CH713524B1

CH713524B1 - Turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga.

Info

Publication number: CH713524B1
Application number: CH01107/17A
Authority: CH
Inventors: Tommasini Franco
Original assignee: Marcello Quadri; Maksimas Semasevs; Tommasini Franco
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-09-14
Also published as: WO2019048918A1; EP3679240A1

Abstract

Turbina idraulica (11) ad azione-reazione centrifuga comprendente una struttura di supporto solidale ad uno statore (15), mezzi di connessione per un rotore (19), un rotore (19) supportato girevolmente mediante detti mezzi di connessione ed un sistema di alimentazione per il prelievo dell’acqua da una condotta forzata, in cui il sistema di alimentazione è spazialmente collocato al centro del rotore (19), il rotore (19) comprende almeno un canale radiale (45), radialmente disposto attorno al sistema di alimentazione, all’interno del quale l’acqua scorre, in cui l’almeno un canale radiale (45) comprende, rispetto al sistema di alimentazione un’estremità prossimale in comunicazione di flusso con il sistema di alimentazione ed un’estremità distale comprendente ed in comunicazione di flusso con almeno un ugello (55) per la fuoriuscita dell’acqua dal rotore (19) ed in cui in corrispondenza dell’ugello (55) sono presenti, sullo statore (15), una pluralità di alette fisse (57).

Description

Descrizione

Settore della tecnica [0001] La presente invenzione concerne una turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga. La turbina idraulica secondo l’invenzione può essere impiegata in particolare, ma non esclusivamente, per la produzione di energia elettrica in un impianto idroelettrico.

Arte nota [0002] In un impianto idroelettrico, l’elemento principale è rappresentato dalla turbina idraulica utilizzata per convertire l’energia potenziale dell’acqua contenuta in un bacino o in un corso d’acqua, in energia meccanica. Grazie all’accoppiamento fra la turbina idraulica ed un generatore è poi possibile trasformare l’energia meccanica della turbina in energia elettrica.

[0003] In molti paesi il settore idroelettrico riveste un ruolo di primaria importanza nella produzione di energia da fonti rinnovabili, ricoprendo quote importanti del fabbisogno nazionale.

[0004] Le turbine idrauliche sono un tipo di macchina motrice comprendente principalmente un rotore ed uno statore e sono capaci di trasformare l’energia da una fonte primaria, in questo caso l’energia contenuta nell’acqua, in energia meccanica e successivamente, mediante un alternatore, in energia elettrica.

[0005] In funzione delle caratteristiche del corso d’acqua e del salto geodetico, ovvero la differenza di quota tra il punto in cui l’acqua viene prelevata e la turbina, vengono utilizzati differenti tipi di turbine.

[0006] Attualmente esistono principalmente tre tipi di turbine, che differiscono per caratteristiche e campi di impiego: le turbine Pelton, le turbine Francis e le turbine Kaplan.

[0007] La turbina Pelton opera grazie alla trasformazione dell’energia potenziale del bacino posto a monte in energia cinetica, senza operare variazioni di pressione dell’acqua, ad esempio attraverso l’impiego di ugelli progettati opportunamente. [0008] Per tale ragione la turbina Pelton è definita una macchina «ad azione».

[0009] La turbina Francis è una turbina a flusso centripeto, ovvero una turbina nella quale l’acqua entra circonferenzialmente e fuoriesce assialmente rispetto al rotore, ruotando di 90° durante il suo transito attraverso il rotore.

[0010] La turbina Francis, a differenza della turbina Pelton, è una turbina «a reazione» in quanto l’energia potenziale dell’acqua viene convertita in energia cinetica in parte nello statore ed in parte nel rotore, mentre nelle turbine «ad azione» questa conversione avviene integralmente nello statore.

[0011] La turbina Kaplan è una turbina a flusso assiale, ovvero una turbina nella quale l’acqua entra e fuoriesce in direzione assiale (rispetto all’asse di rotazione del rotore), non subendo pertanto un cambio di direzione durante il suo transito attraverso il rotore.

[0012] Analogamente alla turbina Francis anche la turbina Kaplan è una turbina «a reazione», pertanto l’energia potenziale dell’acqua viene convertita in energia cinetica in parte nello statore ed in parte nel rotore.

[0013] Tuttavia l’utilizzo di questi tipi di turbine è limitato dalle caratteristiche morfologiche del corso d’acqua, ovvero dalla portata e dal salto geodetico, e dal modo in cui le turbine stesse operano la trasformazione energetica.

[0014] Ad esempio le turbine Pelton operano principalmente in presenza di elevati salti (dai 300 agli oltre 1000 metri) e piccole portate.

[0015] Le turbine Kaplan operano preferibilmente in presenza di bassi salti (ordine della decina di metri) ed elevate portate, in quanto essendo turbine assiali elaborano elevate portate e operano anche con valori di portata dell’ordine del 20-30% rispetto alla portata nominale.

[0016] Le turbine Francis operano in condizioni intermedie.

[0017] Da quanto sopra esposto risulta evidente che si rende pertanto necessario scegliere il tipo di turbina da installare sulle base delle suddette caratteristiche. Sarà quindi necessario scegliere a priori se installare una turbina «ad azione» o una turbina «a reazione». Questo vincolo di scelta a priori può tuttavia risultare limitativo. Ad esempio se inizialmente si decide di optare per l’installazione di una turbina «ad azione», ma con il passare del tempo le caratteristiche del corso d’acqua mutano, rendendo più vantaggiosa la presenza di una turbina «a reazione», sarà necessario cambiare il tipo di turbina, rendendo l’operazione nel complesso molto onerosa.

[0018] Una possibile soluzione sarebbe quella di installare, all’interno di uno stesso sito, differenti tipi di turbine (sia «ad azione», sia «a reazione»), tuttavia in questo caso non si avrebbe mai il massimo rendimento di tutte le turbine contemporaneamente, a causa delle caratteristiche strutturali delle turbine stesse e della loro limitazione nell’operare preferibilmente in presenza di determinate condizioni idriche, determinando quindi una mancanza di efficienza ed uno spreco sia di potenza sia economico.

[0019] Inoltre le turbine «a reazione» richiedono onerose opere di ingegneria civile, e controlli elettromeccanici per mantenere un’efficienza elevata al variare della portata, come il controllo dell’inclinazione delle pale e della velocità di rotazio2

CH 713 524 B1 ne. Le turbine «ad azione», sfruttando l’energia cinetica dell’acqua, richiedono o di essere installate in acque fluenti o che tutto il salto venga convertito in un getto d’acqua ad elevata energia cinetica e sia proiettato contro la turbina. Tuttavia per salti di pochi metri le turbine «ad azione» richiedono portate molto ridotte per essere efficienti/convenienti e quindi le potenze prodotte sono esigue.

[0020] Uno scopo della presente invenzione è quello di provvedere una soluzione ai suddetti problemi, che non presenti gli inconvenienti dell’arte nota.

[0021] Uno scopo ulteriore dell’invenzione è quello di provvedere una soluzione che sia versatile e che abbia un’efficienza elevata costante, anche al variare della portata, garantendo la massima potenza possibile.

[0022] Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di provvedere una turbina idraulica, che possa essere realizzata industrialmente e sottoposta a manutenzione a costi contenuti.

[0023] Questi ed altri scopi sono ottenuti con la turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga, come rivendicato nelle annesse rivendicazioni.

Descrizione dell 'invenzione [0024] La turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga secondo l’invenzione comprende principalmente una struttura di supporto solidale ad uno statore, mezzi di connessione per un rotore, un rotore ed un sistema di alimentazione per il prelievo dell’acqua da una condotta forzata. Preferibilmente detta condotta forzata è una condotta in pressione che convoglia l’acqua da un bacino o da un corso d’acqua alla turbina idraulica. Preferibilmente tutti i componenti della turbina secondo l’invenzione sono realizzati in materiale resistente all’usura ed idoneo al continuo utilizzo a contatto con l’acqua, come leghe metalliche trattate per l’utilizzo in acqua (acciaio inox) o sostanze polimeriche idonee allo scopo.

[0025] Secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione la struttura di supporto ha una forma a croce comprendente un foro centrale e quattro bracci complanari disposti fra loro in modo perpendicolare, in cui ciascun braccio comprende due estremità, una prossimale ed una distale rispetto al foro della struttura di supporto. Forme di realizzazione alternative possono ad esempio comprendere un numero di bracci che varia da uno a dieci. In altre forme di realizzazione è possibile prevedere che le estremità distali dei bracci siano integrate in un elemento circolare oppure ovale definente lo statore. Indipendentemente dalla forma di realizzazione scelta per la struttura di supporto, preferibilmente ciascuna estremità distale comprende una base di ancoraggio, ad esempio in forma di piastra o flangia, dotata di mezzi, quali ad esempio viti, bulloni o perni, per ancorare in modo solidale la struttura di supporto allo statore. In una forma di realizzazione alternativa la struttura di supporto e lo statore sono realizzati in corpo unico, come un unico elemento indivisibile, ad esempio con la tecnica dello stampaggio.

[0026] Sempre secondo una forma preferita di realizzazione della turbina secondo l’invenzione lo statore ha una forma ad anello e comprende una superficie di collegamento per la struttura di supporto, preferibilmente piana superiore ed una superficie inferiore. Preferibilmente ciascuna base dei bracci della struttura di supporto è ancorata in modo solidale alla superficie superiore di collegamento dello statore.

[0027] Vantaggiosamente il sistema di alimentazione della turbina idraulica secondo l’invenzione è spazialmente collocato al centro del rotore. Secondo una forma preferita di realizzazione della turbina secondo l’invenzione, il sistema di alimentazione è un tubo di alimentazione comprendente almeno un foro per la fuoriuscita dell’acqua dal tubo stesso. Detto almeno un foro è preferibilmente posto ad un’estremità distale del tubo di alimentazione rispetto alla condotta forzata. Secondo una forma di realizzazione della turbina secondo la presente invenzione, il tubo di alimentazione comprende una pluralità di fori, ad esempio in numero che va da uno a venti, in funzione principalmente del diametro del tubo di alimentazione.

[0028] Sempre secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, i mezzi di connessione per il rotore comprendono preferibilmente, ma non esclusivamente, un cannotto interno solidale al tubo di alimentazione, al cui interno è alloggiato almeno un cuscinetto, preferibilmente due cuscinetti ad anello, per consentire il moto del rotore rispetto al tubo di alimentazione. I mezzi di connessione comprendono inoltre preferibilmente delle rondelle distanziali per eliminare i giochi. Cannotto, cuscinetto e rondelle sono racchiusi in un supporto esterno, solidale alla struttura di supporto, ospitato nel foro della struttura di supporto.

[0029] Vantaggiosamente il rotore della turbina idraulica secondo la presente invenzione comprende almeno un canale radiale, preferibilmente un numero che va da uno a dieci, radialmente disposti attorno al sistema di alimentazione, all’interno dei quali l’acqua scorre, detti canali radiali essendo preferibilmente sostanzialmente complanari. Ciascun canale radiale comprende, rispetto al sistema di alimentazione, un’estremità prossimale in comunicazione di flusso con il sistema di alimentazione ed un’estremità distale comprendente ed in comunicazione di flusso con almeno un ugello per la fuoriuscita dell’acqua dal rotore.

[0030] Vantaggiosamente il rotore secondo la presente invenzione comprende inoltre un organo di distribuzione dell’acqua posto al centro del rotore stesso e comprendente preferibilmente un’apertura assiale in comunicazione con il tubo di alimentazione, una cavità interna ospitante, o confinante con, l’estremità distale del tubo di alimentazione comprendente l’almeno un foro per la fuoriuscita dell’acqua dal tubo, almeno un passaggio radiale in comunicazione di flusso e assialmente allineato con l’estremità prossimale dell’almeno un canale radiale all’interno del quale l’acqua scorre. Preferibilmente il numero dei passaggi è equivalente al numero dei canali radiali previsti secondo la forma di realizzazione scelta.

CH 713 524 B1 [0031] Vantaggiosamente l’estremità distale di ciascun canale radiale, secondo l’invenzione, comprende ed è in comunicazione di flusso con l’almeno un ugello per la fuoriuscita dell’acqua dal rotore. Preferibilmente l’ugello è uno per ciascun canale.

[0032] Secondo una prima forma di realizzazione della turbina secondo la presente invenzione detto almeno un canale radiale è un canale definito da un tubo radiale.

[0033] In una seconda forma di realizzazione della turbina secondo la presente invenzione detto almeno un canale radiale è un canale definito da una coppia di guide radiali.

[0034] Vantaggiosamente l’almeno un canale radiale ha diametro e lunghezza maggiori rispetto a diametro e lunghezza dell’almeno un ugello associato al canale radiale. Questa caratteristica determina un aumento della velocità dell’acqua che scorre all’interno del canale radiale, durante la fase di rotazione del rotore, in corrispondenza dell’ugello. In questo modo il getto d’acqua che fuoriesce dagli ugelli ha una velocità maggiore rispetto alla velocità dell’acqua contenuta nel sistema di alimentazione. Questa caratteristica permette il moto rotatorio del rotore.

[0035] Vantaggiosamente in corrispondenza dell’almeno un ugello sono presenti, sullo statore, una pluralità di alette fisse. Gli ugelli saranno vantaggiosamente orientati in modo che l’acqua che fuoriesce dagli ugelli impatti contro dette alette promuovendo la rotazione del rotore rispetto allo statore. Il numero e la dimensione delle alette varia in funzione delle dimensioni dello statore. In particolare dette alette sono preferibilmente alloggiate sulla superficie inferiore dello statore e si estendono per l’intera circonferenza della superficie inferiore stessa dello statore. Preferibilmente, ma non esclusivamente, ciascuna aletta comprende una faccia curvilinea. Preferibilmente la faccia curvilinea di ciascuna aletta è rivolta verso gli ugelli. Questa caratteristica permette che il getto d’acqua che fuoriesce in ad elevata velocità dall’almeno un ugello, colpendo la faccia curvilinea delle alette, provochi il moto rotatorio del rotore.

[0036] L’estremità distale dell’almeno un canale radiale, secondo una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, comprende un tappo in cui è ospitato l’ugello. Detto tappo comprende a sua volta, preferibilmente, un pressostato che misura la pressione dell’acqua all’interno del canale radiale. Ciascun ugello comprende preferibilmente una valvola a spillo, un motore passo-passo ed una scheda elettronica, funzionalmente connessi a detto pressostato. Con il termine «funzionalmente connessi» si intende che vantaggiosamente la pressione dell’acqua misurata dal pressostato è processata dalla scheda elettronica, la quale aziona il motore passo-passo che mediante la valvola a spillo regola la velocità del flusso di acqua che fuoriesce dall’ugello.

[0037] Vantaggiosamente il rotore è collegato ad un generatore elettrico che sfruttando il moto del rotore stesso genera corrente elettrica.

[0038] Sulla base delle caratteristiche tecniche sopra descritte è possibile riassumere le fasi di funzionamento della turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga, secondo la presente invenzione, nel seguente modo: tramite il tubo di alimentazione si preleva acqua da una condotta forzata; l’acqua viene quindi immessa dell’organo di distribuzione del rotore attraverso l’almeno un foro del tubo di alimentazione. Attraverso l’almeno un passaggio radiale, dell’organo di distribuzione, in comunicazione di flusso con l’estremità prossimale dell’almeno un canale radiale, l’acqua passa all’interno dell’almeno un canale radiale. L’acqua scorrendo all’interno dell’almeno un canale radiale fuoriesce attraverso l’almeno un ugello e, sfruttando la «reazione» determinata dall’impatto dell’acqua sulle alette dello statore, mette in rotazione il rotore. Il rotore ruota attorno al tubo di alimentazione che rimane fermo essendo solidale al cannotto. L’acqua, uscendo in pressione dall’almeno un ugello, colpisce le alette dello statore, sfruttando in questo modo la forza di «azione» per generare ulteriore moto rotatorio del rotore. Per un funzionamento ottimale della turbina i canali radiali devono avere diametro e lunghezza maggiori di diametro e lunghezza degli ugelli in modo da creare, durante la loro rotazione, un considerevole aumento di velocità dell’acqua contenuta all’interno dei canali radiali stessi. Questa configurazione permette di ottenere un getto di acqua in uscita dagli ugelli avente velocità maggiore rispetto alla velocità dell’acqua contenuta del tubo di alimentazione. In questo modo si sfrutta la forza centrifuga creata dall’acqua in rotazione dentro i canali radiali per aumentare la velocità di rotazione del rotore e quindi l’energia prodotta dalla turbina. Per stabilizzare la velocità angolare del rotore e di conseguenza evitare che la turbina produca una velocità eccessiva, gli ugelli comprendono al loro interno una valvola a spillo che tramite un motore passo-passo permette di regolare il flusso di acqua che esce dagli ugelli. I motori passo-passo sono azionati tramite una scheda elettronica che processa il segnale della pressione interna ai canali radiali sfruttando il segnale elettrico prelevato dai pressostati montati sui coperchi.

[0039] Il supporto esterno dei mezzi di connessione per il rotore è solidale alla struttura di supporto ed allo statore, permettendo, tramite i suoi componenti interni (canotto interno, cuscinetti, rondelle), di rendere la rotazione del rotore libera e indipendente dal tubo di alimentazione che deve rimanere fisso e solidale al sistema di alimentazione dell’acqua. Al rotore può essere collegato un generatore elettrico al fine di convertire l’energia meccanica prodotta della turbina in energia elettrica.

[0040] La turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga secondo la presente invenzione presenta il vantaggio di essere sia una turbina «ad azione», sia una turbina «a reazione», questo aspetto comporta un notevole vantaggio dal punto di vista energetico, poiché a parità di portata di acqua processata la turbina secondo l’invenzione produce una maggiore efficienza, rispetto alle turbine a sola «azione» o «reazione». Questo risultato è generato dalla sinergia delle forze di «reazione», di «azione» e «centrifughe», che si creano durante il funzionamento della turbina secondo l’invenzione. Ne

CH 713 524 B1 consegue pertanto che a parità di portata di acqua processata, la turbina secondo la presente invenzione produce una maggiore potenza rispetto alle singole turbine «ad azione» o «a reazione», rendendo quindi la scelta di utilizzo della turbina secondo la presente invenzione una scelta vantaggiosa dal punto di vista economico e logistico. Utilizzando la turbina secondo la presente invenzione si ha infatti una maggiore produzione di corrente elettrica sfruttando una sola turbina che non necessita di manutenzione o sostituzione nel caso di variazioni delle caratteristiche idriche del corso d’acqua. La turbina secondo la presente invenzione presenta quindi i vantaggi di essere versatile ed altamente efficiente anche in condizioni idriche differenti.

[0041] La turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga così come descritta ed illustrata è suscettibile di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

Descrizione Sintetica delle Figure [0042] Alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione saranno date a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento alle figure annesse, in cui:

la Fig. 1A illustra una vista in prospettiva dal basso di una turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione;

la Fig. 1B illustra una vista in prospettiva dall’alto della turbina di Fig. 1A;

la Fig. 1C illustra una vista frontale dal basso della turbina di Fig. 1A;

la Fig. 1D illustra una vista frontale dall’alto della turbina di Fig. 1A;

la Fig. 2A illustra una vista in prospettiva di un parziale esploso della turbina di Fig. 1 A;

la Fig. 2B illustra una vista in prospettiva di un esploso della turbina di Fig. 1 A;

la Fig. 3A illustra una vista in prospettiva di una sezione longitudinale della turbina di Fig. 1 A;

la Fig. 3B illustra una vista frontale di una sezione trasversale della turbina di Fig. 1 A;

la Fig. 4A illustra una vista in prospettiva dal basso di una turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga secondo una seconda forma di realizzazione dell’invenzione;

la Fig. 4B illustra una vista in prospettiva di una sezione longitudinale della turbina di Fig. 4A;

la Fig. 4C illustra una vista frontale di una sezione trasversale della turbina di Fig. 4A.

[0043] In tutte le figure sono stati utilizzati gli stessi riferimenti numerici per contraddistinguere componenti uguali o funzionalmente equivalenti.

Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione [0044] Con riferimento alle fig. da 1 a 3 è illustrata una prima forma di realizzazione di una turbina idraulica ad azionereazione centrifuga secondo l’invenzione. Nelle figure la turbina è stata complessivamente indicata con il riferimento 11.

[0045] La turbina idraulica 11 comprende una struttura di supporto 13 solidale ad uno statore 15, mezzi di connessione 17 per un rotore 19, un rotore 19 ed un sistema di alimentazione 21 per il prelievo dell’acqua da una condotta forzata. Secondo questa prima forma di realizzazione la struttura di supporto 13 ha una forma a croce comprendente un foro 25 centrale e quattro bracci 23 complanari e disposti fra loro in modo perpendicolare. Ciascun braccio 23 comprende due estremità, una prossimale rispetto al foro 25 e una distale rispetto al foro 25 comprendente una colonnina 27.

[0046] Sempre secondo questa prima forma di realizzazione lo statore 15 ha una forma ad anello e comprende la superficie di appoggio piana superiore 29 ed una superficie inferiore 31. Ciascuna colonnina 27 dei bracci 23 della struttura di supporto 13 è ancorata in modo solidale, ad esempio mediante viti, alla superficie piana superiore 29 dello statore 15.

[0047] Vantaggiosamente il sistema di alimentazione 21 della turbina idraulica 11 secondo l’invenzione è spazialmente collocato al centro del rotore 19. Secondo la forma di realizzazione della turbina illustrata nelle figure, il sistema di alimentazione 21 comprende un tubo di alimentazione 33 comprendente una pluralità di fori 35 radiali per la fuoriuscita dell’acqua dal tubo 33. Detti fori 35 sono preferibilmente posti ad un’estremità distale del tubo di alimentazione 33 rispetto alla condotta forzata.

[0048] Secondo la forma di realizzazione illustrata nelle figure, i mezzi di connessione 17 per il rotore 19 comprendono un cannotto interno 39 associato girevolmente al tubo di alimentazione 33 mediante una coppia di cuscinetti 41 ospitati all’interno del cannotto 39. II cannotto 39 risulta pertanto supportato girevolmente dai cuscinetti 41 ospitati all’interno del

CH 713 524 B1 cannotto 39. Un supporto esterno 43 solidale alla struttura di supporto 13 e ospitato nel foro 25 della struttura di supporto 13, ospita il cannotto interno 39 ed una serie di rondelle distanziatrici 37.

[0049] Vantaggiosamente il rotore 19 della turbina idraulica 11 secondo la presente invenzione comprende sei canali radiali 45, radialmente disposti attorno al sistema di alimentazione 21, all’interno dei quali l’acqua scorre. In questa forma di realizzazione ciascun canale radiale è definito da un tubo radiale 71. Ciascun canale radiale 45 comprende, rispetto al sistema di alimentazione 21, un’estremità prossimale 75 in comunicazione di flusso con il sistema di alimentazione 21 ed un’estremità distale 77 comprendente ed in comunicazione di flusso con un ugello 55 per la fuoriuscita dall’acqua dal rotore. II rotore 19 comprende inoltre un organo di distribuzione dell’acqua 47 posto al centro del rotore stesso e comprendente un’apertura 49 assiale per il passaggio del tubo di alimentazione 33, una cavità interna 51 ospitante l’estremità distale del tubo di alimentazione 33 comprendente i fori radiali 35, sei passaggi radiali 53 ciascuno dei quali è in comunicazione di flusso ed assialmente allineato ad una corrispondente estremità prossimale 75 di uno dei sei canali radiali 45 all’interno dei quali l’acqua scorre.

[0050] Vantaggiosamente l’estremità distale 77 di ciascun canale radiale 45, secondo l’invenzione, è in comunicazione di flusso e comprende un ugello 55 per la fuoriuscita dell’acqua dal rotore.

[0051] Ciascun canale radiale 45 ha diametro e lunghezza maggiori rispetto a diametro e lunghezza di ciascun ugello 55. Questa caratteristica permette l’aumento della velocità dell’acqua che scorre all’interno di ciascun canale radiale 45 durante la fase di rotazione del rotore. In questo modo il getto d’acqua che fuoriesce dagli ugelli 55 ha una velocità maggiore rispetto alla velocità dell’acqua nel sistema di alimentazione 21.

[0052] Vantaggiosamente in corrispondenza degli ugelli 55 sono presenti, sullo statore 15, una pluralità di alette fisse 57. In particolare dette alette 57 sono alloggiate sulla superficie inferiore 31 dello statore 15. Preferibilmente ciascuna aletta 57 ha sostanzialmente una forma ottimale dal punto di vista idrodinamico e comprende preferibilmente una faccia curvilinea 61 rivolta verso gli ugelli 55. Gli ugelli 55 sono orientati in modo che l’acqua che fuoriesce dagli ugelli 55 impatti contro dette alette 57 promuovendo la rotazione del rotore 19 rispetto allo statore 15.

[0053] Vantaggiosamente l’estremità distale 77 di ciascun canale radiale 45, secondo l’invenzione, è chiusa da un tappo 63 che ospita l’ugello 55. Detto tappo 63 comprende a sua volta un pressostato 65 che misura la pressione dell’acqua all’interno del canale radiale 45. Ciascun ugello 55 comprende una valvola a spillo 67, un motore passo-passo 69 ed una scheda elettronica, funzionalmente connessi a detto pressostato 65. La pressione dell’acqua misurata dal pressostato 65 è processata dalla scheda elettronica, la quale aziona il motore passo-passo 69 che mediante la valvola a spillo 67 regola il flusso di acqua che fuoriesce dall’ugello 55.

[0054] Vantaggiosamente il rotore 19 è collegato ad un generatore elettrico che, fruttando il moto del rotore stesso indotto dal passaggio dell’acqua, genera corrente elettrica.

[0055] Con riferimento alle fig. da 4A a 4C è illustrata una seconda forma di realizzazione di una turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga secondo l’invenzione.

[0056] In questa seconda forma di realizzazione la struttura di supporto 13 comprende quattro bracci 23 disposti a croce e circondati da una corona circolare 79 formante corpo unico con i bracci 23. Colonnine 27 collegano stabilmente la corona circolare 79 allo statore 15.

[0057] Inoltre, in questa seconda forma di realizzazione il tubo di alimentazione 33 comprende un foro 35 assiale posto ad un’estremità distale del tubo di alimentazione 33. II foro 35 è in comunicazione con una cavità 51 dell’organo di distribuzione dell’acqua 47. Attorno alla cavità 51 si sviluppano canali radiali 45 separati da guide o schermi radiali 73. Ciascun canale radiale 45 è preferibilmente delimitato da una coppia di guide radiali 73 e canali 45 adiacenti hanno una guida 73 in comune. L’estremità distale 77 di ciascun canale radiale 45 è definita da un corrispondente condotto comunicante con un rispettivo ugello 55. Detto condotto presenta inoltre preferibilmente forma conica rastremata verso l’ingresso del corrispondente ugello 55.

[0058] Secondo l’invenzione, il flusso di acqua che attraversa il tubo di alimentazione 33 e proveniente dalla condotta forzata, perviene nella cavità 51 dell’organo di distribuzione 47 dove subisce una deviazione di 90° verso i canali radiali 45 e, conseguentemente, verso gli ugelli 55. Sempre secondo l’invenzione, l’acqua che fuoriesce dagli ugelli 55 impatta contro le alette 57 dello statore 15 promuovendo la rotazione del rotore 19.

[0059] La turbina idraulica ad azione-reazione centrifuga così come descritta ed illustrata è suscettibile di numerose varianti e modificazioni, rientranti nello stesso principio inventivo.

Claims

Rivendicazioni

1. Turbina idraulica (11) ad azione-reazione centrifuga comprendente una struttura di supporto (13) solidale ad uno statore (15), mezzi di connessione (17) per un rotore (19), un rotore (19) collegato girevolmente allo statore mediante detti mezzi di connessione ed un sistema di alimentazione (21) per il prelievo di acqua da una condotta forzata, caratterizzata dal fatto che il sistema di alimentazione (21) è spazialmente collocato al centro del rotore (19), dal fatto che il rotore (19) comprende almeno un canale radiale (45), radialmente disposto attorno al sistema di alimentazione (21), all’interno del quale l’acqua proveniente dalla condotta forzata scorre, in cui l’almeno un canale radiale (45)

CH 713 524 B1 comprende, rispetto al sistema di alimentazione (21), un’estremità prossimale (75) in comunicazione di flusso con il sistema di alimentazione (21) ed un’estremità distale (77) comprendente ed in comunicazione di flusso con almeno un ugello (55) per la fuoriuscita dell’acqua dal rotore (19) e dal fatto che in corrispondenza dell’ugello (55) sono presenti, sullo statore (15), una pluralità di alette (57), detti ugelli (55) essendo orientati in modo che l’acqua che fuoriesce dagli ugelli (55) impatti contro dette alette promuovendo la rotazione del rotore (19) rispetto allo statore (15).
2. Turbina secondo la riv. 1, in cui detto almeno un canale radiale (45) è un canale definito da un corrispondente tubo radiale (71).
3. 3. Turbina secondo la riv. 1, in cui detto almeno un canale radiale (45) è un canale definito da una coppia di guide radiali (73) e comprende un’estremità distale definita da un corrispondente condotto conico rastremato verso un rispettivo ugello (55).
4. Turbina secondo la riv. 2 o 3, in cui l’almeno un canale radiale (45) ha diametro e lunghezza maggiori rispetto a diametro e lunghezza dell’almeno un ugello (55).
5. Turbina secondo la riv. 2 o 3, in cui detto sistema di alimentazione (21) comprende un tubo di alimentazione (33) dotato di almeno un foro (35) per la fuoriuscita dell’acqua dal tubo di alimentazione (33) stesso, posto ad un’estremità distale del tubo di alimentazione (33) rispetto alla condotta forzata.
6. Turbina secondo la riv. 5, in cui detti mezzi di connessione (17) per il rotore (19) comprendono un cannotto interno (39) al cui interno è alloggiato almeno un cuscinetto (41) che supporta girevolmente il tubo di alimentazione (33).
7. Turbina secondo la riv. 6, in cui il rotore (19) comprende inoltre un organo di distribuzione dell’acqua (47) posta al centro del rotore (19) stesso e comprendente un’apertura (49) assiale per il passaggio del tubo di alimentazione (33), una cavità interna (51) in comunicazione con l’estremità distale del tubo di alimentazione (33) comprendente l’almeno un foro (35) per la fuoriuscita dell’acqua dal tubo di alimentazione (33), almeno un passaggio (53) radiale in comunicazione di flusso con l’estremità prossimale (75) dell’almeno un canale radiale (45) all’interno del quale l’acqua scorre ed in cui il rotore (19) è collegato ad un generatore elettrico.
8. Turbina secondo la riv. 2 o 3, in cui l’estremità distale (77) del canale radiale (45) comprende un tappo (63) in cui è ospitato l’almeno un ugello (55).
9. Turbina secondo la riv. 8, in cui detto tappo (63) comprende un pressostato (65) che misura la pressione dell’acqua all’interno del canale radiale (45) ed in cui detto almeno un ugello (55) comprende una valvola a spillo (67), un motore passo-passo (69) ed una scheda elettronica funzionalmente connessi a detto pressostato (65).
10. Turbina secondo la riv. 9, in cui la scheda elettronica è atta a processare la pressione dell’acqua misurata dal pressostato (65), la quale scheda è pure atta ad azionare il motore passo-passo (69) che mediante la valvola a spillo (67) regola il flusso di acqua che fuoriesce dall’ugello (55).

CH 713 524 B1

CH 713 524 B1

4 û 55