IT201900000919A1 - Turbina per generatore eolico ad asse verticale - Google Patents

Description

TITOLO

TURBINA PER GENERATORE EOLICO AD ASSE VERTICALE

DESCRIZIONE

Campo della tecnica

La presente invenzione ha per oggetto una turbina per generatore eolico ad asse verticale.

La presente invenzione trova applicazione nel settore delle turbomacchine ed in particolare, in quello delle turbine eoliche.

La presente invenzione trova applicazione particolarmente vantaggiosa nell’ambito del microeolico, in particolare, nell’ambito delle turbine eoliche ad asse verticale autoavvianti.

La presente invenzione trova ulteriore applicazione nel campo delle grandi macchine offshore.

Stato della tecnica

Le turbine eoliche dell’arte nota comprendono tipicamente una struttura di supporto ed un rotore. Il rotore comprende almeno una pala, accoppiata alla struttura di supporto per ruotare attorno ad un asse di rotazione. Tale asse di rotazione può essere orientato parallelamente o perpendicolarmente ad una direzione di incidenza del vento, da cui deriva la distinzione tra turbine eoliche ad asse orizzontale (altresì note con la sigla HAWT) e turbine eoliche ad asse verticale (altresì note con la sigla VAWT). La presente invenzione riguarda una turbina eolica ad asse verticale, ovvero una turbina eolica in cui l’asse di rotazione del rotore è disposto ortogonalmente alla direzione di incidenza del vento, in particolare del tipo di turbina verticale “a portanza” (darrieus) che si distingue da quella verticale “a resistenza” (Savonius) in quanto gli elementi alari traggono la spinta propulsiva dalle forze aerodinamiche che si generano dall’elevata velocità del vento che li investe che è la combinazione della velocità del vento reale e quella dei profili alari stessi. La Turbina Savonius non è dotata di profili aerodinamici bensì di superfici incurvate di forma tale da offrire elevata resistenza al vento venendone trascinata in rotazione, come fosse un anemometro.

Nelle turbine VAWT le pale ruotano attorno all’asse di rotazione (ovvero asse centrale) che è disposto parallelamente ad una direzione lungo cui le pale sono allungate.

La potenza aerodinamica p estraibile da un flusso d’aria (ovvero dal vento) è data dalla relazione

in cui:

- ρa è la densità dell’aria;

- Cp è il coefficiente di potenza, parametro che quantifica il rendimento aerodinamico, ovvero il rapporto tra la potenza meccanica che la turbina è in grado di produrre e la potenza associata al vento;

- S è la superficie equivalente spazzata dalle pale della turbina;

- υ è la velocità del vento.

Si definisce il parametro Tip Speed Ratio “TSR” come il rapporto tra la velocità tangenziale della pala, e la velocità del vento.

Qualunque macchina eolica viene caratterizzata dalla cosiddetta “curva di potenza” nella quale, per una certa velocità del vento, viene messo in relazione il Cp in funzione del TSR, facendo variare quest’ultimo frenando progressivamente la turbina stessa.

Tale curva è il riferimento per lo sfruttamento dell’energia prodotta mediante una determinata macchina operatrice.

Si definisce il parametro “solidità”, come il rapporto tra la superficie complessiva delle pale e la proiezione sul piano ortogonale alla direzione del vento, dell’area spazzata dalle pale della turbina. Tendenzialmente, all’aumentare della solidità cala il TSR.

Tipicamente, il rendimento delle macchine eoliche aumenta quando sono progettate per alti valori di TSR, cioè quando sono caratterizzate da bassa solidità.

In genere le curve di macchine con alti Cp sono caratterizzate da bassi rendimenti quando lavorano con TSR lontani dai valori di progetto. In particolare, questa caratteristica si traduce nell’incapacità di auto avviarsi delle turbine Darrieus le quali invece di cedere energia, la assorbono al di sotto della velocità di avviamento stessa (Cp negativo). Per questa tipologia di turbine, il generatore viene utilizzato come motore durante il transitorio di avviamento, con ovvi aggravi di costi di installazione e riduzione dell’efficienza energetica complessiva dell’installazione.

L’aumento della velocità periferica delle pale della turbina ha però come contropartita l’aumento della sua rumorosità dovuto alla presenza di vortici di estremità d’ala e “resistenze di scia”.

Le turbine ad asse verticale sono caratterizzate da TSR inferiori rispetto a quelle ad asse orizzontale, e quindi risultano più silenziose.

Un esempio di turbina eolica ad asse verticale è riportato in WO2011/078451-A che illustra una turbina ad asse verticale il cui funzionamento è basato sul principio della portanza.

Un esempio di turbina a resistenza è riportato in WO2011/150171-A.

Queste macchine sono caratterizzate da elevata solidità, dalla capacità di auto avviarsi ma da bassa efficienza, sono inoltre difficili da frenare con venti molto forti.

Le turbine eoliche dell’arte nota comprendono altresì soluzioni ibride. Ad esempio, WO2013/136660-A illustra una turbina Darrieus contenente al suo interno una turbina Savonius rigidamente collegate tra loro. Dalla collaborazione tra le due turbine si cerca di ottenere la capacità di autoavviamento e rendimento accettabile, si tratta tuttavia di un compromesso non particolarmente efficiente.

Tutte le macchine ad asse verticale sono fortemente sollecitate dalle forze pulsanti di natura aerodinamica derivanti dalla continua variazione dell’angolo di incidenza del vento con i profili alari portanti che, oltretutto, si combinano con le altrettanto elevate sollecitazioni centrifughe che tendono ad inflettere le ali stesse. Questo problema aumenta in maniera esponenziale con l’aumentare del TSR. Ciò comporta il fatto che tanto più si ottiene una macchina efficiente aerodinamicamente, tanto più questa risulta strutturalmente sollecitata. Per piccole macchine caratterizzate da frequenze di rotazione elevate anche con bassi valori di TSR, il problema strutturale si traduce nella necessità di utilizzare materiali ad alte prestazioni e strutture sofisticate quindi costose. Ciò vanifica i vantaggi economici che queste macchine teoricamente vantano nei confronti delle macchine ad asse orizzontale.

Tutte le macchine eoliche presentano il problema della frenatura a velocità del vento elevate. Per le macchine ad asse verticale, viene ottenuta utilizzando il generatore come freno, generando il blocco con l’ausilio di un freno meccanico.

La domanda di brevetto WO2016/128879-A1 a nome della stessa richiedente descrive una turbina per generatore eolico ad asse verticale, comprendente una coppia di pale verticali ognuna delle quali comprende un’ala fissa ed un deflettore ad angolazione variabile, anteriormente all’ala nel senso di rotazione, accoppiate alla struttura di supporto in posizioni diametralmente opposte rispetto alla traiettoria operativa, ed in cui la coda del primo deflettore è collegata alla coda del secondo deflettore tramite un elemento di connessione configurato per sincronizzare la rotazione del primo e del secondo deflettore attorno ai rispettivi assi di basculamento. Tale macchina supera molti dei limiti tipici delle macchine di questa tipologia. La principale limitazione della soluzione ivi descritta è che le pale sono due oppure a coppie, e diametralmente opposte. Questo limita l’applicazione della soluzione descritta ai casi di macchine dotate di coppie di pale diametralmente opposte.

Sommario dell’invenzione

Scopo del presente trovato è rendere disponibile una turbina per generatore eolico ad asse verticale che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

La turbina per generatore eolico ad asse verticale della presente invenzione risulta particolarmente semplice ed economica, efficiente ed affidabile. La turbina è strutturata in modo da consentirne l’avviamento spontaneo con un qualsiasi numero di pale, garantendo alti rendimenti in tutte le condizioni di utilizzo, nonché l’autolimitazione spontanea della velocità per venti superiori ai valori di sopravvivenza della macchina.

La turbina per generatore eolico ad asse verticale comprende una struttura di supporto, rotante attorno ad un asse centrale. In un esempio di realizzazione, la struttura di supporto comprende un albero di supporto ed almeno un braccio di supporto.

La turbina comprende una o più pale, allungate in una direzione longitudinale, operativamente parallela all’asse centrale di rotazione.

La turbina oggetto dell’invenzione appartiene alla tipologia VAWT, in cui l’asse centrale è disposto parallelamente ad una direzione lungo cui le pale sono allungate.

Nel presente contesto, non si intende limitarsi al caso in cui l’asse centrale è parallelo alla forza peso; infatti tale asse centrale può essere orientato spazialmente in una direzione arbitraria; pertanto, l’espressione “ad asse verticale” riferita alla turbina non va intesa in modo limitativo, rispetto ad un’orientazione dell’asse della turbina.

L’elemento caratterizzante e distintivo di questa macchina consiste nel fatto che la spinta propulsiva deriva dalla collaborazione aerodinamica di profili alari di ogni pala disposti in coppia, dei quali uno è rigidamente collegato al rotore, mentre l’altro può basculare rispetto al primo. Ogni pala risulta così essere un assieme aerodinamico la cui configurazione cambia in relazione alla posizione della pala stessa rispetto alla direzione di provenienza del vento, nonché in funzione della velocità del vento stessa, adattandosi spontaneamente alla configurazione di massima efficienza propulsiva.

Ciò che questa configurazione consente di ottenere, è un forte aumento della componente tangenziale “utile” della forza aerodinamica sviluppata, a discapito della componente radiale inutile ai fini propulsivi e nociva ai fini strutturali. Il risultato è che la potenza espressa dalla macchina è caratterizzata da una frequenza di rotazione sensibilmente inferiore e da una coppia sensibilmente più alta di quella espressa da una macchina “tradizionale”.

Le pale sono connesse alla struttura di supporto per ruotare attorno all’asse centrale lungo una traiettoria operativa, in un verso di rotazione, e sono connesse all’albero di supporto tramite un braccio di supporto.

Dette pale sono composte ciascuna da una coppia di profili alari definenti ciascuno una testa ed una coda, in cui la testa precede la coda nel verso di rotazione, e preferibilmente allineati tra loro. I profili componenti la pala verranno distinti in ala e deflettore o flap. L’ala è rigidamente connessa al rotore della turbina tramite il braccio di interconnessione, mentre il flap è dotato alle estremità di una cerniera che gli consente libertà di rotazione rispetto alla pala che lo sorregge.

Secondo un esempio di realizzazione, il deflettore di ogni pala ha un profilo alare definente una testa e una coda, in cui la testa precede la coda nel verso di rotazione. Il deflettore è posizionato lungo la traiettoria operativa con la propria coda prossimale alla testa dell’ala. Il deflettore è configurato per oscillare attorno ad un asse di basculamento, passante per la testa del deflettore e perpendicolare ad un piano contenente un profilo alare del deflettore. Tale asse di basculamento è parallelo alla direzione longitudinale della pala.

Tra la coda del deflettore e la testa della pala, è presente una luce le cui dimensioni risultano minime quando la coda del deflettore è allineata con la testa dell’ala.

La pala così composta, nel proprio movimento lungo una traiettoria operativa, descrive una superficie cilindrica di riferimento (ai fini del comportamento del flap) la cui sezione longitudinale è la sezione di riferimento (area spazzata).

Preferibilmente, il deflettore è imperniato folle sulla struttura di supporto per oscillare attorno all’asse di basculamento, ed è oscillante attorno a detto asse, tra due posizioni contrapposte, entro un’escursione angolare massima prestabilita. Tale escursione risulta variabile e commisurata alla direzione e forza del vento apparente rispetto a detto deflettore.

L’asse di basculamento del deflettore (coincidente con la testa del deflettore) e la testa dell’ala, sono posizionati entrambi sulla superfice cilindrica di riferimento. Entrambi sono paralleli all’asse di rotazione principale. La testa del deflettore rimane quindi sempre alla stessa distanza dall’asse di rotazione della turbina.

La coda del deflettore ha una distanza dall’asse centrale che varia in funzione della posizione angolare dello stesso, dal momento che esso oscilla attorno all’asse di basculamento. Quando il deflettore si trova nella prima posizione di fine corsa angolare, la coda del deflettore è posizionata su una superficie cilindrica più esterna, rispetto alla superficie cilindrica di riferimento in cui si trova la testa dell’ala. Quando il deflettore si trova nella seconda posizione di fine corsa angolare, la coda del deflettore è posizionata su una superficie cilindrica più interna, rispetto alla superficie cilindrica di riferimento in cui si trova la testa dell’ala.

Durante la rotazione della pala attorno all’asse centrale, il deflettore si sposta alternativamente e ciclicamente dalla prima alla seconda posizione di fine corsa angolare e viceversa. Più precisamente, durante una rivoluzione della turbina, la coda del deflettore passa dalla prima alla seconda posizione e torna alla prima al termine dei 360°.

Si definisce il vento apparente come il vento che percepisce un osservatore solidale all’ala in movimento, ovvero la combinazione vettoriale tra il vento reale e la velocità periferica della turbina, invertita di segno.

Si definisce la corda del profilo come la retta congiungente l’estremità anteriore con quella posteriore di un profilo alare

Si definisce l’angolo di incidenza come l’angolo che forma la direzione del vento apparente con la corda del profilo.

Si definisce la portanza come la forza aerodinamica ortogonale alla direzione di provenienza del vento apparente, e si definisce la resistenza come la forza agente sul profilo nella direzione del vento apparente.

Si definisce lo stallo aerodinamico come il fenomeno causato dal distacco della vena fluida dall’estradosso di un profilo alare, che si manifesta oltre un certo angolo di incidenza e che aumenta progressivamente causando perdita della portanza ed aumento della resistenza.

Applicando questi concetti ad un’ala che si muove di moto rotatorio rispetto al vento, si ottiene che il profilo non va in stallo a condizione che la sua velocità risulti molto alta rispetto a quella del vento stesso. La condizione necessaria è che la composizione vettoriale tra le due velocità, generi un angolo di incidenza non superiore agli 8-12°. In altri termini il profilo non va in stallo solamente per TSR superiori a 4-6, a meno che esso non sia in grado di variare il proprio angolo rispetto al rotore durante la sua rivoluzione attorno all’asse di rotazione della macchina. Nell’ambito della presente invenzione questo compito è svolto dal deflettore, il quale orientandosi in continuazione in modo da mantenere il proprio angolo di incidenza ottimale raccoglie il massimo dell’energia propulsiva non andando mai in stallo. La presenza del deflettore davanti all’ala fa sì che i filetti fluidi vengano deviati su di essa e che, per effetto Coanda vi restino incollati evitando il fenomeno dello stallo anche per quest’ultima.

Il risultato è che, siccome la coppia dei profili collaboranti non va mai in stallo, la pala composta da deflettore ala raccoglie il massimo dell’energia disponibile, sempre, anche al variale della velocità e della direzione del vento. Ciò accade anche quando il dispositivo (inverter, caricabatterie, altro) di regolazione della potenza richiesta alla macchina in relazione alla forza del vento, non è ottimizzato in funzione della curva caratteristica della macchina stessa. Tale fenomeno viene sfruttato anche in fase di avviamento quando il sistema di flap, per effetto della spinta della raffica di vento incipiente si orienta in modo tale da generare la coppia di spunto rendendo la macchina autoavviante.

Questo tipo di prestazione è impossibile da ottenersi in macchine a profili fissi che, non potendo adattarsi adeguatamente alla variabilità del vento, risultano sensibili al fenomeno dello stallo ogniqualvolta esso cambia di intensità e direzione o la macchina non lavora nel campo di velocità per cui è progettata.

Tuttavia anche in condizioni di funzionamento ottimale della turbina, per ampie porzioni della circonferenza percorsa dall'ala, un profilo fisso risulta inevitabilmente in stallo.

Ciò comporta, per le macchine a profili fissi, continue perdite di rendimento ed in definitiva mancata produzione di energia.

Ai fini di un corretto funzionamento, è necessario rendere i deflettori insensibili alle forze centrifughe che tenderebbero a farli aprire verso l’esterno, ossia orientare esternamente rispetto al cilindro di riferimento. Ciò si ottiene collegandone insieme le code, azzerando, per compensazione reciproca, la risultante delle forze centrifughe stesse. Tolte le forze centrifughe, rimangono le forze aerodinamiche deputate al loro preciso orientamento rispetto alla direzione del vento apparente, variabile durante la rotazione.

Il sistema di gestione dei deflettori della presente invenzione adotta una soluzione tecnica che supera i limiti della soluzione descritta nella summenzionata domanda di brevetto WO2016/128879-A1, nella quale i deflettori erano collegati tra loro, ma sotto la restrittiva ipotesi di dover essere diametralmente opposti, limitandone l’utilizzo a macchine con numero pari di ali.

L’oggetto della presente invenzione descrive un dispositivo di controllo che consente di estendere l'utilizzo del sistema con deflettore basculante a turbine con pale a profili collaboranti con un numero qualsiasi di pale, sia questo pari (contrapposte) che dispari (non contrapponibili). Preferibilmente, la turbina è progettata per rendere insensibile il complesso dei deflettori alle forze centrifughe (o più in generale, per ridurre significativamente la sensibilità), almeno per valori della velocità di rotazione della turbina inferiori ad un valore limite di riferimento.

Infatti, vi è un valore limite di riferimento per la velocità (angolare) della turbina, al di sopra del quale essa o alcune sue parti sono a rischio di sopravvivenza. Al di sopra di tale velocità limite di riferimento, si ha interesse a rallentare la turbina o al limite fermarla (tale valore dipende dalle dimensioni e dalle caratteristiche strutturali).

Raggiunto detto limite di velocità, grazie ad un meccanismo, i deflettori iniziano a risentire delle forze centrifughe assumendo una configurazione non più aerodinamicamente corretta, l’effetto energeticamente dissipativo che si ottiene impedisce alla turbina il raggiungimento di velocità per lei critiche.

Per annullare le forze centrifughe generate dalla massa dei deflettori, è stato inserito un sistema di tiranti la cui prima estremità di ciascuno di essi è collegata alla coda di un deflettore, mentre la seconda è convergente al centro su un perno del quale condividono l’asse e, sul quale si elidono per simmetria del sistema, tutte le forze centrifughe stesse (tali tiranti sono inestensibili al di sotto dei valori di velocità di sopravvivenza della turbina, poi si allungano sotto l’effetto della forza centrifuga).

Alla convergenza di tali tiranti, è collocato il meccanismo che governa il corretto comportamento meccanico ed aerodinamico dei deflettori.

Si tratta di un dispositivo nel quale sono presenti due elementi concettualmente distinti, caratterizzati ciascuno da funzioni specifiche:

- A) il primo, sensibile alle forze aerodinamiche ma non a quelle centrifughe, determina il corretto basculamento del flap in relazione alla direzione istantanea del vento che lo investe.

- B) Il secondo, sensibile alle forze centrifughe ma non a quelle aerodinamiche, costituisce il limitatore di sicurezza.

A) Lo schema dell’elemento preposto al corretto comportamento oscillatorio dei deflettori, è costituito, in un esempio non limitativo, da un eccentrico ad eccentricità variabile in grado di orientarsi spontaneamente (per effetto della risultante delle forze aerodinamiche raccolte dai deflettori stessi) nella direzione opposta a quella di provenienza del vento. L’entità di tale eccentricità può derivare dall’equilibrio della sommatoria di dette forze, con una forza contrastante ad esse proporzionata di qualsiasi natura, sia essa elastica, magnetica, pneumatica, idraulica…o dal controllo di posizione determinato da un servocomando. L’entità dell’eccentricità derivante dall’equilibrio tra le forze aerodinamiche e quelle di contrasto determina l’ampiezza dell’escursione angolare del deflettore ed in definitiva dell’efficienza aerodinamica del complesso della turbina. In particolare, nel caso in cui la forza di contrasto sia generata da magneti, sia la forza aerodinamica che quella magnetica variano con legge quadratica rispetto al valore dell’eccentricità, rimanendo commisurate tra loro nel campo di lavoro del dispositivo (ovviamente dimensionando adeguatamente le parti attive).

Riassumendo, si tratta di un dispositivo eccentrico ad eccentricità variabile che si orienta spontaneamente nella direzione opposta a quella di provenienza del vento, con un’ampiezza dell’eccentricità proporzionale alla forza del vento.

B) L’elemento di detto dispositivo preposto a limitatore di sicurezza ha come parte primaria un elemento elastico precaricato, sul quale convergono le forze centrifughe agenti sui deflettori, trasmesse ad esso dai tiranti. Quando le forze centrifughe superano tale precarico, l’elemento elastico si deforma consentendo l’apertura dei deflettori, funzionale ai fini della limitazione della velocità di rotazione.

In un esempio non limitativo il componente elastico precaricato comprende una molla precaricata, il cui precarico corrisponde ad una determinata forza centrifuga generata dai deflettori (o flaps), superata la quale tale molla comincia a comprimersi consentendo l’allontanamento delle code dei deflettori dal loro asse di rotazione, ossia la mutua apertura verso l’esterno dei flaps che diventano freni aerodinamici.

Tale apertura è progressiva ed aumenta/diminuisce proporzionalmente alla forza centrifuga generata dai deflettori e quindi alla velocità di rotazione della turbina.

Nel caso in cui, per vari motivi, dovesse risultare conveniente utilizzare un dispositivo con servocomando, il sistema assume la seguente architettura:

- Un dispositivo anemometrico esterno alla macchina misura la forza e la direzione di provenienza del vento

- Un dispositivo elettronico elabora i dati forniti dall’anemometro e stabilisce la direzione di orientamento e l’entità dello spostamento dell’eccentrico, eventualmente stabilisce anche l’apertura di frenatura dei flap

- Un sistema di servocomandi elettrici o idraulici esegue, con controllo in retroazione, gli spostamenti richiesti dall’elaboratore. Si tratta di un insieme di tre attuatori, uno rotante per il controllo della direzione dell’eccentrico e due lineari rispettivamente per l’ampiezza dell’eccentricità e per l’ampiezza di apertura dei flap in frenatura.

Tale configurazione contrappone un onere di realizzazione maggiore, ad una maggiore precisione del controllo degli elementi mobili, che si traduce in maggior rendimento della macchina.

Riassumendo le caratteristiche principali della turbina oggetto dell’invenzione sono le seguenti:

- si tratta di una turbina ad asse verticale a portanza

- essa ha un numero qualsiasi di pale composte ciascuna da una coppia di profili collaboranti (flap ala);

- uno dei due profili è basculante (flap) e varia la sua inclinazione in funzione della sua posizione angolare e non della velocità di rotazione, poiché è insensibile alla forza centrifuga, l’altro invece (ala) è solidalmente vincolato al rotore della turbina.

- il corretto funzionamento dei deflettori è determinato dal fatto che sono collegati ad un dispositivo collocato al centro della turbina stessa, in grado di assolvere a due funzioni:

- la prima è quella di controllare il corretto posizionamento angolare dei deflettori durante il regolare funzionamento della macchina,

- la seconda è di tutelarne la sicurezza in condizioni di vento eccessivo.

Il dispositivo di controllo meccanico descritto può essere sostituito da un servomeccanismo per il quale l’orientamento, l’ampiezza dell’eccentricità e, in caso di frenatura, la gestione dell’apertura dei deflettori, vengono governate da attuatori e da un sistema di logica che ottimizza il funzionamento degli stessi in modo da massimizzare il rendimento della turbina.

È quindi oggetto dell’invenzione una turbina per generatore eolico ad asse verticale. È pure oggetto dell’invenzione un generatore eolico comprendente la turbina, nonché un generatore elettrico od una qualunque altra macchina operatrice che possa funzionare trasformando l’energia prodotta dal propulsore in altre forme di energia o in altra generica utilità.

E’ oggetto della presente invenzione una turbina per generatore eolico ad asse verticale, comprendente:

‐ una struttura di supporto, rotante attorno ad un asse centrale;

‐ almeno una pala, allungata in una direzione longitudinale parallela all'asse centrale e connessa alla struttura di supporto per ruotare attorno all'asse centrale in un verso di rotazione, detta almeno una pala comprendendo un'ala fissa e un deflettore aerodinamicamente collaboranti, essendo il deflettore in posizione anteriore all’ala nel verso di rotazione ed oscillante attorno ad un asse di basculamento, parallelo alla direzione longitudinale della pala e in posizione anteriore di detto deflettore rispetto al verso di rotazione,

‐ un sistema di controllo atto a controllare l’oscillazione di detto deflettore di almeno una pala, posto su detto asse centrale (A) e configurato per orientarsi nella direzione opposta al vento, per assumere una eccentricità rispetto a detto asse centrale (A) proporzionale alla forza del vento, e per determinare l’ampiezza di detta oscillazione del deflettore proporzionale a detta eccentricità;

- un sistema di limitazione atto a limitare la velocità di rotazione di detta almeno una pala, connesso a detto sistema di controllo e rotante concordemente a detta almeno una pala, configurato per determinare un’apertura di detto deflettore verso l’esterno della turbina se la forza centrifuga generata dal deflettore supera un valore di soglia.

E’ particolare oggetto della presente invenzione una turbina per generatore eolico ad asse verticale, come meglio descritto nelle rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una turbina eolica secondo il presente trovato, in vista prospettica;

- la figura 2 mostra un esploso delle parti della turbina di fig.1 componenti il gruppo rotante sincrono, dispositivo di limitazione della velocità;

- le figure 3, 4 e 6 mostrano rispettivamente una vista prospettica in esploso di parti, una vista prospettica di assieme, e una vista in sezione trasversale delle parti della turbina di fig.1 componenti la slitta orientabile, dispositivo di controllo dell’orientamento dei deflettori;

- la figura 5 mostra un ingrandimento dello snodo di connessione tra asta di controllo dell’orientamento del deflettore e deflettore stesso;

- le figure 7.1 – 7.4 mostrano esempi di varie posizioni dell’orientamento delle pale della turbina.

- la figura 8 mostra un assieme della turbina con evidenziati alcuni particolari - la figura 8A, attraverso l’ingrandimento del particolare DD della figura 8, descrive in termini fisici il comportamento della turbina; 

- la figura 8B, attraverso l’ingrandimento del particolare AA della figura 8, mostra il dettaglio della repulsione magnetica all’interno della slitta

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione dettagliata di forme realizzative preferite dell’invenzione.

Con riferimento alle figure allegate, viene qui di seguito descritto un esempio di realizzazione generico di una turbina avente un numero di tre pale e corrispondenti deflettori, tale esempio costruttivo non limita il numero delle pale che può essere qualunque.

In figura 1 con T è indicata la turbina per generatore eolico ad asse verticale configurata per trasformare energia cinetica di una massa d’aria in movimento (ovvero energia cinetica del vento) in energia meccanica sotto forma di erogazione di coppia propulsiva ad una certa frequenza di rotazione, di un asse adeguatamente supportato.

La turbina T comprende una struttura di supporto rotante attorno ad un asse centrale A.

Detto asse centrale A può essere orientato spazialmente in una direzione arbitraria. Preferibilmente, l’asse centrale è diretto verticalmente.

La turbina T comprende almeno una pala (23, 25), nell’esempio tre, allungata in una direzione longitudinale operativamente parallela all’asse centrale A, ovvero parallela all’asse centrale A durante il funzionamento della turbina.

Le pale sono connesse alla struttura di supporto per ruotare attorno all’asse centrale A lungo una traiettoria operativa circolare.

Ciascuna pala comprende un’ala 23 e un deflettore o flap 25.

Il deflettore è prossimale alla testa dell’ala. Il deflettore è configurato per oscillare attorno ad un asse di basculamento E, passante per la testa del deflettore e perpendicolare ad un piano in cui giace il profilo alare del deflettore. Tale asse di basculamento è parallelo alla direzione longitudinale della pala. Ciascun deflettore è imperniato folle sulla struttura di supporto per oscillare attorno al rispettivo asse di basculamento E, tra una prima ed una seconda posizione di fine corsa angolare variabili entro un massimo prestabilito.

Ciascun deflettore, per spostarsi tra le rispettive posizioni angolari di fine corsa, ruota di un angolo operativo il cui valore massimo dipende dalla forma costruttiva e dalle dimensioni dei profili alari. Durante il funzionamento della macchina, i deflettori possono oscillare con un qualunque angolo venga loro richiesto, compreso entro tale valore massimo.

Preferibilmente, la coda di ciascun deflettore è distanziata dalla testa della rispettiva ala per definire una luce tra deflettore e ala.

Preferibilmente il profilo alare di ciascuna ala e di ciascun deflettore è biconvesso. Come sopra descritto, la turbina oggetto dell’invenzione è caratterizzata dalla presenza di un dispositivo contenente due parti essenziali e distinte, ciascuna deputata ad assolvere una funzione specifica:

- una prima parte (I) (il dispositivo di regolazione della velocità di rotazione, o gruppo rotante sincrono) si occupa di collegare tra loro i deflettori per annullare le forze inerziali centrifughe nelle condizioni di normale funzionamento della turbina e sfruttarle per autolimitare l'overspeed in caso di vento eccessivo;

- una seconda parte (II) (il dispositivo regolatore della apertura dei deflettori ad eccentricità variabile, o slitta orientabile) si occupa di gestire il movimento angolare dei deflettori, rispetto al relativo asse di basculamento E, e di renderlo variabile in funzione della velocità del vento per facilitare l’avviamento e per ottimizzare il rendimento ad ogni regime.

- Dispositivo (I) di regolazione della velocità di rotazione, o gruppo rotante sincrono. Il dispositivo è realizzato predisponendo sulla coda di ciascun deflettore un collegamento all’estremità di un tirante (28, 38), convergente all’altra estremità ad un asse comune per tutti i tiranti. Tale asse ruota in sincronismo con la turbina, ed è parallelo ed eccentrico, con eccentricità variabile, rispetto all’asse di rotazione principale della macchina.

Tali collegamenti risultano rigidi fino al raggiungimento di una prestabilita forza centrifuga, superata la quale si estendono, grazie ad un componente elastico opportunamente precaricato, consentendo il mutuo allontanamento delle code dei deflettori tra loro e l'apertura degli stessi.

Superata la velocità critica, si provoca un’alterazione dell’angolo di apertura del flap rispetto a quella di corretto funzionamento. Si crea così un equilibrio tra forze propulsive e forze frenanti che consente di dissipare l’energia in eccesso rispetto a quella gestibile dalla macchina operatrice collegata, e tale da impedire al sistema di superare i valori di velocità di sopravvivenza.

Tale dispositivo consente lo sfruttamento economico della macchina anche a regimi di ventosità tali per cui le altre macchine similari devono essere frenate. Ciò senza ricorrere a costosi dispositivi di blocco, ma semplicemente rendendo autolimitante il comportamento aerodinamico delle ali.

Nell’esempio di realizzazione non limitativo nel seguito descritto, il dispositivo è basato sul funzionamento di una molla precaricata

La posizione di precarico viene garantita da un sistema di tre colonne (35) (Fig.2) che limitano tramite i dadi (39) la corsa del fondello (34) su cui preme la molla (14). Sul fondello (34) convergono le forze centrifughe generate dai flap, in modo tale che esse si scarichino sulla molla (14), la quale si comprimerà una volta che le forze centrifughe ne avranno superato il precarico. Il collegamento tra i flap (25) ed il fondello (34) è realizzato mediante funi ad alta resistenza (38) (nella applicazione descritta in DYNEEMA®) (Fig. 6) che consentono il trasferimento delle forze dalla direzione radiale (dei tiranti) a quella assiale della molla.

Per garantire la necessaria rigidità alla fune 38, tra il flap e l’asse di rotazione, essa è contenuta da una coppia di tubi (28) montati telescopicamente (Fig.6) in grado di estendersi se richiesto, ma non di comprimersi al di sotto della lunghezza minima richiesta per il funzionamento del flap. Le funi e i tubi formano i tiranti sopra definiti.

Il sistema meccanico descritto potrebbe essere altresì costruito utilizzando un sistema idraulico. In questa configurazione ogni tirante, alla cui estremità è collegato il flap, è dotato di un piccolo cilindro idraulico collegato ad un serbatoio adeguatamente pressurizzato da un gas, in grado di contrastare la forza centrifuga. In questo sistema, al superamento della forza centrifuga, corrispondente alla forza esprimibile dal pistone alla pressione di taratura, inizia l’allungamento dei cilindri idraulici dai quali viene trasferito l’olio corrispondente alla corsa di allungamento al serbatoio pressurizzato fino all’equilibrio delle forze centrifughe ed idrauliche. In questa configurazione l’angolo di apertura dei flap risulta tanto maggiore rispetto all’angolo di corretto funzionamento, quanto maggiore è la velocità alla quale si equilibrano dette forze.

Nel caso di sistema servocomandato, un dispositivo elettromeccanico od idraulico controlla la posizione dei flap sulla base dell’elaborazione di dati di velocità del vento e velocità della macchina che vengono rilevati da sensori esterni ed elaborati da un processore.

- Dispositivo (II) regolatore della apertura dei deflettori ad eccentricità variabile, o slitta orientabile.

Il dispositivo è realizzato con una slitta scorrevole (46) (Figure3, 4, 6, 8B) tramite pattini (4) su di un sistema di guide (5-8), le quali sono in grado di orientarsi liberamente sul piano ortogonale all’asse di rotazione A della turbina (perno 20 su boccola 18), affinché possano assumere spontaneamente la direzione alla quale un sistema di forze esterne tende a trascinarle. Sulla schiena di tale slitta è montato il dispositivo rotante che costituisce l’asse di convergenza dei tiranti alla cui altra estremità sono connessi i flap, nonché il dispositivo di sicurezza descritto al punto I, e sul quale convergono le forze generate dai flap stessi, la cui risultante agisce sulla slitta.

La direzione della risultante delle forze aerodinamiche agenti sui flap determina la direzione di orientamento della slitta. L’intensità di detta risultante determina l’entità dell’eccentricità tra l’asse di rotazione A della turbina e l’asse di rotazione C di convergenza dei tiranti. In altre parole, la slitta si orienta come una bandieruola lungo la direzione del vento e viene trascinata lungo tale direzione tanto più quanto più il vento è forte. Ciò regola ed ottimizza il comportamento fluidodinamico basato sulla collaborazione aerodinamica della coppia deflettore 25 ala 23 che sta alla base di questa invenzione. Nell’esempio di realizzazione non limitativo nel seguito descritto, detta eccentricità a cui è correlato l’angolo di apertura dei flap, è determinata dalla condizione di equilibrio tra le forze aerodinamiche e le forze di repulsione generate da coppie di magneti permanenti (47’, 47’’) di cui, per ogni magnete montato sulla slitta se ne contrappone uno, uguale e contrario per polarità, montato sulle guide. Il sistema a magneti permanenti è particolarmente indicato in quanto sviluppa forze repulsive che aumentano in ragione quadratica con l’aumentare dell’eccentricità che tendono a contrastare, così come aumenta in ragione quadratica la forza del vento che favorisce l’aumento dell’eccentricità, garantendo così la stabilità dell’equilibrio tra le forze a una data velocità del vento.

Tale dispositivo potrebbe altresì essere realizzato sfruttando un sistema elastico di contrapposizione impiegando molle, o cilindri idraulici. Tutti questi sistemi consentono l’autoadeguamento della condizione di funzionamento della turbina alla condizione istantanea di vento in termini di forza e direzione.

Un’altra realizzazione possibile, tuttavia concettualmente diversa, è basata sull’impiego di una coppia di servocomandi in grado di controllare il movimento dei flap tramite i tiranti, il cui assetto è costantemente governato da un dispositivo elettronico di elaborazione che analizza i dati provenienti da trasduttori esterni (es. anemometri), e dai parametri di funzionamento della turbina, messi in correlazione tra loro.

Nel caso di macchine molto grandi, ogni flap potrebbe essere dotato di un proprio servocomando che ne governa costantemente l’angolo rispetto all’ala.

Qui di seguito vengono descritti particolari realizzativi della turbina in riferimento alle figure ed agli indicatori numerici associati alle varie componenti.

La figura 1 mostra una vista di assieme della turbina T.

Con 1 è indicato il mozzo al quale convergono i bracci di sostegno delle ali.

Tale mozzo può essere costituito dal rotore di un generatore elettrico come indicato in figura, oppure da un elemento dotato di cuscinetti di supporto, dal quale si trasmette l’energia ad un moltiplicatore di giri collegato ad un generatore, oppure ad altro utilizzatore di energia (es. pompa idraulica).

Con 2 sono indicati i bracci trasversali di sostegno delle rispettive pale, connessi alle ali e ad elongazione sostanzialmente orizzontale e dipartenti dal centro della turbina.

Con 3 è indicato l’elemento di connessione tra braccio di sostegno e ala.

Con 15, 16 e 17 sono indicati staffe e piastre di ancoraggio, in funzione di fissaggio dei bracci trasversali 2 al centro della turbina.

Con 23 sono indicate le ali fisse, ad es. in alluminio trafilato.

Con 24 sono indicati snodi sferici, ad es. in tecnopolimero, per il fissaggio in modo orientabile dei deflettori (flaps) 25, ad es. in alluminio trafilato.

Con 26 sono indicate le strutture di supporto (fissate ai lati delle ali fisse 23) dei flaps 25, e con 27 i perni di rotazione dei flaps.

Con 28 sono indicati tubi telescopici di guida di cavi di ritegno 38 (fig.6) per il comando dell’orientamento dei deflettori (flaps) 25.

La figura 2 mostra un esploso delle parti della turbina di fig.1 componenti il gruppo rotante sincrono (I), dispositivo di limitazione della velocità già sopra menzionato.

Con 10 è indicato un perno centrale, sull’asse di rotazione del sistema di controllo, sincrono con la rotazione della turbina.

Con 13 è indicata una boccola guida cavi.

Con 14 è indicata una molla di ritenuta dei flaps 25, precaricata: il precarico corrisponde alla forza centrifuga alla quale iniziano ad aprirsi i flaps, come descritto.

Con 28 è indicato il tubo telescopico di guida cavo di ritegno 38, descritto sopra. Con 29 è indicato un cuscinetto di rotazione del gruppo rotante sincrono.

Con 33 è indicata la base su cui è fissata la molla 14.

Con 34 è indicato un cappello spingi-molla per trattenuta e precarico della molla 14 Con 35 sono indicate barre di guida verticali per l’elongazione della molla 14.

Con 36 è indicata una boccola di guida per il tubo 28.

Con 37 è indicata una boccola di guida per le barre 35.

Le figure 3, 4 e 6 mostrano rispettivamente una vista prospettica in esploso di parti, una vista prospettica di assieme, e una vista in sezione trasversale delle parti della turbina componenti la slitta orientabile, dispositivo di controllo dell’orientamento dei deflettori, già sopra menzionato.

Con 4 è indicato un pattino di scorrimento per le barre di guida 5, ad es. tonde.

Con 7 è indicata una camicia di contenimento dei magneti, ad es. in ferro.

Con 8 è indicata una barra di guida.

Con 9 è indicata una boccola.

Con 10 è indicato il perno centrale su descritto.

Con 11 è indicato un contenitore dei magneti permanenti di reazione.

Con 12 è indicata una piastra di chiusura del contenitore dei magneti permanenti 11. Con 18 è indicata una boccola per l’asse di orientamento dell’eccentrico di controllo dei flaps 25.

Con 19 è indicata una flangia ferma-boccola 18.

Con 20 è indicato un perno con sede per le barre di guida 5; è un perno rotante per orientamento dell’eccentrico di controllo dei flaps.

Con 46 è indicata la slitta scorrevole di supporto dell’asse di rotazione C.

Con 28 è indicato il tubo telescopico su descritto.

Con 38 è indicata una fune di ritegno dei flaps 25, atta a scorrere entro il tubo telescopico 28. Il terminale della fune 38 è connesso alla coda del flap.

Con 47’’ è indicato un magnete permanente N/S

Con 47’ è indicato un magnete permanente S/N.

Le figure 7.1 – 7.4 illustrano, mediante una sequenza di immagini, il comportamento dei flap in relazione alla loro posizione angolare correlata alla direzione del vento. In particolare, viene descritto il comportamento del deflettore indicato con (DEF.1) durante la rotazione, comportamento che viene ripetuto in sequenza dagli altri deflettori (ovviamente con lo sfasamento angolare determinato dal numero di pale). In ogni figura viene mostrata una vista dall’alto della turbina intera, e due particolari a successivi ingrandimenti dei relativi riquadri. Per semplicità si considera il vento a velocità e direzione costante (vedi freccia), di conseguenza in tutte le immagini il regolatore resta stabilmente orientato nella direzione del vento e con eccentricità costante.

POSIZIONE 0.

Condizione di riposo della turbina in assenza di vento: la macchina è ferma e deflettori e slitta sono in una posizione casuale.

POSIZIONE 1 (orientamento ore 6).

La macchina viene investita dal vento che comincia a soffiare nella direzione indicata dalla freccia.

Il sistema di flap regolatore tenderà ad orientarsi come in figura (vedi angolo assunto nell’ingrandimento del FLAP 1) determinando l’instaurarsi della coppia di avviamento della macchina, la quale sotto l’effetto della componente di portanza fortemente orientata nella direzione di avanzamento della pala, dalla condizione di riposo comincia a girare.

Questa posizione corrisponde anche a quella di macchina in movimento con FLAP 1 in condizioni di vento “al traverso” (ortogonale alla direzione di avanzamento della pala).

Nella figura si illustra la correlazione tra l’angolo assunto dal flap verso lo spazio interno della turbina, e l’orientamento del dispositivo di regolazione, al centro della turbina stessa. L’ampiezza dell’angolo assunto dal flap in questa posizione, è determinata dall’eccentricità e resa possibile dal regolatore, che è a sua volta conseguenza dell’equilibrio tra le forze aerodinamiche che tendono ad aumentare detto angolo e quelle di contrasto determinate dal regolatore.

In questa configurazione, dalla collaborazione tra il flap e la pala si ottiene la forza propulsiva massima.

POSIZIONE 2 (orientamento ore 4).

Dopo una rotazione di 60° rispetto al riferimento iniziale, si nota una riduzione dell’angolo del FLAP 1 rispetto all’ala, determinato dalla posizione stabile rispetto al vento dell’eccentricità del regolatore. In questa fase la spinta propulsiva è praticamente nulla.

POSIZIONE 3 (orientamento ore 2).

Dopo una rotazione di 120° il FLAP 1 si porta nella posizione angolare 3. Ora la coda del flap si trova nello spazio esterno alla turbina dopo aver transitato (a ore 3) davanti alla punta dell’ala fissa. Anche in questa fase la spinta propulsiva risulta contenuta.

POSIZIONE 4 (orientamento ore 12).

Il FLAP 1 si trova sottovento, ossia nella posizione opposta alla 1 e presenta la massima angolazione rispetto all’ala fissa, ma con la coda rivolta verso l’esterno della turbina.

Di nuovo la spinta propulsiva risulta massima anche se potrebbe essere ridotta dalla presenza di vortici generati dal passaggio delle pale sopravvento.

Dalla posizione 4 in poi (posizioni 5, 6 e 7), il FLAP 1 comincia a risalire il vento e ripete, con posizioni opposte rispetto all’ala fissa, il movimento che aveva compiuto nella prima metà del giro, fino a riportarsi in posizione 1 e così via.

La Fig.8 ed i relativi particolari ingranditi AA e DD delle Fig.8A ed 8B, descrivono in termini fisici il comportamento del sistema.

Le velocità e le forze sono descritte in termini vettoriali.

Si definisce “vento apparente” sul profilo alare la somma vettoriale del vento reale con la velocità del profilo cambiata di segno.

Simbologia:

Vp velocità periferica pala (velocità di rotazione periferica del cilindro di riferimento)

Vv velocità assoluta del vento

Vrf vento apparente sul flap

Vva velocità assoluta del vento sull’ala dopo la deviazione generata dal flap Vra vento apparente sull’ala

Flf portanza aerodinamica flap

Fdf resistenza aerodinamica flap

Ff risultante forze aerodinamiche sul flap

F┴f componente propulsiva della forza aerodinamica del flap (spinta tangenziale utile)

F║f componente radiale della forza aerodinamica del flap (forza dannosa T forza sulla coda del tirante

Fla portanza aerodinamica ala

Fda resistenza aerodinamica ala

Fa risultante forze aerodinamiche ala

F┴a componente propulsiva della forza aerodinamica dell’ala (spinta tangenziale utile)

F║a componente radiale della forza aerodinamica dell’ala (forza dannosa) αf angolo di incidenza del vento apparente sul flap

αa angolo di incidenza del vento apparente sull’ala

δ angolo di deviazione del vento reale prodotto dal flap

Per ogni pala (ala flap) si possono tracciare dei triangoli di velocità e forza simili a quello esplicitamente descritto (ovviamente diversi per ogni posizione angolare della pala).

Vv è la velocità reale del vento. La pala si sta muovendo con velocità periferica Vp. Sommando vettorialmente tali velocità si ottiene la velocità apparente del vento sul flap Vrf. Tale velocità, per i noti principi di aerodinamica genera sul flap una forza Ff che è la risultante vettoriale della portanza Flf e della resistenza Fdf. Ai fini del funzionamento della turbina, interessa scomporre la risultante delle forze aerodinamiche in:

- F┴f che rappresenta la componente tangenziale di propulsione, utilizzabile ai fini della produzione di energia

- F║f che rappresenta la componente radiale, inutile ai fini propulsivi e dannosa ai fini strutturali.

Le forze aerodinamiche vengono generate per effetto dell’angolo di incidenza αf. Le forze aerodinamiche generate dal flap, sono rese possibili anche a basso TSR grazie al fatto che basculando (in questa configurazione verso lo spazio interno al cilindro di riferimento), l’angolo di incidenza αf assume valori inferiori a quelli di stallo del profilo. Tale angolo assume un valore opportuno grazie all’equilibrio delle forze aerodinamiche che tendono a ridurlo e la forza T che viene generata dal regolatore con i descritti sistemi (magnetico, elastico, idraulico ecc). Più in generale, l’architettura del regolatore (descritto nei punti precedenti) è tale per cui αf assume valori ottimali dal punto di vista aerodinamico per tutti i flaps presenti sulla turbina, simultaneamente.

Si dimostra mediante simulazioni CFD, o sperimentalmente in galleria del vento, che il vento dotato di velocità vettoriale Vv, per effetto della presenza del flap, viene deviato dell’angolo δ ed assume valore vettoriale Vva. L’ala che segue il flap incontra pertanto il flusso d’aria alla velocità apparente Vra che è la somma vettoriale di Vva e -Vp. L’angolo di incidenza di Vra sull’ala è αa. Tale angolo risulta inferiore rispetto a quello che si determinerebbe senza la presenza del flap. D’altra parte, se l’angolo αa supera il valore di stallo, il profilo dell’ala non produce portanza e perde forza propulsiva. Anche per l’ala vengono generate di conseguenza due componenti:

- F┴a componente tangenziale utile ai fini energetici

- F┴a componente radiale dannosa ai fini strutturali.

Nel comportamento ora descritto si traduce il senso della presente invenzione.

La presenza del flap consente a due profili di trarre mutuo beneficio uno dalla presenza dell’altro (profili collaboranti). Il flap viene sostenuto dall’ala e necessita di essa per motivi strutturali. L’ala riesce ad essere efficiente (non entra mai nella condizione di stallo) anche a basse velocità periferiche quando gli angoli di incidenza aumentano, per effetto della presenza del flap che corregge adeguatamente l’angolo di incidenza. Il corretto dimensionamento del sistema che genera le forze di contrasto T unitamente all’architettura del regolatore, consentono la massimizzazione dell’efficienza aerodinamica di questa macchina. Tale efficienza viene mantenuta sempre anche in condizioni di vento fortemente variabile, in quanto il sistema si autoadatta istantaneamente alla forza del vento.

Dai triangoli delle forze descritti, si evidenzia un fenomeno particolarmente rilevante:

Ad alti valori di TSR, l’angolo di incidenza tende a ridursi. Ad angoli di incidenza inferiori al valore di stallo, il flap diventa inutile in quanto l’ala lavora con angoli corretti. Queste condizioni si verificano quando la velocità periferica è almeno 3-4 volte la velocità del vento. Siccome le forze aerodinamiche sono in ragione quadratica rispetto alla velocità, ne consegue che, per esempio, raddoppiando la velocità periferica le forze diventano quattro volte superiori. Tuttavia si noti anche che al ridursi dell’angolo di incidenza la componente radiale delle forze aerodinamiche, aumenta e la componente tangenziale si riduce. In definitiva si ottiene una macchina che deve sopportare forze radiali pulsanti molto grandi e forze centrifughe enormi (in special modo per macchine di piccolo diametro per le quali questi rapporti di velocità periferica sul vento comportano elevatissime velocita angolari), in cambio di una componente propulsiva relativamente ridotta, ottenuta ad alta velocità. Questo è il limite delle macchine a portanza tradizionali, la cui vita è ridotta da forze pulsanti molto forti e ad alta frequenza, o da basse efficienze aerodinamiche dovute al fenomeno dello stallo.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Turbina (1) per generatore eolico (17) ad asse verticale, comprendente: - una struttura di supporto (2), rotante attorno ad un asse centrale (A); - almeno una pala (23, 25), allungata in una direzione longitudinale parallela all'asse centrale (A) e connessa alla struttura di supporto (2) per ruotare attorno all'asse centrale (A) in un verso di rotazione, detta almeno una pala comprendendo un'ala fissa (23) e un deflettore (25) aerodinamicamente collaboranti, essendo il deflettore in posizione anteriore all’ala nel verso di rotazione ed oscillante attorno ad un asse di basculamento (E), parallelo alla direzione longitudinale della pala e in posizione anteriore di detto deflettore (25) rispetto al verso di rotazione, - un sistema di controllo (II) atto a controllare l’oscillazione di detto deflettore (25) di almeno una pala, posto su detto asse centrale (A) e configurato per orientarsi nella direzione opposta al vento, per assumere una eccentricità rispetto a detto asse centrale (A) proporzionale alla forza del vento, e per determinare l’ampiezza di detta oscillazione del deflettore proporzionale a detta eccentricità; - un sistema di limitazione (I) atto a limitare la velocità di rotazione di detta almeno una pala (23, 25), connesso a detto sistema di controllo e rotante concordemente a detta almeno una pala, configurato per determinare un’apertura di detto deflettore verso l’esterno della turbina se la forza centrifuga generata dal deflettore supera un valore di soglia.
2. 2. Turbina come nella rivendicazione 1, comprendente un tirante (28, 38) atto a connettere la parte posteriore, rispetto al verso di rotazione di detto deflettore (25), con detto sistema di controllo (II), per controllare detta oscillazione e con detto sistema di limitazione (I), per limitare detta velocità di rotazione.
3. 3. Turbina come nella rivendicazione 1, in cui la parte posteriore, rispetto al verso di rotazione, di detto deflettore (25), e la parte anteriore, rispetto al verso di rotazione, di detta ala (23) sono distanziate, definendo una luce tra loro, per consentire la collaborazione aerodinamica tra detta ala (23) e detto deflettore (25).
4. 4. Turbina come nella rivendicazione 2, in cui detto sistema di controllo (II) comprende: - una slitta scorrevole (46) con pattini (4), su detta slitta essendo connesso detto sistema di limitazione (I) a sua volta connesso a detto tirante (28, 38); - un sistema di guide (5-8) per lo scorrimento di detta slitta scorrevole (46); - una coppia di magneti permanenti di polarità opposta, un primo magnete (47’) essendo connesso a detta slitta, un secondo magnete (47’’) essendo connesso a detto sistema di guide (5-8).
5. 5. Turbina come nella rivendicazione 2, in cui detto sistema di limitazione (I) comprende una molla precaricata (14), dotata di un fondello (34), su cui detta molla preme, e connessa a detto tirante (28, 38), detto precarico essendo tale da determinare una compressione di detta molla quando detta forza centrifuga supera detto valore di soglia, e tale da determinare detta apertura verso l’esterno di detto deflettore tramite detto tirante (28, 38).
6. 6. Turbina come nella rivendicazione 2, in cui detto sistema di limitazione (I) comprende un cilindro idraulico connesso a detto tirante e collegato ad un serbatoio pressurizzato in modo tale che, al superamento di detto valore di soglia della forza centrifuga, detto cilindro idraulico si allunga determinando detta estroflessione tramite detto tirante.
7. 7. Turbina come nella rivendicazione 2, in cui detto tirante comprende una coppia di tubi (28) ed una fune (38) scorrevole entro detta coppia di tubi (28).
8. 8. Turbina come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i profili alari di detta ala (23) e detto deflettore (25) sono biconvessi.
9. 9. Generatore eolico ad asse verticale comprendente una turbina come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.