IT201800007635A1

IT201800007635A1 - Horizontal axis wind turbine with one or more rotors and blades attached to the rotor along the entire length of the blade.

Info

Publication number: IT201800007635A1
Application number: IT102018000007635A
Authority: IT
Inventors: Enrico Rosetta
Original assignee: Enrico Rosetta
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-02-27

Description

Descrizione Description

La turbina rivendicata nella rivendicazione principale è dotata di uno o più rotori (1) con asse di rotazione orizzontale e parallelo alla direzione del vento. The turbine claimed in the main claim is equipped with one or more rotors (1) with axis of rotation horizontal and parallel to the wind direction.

La parete convogliante (14) periferica del rotore, rispetto all'asse di rotazione (2), convoglia sulle pale (9) l'aria spinta dal vento. The peripheral conveying wall (14) of the rotor, with respect to the rotation axis (2), conveys the air pushed by the wind onto the blades (9).

Il rotore assomiglia grossomodo ad un solido di rotazione, simile ad un bicchiere o a una scodella, il cui fondo (10) è rivolto sottovento, quando la struttura orientabile (5) è orientata. (Tavola 9) Le pale sono vincolate al rotore in modo e posizione tale che il vento, che le investe, spinga in rotazione il rotore. The rotor roughly resembles a rotating solid, similar to a glass or bowl, whose bottom (10) faces downwind when the swiveling structure (5) is oriented. (Table 9) The blades are constrained to the rotor in such a way and position that the wind, which hits them, pushes the rotor into rotation.

Le pale possono essere vincolate all'interno ed all'esterno del rotore e possono protendersi dall'interno verso l'esterno. The blades can be constrained inside and outside the rotor and can extend from the inside to the outside.

I varchi (8) nel rotore sono sul fondo (10) del rotore e possono anche essere sulla parete convogliante (14). The openings (8) in the rotor are on the bottom (10) of the rotor and can also be on the conveying wall (14).

L'aria spinta dal vento passa attraverso i varchi ed investe le pale prospicienti i varchi. The air blown by the wind passes through the openings and hits the blades facing the openings.

In un medesimo rotore vi possono essere varchi e pale di diverse forme e dimensioni e disposti in posizioni diverse. In the same rotor there can be openings and blades of different shapes and sizes and arranged in different positions.

Le pale possono essere disposte sia sul fondo che sulla parete convogliante (14) del rotore. The blades can be arranged both on the bottom and on the conveying wall (14) of the rotor.

Se il rotore ha una parte (4) che deflette l'aria, le pale possono essere fissate anche all'esterno della parete del deflettore (4) periferica rispetto all'asse di rotazione. If the rotor has a part (4) that deflects the air, the blades can also be fixed outside the wall of the deflector (4) peripheral to the axis of rotation.

La forma del rotore facilita l'orientamento automatico della struttura orientabile, rispetto alla direzione del vento. L'orientamento è ottenuto per effetto complessivo del vento su tutta la turbina. Le attuali turbine a tre pale ad asse orizzontale hanno il rotore disposto sopravento rispetto all'asse verticale di orientamento (7), la turbina rivendicata ha i rotori disposti sottovento. The shape of the rotor facilitates the automatic orientation of the adjustable structure, with respect to the wind direction. The orientation is obtained by the overall effect of the wind on the whole turbine. Current three-blade horizontal axis turbines have the rotor arranged upwind with respect to the vertical orientation axis (7), the claimed turbine has the rotors arranged downwind.

La struttura del rotore è robusta, in particolare le pale sono robuste per il motivo che sono vincolate al rotore lungo la loro lunghezza e non come accade per per le attuali turbine ad asse orizzontale a tre pale le quali sono vincolate solo in prossimità del mozzo. The rotor structure is sturdy, in particular the blades are sturdy for the reason that they are constrained to the rotor along their length and not as is the case for the current three-blade horizontal axis turbines which are constrained only near the hub.

Uno o più rotori sono vincolati alla struttura orientabile (5) in modo tale che possano ruotare ognuno intorno al proprio asse di rotazione, gli assi di rotazione dei rotori sono tutti orizzontali e paralleli fra loro. One or more rotors are constrained to the orientable structure (5) in such a way that they can each rotate around its own axis of rotation, the rotation axes of the rotors are all horizontal and parallel to each other.

La struttura orientabile è sostenuta da un sostegno verticale (6) e si orienta rispetto al vento, per effetto del vento stesso, girando intorno all'asse verticale di orientamento, in modo tale che, in ogni momento, l'asse di rotazione del rotore sia parallelo alla direzione del vento. The adjustable structure is supported by a vertical support (6) and is oriented with respect to the wind, due to the effect of the wind itself, turning around the vertical axis of orientation, in such a way that, at all times, the axis of rotation of the rotor is parallel to the wind direction.

Per le sue caratteristiche strutturali e funzionali, per la possibile pluralità di rotori, per la posizione dei rotori sottovento del supporto verticale, per i diversi tipi di rotori ( con albero e senza albero ), per la presenza di pale prospicienti i varchi (8), la turbina è nuova. For its structural and functional characteristics, for the possible plurality of rotors, for the position of the rotors downwind of the vertical support, for the different types of rotors (with shaft and without shaft), for the presence of blades facing the openings (8) , the turbine is new.

Con riferimento alla rivendicazione 2, la presenza di una o più coppie di rotori allineati orizzontalmente contribuisce a rendere l'intera turbina equilibrata staticamente e dinamicamente. I rotori accoppiati più che raddoppiano orizzontalmente l'area di intercettazione del vento e quindi in proporzione diminuisce la differenza di velocità del vento nell'area di intercettazione poiché l'area ha minore altezza. With reference to claim 2, the presence of one or more pairs of horizontally aligned rotors helps to make the whole turbine statically and dynamically balanced. The coupled rotors more than double the wind interception area horizontally and therefore proportionally decreases the difference in wind speed in the interception area as the area has less height.

I rotori, disposti simmetricamente rispetto al sostegno verticale, fanno sì che il sostegno verticale (6) non sia un ostacolo per il vento al contrario convogli l'aria nei due rotori. The rotors, arranged symmetrically with respect to the vertical support, ensure that the vertical support (6) is not an obstacle for the wind, on the contrary it conveys the air in the two rotors.

Con riferimento alle rivendicazioni 3, la regolazione della esposizione al vento delle pale permette di adeguare il funzionamento del generatore alla velocità del vento. Inoltre, potendo ridurre al minimo l'esposizione, salvaguarda le pale da venti troppo forti. With reference to claims 3, the adjustment of the wind exposure of the blades allows to adapt the operation of the generator to the wind speed. Furthermore, being able to minimize exposure, it protects the blades from too strong winds.

Per regolare l'esposizione, una parte della pala, per esempio, scorre sulla rimanente parte della pala in modo da ridurre le dimensioni complessive della pala. ( fig.27 e 28 tavola 11, fig. 32 tavola 13) In alternativa la pala gira intorno all'asse di esposizione (11). (Fig.25 e 26 Tavola 10, fig. 31 tavola 13) Con riferimento alla rivendicazione 4, la pala o almeno una sua parte è soggetta a forze tali che, quando la velocità del vento aumenta, la esposizione al vento della pala diminuisce e, quando la velocità del vento diminuisce, l'esposizione aumenta. La forza, che contrasta la forza del vento, può, per esempio, essere esercitata da elementi elastici. To adjust the exposure, a part of the blade, for example, slides over the remaining part of the blade in order to reduce the overall dimensions of the blade. (fig. 27 and 28 table 11, fig. 32 table 13) Alternatively, the blade rotates around the exposure axis (11). (Fig. 25 and 26 Table 10, Fig. 31 Table 13) With reference to claim 4, the blade or at least a part of it is subjected to forces such that, when the wind speed increases, the wind exposure of the blade decreases and , when the wind speed decreases, the exposure increases. The force, which counteracts the force of the wind, can, for example, be exerted by elastic elements.

Con riferimento alla rivendicazione 5, per esempio nella tavola 1 si vede che la struttura orientabile convoglia una parte dell'aria, che la investe, verso i due rotori disposti ai suoi lati. With reference to claim 5, for example in table 1 it can be seen that the orientable structure conveys a part of the air, which strikes it, towards the two rotors arranged at its sides.

Con riferimento alla rivendicazione 6, il sostegno verticale è sagomato in modo che i rotori possano stare accostati al sostegno. Questa soluzione rende la turbina compatta e fa in modo che l'aria, che investe il sostegno, confluisca nei rotori. With reference to claim 6, the vertical support is shaped so that the rotors can be brought close to the support. This solution makes the turbine compact and ensures that the air, which hits the support, flows into the rotors.

Con riferimento alla rivendicazione 7, il deflettore (4) del rotore facilita l'uscita dell'aria sottovento del rotore. (Tavola 1, 2 e 13 fig. 33) Referring to claim 7, the rotor deflector (4) facilitates the exit of the air downwind of the rotor. (Tables 1, 2 and 13 fig. 33)

Con riferimento alla rivendicazione 8, la protezione (13) protegge il rotore da uccelli ed oggetti volanti e, nel caso di rotori di grandi dimensioni, protegge gli addetti al controllo ed alla manutenzione. (tavola 2) With reference to claim 8, the guard (13) protects the rotor from birds and flying objects and, in the case of large rotors, protects the persons in charge of control and maintenance. (table 2)

La protezione è fissata alla struttura orientabile sopravento del rotore, ciò è reso possibile con rotori privi di albero (3). The guard is fixed to the upwind swiveling structure of the rotor, this is made possible with shaftless rotors (3).

Con riferimento alla rivendicazione 9, la suddivisione del rotore in parti modulari permette di assemblare parti modulari stampate o pressofuse ed ottenere rotori assemblati robusti e leggeri che per la loro dimensione complessiva non possono essere stampati o pressofusi in un solo pezzo. Il rotore può avere l'albero (3), in questo caso la struttura orientabile vincola l'albero. (Tavole 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 13) With reference to claim 9, the subdivision of the rotor into modular parts makes it possible to assemble molded or die-cast modular parts and obtain sturdy and light assembled rotors which due to their overall size cannot be molded or die-cast in a single piece. The rotor can have the shaft (3), in this case the orientable structure constrains the shaft. (Tables 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 13)

Oppure il rotore può essere vincolato alla struttura orientabile perifericamente rispetto all'asse di rotazione, per esempio tramite elementi volventi. (Tavole 1, 2, 3, 4, 5 e 14) Or the rotor can be constrained to the structure which can be oriented peripherally with respect to the rotation axis, for example by means of rolling elements. (Tables 1, 2, 3, 4, 5 and 14)

Tallone d'Achille delle attuali turbine con tre pale ad asse orizzontale è il fatto che l'albero del rotore è sollecitato in modo disequilibrato, il vincolo periferico del rotore contribuisce a risolvere questo problema. Achilles heel of current turbines with three blades with horizontal axis is the fact that the rotor shaft is stressed in an unbalanced way, the peripheral constraint of the rotor helps to solve this problem.

Nella figure 20 e 22 della tavola 9, per semplicità rappresentativa, i rotori sono rappresentati come solidi di rotazione privi di pale e varchi i quali in realtà sono presenti. In figures 20 and 22 of table 9, for the sake of simplicity, the rotors are represented as rotating solids without blades and passages which are actually present.

Per semplicità descrittiva il sostegno verticale è rappresentato simile ad un tronco di cono, esso però può essere strutturato come un traliccio permeabile all'aria. For descriptive simplicity, the vertical support is shown similar to a truncated cone, but it can be structured as an air permeable trellis.

Il sostegno verticale può essere fissato al suolo, in alternativa può essere fissato sotto una struttura quale per esempio un ponte. (Tavola 12) The vertical support can be fixed to the ground, alternatively it can be fixed under a structure such as a bridge. (Plate 12)

Le attuali turbine hanno la torre di sostegno che necessariamente ha una sezione di diametro contenuto per non urtare contro le pale disposte sopravento della torre, tenendo conto che le pale si flettono sottovento quando il vento è forte. Current turbines have a support tower which necessarily has a small diameter section so as not to collide with the blades arranged upwind of the tower, taking into account that the blades flex downwind when the wind is strong.

Non di rado impianti, anche di alto costo, rovinano a terra per il cedimento della torre. Not infrequently systems, even of high cost, fail on the ground due to the collapse of the tower.

La turbina rivendicata, con i rotori disposti sottovento del sostegno verticale, permette la costruzione di un sostegno solido e sicuro. The claimed turbine, with the rotors arranged downwind of the vertical support, allows the construction of a solid and safe support.

La forma dei rotori facilita il loro orientamento che avviene in modo spontaneo ed automatico per effetto del vento. Si può immaginare che il rotore si comporti come un paracadute che si dispone con la direzione di discesa in orizzontale. The shape of the rotors facilitates their orientation which occurs spontaneously and automatically due to the effect of the wind. It can be imagined that the rotor behaves like a parachute that is arranged with the direction of descent horizontally.

La torre, nelle attuali turbine, frena il vento sulla pala quando si trova in basso. The tower, in the current turbines, brakes the wind on the blade when it is at the bottom.

Nella turbina rivendicata, in particolare con coppie di rotori, il sostegno verticale non è un ostacolo sopravento del rotore bensì convoglia nei rotori l'aria che lo investe. In the claimed turbine, in particular with pairs of rotors, the vertical support is not an obstacle upwind of the rotor but conveys the air that hits it into the rotors.

L'effetto descritto equilibra la minore esposizione nella zona bassa poiché il vento spira con velocità crescente all'aumentare dell'altezza e ciò comporta che i rotori sono sollecitati in modo più equilibrato rispetto a quelli attualmente prodotti. The described effect balances the lower exposure in the lower area since the wind blows with increasing speed as the height increases and this means that the rotors are stressed in a more balanced way than those currently produced.

Nei rotori di grandi dimensioni la disposizione delle pale e dei varchi può essere complessa, le pale possono essere relativamente meno estese ed in maggior numero, tutte o parte delle pale possono avere assetto variabile (rivendicazioni 3 e 4) in modo da rendere il rotore sensibile a venti deboli e che possa continuare a produrre energia al massimo regime quando il vento rafforza. In large rotors, the arrangement of the blades and openings can be complex, the blades can be relatively less extended and in greater number, all or part of the blades can have variable attitude (claims 3 and 4) so as to make the rotor sensitive in light winds and that it can continue to produce energy at maximum speed when the wind strengthens.

Due rotori piccoli, che producono la medesima quantità di energia di un rotore grande, costano sensibilmente meno del rotore grande. Two small rotors, which produce the same amount of energy as a large rotor, cost significantly less than the large rotor.

Una pala piccola e vincolata in modo equilibrato, rispetto ad una pala di una turbina di pari potenza, estesa e vincolata solo al mozzo, può costare decine di volte meno. A small blade and constrained in a balanced way, compared to a blade of a turbine of equal power, extended and constrained only to the hub, can cost tens of times less.

A parità di potenza, rispetto alle attuali turbine ad asse orizzontale a tre pale, i costi di costruzione e di manutenzione sono sensibilmente ridotti. With the same power, compared to current three-blade horizontal axis turbines, construction and maintenance costs are significantly reduced.

Il trasporto ed il montaggio sono meno costosi e problematici. Transportation and assembly are less expensive and hassle-free.

1 rotore 1 rotor

2 asse orizzontale di rotazione del rotore 2 horizontal axis of rotation of the rotor

3 albero di rotazione del rotore 3 rotor rotation shaft

4 deflettore 4 deflector

5 struttura orientabile 5 adjustable structure

6 sostegno verticale 6 vertical support

7 asse verticale di orientamento 7 vertical axis of orientation

8 varco nel rotore 8 opening in the rotor

9 pala 9 shovel

10 fondo del solido di rotazione 10 bottom of the solid of rotation

11 asse di esposizione della pala 11 axis of exposure of the shovel

12 moduli del rotore 12 rotor modules

13 protezione 13 protection

14 parete convogliante del rotore 14 conveying wall of the rotor

Claims

Claims 1 Wind turbine characterized in that it is equipped with at least one rotor (1) constrained to an orientable structure (5) so that it can rotate around its own horizontal axis of rotation (2) with respect to the orientable structure (5); the orientable structure (5) is constrained to a vertical support (6) so that it can rotate around a vertical orientation axis (7) with respect to the vertical support (6); the rotor (1) is similar to a solid of rotation, which rotates around the axis of horizontal rotation (2), roughly resembling a bowl or a glass; the rotor (1) is constrained, with respect to the vertical orientation axis (7), in such a position that, due to the effect of the wind on the turbine as a whole, at any time the orientable structure (5), turning around the axis vertical orientation (7), it is oriented, with respect to the wind direction, in the direction for which the horizontal axis of rotation (2) of the rotor is parallel to the direction of the wind and that the part of the rotor (1), similar to the bottom (10) of the glass or bowl, faces downwind; in the rotor (1) there is at least one opening (8) through which the air, pushed by the wind, passes from the part of the rotor, similar to the internal part of the glass or bowl, to the part of the rotor (1), similar to the outside of the glass or bowl; the rotor comprises at least one blade (9) of such shape and arranged in such a way and position that the air pushed by the wind, which hits and presses it, pushes the rotor (1) into rotation; at least one blade (9) faces an opening (8) in a position such that at least part of the air pushed by the wind, which passes through the opening (8), invests the blade (9) and finally the openings (8) and the blades (9) have such shapes and dimensions and are arranged in such a way and position that the rotor (1) is statically and dynamically balanced.

2 Wind turbine according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least one pair of rotors (1), arranged symmetrically with respect to the vertical support (6), each of which has its own direction of rotation opposite to that of the other.

3 Wind turbine according to claim 1, characterized in that at least a part of at least one blade (9) can move, at least to a certain extent, with respect to the rotor (1) in one direction and in the opposite direction and that, moving in one direction , the exposure of the blade (9) to the air, pushed by the wind, increases and, moving in the opposite direction, decreases.

4 Wind turbine according to claims 1 and 3, characterized in that the part of the blade (9), which can move, is subjected to forces such that, due to the effect of the wind, when the wind speed increases, the exposure to the wind of the blade (9) decreases and, as speed decreases, exposure increases.

5 Wind turbine according to claim 1, characterized in that the orientable structure (5) has such a shape that it conveys at least a part of the air that hits it into the rotors (1).

6 Wind turbine according to claim 1, characterized by the fact that the vertical support (6) is shaped in such a way that the rotors (1) can be approached to it and that at least part of the air, which hits it, conveys into the rotors (1) .

7 Wind turbine according to claim 1, characterized in that a part of at least one rotor (1) has such a shape and a position that it deflects the air pushed by the wind and facilitates the outflow of the air downwind of the rotor (1).

8 Wind turbine according to claim 1, characterized in that at least one protection (13) similar to a grid is fixed to the swiveling structure (5), upwind of at least one rotor (1), in such a way and position that it protects the rotor (1). ) from animals and flying objects.

9 Wind turbine according to claim 1, characterized in that at least one rotor (1) consists of at least two modular parts, which are joined to form the rotor.

10 Wind turbine according to claim 1, characterized in that a device orients the orientable structure (5).