rotor está conectada a un rotor de dicho generador.