WO2007034014A1 - Generador eolico - Google Patents

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Bernardo Martinez Penades
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Bernardo Martinez Penades
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/31—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape
    • F05B2240/313—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape with adjustable flow intercepting area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind generator that includes vertical blades that rotate around the mast and that also rotate on themselves in order to face them in the wind during angular displacement that favors the rotation of the blades around the mast, and to position them parallel to the wind during the rest of the angular displacement, so that the braking of the rotation that the blades produce during the angular displacement when they are not facing the wind is reduced.
  • the axis of rotation is mounted on a rotating structure supported on the upper end of the mast that allows the blades to be oriented to face them in the direction of the wind so that the rotation occurs even if the wind direction changes.
  • the invention has developed a new wind generator, which, like those provided in the prior art, provides for the use of a mast and a plurality of blades; and it is characterized in that the blades are vertical for which it comprises means for fixing the vertical blades on the mast and means of rotation of said vertical blades on themselves, so that, unlike the state of the art, the blades revolve around of the mast and also, when turning on themselves, it is allowed to face them in the direction of the wind during the angular displacement that favors the rotation of the blades around the mast, and at the same time it is allowed to place the vertical blades parallel to the wind direction during the rest of the angular displacement, so that the braking of the produced rotation is reduced.
  • the invention also provides for the incorporation of surface suppression means of the vertical blades when they pass from the position parallel to the position facing the wind direction, so that this new feature minimizes the braking that each vertical blade produces during said change of position.
  • the described configuration allows to considerably improve the performance of the wind generator, and also allows its application both when weak winds occur, and in those areas where the winds are strong, by allowing to regulate the rotation of the blades on themselves and vary their surface which allows its coupling to the needs of each moment. Accordingly, the invention operates in a greater range of wind speeds than wind generators of the prior art.
  • the fixing means of the vertical blades on the mast comprise one or more arms and tensioners that maintain the vertical position of the blades.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the means of rotation of the blades on the mast are provided with at least one bearing that is integral with one of the ends of the arm or arms and the mast.
  • the means of rotation of the blades comprise a vertical axis of the blade on which it rotates, which is attached to the other end of the arm or arms in a rotating manner, said means also comprising rotation of the blades. on themselves, means of positioning the blades depending on the direction and speed of the wind, to position them so that maximum performance is obtained.
  • the surface of the blades is interrupted in the area of union of one of the ends of the arm or arms with the vertical axis of the blade, to allow the rotation on its vertical axis. Said rotation of the blades on themselves is between 0 and 90 ° , so that they are located in the proper position to permanently take advantage of the wind, facing it in the angular displacement during which the rotation around the mast is favored, and being parallel to the direction of the wind during the rest of the section of the angular rotation to avoid that the braking of the produced rotation takes place, as it was already described previously.
  • the surface suppression means of the blade when it passes from the position parallel to the position facing the wind direction comprise a plurality of rotating blades, such as vertical, horizontal, oblique slats or combination thereof.
  • the invention provides that the surface suppression means of the blade when it passes from the position parallel to the opposite position of the wind direction, may be constituted by at least one retractable zone in a fixed area, so that a shutter window.
  • the retractable zone may consist of a plurality of portions
  • the configuration described allows the maximum performance of the wind generator of the invention to be obtained at all times, by allowing the blades to rotate on themselves, and by allowing the surface of them to vary when they pass from the position parallel to the position facing the wind direction
  • Figure 1. Shows a schematic elevation view according to an example of embodiment of the wind generator of the invention.
  • Figure 2. Shows a schematic plan view of the operation of the wind generator represented in the previous figure.
  • Figure 3. Shows an elevational view of a possible embodiment of the wind generator blades, which comprise a plurality of vertical slats, which are rotated to offer a lower wind resistance when the blades change. its position parallel to the wind to the position facing it.
  • FIG. 4 Shows a view of another possible embodiment of the blades of the invention.
  • the wind generator of the invention comprises a mast
  • each of said vertical blades 4 can rotate around its axis 5 to allow to orientate them with respect to the wind 6 according to the angular position of those with respect to it, as will be described later.
  • the axis 5 of the vertical blades 4 is a central vertical axis of the blade 4, which is interrupted in the joint area with each of the arms 2 to allow the blade to rotate on its axis 5.
  • the joint will be made by at least one bearing that allows said rotation to be made.
  • the vertical blade 4 must face the direction of the wind 6, so that it pushes the vertical blade 4 producing the rotation thereof on the mast 1. As this rotation occurs the rotation is performed simultaneously of the vertical blade 4 on its axis 5 to keep it oriented towards the direction of the wind 6, until the blade 4 is aligned with the arms 2, just as it happens when it reaches position 8, position that is maintained until point 8a , from which the blade 4 has to rotate on its axis 5 to be located parallel to the wind direction S 1 so as to offer the least possible resistance to it, and thus the braking of the rotation produced by the vertical blades 4 is reduced around the mast 1. When the vertical blades 4 are in position 9, they are arranged perpendicular to the arms 2.
  • the means of rotation of the vertical blades on themselves comprise means for positioning the blades.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) vertical depending on the wind direction, as described to face them or place them parallel to the wind.
  • the vertical blades 4 are provided with means for suppressing the surface of the blade when they move from position 9 to position 7, of so that they offer less wind resistance and consequently minimize the braking of the blades during angular displacement from position 9 to 7.
  • the invention basically provides two different solutions represented in Figures 3 to 5.
  • the vertical blades 4 are constituted by a frame or fixed part 11 in which a plurality of rotating blades 13 are arranged so that they are positioned parallel to the wind direction in the path from position 9 to position 7, for which these slats 13 are progressively rotating as the blades advance maintaining their position parallel to the wind direction 6.
  • the slats in Figure 3 have been arranged vertically, but they can also be arranged in any other direction according to the required needs.
  • the second solution provided by the invention consists in providing the vertical blades 4 with a retractable zone 12 which is hidden behind the areas of the frame or fixed part 11 to define a shuttable window, so that from position 9 to position 7 the opening of the window is produced, which offers a lower wind resistance minimizing the braking action of the wind generator during the
  • the opening of the retractable zones 12 is carried out in a transverse direction, but it can also be carried out in a longitudinal direction or any other that is required according to the needs of the invention.
  • Each of the retractable zones 12 may be divided into a plurality of retractable portions (not shown) that are hidden over the fixed zones 11.
  • the invention envisages governing the surface suppression means of the blade, as well as the angular position of the blade on its axis 5, to obtain maximum performance.

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Abstract

Comprende un mástil (1) y una pluralidad de palas verticales (4) que giran sobre el mástil (1) y que a su vez giran sobre sí mismas sobre un eje (5) para enfrentarlas a la dirección del viento (6) durante el desplazamiento angular que favorece el giro de las palas (4) alrededor del mástil (1) y para situarlas paralelas a la dirección del viento (6) durante el resto del giro, reduciendo el frenado de las palas al pasar de su posición paralela a la dirección del viento a la posición enfrentada al mismo. La palas (4) comprenden medios (11-13) de supresión de superficie de la pala cuando ésta pasa de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento (6), minimizando el frenado que la pala produce durante el cambio de dicha posición. Permite obtener máximo rendimiento tanto con vientos flojos como con vientos fuertes.

Description

GENERADOR EOLICO OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un generador eólico que incluye palas verticales que giran alrededor del mástil y que además giran sobre sí mismas con el objeto de enfrentarlas al viento durante el desplazamiento angular que favorece el giro de las palas alrededor del mástil, y para situarlas paralelas al viento durante el resto del desplazamiento angular, de forma que se reduce el frenado del giro que las palas producen durante el desplazamiento angular cuando no están enfrentadas al viento.
Es otro objeto de la invención el proporcionar medios de supresión de superficie de las palas cuando éstas pasan de la posición paralela al viento a la posición enfrentada al mismo, de forma que durante ese cambio de dirección también se minimiza el frenado que las palas producen en dicha transición, de manera que se obtiene el máximo rendimiento del generador eólico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el estado de la técnica es sobradamente conocido el empleo de generadores eólicos o aerogeneradores, que comprenden un mástil en cuya parte superior se dispone un eje perpendicular en el que se soportan una pluralidad de palas que provocan el giro del eje a partir del cual se obtiene energía eléctrica.
Más concretamente el eje de giro queda montado sobre una estructura giratoria soportada en el extremo superior del mástil que permite orientar las palas para enfrentarlas a la dirección del viento de manera que se produzca el giro aunque cambie la dirección del viento.
Este tipo de generadores presentan el inconveniente de que cuando el viento es fuerte hay que parar el giro de las palas para evitar la rotura del mismo, y por el contrario cuando los vientos son débiles no se consigue el giro de las palas.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo generador eólico, que al igual que los previstos en el estado de la técnica prevé el empleo de un mástil y una pluralidad de palas; y se caracteriza porque las palas son verticales para lo que comprende medios de fijación de las palas verticales sobre el mástil y medios de giro de dichas palas verticales sobre sí mismas, de forma, que a diferencia del estado de la técnica, las palas giran alrededor del mástil y además, al girar sobre sí mismas, se permite enfrentarlas a la dirección del viento durante el desplazamiento angular que favorece el giro de las palas alrededor del mástil, y al mismo tiempo se permite situar las palas verticales paralelas a la dirección del viento durante el resto del desplazamiento angular, de forma que se reduce el frenado del giro producido.
Además la invención prevé la incorporación de medios de supresión de superficie de las palas verticales cuando pasan de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento, de manera que esta nueva característica minimiza el frenado que cada pala vertical produce durante dicho cambio de posición.
La configuración descrita permite mejorar considerablemente el rendimiento del generador eólico, y además faculta su aplicación tanto cuando se producen vientos débiles, como en aquellas zonas en las que los vientos sean fuertes, al permitirse regular el giro de las palas sobre sí mismas y variar su superficie lo que faculta su acoplamiento a las necesidades de cada momento. Por consiguiente, la invención funciona en un mayor margen de velocidades de viento que los generadores eólicos del estado de la técnica.
Los medios de fijación de las palas verticales sobre el mástil comprenden uno o más brazos y tensores que mantienen la posición vertical de las palas.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Los medios de giro de las palas sobre el mástil están dotados de al menos un rodamiento que es solidario de uno de los extremos del brazo o brazos y del mástil.
Referente a los medios de giro de las palas sobre sí mismas, éstos comprenden un eje vertical de la pala sobre el que ésta gira, que está unido al otro extremo del brazo o brazos de forma giratoria, comprendiendo además dichos medios de giro de las palas sobre sí mismas, medios de posicionado de las palas en función de la dirección y velocidad del viento, para posicionarlas de forma que se obtenga el máximo rendimiento .
La superficie de las palas se interrumpe en la zona de unión de uno de los extremos del brazo o brazos con el eje vertical de la pala, para permitir realizar el giro sobre su eje vertical. Dicho giro de las palas sobre sí mismas está comprendido entre 0 y 90°, de forma que se ubiquen en la posición adecuada para aprovechar permanentemente el viento, enfrentándose al mismo en el desplazamiento angular durante el que se favorece el giro alrededor del mástil, y situándose paralelas a la dirección del viento durante el resto del tramo del giro angular para evitar que se produzca el frenado del giro producido, tal y como ya fue descrito con anterioridad .
Los medios de supresión de superficie de la pala cuando ésta pasa de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento, comprenden una pluralidad de lamas giratorias, como pueden ser lamas verticales, horizontales, oblicuas o combinación de las mismas.
Además la invención prevé que los medios de supresión de superficie de la pala cuando pasa de la posición paralela a la posición enfrentada de la dirección del viento, pueden estar constituidos por al menos una zona escamoteable en una zona fija, de forma que se define una ventana obturable .
La invención también prevé que la zona escamoteable pueda estar constituida por una pluralidad de porciones
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) escamoteables .
Por consiguiente la configuración descrita permite obtener en todo momento el máximo rendimiento del generador eólico de la invención, al permitir girar las palas sobre sí mismas, y al permitir variar la superficie de las mismas cuando éstas pasan de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras, en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE ENUNCIADO DE LAS FIGURAS
Figura 1.- Muestra una vista esquemática en alzado según un ejemplo de realización del generador eólico de la invención.
Figura 2.- Muestra una vista esquemática en planta del funcionamiento del generador eólico representado en la figura anterior. Figura 3.- Muestra una vista en alzado de un posible ejemplo de realización de las palas del generador eólico, las cuales comprenden una pluralidad de lamas verticales, que se giran para ofrecer una menor resistencia al viento cuando se produce el cambio de las palas de su posición paralela al viento a la posición enfrentada al mismo.
Figura 4.- Muestra una vista de otro posible ejemplo de realización de las palas de la invención.
Figura 5.- Muestra una vista según una sección transversal de las palas de la figura anterior. DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA
A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El generador eólico de la invención comprende un mástil
1 al que mediante unos brazos 2 y unos tensores 3 se fijan unas palas verticales 4, de forma que éstas pueden girar
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) alrededor del mástil 1 para producir energía y al mismo tiempo cada una de dichas palas verticales 4 puede girar alrededor de su eje 5 para permitir orientarlas respecto al viento 6 según la posición angular de aquéllas respecto de éste, tal y como será descrito con posterioridad.
El eje 5 de las palas verticales 4, es un eje vertical central de la pala 4, la cual se encuentra interrumpida en la zona de unión con cada uno de los brazos 2 para permitir realizar el giro de la pala sobre su eje 5. Además para permitir efectuar el giro de los brazos 2 alrededor del mástil 1, se prevé que la unión se efectúe mediante al menos un rodamiento que permite realizar dicho giro.
A continuación se explica el funcionamiento de la invención con ayuda de la figura 2.
En el punto 8, la pala vertical 4 debe quedar enfrentada a la dirección del viento 6, para que éste empuje la pala vertical 4 produciendo el giro de la misma sobre el mástil 1. A medida que se produce este giro se realiza simultáneamente el giro de la pala vertical 4 sobre su eje 5 para mantenerla orientada a la dirección del viento 6, hasta que la pala 4 se alinea con los brazos 2, tal y como sucede cuando llega a la posición 8, posición que se mantiene hasta el punto 8a, a partir del cual la pala 4 ha de girar sobre su eje 5 para ubicarse paralela a la dirección del viento S1 de forma que ofrezca la menor resistencia posible al mismo, y así se reduce el frenado del giro producido de las palas verticales 4 alrededor del mástil 1. Cuando las palas verticales 4 se encuentran en la posición 9, éstas quedan dispuestas perpendiculares a los brazos 2.
Desde el punto 9 hasta el punto 7 pasando por el punto 10, la pala vertical 4 ha de volverse a orientar a la dirección del viento 6 para realizar una nueva vuelta.
Para ello los medios de giro de las palas verticales sobre sí mismas comprenden medios de posicionado de las palas
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) verticales en función de la dirección del viento, según ha sido descrito para enfrentarlas o situarlas paralelas al viento .
Cuando la pala vertical 4 pasa desde el punto 9 hasta el 7, pasando por el punto 10, para que la pala vuelva a orientarse a la dirección del viento 6, se puede provocar el frenado del giro de las palas verticales alrededor del mástil
1, lo que proporciona un menor rendimiento del generador eólico de la invención, para lo que la invención prevé que las palas verticales 4 estén dotadas de medios de supresión de superficie de la pala cuando éstas pasan de la posición 9 a la posición 7, de modo que ofrezcan una menor resistencia al viento y en consecuencia minimicen el frenado de las palas durante el desplazamiento angular desde la posición 9 hasta la 7.
Para ello la invención prevé básicamente dos soluciones diferentes representadas en las figuras 3 a 5.
La solución de la figura 3 prevé que las palas verticales 4 estén constituidas por un marco o parte fija 11 en el que se disponen una pluralidad de lamas 13 giratorias que se orientan de forma que queden situadas paralelas a la dirección del viento en el trayecto desde la posición 9 hasta la posición 7, para lo que estas lamas 13 van girando progresivamente a medida que avanzan las palas manteniendo su posición paralela a la dirección del viento 6.
Las lamas de la figura 3 se han dispuesto en sentido vertical, pero igualmente pueden disponerse en cualquier otro sentido según las necesidades requeridas.
La segunda solución prevista por la invención, consiste en dotar a las palas verticales 4 de una zona escamoteable 12 que se oculta tras las zonas del marco o parte fija 11 para definir una ventana obturable, de modo que desde la posición 9 hasta la posición 7 se produce la abertura de la ventana con lo que ofrece una menor resistencia al viento minimizando la acción de frenado del generador eólico durante el
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) desplazamiento angular de las palas verticales 4 desde la posición 9 hasta la 7.
Por consiguiente mediante la invención se consigue un mayor rendimiento del generador eólico. En el ejemplo de realización la abertura de las zonas escamoteables 12 se realiza en sentido transversal, pero igualmente puede realizarse en sentido longitudinal o cualquier otro que se requiera según las necesidades de la invención. Cada una de las zonas escamoteables 12 puede estar dividida en una pluralidad de porciones escamoteables (no representadas) que se ocultan sobre las zonas fijas 11.
Por último señalar que en función de la velocidad del viento, la invención prevé gobernar los medios de supresión de superficie de la pala, así como la posición angular de la pala sobre su eje 5, para obtener el máximo rendimiento.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES :
1.- GENERADOR EOLICO, que comprende un mástil (1) y palas giratorias; se caracteriza porgue las palas son palas verticales (4) , y además comprende medios de giro de las palas verticales (4) sobre el mástil (1) , y medios de giro de las palas verticales (4) sobre sí mismas, para enfrentarlas a la dirección del viento (β) durante el desplazamiento angular que favorece el giro de las palas verticales (4) alrededor del mástil (1) , y para situarlas paralelas a la dirección del viento (6) durante el resto del desplazamiento angular, reduciendo el frenado del giro producido.
2.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 1, caracterizado porque las palas verticales (4) comprenden medios de supresión de superficie de las palas verticales (4) cuando pasan de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento (6) , para minimizar el frenado que la pala vertical (4) produce durante dicho cambio de posición.
3.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de fijación de las palas verticales (4) sobre el mástil (1) comprenden al menos un brazo (2) y tensores (3) .
4.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 3, caracterizado porque los medios de giro de las palas verticales (4) sobre el mástil (1) comprenden al menos un rodamiento solidario de uno de los extremos del al menos brazo (2) y del mástil (1) .
5,- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de giro de las palas sobre sí mismas comprenden un eje vertical (5) sobre el que gira la pala (4) y que está unido al otro extremo del al menos brazo
(2) de forma giratoria; comprendiendo además medios de posicionado de las palas verticales (4) en función de la dirección y velocidad del viento (6) .
6.- GENERADOR EOLICO, según reivindicaciones anteriores,
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) caracterizado porgue la superficie de las palas verticales (4) se interrumpe en la zona de unión de uno de los extremos del al menos brazo (2) con el eje vertical (5) de la pala (4) para permitir su giro sobre dicho eje vertical (5) .
7.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 6, caracterizado porque el giro de las palas verticales (4) sobre sí mismas está comprendido entre 0 y 90°.
8.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de supresión de superficie de la pala vertical (4) cuando pasa de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento (6) , comprenden una pluralidad de lamas (13) giratorias que están seleccionadas entre lamas verticales, horizontales, oblicuas y combinación de las mismas.
9.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de supresión de superficie de la pala vertical (4) cuando pasa de la posición paralela a la posición enfrentada a la dirección del viento (6) , comprenden al menos una zona escamoteable (12) en una zona fija (11) para definir una ventana obturable.
10.- GENERADOR EOLICO, según reivindicación 9, caracterizado porque la zona escamoteable (12) comprende una pluralidad de porciones escamoteables .
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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