IT202100016355A1

IT202100016355A1 - Girante per turbine eoliche

Info

Publication number: IT202100016355A1
Application number: IT102021000016355A
Authority: IT
Inventors: Marco Antonini; Francesca Sandrini
Original assignee: Zero3 S R L
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-12-22
Also published as: WO2022269453A1; CN117501006A; EP4359665A1

Description

"Girante per turbine eoliche"

DESCRIZIONE

La presente invenzione ? relativa a una girante per turbine eoliche. L?invenzione trova utile impiego nei generatori utilizzati per la produzione di energia eolica.

Sono noti nello stato della tecnica dispositivi per la produzione di energia eolica, tra cui le turbine eoliche ad asse orizzontale. Questi dispositivi comprendono un rotore che comprende delle pale, ad esempio tre. Il rotore ? collegato a una navicella, la quale ? posta in cima a una torre. La navicella ? in grado di ruotare rispetto alla torre, in modo da allinearsi alla direzione del vento. L?albero del rotore ? posto all?interno della navicella, ed ? predisposto per trasmettere il moto rotatorio delle pale a un moltiplicatore di giri. Il moltiplicatore di giri trasferisce il movimento ad un ulteriore albero, detto albero veloce, che aziona un generatore elettrico.

RIASSUNTO DELL?INVENZIONE

Svantaggiosamente, la produzione energetica secondo la tecnica nota dipende da due fattori: la velocit? del vento e l?area effettiva del disco formata dalle pale durante la rotazione. Per ottimizzare la resa del dispositivo, ? necessaria una velocit? considerevole del vento, non presente al livello del suolo: le pale, quindi, devono essere installate ad altezze considerevoli. Inoltre, ? necessario utilizzare pale di dimensioni elevate per massimizzare l?area effettiva del disco. A causa di queste condizioni operative, il trasporto e l?installazione del dispositivo risultano complicati.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre una girante per turbine eoliche che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, ? scopo della presente invenzione mettere a disposizione una girante per turbine eoliche la cui potenza prodotta risulta massimizzata anche quando la velocit? del vento non ? ottimale.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione una girante per turbine eoliche che, a parit? di potenza prodotta, necessiti di pale di dimensioni ridotte.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da una girante per turbine eoliche comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.

In particolare, una girante per turbine eoliche secondo la presente invenzione comprende un anello posteriore che presenta un asse centrale.

Un anello anteriore presenta una superficie perimetrale interna ed ? disposto coassialmente rispetto all?anello posteriore ed ? scorrevolmente associato all?anello posteriore. L?anello anteriore ? mobile lungo l?asse centrale; esso varia tra una configurazione ravvicinata e una configurazione distanziata, rispetto all?anello posteriore.

Una pluralit? di pale sono collegate all?anello anteriore e definiscono un?elica a passo variabile. Le pale sono orientabili fra un passo minimo, quando l?anello anteriore ? nella configurazione ravvicinata, e un passo massimo, quando l?anello anteriore ? nella configurazione distanziata.

Tale girante per turbine eoliche risolve il problema tecnico in quanto la girante ? in grado di ottimizzare la propria configurazione a seconda della velocit? del vento. Infatti, l?anello anteriore, traslando lungo l?asse centrale, cambia il passo delle pale. In questo modo, l?angolo di incidenza del flusso d?aria viene regolato, consentendo una produzione di energia massimizzata anche a velocit? ridotte del vento. Vantaggiosamente, la girante non necessita di pale di grandi dimensioni: potendo ottimizzare il flusso dell?aria in ingresso, le giranti possono essere costruite con dimensioni minori a parit? di potenza prodotta.

ELENCO DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di una girante per turbine eoliche, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la Figura 1 ? una vista prospettica in esploso di una girante secondo la presente invenzione;

- la Figura 2 ? un?ulteriore vista prospettica in esploso della girante di Figura 1 secondo una diversa angolazione;

- la Figura 3 ? una vista prospettica posteriore della girante di Figure 1 e 2; - la Figura 4 ? una vista laterale in sezione della girante di Figure 1 e 2; - la Figura 5 ? una vista prospettica frontale di un primo particolare della girante di Figure 1 e 2;

- la Figura 6 ? una vista prospettica posteriore del particolare di Figura 5; - la Figura 7 ? una vista prospettica di un secondo particolare della girante di Figure 1 e 2;

- la Figura 8 ? una vista frontale ingrandita di un terzo particolare della girante di Figure 1 e 2;

- la Figura 9 ? una vista laterale schematica di una turbina secondo la presenta invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure allegate, con 1 ? indicata una girante per turbine eoliche secondo la presente invenzione.

Come mostrato in Figura 3, la girante 1 comprende un anello anteriore 3, da cui entra il flusso d?aria, e un anello posteriore 2, da cui il flusso d?aria defluisce verso l?esterno. La girante 1 presenta inoltre un asse centrale X.

Come mostrato in Figura 5, l?anello anteriore 3 presenta una porzione convergente 30, con una forma a tronco di cono, per convogliare il flusso d?aria verso l?interno della girante 1. In particolare, la porzione convergente 30 presenta una sezione di ingresso 31 definita in corrispondenza del bordo frontale dell?anello anteriore 3. La porzione convergente 30 presenta una sezione intermedia 33, posizionata all?interno dell?anello anteriore 3 e avente area minore rispetto alla sezione di ingresso 31. Una porzione cilindrica 38 ? collegata alla porzione convergente 30. La porzione cilindrica 38 ha lo stesso diametro della sezione minore 33 della porzione convergente 30 e si sviluppa lungo l?asse centrale X.

Come mostrato in Figura 1, l?anello anteriore 3 comprende una porzione frontale 39 e una parete posteriore 50. La porzione frontale 39 ha una forma cilindrica e presenta sostanzialmente lo stesso diametro della sezione maggiore 31 della porzione convergente 30. La parete posteriore 50 comprende una superficie perimetrale interna 4 e una superficie perimetrale esterna 35. La superficie perimetrale esterna 35 ha una forma cilindrica e presenta sostanzialmente lo stesso diametro della porzione cilindrica 38. La superficie perimetrale interna 4 ? opposta rispetto alla superficie perimetrale esterna 35. Inoltre, la superficie perimetrale interna 4 comprende una pluralit? di superfici piane 25, alternate con delle superfici intermedie 34 che possono avere una diversa geometria, ad esempio porzioni di superfici laterali di cilindri. Come mostrato in Figura 6, generalmente la parete posteriore 50 presenta una dimensione L nella direzione dell?asse centrale X, che risulta maggiore rispetto a una dimensione D nella direzione dell?asse centrale X della porzione frontale 39.

Giova rilevare che la girante 1 comprende un albero 7, mostrato in Figura 4, che si sviluppa lungo l?asse centrale X. L?albero 7 comprende una porzione posteriore 8, collegata all?anello posteriore 2, e una porzione anteriore 9, collegata all?anello anteriore 3. Maggiori dettagli circa l?albero 7 saranno forniti in una parte successiva della presente descrizione.

L?anello anteriore 3 comprende una pluralit? di elementi radiali anteriori 21, mostrati in Figura 5. Ciascun elemento radiale anteriore 21 comprende una prima estremit? 40 fissata alla porzione anteriore 9 dell?albero 7 e una seconda estremit? 41, collegata alla porzione cilindrica 38 della superficie perimetrale interna 4. Inoltre, ciascun elemento radiale 21 comprende un bordo posteriore 42, mostrato in Figura 6, identificato come il bordo rivolto verso l?anello posteriore 2.

Facendo ora riferimento all?anello posteriore 2, mostrato in Figura 7, ha una forma cilindrica e comprende una superficie interna 45. Inoltre, l?anello posteriore 2 si sviluppa lungo l?asse centrale X, passante per il centro dell?anello posteriore 2. L?anello anteriore 3 ? disposto coassialmente rispetto all?anello posteriore 2. L?anello posteriore 2 ha un diametro maggiore della parete posteriore 50 e un diametro minore della porzione frontale 39 dell?anello anteriore 3.

L?anello posteriore 2 comprende una pluralit? di elementi radiali posteriori 23. Ciascun elemento radiale posteriore 23 comprende una prima estremit? 43 fissata alla porzione posteriore 8 dell?albero 7 e una seconda estremit? 44 collegata alla superficie interna 45 dell?anello posteriore 2. Inoltre, ciascun elemento radiale 23 comprende una fessura 24, mostrata in dettaglio in Figura 8. La distanza tra due elementi radiali consecutivi ? maggiore della larghezza della fessura 24.

Come mostrato in Figura 1, la girante 1 comprende una pluralit? di pale 5, preferibilmente otto, collegate all?anello anteriore 3. Il numero degli elementi radiali anteriori 21 e posteriori 23 corrisponde al numero delle pale 5. Le pale 5 definiscono un?elica 6 a passo variabile. Ciascuna pala 5 presenta un bordo esterno 26, un bordo interno 20 e un bordo anteriore 22, mostrati in Figura 1. Il bordo esterno 26 risulta a contatto con una rispettiva superficie piana 25 della superficie perimetrale interna 4. Il bordo interno 20 ? a contatto con l?albero 7 della girante. Il bordo anteriore 22 ? identificato come il bordo di ciascuna pala 5 pi? vicino all?entrata del flusso d?aria incidente. I bordi anteriori 22 di ciascuna pala 5 risultano incernierati con un rispettivo bordo posteriore 42 degli elementi radiali anteriori 21.

Con maggior dettaglio, ciascuna pala presenta un corpo principale 47 e una porzione di coda 46. La porzione di coda 46 forma un angolo con il corpo principale 47. Ciascuna porzione di coda 46 ? inserita all?interno di una rispettiva fessura 24 degli elementi radiali posteriori 23. Inoltre, come mostrato in Figura 1, la porzione di coda 46 presenta un bordo intermedio 37, individuato tra la porzione di coda 46 e il corpo principale 47 della pala 5, e un bordo posteriore 32, opposto rispetto al bordo anteriore 22.

Giova rilevare che le porzioni anteriore 9 e posteriore 8 dell?albero 7 presentano, rispettivamente, una cavit? anteriore 10 e posteriore 15, mostrate rispettivamente in Figura 1 e in Figura 7. La cavit? anteriore 10 e la cavit? posteriore 15 si sviluppano lungo l?asse centrale X. All?interno della cavit? anteriore 10 risulta inserita, almeno parzialmente, la porzione posteriore 8 dell?albero 7.

Si noti che la porzione anteriore 9 dell?albero 7 presenta una superficie interna 12, mostrata in Figura 6, sulla quale ? compresa almeno una guida a spirale 11. La porzione posteriore 8 comprende una superficie esterna 14, mostrata in Figura 7, sulla quale ? presente almeno un cursore 13, associato alla guida a spirale 11 della porzione anteriore 9. La porzione anteriore 9, mostrata in Figura 5, presenta una superficie esterna 18, sulla quale sono presenti una pluralit? di superfici piane 19. Le superfici piane 19 della porzione anteriore 9 sono alternate a superfici laterali 36 che possono presentare una diversa geometria, ad esempio porzioni di superfici laterali di cilindri. Inoltre, ciascuna superficie piana 19 della porzione anteriore 9 ? a contatto con un rispettivo bordo interno 20, mostrato in Figura 1, di una pala 5.

Giova rilevare che l?anello anteriore 3 ? scorrevolmente associato all?anello posteriore 2 e commuta rispetto all?anello posteriore 2 lungo l?asse centrale X tra una configurazione ravvicinata e una configurazione distanziata. Indicativamente, la corsa massima dell?anello anteriore 3 rispetto all?anello posteriore 2 ? nell?ordine dei dieci centimetri, lungo l?asse centrale X. Quando l?anello anteriore 3 cambia reversibilmente configurazione, l?anello posteriore 2 si inserisce tra la parete posteriore 50 e la porzione frontale 39. Inoltre, variando la configurazione dell?anello anteriore 3, ? possibile variare l?orientamento delle pale 5 fra un passo minimo, quando l?anello anteriore 3 ? nella configurazione ravvicinata, e un passo massimo, quando l?anello anteriore 3 ? nella configurazione distanziata.

Quando l?anello anteriore 3 cambia la sua configurazione, le pale 5 vengono riorientate. La cerniera tra ciascun bordo anteriore 22 delle pale 5 e un rispettivo bordo posteriore 42 degli elementi radiali anteriori 21 permette al corpo principale 47 delle pale 5 di inclinarsi, cambiando il passo dell?elica 6, ottimizzando il flusso dell?aria. Quando le pale 5 vengono riorientate, il bordo esterno 26 e il bordo interno 20 scorrono rispettivamente sulla rispettiva superficie piana 25 della superficie perimetrale interna 4 e sulla superficie piana 19 della porzione anteriore 9. I bordi 26 e 20 scorrono nella stessa direzione e mantengono il contatto con le rispettive superfici piane 25 e 19. Inoltre, ciascuna porzione di coda 46 della pala 5 pu? scorrere nella rispettiva fessura 24 in una porzione compresa tra il bordo intermedio 37 e il bordo posteriore 32.

Giova rilevare che la porzione anteriore 9 dell?albero 7 ? configurata per rototraslare rispetto alla porzione posteriore 8, commutando reversibilmente l?anello anteriore 3 fra la configurazione ravvicinata e la configurazione distanziata. Vantaggiosamente, associando il cursore 13 della porzione posteriore 8 con la rispettiva guida a spirale 11 della porzione anteriore 9, ? consentita una rototraslazione controllata della porzione posteriore 8, e conseguentemente dell?anello anteriore 3. Inoltre, ciascun bordo interno 20 ? scorrevole lungo la superficie piana 19 della porzione anteriore 9 durante la commutazione dell?anello anteriore 3 fra la configurazione ravvicinata e la configurazione distanziata.

Si noti che la girante 1 comprende un attuatore 16, mostrato in Figura 1 e in Figura 4, inserito all?interno delle cavit? anteriore 10 e posteriore 15. L?attuatore 16 comprende un?estremit? fissa 17 inserita nella cavit? posteriore 15 della porzione posteriore 8 e un?estremit? mobile 18 inserita nella cavit? anteriore 10 della porzione anteriore 9. In uso, l?attuatore 16 viene azionato e commuta tra una configurazione contratta, per commutare l?anello anteriore 3 in una configurazione ravvicinata, ed una configurazione estesa, per commutare l?anello anteriore 3 in una configurazione distanziata.

Si noti che la girante 1 precedentemente descritta ? collegabile a una turbina eolica 27, mostrata in Figura 9, che comprende un telaio 28, dei mezzi di trasmissione 29 e un alternatore 49. In particolare, i mezzi di trasmissione 29 possono includere un albero rotore 48. L?anello posteriore 2 risulta fisso lungo l?asse centrale X e collegato ai mezzi di trasmissione 29.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Girante (1) per turbine eoliche comprendente:

- un anello posteriore (2) presentante un asse centrale (X);

- un anello anteriore (3) presentante una superficie perimetrale interna (4); l?anello anteriore (3) essendo disposto coassialmente rispetto all?anello posteriore (2); l?anello anteriore (3) essendo scorrevolmente associato all?anello posteriore (2) e mobile lungo l?asse centrale (X) tra una configurazione ravvicinata e una configurazione distanziata rispetto all?anello posteriore (2);

- una pluralit? di pale (5) collegate all?anello anteriore (3) e definenti un?elica (6) a passo variabile, le pale (5) essendo orientabili fra un passo minimo quando l?anello anteriore (3) ? nella configurazione ravvicinata e un passo massimo quando l?anello anteriore (3) ? nella configurazione distanziata.

2. Girante secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere un albero (7) sviluppantesi lungo l?asse centrale (X); l?albero (7) comprendendo una porzione posteriore (8) collegata all?anello posteriore (2) e una porzione anteriore (9) collegata all?anello anteriore (3); la porzione anteriore (9) dell?albero (7) essendo configurata per effettuare un movimento di rototraslazione rispetto alla porzione posteriore (8) per commutare l?anello anteriore (3) fra la configurazione ravvicinata e la configurazione distanziata.

3. Girante secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che la porzione anteriore (9) dell?albero (7) presenta una cavit? anteriore (10) sviluppantesi lungo l?asse centrale (X); la porzione posteriore (8) dell?albero (7) essendo almeno parzialmente inserita nella cavit? anteriore (10).

4. Girante secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la porzione anteriore (9) comprende almeno una guida a spirale (11) disposta su una superficie interna (12); la porzione posteriore (8) comprendendo almeno un cursore (13) associato alla guida a spirale (11) e disposto su una superficie esterna (14).

5. Girante secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che la porzione posteriore (8) dell?albero (7) presenta una cavit? posteriore (15) sviluppantesi lungo l?asse centrale (X); la girante (1) comprende un attuatore (16) inserito all?interno delle cavit? (10, 15); l?attuatore (16) comprendendo un?estremit? fissa (17) collegata all?anello posteriore (2) e un?estremit? mobile (18) collegata all?anello anteriore (3); l?attuatore (16) essendo azionabile per commutare reversibilmente gli anelli (2, 3) fra le configurazioni ravvicinata e distanziata.

6. Girante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 5, caratterizzata del fatto che la porzione anteriore (9) presenta una superficie esterna (18); la superficie esterna (18) della porzione anteriore (9) presentando una pluralit? di superfici piane (19); ciascuna pala (5) presentando un bordo interno (20) posto a contatto con una rispettiva superficie piana (19) della porzione anteriore (9).

7. Girante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 6, caratterizzata dal fatto che l?anello anteriore (3) comprende una pluralit? di elementi radiali anteriori (21) collegati alla porzione anteriore (9); ciascuna pala (5) presentando un bordo anteriore (22) incernierato ad un rispettivo elemento radiale anteriore (21).

8. Girante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 2 alla 7, caratterizzata dal fatto che l?anello posteriore (2) comprende una pluralit? di elementi radiali posteriori (23); ciascun elemento radiale posteriore (23) presentando una rispettiva fessura (24); ciascuna pala (5) essendo scorrevolmente inserita in una rispettiva fessura (24).

9. Girante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la superficie perimetrale interna (4) dell?anello anteriore (3) presenta una pluralit? di superfici piane (25); ciascuna pala (5) presentando un bordo esterno (26) posto a contatto con una rispettiva superficie piana (25) della superficie perimetrale interna (4).

10. Turbina eolica (27) comprendente un telaio (28), dei mezzi di trasmissione (29) e una girante (1) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente; l?anello posteriore (2) della girante (1) essendo collegato ai mezzi di trasmissione (29) ed essendo fisso lungo l?asse centrale (X).