ES2599709T3

ES2599709T3 - Molino de viento activo con el eje de rotación transversal a la dirección del viento

Info

Publication number: ES2599709T3
Application number: ES12809365.5T
Authority: ES
Inventors: Piotr Doerffer
Original assignee: WINENERG SPOLKA Z OGRANICZONA ODPOWIEDZIALNOSCIA SPOLKA KOMANDYTOWO - AKCYJNA
Current assignee: WINENERG SPOLKA Z OGRANICZONA ODPOWIEDZIALNOSCIA SPOLKA KOMANDYTOWO - AKCYJNA
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: JP2014533796A; CA2854920A1; PL397052A1; CN104024633A; WO2013077752A1; PL219927B1; AU2012341147A1; RU2014124515A; EP2783106A1; IL232337A0; EP2783106B1; US20140334912A1

Abstract

Molino de viento activo con el eje de rotación transversal a la dirección del viento, con al menos un módulo de molino de viento que contiene un conjunto de impulsores a contrarrotación que funcionan en modo tándem, y provisto de una placa guía en dos partes que cubre las partes del impulsor que se mueven en contra del viento, en donde cada una de las placas guía está situada entre el mástil y uno de los impulsores, las partes derecha (K1) e izquierda (K2) de la placa guía son elementos independientes y están conectados entre sí por un conjunto tensor (ZN), caracterizado por que los impulsores están permanentemente unidos a la placa guía y el conjunto tensor (ZN) es un mecanismo autoajustable que reacciona a las fuerzas del viento.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Molino de viento activo con el eje de rotacion transversal a la direccion del viento

El objeto de la presente invencion es un molino de viento activo con el eje de rotacion transversal a la direccion del viento. Se puede utilizar principalmente en motores eolicos.

Los molinos de viento se dividen generalmente en dos grupos caracteristicos, dependiendo de la direccion del eje de rotacion del rotor. Un grupo consiste en molinos de viento en los que la direccion del eje de rotacion es paralela a la direccion del viento, y el segundo en molinos de viento en los que el eje de rotacion del rotor esta dirigido transversalmente a la direccion del viento. Entre los molinos de viento con el eje transversal al viento pueden diferenciarse varios tipos de acuerdo con el tipo de fuerza utilizada. El principio de funcionamiento de uno de los tipos conocidos se basa en la diferencia de resistencia aerodinamica a ambos lados del eje de rotacion. Tales molinos de viento estan provistos del llamado rotor Savonius, dado a conocer en la patente estadounidense numero 1.697.574 (1929). Se trata de un rotor de baja velocidad que arranca con una velocidad de viento baja y es insensible a la direccion del viento. Tiene al menos dos palas curvas fijadas una frente a otra en ambos lados del eje de rotacion. Una pala se mueve en la direccion del viento, produciendo mas fuerza aerodinamica, mientras que la segunda pala se mueve en la direccion opuesta al viento, produciendo menos fuerza aerodinamica. El empuje resultante es debido a la diferencia entre las fuerzas aerodinamicas a cada lado del eje de rotacion del rotor. Tambien hay molinos de viento con rotores de tambor, en los que el rotor tiene una serie de palas repartidas entre los planos de limitacion superior e inferior y dispuestas radial y simetricamente alrededor del eje de rotacion vertical, adoptando la forma de un tambor giratorio. En la patente polaca PL128970 y la Patente estadounidense 4.007.999 se describen turbinas eolicas con rotores de este diseno.

La patente polaca PL 188 116 describe un rotor de turbina eolica con palas longitudinales fijadas radialmente al eje de rotacion, en el que las palas se fijan entre el anillo exterior y el anillo interior, y cubren 2/3 del area del anillo de rueda asi formado.

Ademas, la patente polaca PL 200 550 describe una turbina eolica con un rotor provisto de multiples brazos montados a intervalos angulares iguales alrededor del eje vertical, y multiples palas dispuestas en bloques. El numero de los bloques de palas se elige entre dos y tres, y cada bloque esta provisto de cuatro palas dispuestas sustancialmente paralelas al eje de rotacion, mientras que las palas subsiguientes de los bloques mas cercanas al eje estan decaladas con respecto al eje de simetria de cada bloque en la direccion de rotacion del rotor.

Existen diversas soluciones para aumentar la eficiencia de los rotores anteriormente descritos. Uno de los metodos basicos es anadir unos canales guia en la periferia exterior, que mejoran el flujo de entrada de aire al rotor. La turbina eolica conocida por la Patente Estadounidense 5553996 comprende multiples palas dispuestas en angulo alrededor del eje del bastidor en forma de tambor. El bastidor que forma el tambor esta provisto de un elemento cilindrico montado coaxialmente con el eje de rotacion vertical, dentro del espacio formado por las palas rotativas. Este elemento cilindrico dirige el viento por el camino correcto en el interior del tambor, donde actua sobre las palas del rotor. Esta solucion proporciona diferentes opciones de la forma de las palas y su disposicion mutua.

La efectividad del rotor tambien puede mejorarse cubriendo la parte del rotor que se mueve contra el viento y produce la resistencia aerodinamica. Este hecho de cubrir una parte del rotor implica la necesidad de rastrear la direccion del viento. Por otra parte, cubrir solo un lado del rotor introduce asimetria. Por lo tanto, muchos conceptos combinan el cubrimiento de una parte del rotor con la utilizacion de un sistema de rotores en tandem. La solucion que presenta dos rotores con cubiertas colocados a modo de espejo hace que el sistema sea simetrico y sus rotores giren en direcciones opuestas, en contrarrotacion. Un ejemplo de la solucion puede ser la divulgada en la solicitud de patente publicada con el numero DE 19718048A1. Los dos rotores estan encerrados en una carcasa tipo caja. Se han propuesto varias versiones, cuya esencia consiste en el tamano minirno de la cubierta de la parte del rotor que gira en contra del viento. Por lo tanto, en una opcion, los ejes de los rotores estan muy cerca el uno del otro, de modo que las palas de los rotores encajen entre si. Mientras que, en otra opcion, las palas se pliegan cuando se mueven contra el viento, y se despliegan cuando se mueven con el viento.

Otra solucion mas en la misma linea es el molino de viento descrito en la publicacion de patente EP0064440A2. El molino de viento esta conformado como un perfil simetrico colocado en direccion vertical, y esta montado de manera que siempre quede a favor del viento. Los dos rotores a contrarrotacion se construyen de modo que el perfil cubra las partes del rotor que se mueven contra el viento. Las mitades de rotor que se mueven con el viento sobresalen del contorno del perfil. Con el fin de maximizar el diametro de los rotores, sus ejes estan tan cerca entre si que las palas se solapan.

El siguiente paso en un tipo de construccion similar es la patente estadounidense 4764683. La forma del perfil se ha sustituido por una entrada y salida en cuna. Un rasgo caracteristico es la introduccion de una placa guia ajustable en la citada entrada. En el documento US4764683 solo cambia el grado de exposicion de los rotores. El cambio de la placa guia no se produce en funcion de la fuerza del viento, sino unicamente en funcion del ajuste de la horquilla. La reduccion del angulo de apertura de la placa guia expone las palas del rotor y aumenta la potencia de los rotores. El

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

aumento del angulo de apertura de la rueda de direccion provoca el cubrimiento de las palas y la reduction de la potencia obtenida con los rotores.

El documento FR2509384 da a conocer un dispositivo para la transformation de la energia de fluidos en movimiento, en particular corrientes de gas como el aire, o energia hidraulica, electrica, mecanica o termica, que esta constituido esencialmente por turbinas de flujo transversal o tangencial que no tienen mecanismo de control de rotation y por deflectores que canalizan el fluido hacia la turbina, y esta caracterizado porque los dos deflectores son deflectores convergentes-divergentes, con perfiles paralelos, y porque las superficies de los dos deflectores estan provistas de celulas fotovoltaicas.

Esa idea de diseno ha sido continuada por la solicitud de patente internacional publicada con el numero WO2007045851. En esta solution dos perfiles convexos, paralelos entre si, forman un canal convergente- divergente. En cada canal esta colocado un rotor, en el que las partes del rotor que se mueven contra el viento estan ocultas por unos perfiles, y las partes motrices se encuentran dentro de un canal.

Otra solucion mas aparece en la publication de patente internacional WO2004051080, en la que se colocan dos rotores uno al lado del otro, con los ejes de rotacion dispuestos en una linea perpendicular al viento, y estan equipados con un quitavientos que cubre las partes que se mueven contra el viento, que estan situadas entre los ejes.

Se presenta otra solucion en la solicitud de patente polaca P 388704. Un molino de viento tiene una placa guia, que es una placa montada de forma pivotante sobre un mastil. Al final de la placa guia esta montado un rotor, que es accionado por el aire que se desliza a lo largo de la placa. El diseno propuesto es tambien un sistema en tandem. En el diseno la placa guia dirige el aire recogido a lo largo de toda su longitud hacia parte del rotor que se mueve con el viento, aumentando asi su eficacia.

Un molino de viento activo con el eje de rotacion transversal a la direccion del viento, con al menos un modulo de molino de viento que contiene un conjunto de impulsores a contrarrotacion que funcionan en configuration de tandem y estan provistos de una placa guia en dos partes que cubre las partes del impulsor que se mueven en contra del viento, en el que cada una de las placas guia esta situada entre el mastil y uno de los impulsores, las partes derecha (K1) e izquierda (K2) de la placa guia son elementos separados y estan conectados entre si por un conjunto tensor (ZN), caracterizado por que los impulsores estan permanentemente unidos a la placa guia y el conjunto tensor (ZN) es un mecanismo autoajustable que reacciona ante las fuerzas del viento.

El molino de viento activo en el que conjunto tensor (ZN) es un mecanismo tensor que empuja simetricamente sobre la placa guia derecha (K1) y la placa guia izquierda (K2) hacia el exterior.

El molino de viento activo esta provisto de una guia en dos partes, en la que cada parte de la placa guia (K1 y K2) es una placa cuyo borde horizontal se extiende desde un mastil (M) hasta la periferia de un rotor (W) y su longitud (L) supera al diametro (D) del rotor (W).

El molino de viento activo en el que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) son los elementos estructurales que soportan el peso de los impulsores, en el que dichas placas guia estan conectadas por un lado a los ejes verticales de los impulsores (W), y por el otro lado estan fijadas sobre el mastil (M) independientemente una de otra.

El molino de viento activo en el que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) estan respectivamente fijadas a un casquillo derecho (T1) y un casquillo izquierdo (T2) sobre el mastil (M).

El molino de viento activo en el que el conjunto tensor (ZN) esta compuesto por unos pares de barras de empuje (P) y de traction (C) conectadas, mediante una articulation basculante, por un lado a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2), y por el otro lado a los extremos de al menos un elemento tensor (S).

El molino de viento activo en el que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) estan conectadas por un lado a los ejes de los impulsores verticales (W), y por el otro lado estan montadas sobre el mastil (M) mediante un casquillo comun (T).

El molino de viento activo en el que el conjunto tensor (ZN) se compone de unos pares de barras de empuje (P) conectadas, mediante una articulacion basculante, por un lado a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2), y por el otro lado con el extremo de al menos un elemento tensor (S), cuyo otro extremo esta unido al casquillo comun (T) sobre el mastil (M).

El molino de viento activo en el que el conjunto tensor (ZN) se compone de al menos un elemento tensor (S) con sus extremos fijados, respectivamente, a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) y que rodea el mastil (M) por fuera del modulo (MT) del molino de viento.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La ventaja del molino de viento propuesto en el presente documento es que permite un uso muy eficiente del viento, en particular a bajas velocidades, y al mismo tiempo protege al molino de viento frente a vientos muy rapidos al plegarse bajo el impacto de las fuerzas aerodinamicas.

El ejemplo de implementation de la solution esta ilustrado por los dibujos, en los cuales la fig. 1 es una representation esquematica del sistema de rotor con la placa guia, la fig. 2 muestra esquematicamente el principio de funcionamiento del molino de viento, la fig. 3 la primera option de diseno, la fig. 4 la segunda option de diseno, la fig. 5 la tercera opcion de diseno, la fig. 6 el diagrama general del modulo de molino de viento.

En la implementacion a modo de ejemplo se aplica el diseno de molino de viento en tandem. Al mastil M se sujeta una placa guia K, que consta de dos brazos independientes con unos rotores W en sus extremos. La placa guia K esta fijada entre unas barras, a las que tambien estan sujetos los rotores W. Cada parte de las guias K es una placa, que recoge una gran parte del viento y la dirige hasta el rotor W. Para este proposito, la longitud L de cada parte de placa guia K es mayor que el diametro D del rotor W, es decir, L> D, como se muestra en la fig. 1. Para que la placa funcione como una guia efectiva, el eje del rotor W debera estar en la extension de la placa guia K. La tolerancia de esta alineacion es de ± 10 % D. Las placas guia K son rectangulos con un borde montado de modo pivotante sobre el mastil M, y su altura corresponde a la longitud de los rotores W, cuyos ejes estan situados entre las barras que son la extension de las placas guia K perpendicularmente al mastil M. La parte derecha K1 de la placa guia y su parte izquierda K2 estan conectadas por un conjunto tensor ZN, debido a lo cual el angulo entre los brazos de la placa guia K puede cambiar bajo el impacto de las fuerzas aerodinamicas, cuando el viento se desliza a lo largo de la placa guia K e impulsa el rotor W, cuyo eje se encuentra en la extension de la superficie de la placa guia. Los disenos del conjunto tensor ZN del molino de viento pueden diferir dependiendo de la suspension del molino de viento. En la primera opcion de diseno, en la fig. 3, las placas guia izquierda y derecha K1 y K2 estan montadas por separado sobre el mastil M y giran totalmente independientes una de otra. La placa guia derecha K1 esta conectada al casquillo derecho T1 montado sobre el mastil M, y la placa guia izquierda K2 al casquillo izquierdo T2 montado sobre el mastil M. El conjunto tensor ZN, en esta opcion, consiste en cuatro barras de empuje P, cuatro barras de traction C, y un elemento tensor S. Un par de barras de empuje P tienen sus extremos de un lado unidos de modo pivotante a los bastidores superior e inferior de la placa guia derecha K1, y el otro par de barras de empuje P a los bastidores superior e inferior de la placa guia izquierda K2, mientras que los otros extremos de todas las barras de empuje P estan unidos juntos de forma pivotante a un extremo del elemento tensor S situado a media altura de la placa guia K. Al segundo extremo del elemento tensor S estan unidos juntos, de forma pivotante, los extremos de dos pares de barras de traccion C, cuyos otros extremos estan conectados de manera pivotante a los bastidores superior e inferior, respectivamente, de las placas guia derecha e izquierda K1 y K2, entre el mastil y la montura de las barras de empuje P. En el ejemplo de implementacion, las barras de traccion C pueden ser cables, y el elemento tensor S un muelle. En la segunda opcion de diseno, mostrada en la fig. 4, entre los cojinetes inferior y superior esta situado un casquillo bridado T, comun a las placas guia derecha e izquierda K1 y K2. Las bridas de los casquillos estan provistas de unas bisagras Z, a las que estan unidas ambas placas guia. Las bisagras Z tambien pueden fijarse al casquillo comun T de una manera diferente. El viento, que gira todo el molino de viento, hace que rote todo el casquillo. Con esta suspension del molino de viento, el casquillo gira sobre el mastil junto con las dos placas guia. Es por eso que el conjunto tensor ZN puede ser muy simple y consistir en dos pares de barras de empuje P y un elemento tensor S. El elemento tensor S esta unido por un extremo al casquillo T sobre el mastil M, a media altura de la placa guia. El otro extremo del elemento tensor S esta unido a las barras de empuje P, cuyos otros extremos estan fijados a las placas guia derecha e izquierda K1 y K2, respectivamente. Ambos extremos de las barras de empuje P estan montados de forma pivotante. El elemento tensor S, a traves de las barras de empuje P, abre los brazos del molino de viento. Con viento fuerte, cuando las placas guia sufren el impacto de grandes fuerzas aerodinamicas, el elemento tensor se extiende, permitiendo asi que el molino de viento se pliegue. La fig. 5 muestra la tercera y mas simple opcion de diseno del conjunto tensor ZN, que consiste en un elemento tensor 5 en forma de muelle fijado a las placas guia derecha e izquierda K1 y K2 y que reposa alrededor del mastil. El plegado de ambos brazos de la placa guia estira el muelle y lo curva alrededor del mastil. La fuerza resultante abre el molino de viento con viento ligero, y permite su plegado con viento fuerte. En otras opciones de diseno el conjunto tensor ZN puede consistir en otro numero diferente de elementos tensores S, barras de empuje P y barras de traccion C, dependiendo, en particular, de la altura de las placas guia K.

Cada rotor W puede consistir en uno o mas modulos MW de rotor, que se colocan para sostener la placa guia K, que tambien puede consistir en uno o varios modulos. Las placas guia estan conectadas y fijadas a unos cojinetes superior e inferior sobre el mastil M. En la opcion de diseno mas simple, el molino de viento puede componerse de un unico modulo MW de rotor montado en un unico modulo K de placa guia fijado directamente sobre el mastil M. Este diseno modular permite un facil ajuste de la potencia del molino de viento a las necesidades reales. El diseno de todo el molino de viento puede ser modular, lo que significa que pueden montarse multiples modulos MT de molino de viento sobre un unico mastil. Cada placa guia K de un modulo MT de molino de viento puede montarse por separado en cojinetes sobre el mastil M, pero tambien pueden atornillarse juntas multiples placas y unirlas conjuntamente al mastil M.

Con viento suave, las partes de las placas guia se abren hasta un maximo de aproximadamente 140° entre las mismas. Con viento suave, el area superficial aprovechable para el viento es muy grande en comparacion con la ocupada por los rotores. Las placas guia aceleran el flujo del aire, por lo que su velocidad alrededor del rotor supera

a la velocidad del viento. Debido a esto, el molino de viento funciona a velocidades bajas, a las que ningun rotor Savonius o rotor de tambor estandar puede girar. Esta gran area superficial, sin embargo, es peligrosa con vientos fuertes. Es por eso que bajo la presion aerodinamica, el conjunto tensor permite plegar el molino de viento a la posicion cerrada. La posicion cerrada del molino de viento reduce el area superficial aprovechable para el viento, y 5 por lo tanto protege al molino de viento frente a cargas intensas. Al mismo tiempo, la potencia generada por el molino de viento sera mucho menor.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Molino de viento activo con el eje de rotacion transversal a la direccion del viento, con al menos un modulo de molino de viento que contiene un conjunto de impulsores a contrarrotacion que funcionan en modo tandem, y provisto de una placa guia en dos partes que cubre las partes del impulsor que se mueven en contra del viento, en donde cada una de las placas guia esta situada entre el mastil y uno de los impulsores, las partes derecha (K1) e izquierda (K2) de la placa guia son elementos independientes y estan conectados entre si por un conjunto tensor (ZN), caracterizado por que los impulsores estan permanentemente unidos a la placa guia y el conjunto tensor (ZN) es un mecanismo autoajustable que reacciona a las fuerzas del viento.
2. El molino de viento activo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el conjunto tensor (ZN) es un mecanismo tensor que empuja simetricamente a la placa guia derecha (K1) y a la placa guia izquierda (K2) hacia el exterior.
3. El molino de viento activo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que esta provisto de una guia en dos partes, en donde cada parte de la placa guia (K1 y K2) es una placa cuyo borde horizontal se extiende desde el mastil (M) hasta la periferia del rotor (W) y su longitud (L) supera al diametro (D) del rotor (W).
4. El molino de viento activo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) son los elementos estructurales que soportan el peso de los impulsores, en donde dichas placas guia estan conectadas por un lado a los ejes verticales de los impulsores (W), y por el otro lado estan fijadas sobre el mastil (M) independientemente una de otra.
5. El molino de viento activo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) estan fijadas, respectivamente, a un casquillo derecho (T1) y un casquillo izquierdo (T2) sobre el mastil (M).
6. El molino de viento activo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto tensor (ZN) se compone de unos pares de barras de empuje (P) y traccion (C) conectadas, mediante una articulacion basculante, por un lado a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) y por el otro lado a los extremos de al menos un elemento tensor (S).
7. El molino de viento activo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) estan conectadas por un lado a los ejes verticales de los impulsores (W), y por el otro lado estan fijadas al mastil (M ) mediante un casquillo comun (T).
8. El molino de viento activo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto tensor (ZN) se compone de unos pares de barras de empuje (P) conectadas, mediante una articulacion basculante, por un lado a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) y por el otro lado al extremo de al menos un elemento tensor (S) cuyo otro extremo esta unido al casquillo comun (T) sobre el mastil (M).
9. El molino de viento activo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el conjunto tensor (ZN) se compone de al menos un elemento tensor (S) con sus extremos fijados, respectivamente, a las placas guia derecha (K1) e izquierda (K2) y que rodea el mastil (M) por fuera del modulo (MT) del molino de viento.