IT202100012437A1

IT202100012437A1 - Turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale.

Info

Publication number: IT202100012437A1
Application number: IT102021000012437A
Authority: IT
Inventors: Francesco Martinelli
Original assignee: Francesco Martinelli
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2022-11-14

Description

?Turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale?.

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto una turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale.

Nel settore dell'energia rinnovabile ? nono l'impiego di particolari turbine, dette eoliche, in grado di convertire l'energia posseduta dal vento in energia meccanica e quindi elettrica.

Pi? specificatamente, nell'ultimo secolo sono state messe a punto una moltitudine di diverse tipologie di turbine eoliche che presentano caratteristiche concettuali e quindi funzionali differenti tra loro.

Principalmente, le turbine eoliche di tipo noto si suddividono in due macro categorie distinte in funzione dell'orientamento dell'asse di rotazione del rotore.

Nelle prime, dette ad asse orizzontale, il rotore ? orientato, attivamente o passivamente, orizzontalmente e parallelamente alla direzione di provenienza del vento.

Nelle seconde, dette ad asse verticale, il rotore ? orientato verticalmente e indipendentemente dalla direzione di provenienza del vento.

Le turbine eoliche ad asse orizzontale sono costituite tipicamente da una torre in acciaio di altezze tra i 60 e i 100 metri sulla cui sommit? si trova un involucro (gondola) che contiene un generatore elettrico azionato da un rotore a pale lunghe tra i 20 e i 60 metri.

Questo genera una potenza molto variabile, che pu? andare da pochi kW fino a 5-6 MW, in funzione della ventosit? del luogo e del tempo.

Tali turbine eoliche ad asse orizzontale di tipo noto non sono scevre da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che il gradiente di velocit? tangenziale che si sviluppa lungo la singola pala, a parit? di condizioni del vento, porta ad un gradiente di pressione e quindi a vibrazione che limitano la velocit? di rotazione massima ammissibile.

Infatti, le turbine eoliche ad asse orizzontale di tipo tradizionale sono dotate di dispositivi frenanti che entrano in funzione in particolari condizioni di vento forte per ragioni di sicurezza.

Ulteriormente, l'orizzontalit? dell'asse di rotazione ? il limite principale alla realizzazione di macchine molto pi? grandi di quelle attualmente prodotte: i requisiti statici e dinamici che bisogna rispettare non consentono di ipotizzare rotori con diametri molto superiori a 100 metri e altezze di torre maggiori di 180 metri; richiedendo fondazioni sempre pi? consistenti, complesse e costose e strategie sofisticate di protezione in caso di improvvise raffiche di vento troppo forti.

Per ovviare almeno un parte a questi inconvenienti, sono state realizzare le turbine eoliche ad asse verticale.

Tra le turbine eoliche ad asse verticale pi? diffuse, sono note turbine il cui rotore ? costituito da cestello ad asse verticale sulla cui circonferenza sono una pluralit? di pale eoliche orientate parallelamente all'asse verticale del rotore.

Questa tipologia di turbine ? quindi contraddistinta da una ridotta quantit? di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento e la possibilit? di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi orientare di continuo.

Difatti, sono macchine molto versatili, adatte sia all'uso domestico che alla produzione centralizzata di energia elettrica nell'ordine del megaWatt (una sola turbina soddisfa il fabbisogno elettrico mediamente di circa 1000 case).

Un altro vantaggio consiste nel minor ingombro rispetto a turbine ad asse orizzontale e, a parit? di dimensioni del terreno occupato, un parco eolico con turbine ad asse verticale pu? avere una potenza di uscita dieci volte superiore a quella di uno parco eolico con turbine ad asse orizzontale.

Tuttavia, ? bene considerare che anche queste turbine eoliche ad asse verticale non sono scevre da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che, per la loro conformazione geometrica, le pale operato sostanzialmente solo per met? della rotazione in senso attivo, ossia in maniera coerente rispetto la direzione del vento, e per l'altra met? della rotazione in senso passivo, ossia controcorrente rispetto la direzione del vento, il ch? crea inevitabilmente un effetto frenante.

Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale, in grado di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una turbina eolica i cui organi mobili siano sostanzialmente esenti da gradienti di velocit?.

Un altro scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una turbina eolica i cui organi mobili non creino effetti frenanti.

Un ulteriore scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una turbina eolica che sia in grado di dare le pi? ampie garanzie di affidabilit? e sicurezza nell'uso.

Non ultimo scopo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una turbina eolica che possa essere realizzata con tecnologie di per s? note e che quindi abbia costi di realizzazione contenuti.

Il compito sopra esposto, nonch? gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da una turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale, caratterizzata dal fatto di comprendere una struttura portante dalla conformazione sostanzialmente allungata secondo una direzione preferita e girevolmente supportante, in corrispondenza della sue estremit?, almeno due pignoni ad assi paralleli sui quali ? avvolta una catena portante una pluralit? di carrelli; detti carrelli essendo muniti ciascuno di una pala eolica sviluppantesi in maniera radialmente uscente e normale rispetto a detta catena; essendo inoltre compresi mezzi cinematici di conversione dell'energia meccanica in energia elettrica operativamente collegati ad almeno uno di detti pignoni per la generazione di corrente elettrica a seguito della movimentazione di dette pale eoliche secondo una direzione sostanzialmente parallela a detta catena.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di una turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui:

la figura 1 ? una vista prospettica della turbina eolica secondo il presente trovato;

la figura 2 ? un dettaglio in scala ingrandita della turbina eolica rappresentata in figura 1;

la figura 3 ? una vista in alzato laterale della turbina eolica rappresentata nelle figure precedente;

la figura 4 ? un dettaglio in scala ingrandita della turbina eolica rappresentata in figura 3;

la figura 5 ? una vista in pianta dall'alto della turbina eolica rappresentata nelle figure precedente;

la figura 6 ? un dettaglio in scala ingrandita della turbina eolica rappresentata in figura 5.

Con particolare riferimento alle figure citate, la turbina eolica, particolarmente ad asse orizzontale, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una struttura portante 2 dalla conformazione sostanzialmente allungata secondo una direzione preferita e girevolmente supportante, in corrispondenza della sue estremit?, almeno due pignoni 3 e 4 ad assi paralleli 5 sui quali ? avvolta una catena 6 portante una pluralit? di carrelli 7.

Nella forma di realizzazione proposta, sono previste due coppie di pignoni 3 e 4 contrapposte rispetto alla struttura portante 2 e sui quali sono avvolte due rispettive catene 6.

Pi? dettagliatamente, i pignoni 3 e 4 sono a due a due coassiali tra loro e dimensionalmente congruenti in maniera tale che le catene 6 siano parallele tra loro.

Ciascun carrello 7, che ? associato ad entrambe le catene 6, ? munito di una pala eolica 8 sviluppantesi in maniera radialmente uscente e normale rispetto alle catene 6.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di regolazione 9 dell'orientamento delle pale eoliche 8 attorno al proprio asse longitudinale 10 in maniera tale da massimizzare la spinta trasversale parallela alle catene 6 a seguito dell'investimento delle pale eoliche 8 da parte di una vena fluida, ovvero da parte del vento, agente secondo una direzione principale sostanzialmente parallela a detti assi paralleli 5 dei pignoni 3 e 4.

Inoltre, al fine di mantenere l'assetto delle pale eoliche 8, per ciascuna di queste, pu? essere previsto un puntone di rinforzo 11 associato in corrispondenza delle sue estremit?, rispettivamente, alla pala eolica 8 in corrispondenza di un suo punto centrale mediante un primo giunto sferico 12 e al carrello 7 della pala eolica 8 mediante un secondo giunto sferico 13.

Opportunamente, sono inoltre compresi mezzi cinematici di conversione dell'energia meccanica in energia elettrica operativamente collegati ad almeno uno dei pignoni 3 e 4 per la generazione di corrente elettrica a seguito della movimentazione delle pale eoliche 8 secondo una direzione sostanzialmente parallela alle catene 6.

Il funzionamento della turbina eolica 1 ? chiaro ed evidente da quanto appena descritto.

In particolar modo, ? bene evidenziare come le pale eoliche 8 della turbina eolica 1 siano mobili in maniera lineare e tutte coerentemente alla direzione del vento.

Si ? in pratica constatato come la turbina eolica, particolarmente del tipo ad asse orizzontale, secondo il trovato, assolva il compito nonch? gli scopi prefissati in quanto consente di superare tutti gli inconvenienti della tecnica nota precedentemente descritti.

Infatti, ogni pala ha una velocit? costante lungo tutto il suo sviluppo longitudinale e nessuna di questa opera in controcorrente.

La turbina eolica, particolarmente del tipo ad asse orizzontale, ? suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito delle allegate rivendicazioni.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purch? compatibili con l'uso specifico, nonch? le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Turbina eolica (1), particolarmente ad asse orizzontale, caratterizzata dal fatto di comprendere una struttura portante (2) dalla conformazione sostanzialmente allungata secondo una direzione preferita e girevolmente supportante, in corrispondenza della sue estremit?, almeno due pignoni (3, 4) ad assi paralleli (5) sui quali ? avvolta una catena (6) portante una pluralit? di carrelli (7); detti carrelli (7) essendo muniti ciascuno di una pala eolica (8) sviluppantesi in maniera radialmente uscente e normale rispetto a detta catena (6); essendo inoltre compresi mezzi cinematici di conversione dell'energia meccanica in energia elettrica operativamente collegati ad almeno uno di detti pignoni (3, 4) per la generazione di corrente elettrica a seguito della movimentazione di dette pale eoliche (8) secondo una direzione sostanzialmente parallela a detta catena (6).

2. Turbina eolica (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di regolazione (9) dell'orientamento di dette pale eoliche (8) attorno al proprio asse longitudinale (10) in maniera tale da massimizzare la spinta trasversale parallela a detta catena (6) a seguito dell'investimento di dette pale eoliche (8) da parte di una vena fluida agente secondo una direzione principale sostanzialmente parallela a detti assi paralleli (5) di detti pignoni (3, 4).

3. Turbina eolica (1) secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto di comprendere, per ciascuna di dette pale eoliche (8), un puntone di rinforzo (11) associato in corrispondenza delle sue estremit?, rispettivamente, a detta pala eolica (8) in corrispondenza di un suo punto centrale mediante un primo giunto sferico (12) e al carrello (7) della consecutiva di dette pale eoliche (8) mediante un secondo giunto sferico (13).

4. Turbina eolica (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere due coppie di detti pignoni (3, 4) contrapposte rispetto a detta struttura portante (2) e sui quali sono avvolte due rispettive catene (6); detti pignoni (3, 4) essendo a due a due coassiali tra loro e dimensionalmente congruenti in maniera tale che dette catene (6) siano parallele tra loro; ciascuno di detti carrelli (7) essendo associato ad entrambe dette catene (6).