IT201900010479A1

IT201900010479A1 - Turbina a geometria variabile passiva

Info

Publication number: IT201900010479A1
Application number: IT102019000010479A
Authority: IT
Inventors: Tommaso Morbiato
Original assignee: Windcity Srl
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-28
Also published as: WO2020261202A1; EP3990776B1; EP3990776A1; EP3990776C0

Description

TITOLO

TURBINA A GEOMETRIA VARIABILE PASSIVA

DESCRIZIONE

INTRODUZIONE

Questa invenzione si riferisce in generale a sistemi di conversione dell'energia e, più in particolare, ai sistemi di turbine immerse in un fluido qualunque, tra cui aria o acqua.

In particolare, il presente brevetto riguarda una turbina ad asse trasversale rispetto alla direzione del fluido e del tipo a portanza [Darrieus (1931) US1835018, Gorlov (1998) US6155892] sviluppata su profili fluidodinamici anche noti come "airfoil" (in aria) o "hydrofoil" (in acqua). In particolare, il presente brevetto riguarda una turbina del tipo a geometria variabile passiva: con ciò si intende che la turbina può modificare la propria geometria in modo passivo, cioè senza apporto di energia da un'azione esterna, durante la dinamica del funzionamento per effetto dell’interazione con la forza del fluido.

Esempi di questa tipologia di turbine sono mostrati nei documenti US5083901A (GRIFFIN JR RALPH C ET AL), US2012049534A1 (KIKUCHI NAOMI),

Una turbina a geometria variabile passiva come quella del presente brevetto si differenzia da una a geometria variabile attiva, che invece può modificare la propria geometria solamente con apporto di energia da un’azione esterna, ovvero in presenza di sensori, attuatori, motori, etc.

Esempi di questa tipologia di turbine sono mostrati nei documenti US2007257494A1 (VIDA MARQUES FIRMILIANO M), DE29716129U1 (JAHNS CHRISTIAN) per quanto riguarda il fluido aria, e US20100310376A1 per quanto riguarda il fluido acqua.

STATO DELLA TECNICA

Detto R un generico raggio di rotazione della generica pala della turbina, l’effetto della variabilità della geometria è l’ottenimento di forze fluidodinamiche F sulla pala - e perciò di coppie aerodinamiche F*R -maggiori rispetto ad una medesima macchina a geometria fissa a partire da fermo o a parità di velocità di rotazione w, e quindi complessivamente l'ottenimento di una potenza maggiore F*R*w . L’utilizzo di geometria variabile passiva ha pertanto lo scopo di aumentare le prestazioni fluidodinamiche della turbina in termini di estrazione di energia rispetto ad una medesima macchina a geometria fissa.

Questo effetto è necessario per ottenere condizioni sufficienti per l’autoavviamento, quali ad es. il superamento di problemi di inerzia critica rispetto alle potenze fluidodinamiche disponibili a velocità di rotazione basse o nulle, ed è quanto più utile in uno scenario in cui queste operazioni di transitorio devono essere ripetute con continuità, come succede in presenza di fluidi di intensità e direzione variabili, ovvero turbolenti. Tale tipologia di fluido si incontra naturalmente ad esempio in tutti gli ambienti urbani e umanizzati.

Le componenti di geometria o gradi di libertà (degrees of freedom) che vengono fatte variare in questo brevetto sono in generale almeno 3: (i) il passo delle pale, cioè l’angolo γ di basculamento attorno al proprio asse; (ii) l’inerzia del rotore, che è proporzionale al quadrato della distanza X delle pale stesse dall’asse centrale di rotazione, e che quindi possiamo caratterizzare con il generico raggio R; e (iii) l'angolo di spostamento lungo la circonferenza definita dal movimento della pala attorno all’asse centrale di rotazione, che definiamo come angolo di rotazione ϑ.

Diversi brevetti a partire da Darrieus e molta letteratura [Documento brevettuale n. AU631500B2 (Kirke 1998), Pawsey (2002)] hanno indicato che mentre in condizioni di rotazione di regime l’angolo γ per prestazioni ideali è fissato a 90° tra corda della pala e raggio R, invece per tutta la fase di avvio una variazione di γ attorno a quest'ultima posizione ortogonale detta di γ = 0°, comporta un miglioramento delle prestazioni. Il modo di far variare γ senza apporto di energia dall’esterno indicato per la prima volta da Darrieus è mediante l’afferraggio delle pale in un punto tale da generare coppia fluidodinamica rispetto al centro delle forze fluidodinamiche, e l’utilizzo di camme o tiranti di raccordo punta-coda tra pale adiacenti nella circonferenza, in modo da generare un movimento di basculamento durante il periodo pari ad un giro di rotazione.

Gli effetti benefici sulle prestazioni di questo accorgimento sono noti secondo la figura 1 dove è mostrato un grafico di prestazioni previste per una turbina di tipo VAWT (turbine eoliche ad asse verticale) a basculamento variabile "cam-driven" al variare dell'ampiezza del basculamento γ tra 0° ed un valore comunemente trovato nell’arte nota di 30°. In ascissa sono riportati i valori di TSR ("tip speed ratio") mentre in ordinata sono riportati i valori di Cp ("power coefficient").

E’ evidente che mantenere il basculamento dell’angolo γ di pitch delle pale per qualsiasi velocità di rotazione, porta effetti benefici soltanto nella fase di avvio della turbina mentre porta effetti negativi per il funzionamento a regime. Da un punto di vista fluidodinamico è come se la macchina non fosse più fatta funzionare a portanza (lift) ma a resistenza (drag): da un lato se ne ottiene la capacità di auto-avviamento, dall’altro invece una riduzione delle prestazioni a regime fino ad oltre quattro volte DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Questo brevetto riguarda una nuova turbina in cui avviene il controllo passivo della variabilità del passo γ durante la rotazione, ovvero l’ampiezza dell’escursione di questo da un massimo in avvio fino a 0 a regime, sfruttando la variazione di uno o entrambi gli altri due gradi di libertà associati alla pala, ovvero X o ϑ. Questo effetto è necessario perché, come visto, la generica macchina di tipo Darrieus nelle condizioni di regime, cioè una volta avviata, esplica la massima potenza quando il basculamento di γ si riduce a 0.

I gradi di libertà coinvolti in questo brevetto sono quindi almeno 3: uno principale, cioè (i) il basculamento γ della pala attorno al proprio asse, e due secondari utili per il controllo di quello principale, ad esempio (ii) la traslazione X della pala in direzione radiale R, e (iii) lo scostamento della pala dalla posizione a riposo in direzione tangenziale attorno alla circonferenza, secondo l’angolo di rotazione ϑ. In figura 2 sono schematizzati i tre gradi di libertà in generale, oltre a Z che è l’asse di rotazione oltre ad essere la direzione di sviluppo delle pale.

La freccia indica la direzione del flusso (W) di fluido in genere, il simbolo indica la posizione di "upstream", mentre il simbolo – indica la posizione di "downstream".

In aria, ossia nel fluido "vento" la forza centrifuga durante il funzionamento è molto maggiore delle forze fluidodinamiche al punto che è in grado di far variare X lungo R, e quindi si usa il grado di libertà X per controllare γ. Inoltre l’inerzia della macchina, data la forza esigua esplicata dal fluido vento in tutte le condizioni di transitorio, ha un peso rilevante nella definizione del moto al punto da poter risultare critica: infatti in una generica condizione di equilibrio dinamico si contrastano forze aerodinamiche governate da F*R, forze elettriche governate dal carico, e forze inerziali governate da M*R^2, dove M è la massa della turbina in larga parte coincidente con la massa delle pale. Per tali ragioni nella turbina oggetto del presente brevetto si riscontra:

- all’avvio, la massima libertà di γ associata con i minimi valori di X e quindi di R,

- in condizioni di regime, l’annullamento della libertà di γ associata con i massimi valori di X e quindi di R.

Nel fluido acqua le forze fluidodinamiche sono molto maggiori rispetto alla forza centrifuga durante il funzionamento, e quindi si usa il grado di libertà ϑ che la componente fluidodinamica tangenziale è in grado di far variare lungo la circonferenza, al fine di controllare γ.

REALIZZAZIONE DELL'INVENZIONE

Una soluzione realizzativa proposta in questo brevetto per controllare il grado di libertà del basculamento γ in presenza degli altri 2 gradi di libertà X o ϑ è quella di utilizzare delle guide a sezione variabile o degli elementi aventi gioco variabile, con legge di variazione lineare o non-lineare in funzione di X o ϑ, che potranno realizzarsi come più oltre spiegato in modo da produrre i seguenti effetti descritti nelle figure 3.

In Figura 3a sono descritte le diverse classi di variazione passiva del basculamento γ in funzione di X , ϑ che possono essere ottenute attraverso le realizzazioni descritte di seguito, ed in particolare quelle che prevedono un basculamento libero con le coppie create dal fluido rispetto al punto di afferraggio delle pale nelle posizioni upstream e downstream, dove:

a. rappresenta il caso di riferimento della non variabilità di γ indipendentemente da X , ϑ, ovvero la macchina convenzionale a geometria fissa

b. rappresenta il caso di riferimento della variabilità di γ con dipendenza nulla da X , ϑ, ovvero – per quanto riguarda γ - come nel caso di Figura 1 o nel brevetto di Darrieus (1931)

c. rappresenta il caso di una dipendenza lineare generica con X , ϑ in cui gli effetti ottenuti sono gli stessi tra upstream e downstream (è rappresentata una diminuzione all’aumentare di X , ϑ che risulta utile secondo la descrizione dell’invenzione, ma in principio può essere ottenuto anche un aumento cambiando il tasso di variazione) d. rappresenta il caso di una dipendenza in cui genericamente possono differire, tra upstream e downstream (curve d e d’), il valore iniziale di X , ϑ in cui la modifica dell’effetto si fa sentire, e/o il tasso della variazione, rappresentato dall'inclinazione della retta e. rappresenta il caso di una dipendenza avente legge matematica qualsivoglia in funzione di X , ϑ . In generale, come del caso d, potranno anche aversi diverse leggi di variazione e, e’ tra upstream e downstream.

f. rappresenta il caso in cui possa rimanere un valore residuo di γ non nullo per i valori più elevati di X , ϑ . In generale, come del caso d, potranno anche aversi diverse leggi di variazione f, f’ tra upstream e downstream.

In Figura 3b si descrive il caso in cui la variazione passiva dell’angolo di pitch γ in funzione di X , ϑ che si vuole ottenere secondo una qualsiasi delle generiche forme a,b,c,d,e,f descritte in Figura 3a non è libera rispetto al flusso, ma è controllata e assume una unica posizione γ dato un valore di X , ϑ per ogni posizione relativa della pala rispetto al fluido (upstream o downstream) durante la rotazione.

In Figura 3c si descrive un caso ibrido tra i casi di Figura 3a e Figura 3b, in cui cioè per un certo tratto degli intervalli di X , ϑ scelti la pala si comporta come in una qualsiasi delle generiche forme a,b,c,d,e,f descritte in Figura 3a, mentre per un ulteriore tratto come in Figura 3b. La Figura 3c riporta per brevità e per utilità solo il caso in cui il comportamento tipo Figura 3b segue quello tipo Figura 3a, mentre può prevedersi anche il caso in cui tipo Figura 3a segue tipo Figura 3b.

L’utilità della configurazione rappresentata in Figura 3c che è oggetto della presente invenzione risiede nell’ottenimento di un freno fluidodinamico a funzionamento passivo per gli alti regimi della macchina: infatti dopo la regione dei bassi regimi di X , ϑ che corrispondono a basse velocità di rotazione dove il basculamento di γ è ampio, si passa ad una regione intermedia per maggiori velocità di rotazione e quindi di X , ϑ in cui la macchina è a regime e quindi il basculamento di γ è minimo e nullo, fino ad arrivare ad una regione in cui la velocità di rotazione è troppo elevata – parte destra della Figura 3c, per cui forzando l’angolo di pitch γ nuovamente a valori elevati con un profilo di tipo Figura 3b si otterrà un rallentamento benefico della macchina, sfruttando in questo caso in modo positivo la caratteristica che – nel caso di pitch senza controllo – risultava negativa come da descrizione della Figura 1.

Realizzazioni delle Figure 3 mediante componenti meccanici di elementi aventi gioco variabile o guide a sezione variabile in funzione di X o ϑ: 1) Turbina in fluido a bassa densita', come ad esempio aria

Nel fluido "vento", la turbina è configurata in modo che la pala abbia grado di libertà del basculamento γ variabile in funzione della propria distanza dall'asse di rotazione, ossia in funzione di X.

In figura 4a è mostrato un esempio in cui la generica pala (1) trasla lungo il braccio (2) che è posto in posizione di estremità o centrale o qualsiasi lungo lo sviluppo della pala.

Detta pala trasla lungo il braccio (2) con un gioco variabile che è costituito dalla distanza (3) tra ognuna delle due pareti opposte del braccio (2) e due coppie di carrelli (4), dove in particolare una prima coppia (41) è quella dal lato del lembo entrante della pala (1) e una seconda coppia (42) è quella dal lato del lembo uscente dalla pala (1). In ciascuna coppia di carrelli (41) (42), uno è montato in corrispondenza del foro (5) praticato sulla pala (1) per consentire il passaggio del braccio (2), mentre l’altro fa parte di un telaio (6) solidale ed interno alla pala (1). Tale telaio (6) costituisce il punto di afferraggio della pala (1), che sarà scelto convenientemente più piccolo rispetto al centro aerodinamico del profilo di pala (usualmente 1⁄4 della corda), in modo da creare un effetto di coppia data da: la risultante delle forze aerodinamiche per il braccio di leva, pari alla distanza tra centro aerodinamico e punto di afferraggio. In una prima parte (21) più vicina all'asse di rotazione (7) il braccio (2) ha una larghezza minore, consentendo quindi la variazione dell'angolo di basculamento γ della pala (1), mentre in una seconda parte (22) più esterna ha larghezza maggiore, impedendo qualunque variazione dell'angolo di basculamento γ. La pala (1) può aumentare la propria distanza X dall’asse (7) fino ad un valore massimo determinato da un elemento di stop (8). Pertanto, come mostrato dalla realizzazione di Figura 4a, al variare del gioco (3), è possibile controllare l'angolo di basculamento γ in funzione della distanza X dall'asse (7).

In Figura 4b e 4c è mostrato in particolare come varia l’angolo γ in posizione upstream (Figura 4c) e downstream (Figura 4b) ad una distanza X dall'asse (7) all’interno nella regione (21) del braccio; in Figura 4d è mostrato come l’angolo γ smette di variare dopo una certa distanza X dall'asse (7) in detta seconda parte (22) del braccio; in Figura 4e è mostrato come sia possibile realizzare un controllo passivo dell’angolo γ in funzione della distanza X del tipo ibrido descritto in Figura 3c: oltre alle parti (21) e (22) del braccio (2) a bordi curvi e discordi che realizzano un basculamento di γ libero con le coppie create dal fluido rispetto al punto di afferraggio della pala (1), si realizza infatti anche un'ulteriore parte (23) del braccio (2) a bordi curvi ma concordi dove la pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ ad una determinata distanza X, senza oscillare durante il giro.

Le curve delle figure 3 rappresentano quindi in modo generico le diverse forme che possono essere realizzate secondo la presente invenzione come nelle Figure 4 al fine di modificare γ in funzione della distanza X dall'asse (7).

In figura 5a è mostrato un ulteriore esempio di realizzazione di questa invenzione in cui la generica pala (1) trasla lungo il braccio (2) che è posto in posizione di estremità o centrale o qualsiasi lungo lo sviluppo della pala, seguendo un carrello (43) che scorre su detto braccio (2) sostanzialmente rettilineo ed a cui la pala (1) è indirettamente solidale mediante il telaio di afferraggio (6). Mediante il telaio (6) si definisce il punto di afferraggio della pala (1), che sarà scelto convenientemente più piccolo rispetto al centro aerodinamico del profilo di pala (usualmente 1⁄4 della corda), in modo da creare un effetto di coppia data da: la risultante delle forze aerodinamiche per il braccio di leva, pari alla distanza tra centro aerodinamico e punto di afferraggio. Allo stesso tempo, mediante il foro (5) sulla pala (1) quest’ultima può variare il proprio angolo γ in quanto un ulteriore carrello (44) solidale ed interno alla pala (1) può muoversi attraverso una guida a sezione variabile (9) realizzata nel braccio (2), dove detta guida (9) è sostanzialmente rettilinea nella direzione di sviluppo longitudinale del braccio (2) ed è ad ampiezza variabile. In una prima parte (91) più vicina all'asse di rotazione (7) ha una larghezza maggiore, consentendo quindi la variazione dell'angolo di basculamento γ della pala (1) come illustrato in Figura 5b e 5c, mentre in una seconda parte (92) più esterna ha larghezza minore, impedendo qualunque variazione dell'angolo di basculamento γ come illustrato in Figura 5d.

In Figura 5e è mostrato come sia possibile realizzare un controllo passivo dell’angolo γ in funzione della distanza X del tipo ibrido descritto in Figura 3c: oltre alle parti (91) e (92) della guida (9) a bordi curvi e discordi che realizzano un basculamento di γ libero con le coppie create dal fluido rispetto al punto di afferraggio della pala (1), si realizza infatti anche una terza parte (93) della guida (9) a bordi curvi ma concordi dove detta pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ ad una determinata distanza X dall'asse, senza oscillare durante il giro.

Le curve di Figure 3 rappresentano quindi in modo generico le diverse forme che possono essere realizzate secondo la presente invenzione come nelle Figure 5 al fine di modificare γ in funzione della distanza X dall'asse (7).

In alternativa a detti carrelli (41, 42, 43, 44) come schematizzati nelle figure, detta pala (1) può essere vincolata al relativo braccio (2) e scorrere rispetto ad esso mediante una pluralità di possibili mezzi meccanici, come ruote, guide lineari a ricircolo di sfere, eccetera, scorrevoli.

2. Turbina in fluido a densità elevata, come ad esempio acqua

Nel caso di densità del fluido elevata come ad es. in acqua, la turbina è configurata in modo che la pala abbia grado di libertà del basculamento γ variabile in funzione dell'angolo di rotazione ϑ.

La Figura 6 mostra una realizzazione della presente invenzione in cui il braccio (2) che è posto in posizione di estremità o centrale o qualsiasi lungo lo sviluppo della pala, ha un alloggiamento terminale (24) allungato nella direzione di ϑ e contenente una guida (9') a sezione variabile che risulta più larga in un primo tratto (91') più lontano dal bordo entrante della pala (1) e più stretta in un secondo tratto (92') più vicino al bordo entrante della pala (1). Mediante il perno allungato (6) uscente dalla pala (1) è possibile controllare l’oscillazione dell’angolo γ da un valore massimo in corrispondenza di detto primo tratto (91) a un valore 0 in corrispondenza di detto secondo tratto (92'). La pala (1) infine in questa configurazione è collegata al terminale di braccio (24) tramite un carrello (4) che lascia direttamente libero il grado di libertà ϑ , oltre a quello γ mediante un perno (6) passante attraverso detto carrello (4).

Mediante detto perno (6) si definisce il punto di afferraggio della pala (1), che sarà scelto convenientemente più piccolo rispetto al centro fluidodinamico del profilo di pala (usualmente 1⁄4 della corda), in modo da creare un effetto di coppia data da: la risultante delle forze fluidodinamiche per il braccio di leva, pari alla distanza tra centro aerodinamico e punto di afferraggio.

In Figura 6d è mostrato come sia possibile realizzare un controllo passivo dell’angolo γ in funzione della rotazione ϑ del tipo ibrido descritto in Figura 3c: oltre a detti primo e secondo tratto (91') e (92') della guida (9') a bordi curvi e discordi che realizzano un basculamento di γ libero con le coppie create dal fluido rispetto al punto di afferraggio della pala (1), si realizza infatti anche un ulteriore terzo tratto (93') della guida (9') a bordi curvi ma concordi dove detta pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ dato un certo valore di velocità di tip ϑ’, senza oscillare durante il giro.

In tal modo la realizzazione è particolarmente conformata in modo che la pala (1) possa variare angolo di basculamento γ in funzione della rotazione ϑ.

3. Turbina in un fluido a densità qualunque

In un fluido in genere, la turbina è preferibilmente configurata in modo che la pala abbia grado di libertà del basculamento γ variabile sia in funzione della distanza X dall'asse sia in funzione dell'angolo di rotazione ϑ.

La Figura 7 mostra una tale realizzazione in cui il carrello (4) di figura 6 si sdoppia in un elemento di scorrimento accoppiato in serie in cui restano individuati i carrelli (45) e (46) posti l’uno superiormente all’altro o viceversa: mentre il carrello (45) svolge la stessa funzione assegnata in Figura 6, il carrello (46) consente al terminale di braccio (24) di scorrere lungo il braccio (2) come era per gli elementi (43)-(6) di Figura 5.

Come risulta dalle Figure 4, 5, 6, 7, la variazione dei gradi di libertà X o ϑ indipendenti nella loro integrazione con il grado di libertà γ, è a sua volta controllata dinamicamente in modo passivo mediante mezzi di contrasto (mezzi elastici o molle, etc) (10) che si oppongono parzialmente al movimento dei gradi di libertà X o ϑ fino ad un valore massimo o ad uno stop (8). Realizzando l’accorgimento che il regime di lavoro di tali mezzi di contrasto (10) si mantenga nel campo elastico, tutte le occorrenze geometriche descritte corrispondono a situazioni dinamiche reversibili, e pertanto si verificano periodicamente e con continuità nel dominio del tempo in accelerazione così come in decelerazione della generica turbina in armonia con il flusso della corrente.

In merito al grado di libertà X, ossia la distanza dall'asse, detti mezzi di contrasto (10) contrastano la forza centrifuga, mentre, in merito al grado di libertà ϑ, ossia l'angolo di rotazione, detti mezzi di contrasto contrastano la forza fluidodinamica che tende a far avanzare la pala in senso circonferenziale e dunque a ruotare la turbina.

4. Turbina "cam-driven" (Figura 8)

Per alcuni utilizzi come ad esempio in un fluido relativamente leggero in presenza di velocità di rotazione elevate, si potrà convenientemente associare una configurazione della presente invenzione come descritta in Figura 6, con pala (1) che può variare angolo di basculamento γ in funzione della rotazione ϑ, ad un set di camme (11) e tiranti rigidi (12) in modo da poter contrastare la forza centrifuga agente sulla pala (1).

5. Turbina a pale accoppiate

In base al principio noto secondo cui tra due profili ravvicinati che sono investiti dal fluido si crea un effetto di accelerazione del flusso che comporta maggiori prestazioni (anche noto come effetto Venturi) sui profili, le realizzazioni descritte nel presente brevetto possono anche essere utilizzate per costituire insiemi di più di una pala ravvicinate, a formare sistemi in cui per ciascun gruppo almeno un elemento è configurato in geometria variabile passiva secondo la presente invenzione, come descritto ad esempio in due delle diverse possibili configurazioni attraverso le Figure 9a e 9b.

In questa soluzione, la turbina (A) comprende un'ulteriore pala ausiliaria (1') vincolata a detto albero (2) in posizione prossima a detta pala (1), e dove almeno una tra detta pala (1) e detta pala ausiliaria (1') è vincolata al relativo braccio (2) in modo da poter selettivamente variare l'angolo di basculamento γ, ossia l'angolo di inclinazione della pala (1) rispetto alla direzione principale di detto braccio (2), e dove ciascun braccio (2) è configurato in modo che detto angolo di basculamento γ di ciascuna pala (1) varia in funzione della distanza X della pala (1) stessa da detto albero (7) e/o in funzione dello spostamento tangenziale o angolo di rotazione ϑ della pala (1) rispetto al relativo braccio (2).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Turbina (A) del tipo a portanza, atta ad essere immessa in un fluido qualunque, caratterizzata dal fatto di comprendere un albero o asse di rotazione (7) atto ad essere comunque posizionato nello spazio e N pale o lame (1) definenti il raggio del rotore e costituenti la massa principale della sezione trasversale della turbina (A), mentre detto albero o asse (7) ha una forma sostanzialmente allungata con raggio trascurabile rispetto al raggio del rotore, ciascuna di dette pale (1) essendo indirettamente vincolate a detto albero o asse (7) mediante uno o più bracci radiali (2) che sono a loro volta solidali a detto asse (7), caratterizzata dal fatto che ognuna di dette pale (1) è vincolata al relativo braccio (2) in modo da poter selettivamente variare l'angolo di basculamento γ, ossia l'angolo di inclinazione della pala (1) rispetto alla direzione principale di detto braccio (2), e dove ciascun braccio (2) è configurato in modo che detto angolo di basculamento γ di ciascuna pala (1) varia in funzione della distanza X della pala (1) stessa da detto albero (7) e/o in funzione dello spostamento tangenziale o angolo di rotazione ϑ della pala (1) rispetto al relativo braccio (2).
2. Turbina (A) come da rivendicazione 1, per fluido a bassa densità come aria, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette pale (1) trasla radialmente lungo il relativo braccio (2) per effetto della forza centrifuga, e dove l'angolo di basculamento γ di detta pala (1) varia in funzione della distanza della pala (1) stessa da detto albero (7).
3. Turbina (A) per fluido a bassa densità come aria, come da rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta pala (1) ha un foro (5) passate (5) in cui è inserito detto braccio (2) e dove detta pala (1) trasla lungo il braccio (2) con un gioco determinato dalla distanza (3) tra i bordi del braccio (2) e i bordi di detto foro (5), e dove detto braccio (2) ha larghezza variabile e in particolare: - una prima parte (21) del braccio (2) più vicina all'asse di rotazione (7) il braccio (2) ha una larghezza minore, consentendo quindi la variazione dell'angolo di basculamento γ della pala (1), - una seconda parte (22) del braccio più esterna ha larghezza maggiore, impedendo qualunque variazione dell'angolo di basculamento γ.
4. Turbina (A), come da rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto braccio (2) comprende un'ulteriore parte (23) a bordi concordi e curvi avente larghezza tale che detta pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ ad una determinata distanza X, senza oscillare durante la rotazione.
5. Turbina (A) per fluido a bassa densità come aria, come da rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta pala (1) trasla lungo il braccio (2) scorrendo lungo una guida a sezione variabile (9) realizzata in detto braccio (2) nella direzione di sviluppo longitudinale del braccio (2) stesso e dove detta guida ha ampiezza variabile e in particolare: - una prima parte (91) della guida (9) più vicina all'asse di rotazione (7) ha una larghezza maggiore, consentendo quindi la variazione dell'angolo di basculamento γ della pala (1) - una seconda parte (92) della guida (9) più esterna ha larghezza minore, impedendo qualunque variazione dell'angolo di basculamento γ.
6. Turbina (A), come da rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta guida (9) comprende una ulteriore terza parte (93) a bordi curvi e concordi di larghezza tale che detta pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ ad una determinata distanza X dall'asse (7), senza oscillare durante la rotazione.
7. Turbina (A), come da una delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzata dal fatto che detta pala (1) è vincolata al relativo braccio (2) e scorre rispetto ad esso mediante una pluralità di mezzi meccanici, come ruote, guide lineari a ricircolo di sfere, carrelli, eccetera.
8. Turbina (A) come da rivendicazione 1, per acqua o per fluido a densità simile all'acqua, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette pale (1) trasla in direzione tangenziale rispetto alla circonferenza descritta dalla rotazione del relativo braccio (2) per effetto della forza fluidodinamica, e dove l'angolo di basculamento γ di detta pala (1) varia in funzione di detto spostamento tangenziale ossia di detto angolo di rotazione ϑ della pala (1) stessa.
9. Turbina (A) come da rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto braccio (2) ha un alloggiamento terminale (24) allungato nella direzione di ϑ e comprendente una guida (9') all'interno della quale scorre detta pala (1), e dove detta guida (9') ha sezione variabile e in particolare: - un primo tratto (91') più lontano dal bordo entrante della pala (1) ha larghezza maggiore, consentendo quindi la variazione dell'angolo di basculamento γ della pala (1); - un secondo tratto (92') più vicino al bordo entrante della pala (1) ha larghezza minore, impedendo qualunque variazione dell'angolo di basculamento γ.
10. Turbina (A) come da rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detta guida (9') comprende un ulteriore terzo tratto (93') della guida (9') a bordi curvi e concordi di larghezza tale che detta pala (1) assume una unica posizione fissa con un determinato angolo γ dato un certo valore di velocità di tip ϑ’, senza oscillare durante la rotazione.
11. Turbina (A) come da una delle rivendicazioni da 2 a 10, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette pale (1) è vincolata al corrispondente braccio (2) attraverso almeno un mezzo di contrasto (10) atto a contrastare detta traslazione radiale della pala (1) in direzione di allontanamento dall'asse (7) e/o detto spostamento tangenziale della pala (1) rispetto alla circonferenza descritta dalla rotazione del relativo braccio (2).
12. Turbina (A), come da rivendicazioni precedenti, per fluido a densità qualunque, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette pale (1) trasla: - radialmente lungo il relativo braccio (2) per effetto della forza centrifuga, e dove l'angolo di basculamento γ di detta pala (1) varia in funzione della distanza della pala (1) stessa da detto albero (4), e anche - tangenzialmente rispetto alla circonferenza descritta dalla rotazione del relativo braccio (2) per effetto della forza fluidodinamica, e dove l'angolo di basculamento γ di detta pala (1) varia in funzione di detto spostamento tangenziale ossia di detto angolo di rotazione ϑ della pala (1) stessa
13. Turbina (A), come da rivendicazioni precedenti, per fluido a densità qualunque, caratterizzata dal fatto di comprendere un set di camme (11) e tiranti rigidi (12) collegate a detta pala (1) e atti a contrastare la forza centrifuga agente sulla pala (1).
14. Turbina (A), come da rivendicazioni precedenti, per fluido a densità qualunque, caratterizzata dal fatto di comprendere un'ulteriore pala ausiliaria (1') vincolata a detto albero (2) in posizione prossima a detta pala (1), e dove almeno una tra detta pala (1) e detta pala ausiliaria (1') è vincolata al relativo braccio (2) in modo da poter selettivamente variare l'angolo di basculamento γ, ossia l'angolo di inclinazione della pala (1) rispetto alla direzione principale di detto braccio (2), e dove ciascun braccio (2) è configurato in modo che detto angolo di basculamento γ di ciascuna pala (1) varia in funzione della distanza X della pala (1) stessa da detto albero (7) e/o in funzione dello spostamento tangenziale o angolo di rotazione ϑ della pala (1) rispetto al relativo braccio (2).