BRPI0904411A2 - vertical axis floating wind turbine - Google Patents

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BRPI0904411A2
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Nadilton De Souza Monteiro
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Nadilton De Souza Monteiro
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
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    • F03D3/04Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Abstract

TURBINA EóLICA FLUTUANTE DE EIXO VERTICAL. Turbina eólica composta de sistema de captação com comportas de vento móveis que captam o vento de todas as direções e o converge para a turbina em afunilamento, contando também com sistema de flutuação que elimina o atrito com rolamentos e partes mecânicas móveis, podendo ser construída em grandes dimensões. Notadamente os setores energéticos e industriais são as áreas técnicas as quais se destina a presente invenção.VERTICAL AXLE FLOATING WIND TURBINE. Wind turbine composed of a catchment system with mobile wind gates that capture the wind from all directions and converge it to the tapering turbine, also having a flotation system that eliminates friction with bearings and moving mechanical parts, and can be built in large dimensions. Notably the energy and industrial sectors are the technical areas for which the present invention is intended.

Description

"TURBINA EÓLICA FLUTUANTE DE EIXO VERTICAL""FLOATING VERTICAL AXIS WIND TURBINE"

A presente invenção se refere a uma turbina eólica degrandes dimensões que capta e transforma a força do vento emenergia mecânica. Poderá ser produzida em infinitos tamanhos.The present invention relates to a large wind turbine that captures and transforms wind power into mechanical energy. It can be produced in infinite sizes.

Possui ao seu redor um sistema de captação de vento comcomportas de ar. Comportas estas que se encontram soltas,abrindo e fechando mecanicamente pela força do vento e setravando em determinado ângulo. Esse sistema capta o vento detodas as direções e o converge para o centro da turbina. Possuitambém um meio que elimina o atrito com rolamentos, sendo que aturbina gira flutuando em meio líquido, deslizando e sendosustentada pela água ou fluido.It has around it a wind catchment system with air gates. These floodgates are loose, opening and closing mechanically by the force of the wind and locking at a certain angle. This system captures the wind from all directions and converges it to the center of the turbine. It also has a medium that eliminates friction with bearings, and the turbulence rotates floating in liquid, sliding and being sustained by water or fluid.

O mundo busca esse tipo de energia por ser limpa eecológica. As atuais turbinas são pouco eficientes e de custoelevado. Ainda se busca a solução de um meio que elimine o atritocausado por rolamentos que sustentam grande massa. Temoscomo exemplo o sistema Maglev onde a turbina flutuaria suspensapela repulsão magnética através de ímãs permanentes deneodímio. Também como exemplo a patente norte americana denúmero 6870280 de 2002 onde se busca um modo de captar ovento e orientá-lo para a turbina. O que se propõe no presenteinvento é um novo sistema, que é bastante simples, podendo serconstruído em grandes dimensões, de custo reduzido e altaeficiência. Os setores energéticos e industriais são as áreastécnicas as quais se destina a presente invenção.The world seeks this kind of energy because it is clean and ecological. Today's turbines are inefficient and cost-effective. The solution of a medium that eliminates the friction caused by bearings that support large mass is still sought. For example, the Maglev system where the turbine would float suspended by magnetic repulsion through permanent magnets. Also as an example, the US patent number 6870280 of 2002 which seeks a way to capture the wind and guide it to the turbine. What is proposed in the present invention is a new system, which is quite simple and can be built in large dimensions, with reduced cost and high efficiency. The energy and industrial sectors are the technical areas for which the present invention is intended.

O sistema é constituído por partes fixas e móveis. Móvelserá a turbina e a comporta de ar, que funcionam mecanicamente.Fixas serão quatro paredes direcionadoras e a laje acima daturbina. No exemplo a parte fixa poderá ser construída utilizandotijolo e concreto comuns nas construções de prédios. Serãoparedes direcionadoras de vento de grande altura. Todo o sistemateria aproximadamente 50 metros de altura. Elas se manterãoeretas pelo próprio alicerce de concreto bem como por cabos deaço fixando uma às outras e ao solo, como grandes torres de rádio.The system consists of fixed and movable parts. The mechanically functioning turbine and air gate will be moveable.Fixed will be four directional walls and the slab above the turbine. In the example the fixed part could be constructed using bricks and concrete common in the construction of buildings. They will be high wind direction walls. The whole system would be approximately 50 meters high. They will stand upright by the concrete foundation itself as well as by steel cables attaching to each other and to the ground like large radio towers.

Observando o sistema em uma vista de cima (fig.1) vê-se ao centro a turbina de seis hélices. Quatro bifurcações com 90°graus de abertura se situam ao redor da turbina sendo que todas asbifurcações apontam para dentro do sistema. As aberturas dasquatro bifurcações se direcionam para norte, sul, leste e oeste.Looking at the system from a top view (fig.1) you can see the six-propeller turbine in the center. Four forks with 90 degrees of opening are located around the turbine with all forks pointing into the system. The four fork openings are directed north, south, east and west.

Nessas bifurcações serão instaladas as comportas de ar. Taiscomportas serão duplas, tendo dois eixos de abertura, cada um emuma extremidade. Elas se abrem para direita quando o vento vemde uma direção e para esquerda quando vem de outra (fig.2a).In these fork the air gates will be installed. Such gates will be double, having two opening axes, each at one end. They open to the right when the wind comes from one direction and to the left when it comes from another (fig.2a).

Neste exemplo cada bifurcação possui sete colunas de comportas,cada coluna com determinada quantidade de comportas. Todas ascomportas estão soltas. Travam-se em seu alinhamento e se abremem um ângulo de 45° graus, permitindo que o vento flua em direçãoao centro da turbina. Tais colunas terão grande altura e serãoconstruídas de forma a resistir às fortes correntes de vento. Otravamento na abertura poderá ser feito por cabos ou molas ligadosà extremidade das comportas, pois, em caso de ventos extremosdeverá ser flexível, se adaptando e cedendo às condições do vento,de forma que deverão sofrer determinada pressão do vento paraultrapassar 45° graus de abertura.Podemos observar que somente nas extremidadesdesse sistema o vento incidirá em um ângulo superior a 45° graus.In this example each fork has seven gate columns, each column with a certain amount of gate. All gates are loose. They lock in their alignment and open at an angle of 45 degrees, allowing the wind to flow toward the center of the turbine. Such columns will be high in height and will be constructed to withstand strong wind currents. Locking in the opening can be done by cables or springs connected to the end of the gates, because in case of extreme winds should be flexible, adapting and giving in to wind conditions, so that they must suffer certain wind pressure to exceed 45 ° degrees of opening. We can see that only at the ends of this system will the wind strike at an angle greater than 45 degrees.

Essa incidência é exceção. A dupla abertura das comportaspermitirá o livre fluxo do vento quando incidir diretamente (fig.2a),permitindo também a liberação do vento do sistema. No mais, todoo vento incide em ângulo inferior a 45° graus e escoa pelas paredesdirecionadoras se dirigindo para o centro da turbina. Dessa formatodo o sistema permite que o vento flua, o que não ocorre comprédios, em que o vento é diretamente barrado em ângulo de 90°graus dependendo da direção da corrente de vento. Esse fatorpermitirá a construção de altas paredes de modo econômico.This incidence is exception. The double opening of the gates will allow the free flow of the wind when it hits directly (fig.2a), also allowing the wind to be released from the system. In addition, all wind falls at an angle of less than 45 degrees and flows through the directional walls toward the center of the turbine. Thus the system allows the wind to flow, which does not occur, where the wind is directly barred at an angle of 90 ° depending on the direction of the wind current. This factor will allow the construction of high walls economically.

Passo a denominar as bifurcações de setores. Observa-se para melhor entendimento que quando o vento vem do sul (fig.1)as colunas de comportas do setor sul estarão abertas permitindo ofluxo do vento para o centro da turbina. No mesmo caso, quatrocolunas do setor leste e três do oeste se travam na parede,direcionando o vento em um ângulo de 45° graus para o centro daturbina. As partes fixas potencializam o direcionamento da correntede vento para as pás.I call the sector bifurcations. It is observed for better understanding that when the wind comes from the south (fig.1) the gates columns of the south sector will be open allowing the wind flow to the center of the turbine. In the same case, four columns from the east and three from the west lock into the wall, directing the wind at an angle of 45 degrees to the center of the city. The fixed parts enhance the direction of the wind current to the blades.

No segundo exemplo (fig.2) o vento vem da direçãosudoeste. Neste caso três colunas de comportas do setor sul equatro do setor oeste se abrem e se travam em ângulo de 45° grausdirecionando o vento. Outras comportas restantes desses doissetores serão fechadas pela ação do vento. Ao redor da turbinadezesseis pequenas comportas terão a função de impedir o fluxocontrário do vento. Elas se travam para um lado impedindo o fluxoem sentido horário bem como pressionam o vento contra a turbina,sendo que se abrirão quando sofrerem determinada pressão dovento permitindo que o mesmo flua.In the second example (fig.2) the wind comes from the east direction. In this case, three columns of the south sector and the west sector gates open and lock at an angle of 45 degrees directing the wind. Other remaining floodgates of these dispensers will be closed by wind action. Around the turbine sixteen small gates will have the function of preventing wind flow. They lock to one side preventing clockwise flow as well as press the wind against the turbine, and will open when they suffer a certain wind pressure allowing it to flow.

Acima das oito paredes curvas, ao redor da turbina,será construída uma laje de concreto que deverá aumentar apressão do vento para impulsionar mais eficientemente as hélices.Essa laje terá um vão central para saída do vento.Above the eight curved walls around the turbine, a concrete slab will be built that will increase wind pressure to more effectively propel the propellers. This slab will have a central gap for wind output.

Os desenhos representados pelas figuras 1, 2 e 3 foramfeitos unicamente para melhor compreensão do invento. Proporção,posição, inclinação das comportas, dimensionamento, quantidade eformato das pás da turbina bem como infinitos detalhes somentepoderão ser definidos após protótipo com testes, acertos e erros.The drawings represented by figures 1, 2 and 3 were made solely for a better understanding of the invention. Proportion, position, gate tilt, sizing, quantity and shape of turbine blades as well as infinite details can only be defined after prototype with tests, hits and errors.

Enfim, tal invento carece desenvolvimento sendo que naturalmenteirá evoluir com experimentos.Finally, such an invention needs development and will naturally evolve with experiments.

Quanto ao sistema de flutuação (fig.3), este substituirárolamentos que sustentam grande massa. Nesse invento o que sebusca é um sistema de captação eólica de grande proporção quedeverá substituir as turbinas convencionais. Como exemplo areferida turbina vertical teria cerca de 40 metros de altura por cercade 15 metros de raio. Supondo um peso de cem toneladas, aturbina seria construída fixa sobre uma grande barcaça redonda emformato de bóia, tendo um orifício no centro (fig.3a). O raio e aprofundidade (volume) dessa barcaça gigante deverão deslocarcem mil litros de água, gerando a flutuação. Flutuaria como umabóia ou sobre uma camada de ar, como um copo de boca parabaixo na água. A superfície da barcaça em contato com a águadeverá ser extremamente lisa, minimizando arugosidade/resistência. O balanceamento, nivelação da água eformato arredondado deverão ser absolutamente precisos, de formaa deslizar pelo líquido em movimento circular sem deslocar a água.As for the flotation system (fig.3), it will replace windings that support large mass. In this invention what is sought is a large wind capture system which will have to replace conventional turbines. As an example said vertical turbine would be about 40 meters high by about 15 meters radius. Assuming a weight of 100 tons, the turbulence would be constructed fixed on a large round float-shaped barge with a hole in the center (fig.3a). The radius and depth (volume) of this giant barge should displace a thousand liters of water, generating flotation. It would float like a float or over a layer of air, like a glass of mouth down in the water. The barge surface in contact with the water should be extremely smooth, minimizing roughness / resistance. Balancing, water leveling, and rounding should be absolutely accurate in order to slide through the liquid in a circular motion without displacing the water.

A referida barcaça poderá ser construída com fibra de vidro e metal,próprios da construção de embarcações.Said barge may be constructed of fiberglass and metal, typical of boat construction.

O reservatório, que será de concreto, deverá serconstruído de forma semelhante a uma fôrma redonda usada parafazer bolo, tendo no centro uma abertura (fig.3b). Através dessaabertura o eixo da turbina será Iwado por um rolamento. Tambémna parte superior da turbina outro rolamento manterá o eixoperfeitamente alinhado na posição vertical. Os rolamentos nãosustentam a turbina, que é sustentada somente pela água ou ar. Asbordas do reservatório serão tapadas para impedir o contato dovento com a água de forma a impossibilitar qualquer ondulação, quepoderia gerar leve oscilação da turbina O gerador poderá serposicionado abaixo do reservatório ou na Iaje acima da turbina,sendo ligado ao seu eixo.The reservoir, which will be of concrete, should be constructed in a similar way to a round cake pan, with an opening in the center (fig.3b). Through this opening the turbine shaft will be driven by a bearing. Also at the top of the turbine another bearing will keep the shaft perfectly aligned upright. Bearings do not support the turbine, which is supported only by water or air. Reservoir edges will be capped to prevent wind from contacting the water in such a way that no undulation can occur, which could cause slight turbine oscillation. The generator may be positioned below the reservoir or on the plate above the turbine, being attached to its axis.

Por absurdo que possa parecer essa turbina não deveráser leve. Pelo contrário, sua massa poderá ser relativa, poisindependentemente do peso ela irá girar com um coeficiente derugosidade/atrito insignificante. O peso irá favorecer a inércia, poisnesse sistema mesmo o vento mais leve irá mover a turbina. Ainércia acumularia energia dnética diminuindo a oscilação davelocidade da turbina, causada pela mudança na velocidade dascorrentes de vento. Um sistema poderia ser construídoseparadamente, ligado à turbina por eixo e embreagem, com aúnica finalidade de acumular energia cinética. Esse sistemaaproveitaria ventos de alta velocidade, compensando momentos defalta de vento, regulando a velocidade do gerador.As absurd as this turbine may seem, it should not be light. On the contrary, its mass may be relative, because regardless of weight it will rotate with a negligible coefficient of friction / friction. The weight will favor inertia, because in this system even the lightest wind will move the turbine. Inertia would accumulate detic energy by decreasing the turbine speed oscillation caused by the change in the speed of wind currents. A system could be built separately, connected to the shaft and clutch turbine, for the sole purpose of accumulating kinetic energy. This system would take advantage of high-speed winds, compensating for lacking wind moments by regulating generator speed.

A maior das turbinas de eixo horizontal possui menosque IOOOm2 de área de superfície em suas três pás sendo quesomente o vento que colide com suas pás é convertido emmovimento. O atrito com rolamentos diminui o rendimento, pois ahélice pesa em média trirrta toneladas. Nesse sistema de eixovertical, grande quantidade de vento seria captada (40m de alturapor 100m de extensão, exemplificando), afunilado para o centro daturbina e transformado em energia mecânica. O atrito aqui éreduzido a um coeficiente insignificante. A construção de umsistema de grandes dimensões despenderia uso de tecnologiabastante simples em relação às turbinas convencionais.The largest of the horizontal axis turbines has less than 100 m2 of surface area on its three blades, and only the wind that collides with its blades is converted into motion. Bearing friction decreases throughput as the propeller weighs an average of about three tons. In this eixovertical system, a large amount of wind would be captured (40m high altitude 100m long, for example), tapered to the daturine center and transformed into mechanical energy. Friction here is reduced to an insignificant coefficient. The construction of a large system would require very simple technology compared to conventional turbines.

Claims (2)

1. Turbina eólica vertical flutuante caracterizada porpossuir um sistema de captação de vento composto por paredesfixas e comportas móveis que se abrem e se fecham pela ação dovento, permitindo a captação do vento de todas as direções e oconvergindo para a turbina.1. Floating vertical wind turbine characterized by having a wind catchment system composed of fixed walls and movable gates that open and close by the wind action, allowing the wind to be captured from all directions and converging to the turbine. 2. Turbina eólica caracterizada pelo fato de possuir umsistema em que se sustenta e gira flutuando sobre urna camada dear, úvre ao atrito com partes mecânicas moveis, podendo talsistema, por eliminar a resistência, além de ter a finalidade desustentar a turbina, ser construído separadamente com a função deacumular energia ctnética.2. Wind turbine characterized by the fact that it has a system in which it is sustained and rotates floating on a layer, friction with moving mechanical parts, which can, by eliminating resistance, besides having the purpose of disassembling the turbine, be built separately. with the function of accumulating skeptical energy.
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