IT202100019625A1 - Turbina eolica ad asse verticale - Google Patents

Description

TURBINA EOLICA AD ASSE VERTICALE

DESCRIZIONE

Campo tecnico dell?invenzione

La presente invenzione riguarda, in generale, il campo tecnico delle turbine eoliche. Pi? in particolare, la presente invenzione riguarda una turbina eolica ad asse verticale dotata di un sistema di variazione della geometria delle pale, in modo da accrescere l?efficienza di conversione dell?energia cinetica del vento in energia meccanica da trasformare successivamente in energia elettrica ad opera di un generatore.

Stato della tecnica anteriore all?invenzione

Una turbina eolica ? una macchina elettro-meccanica costruita per sfruttare/trasformare l'energia cinetica del vento, o energia eolica, in energia elettrica attraverso l'utilizzo di un rotore comprendente due o pi? pale.

La produzione di energia elettrica da una turbina eolica passa attraverso una prima fase, in cui si ha la conversione dell?energia cinetica della massa d?aria in energia meccanica delle pale, ed una seconda fase, in cui l?energia meccanica delle pale viene convertita in energia elettrica da un generatore.

Le turbine eoliche vengono solitamente suddivise in turbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) e turbine eoliche ad asse verticale (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines), con riferimento all'asse di rotazione delle pale, il quale pu? essere parallelo o perpendicolare al suolo.

Le turbine eoliche ad asse orizzontale sono state le prime ad essere sfruttate nella storia (venivano utilizzate ad esempio per azionare mulini a vento o sistemi di pompaggio dell?acqua) e sono tuttora le pi? diffuse.

Esse comprendono, tipicamente, una torre di sostegno, un rotore, il quale ? formato da una pluralit? di pale (solitamente tre pale), da un mozzo e da un albero, ed una navicella, al cui interno sono contenuti un generatore, un moltiplicatore di giri ed uno o pi? dispositivi di controllo.

Le turbine eoliche ad asse orizzontale possono essere sia sopravento, nel qual caso il vento incontra prima il rotore rispetto alla torre, sia sottovento. Nel primo caso, si ha efficienza maggiore in quanto non vi ? interferenza aerodinamica con la torre ma, per contro, le turbine presentano lo svantaggio di non essere auto-allineanti rispetto alla direzione del vento, necessitando quindi di una pinna direzionale o di un sistema d?imbardata. Le turbine sottovento, invece, risentono degli effetti negativi dell?interazione torre-rotore, ma sono intrinsecamente auto-allineanti ed hanno la possibilit? di utilizzare un rotore flessibile per resistere ai venti forti.

Le turbine eoliche ad asse orizzontale presentano elevata efficienza di conversione dell?energia eolica in energia elettrica. Inoltre, lavorano con una coppia molto bassa e questo contribuisce notevolmente a migliorare l?affidabilit? complessiva degli organi in movimento.

Le turbine eoliche ad asse verticale, pur essendo meno note delle precedenti (costituiscono infatti l?1% delle turbine totali installate nel mondo), sono pi? adatte all?installazione in ambiente urbano per due motivi principali: sono in grado di estrarre energia dal vento indipendentemente dalla sua direzione ed hanno un impatto visivo e acustico pi? limitato rispetto a quello delle turbine eoliche ad asse orizzontale.

La ridotta quantit? di parti mobili presenti nella struttura conferisce a questa tipologia di aerogeneratori un?alta resistenza a forti raffiche di vento ed inoltre, rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale, presentano il notevole vantaggio di avere tutta l?attrezzatura meccanica e di controllo al suolo, permettendo cos? una facile installazione ed una altrettanto facile manutenzione.

Tuttavia, l?intensit? del vento a livello del suolo ? pi? bassa rispetto alla velocit? della stessa corrente ventosa in quota e, contestualmente, l?intensit? di turbolenza risulta essere pi? elevata. Tutto ci? si traduce in minor energia disponibile per essere trasformata dal rotore in potenza disponibile all?albero di rotazione.

La minore efficienza rispetto alla tecnologia ad asse orizzontale ha limitato di molto la diffusione di questo tipo di turbine eoliche; tuttavia, l?ottimizzazione di queste macchine e la loro propensione a lavorare anche con venti deboli (inferiori a 4 m/s) e turbolenti, permette un tempo di funzionamento maggiore rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale, andando a coprire una fascia consistente di ore di vento/giorno.

Le turbine eoliche ad asse verticale si suddividono in tre diverse tipologie: Savonius, Darrieus e Darrieus-Savonius.

Una turbina Savonius ? una turbina eolica ad esse verticale del tipo ?a resistenza?, comprendente due o quattro pale verticali di forma semicilindrica, le quali sono fissate, in opposizione tra di esse, ad un albero. Il vento, andando ad impattare su una delle pale semicilindriche mette in rotazione l?albero. In questo modo, mentre diminuisce la vena fluida che colpisce una pala semicilindrica, la pala semicilindrica opposta vede incrementare tale vena. In altri termini le pale trovano meno resistenza quando si muovono controvento rispetto a quando si muovono a favore di vento e questa differenza di resistenza causa la rotazione della turbina.

Il principale inconveniente di tale tipo di aerogeneratore ? quello di avere un semicilindro che si muove controvento, il che limita la coppia che pu? essere prodotta, con conseguente riduzione delle prestazioni.

Le turbine Darrieus sono turbine eoliche ad asse verticale del tipo ?a portanza?, in cui le superfici delle pale disposte a favore di vento possiedono un profilo alare in grado di generare una differente distribuzione di pressione lungo la pala e quindi una coppia disponibile all?asse di rotazione.

Rispetto alla turbina Savonius, la turbina Darrieus presenta maggiore efficienza perch? limita le perdite per attrito. Tuttavia, la turbina Darrieus non ? in grado di avviarsi autonomamente in quanto, indipendentemente dalla velocit? del vento, la coppia d?avviamento ? nulla. Tale tipo di turbina necessita pertanto di un dispositivo ausiliario.

Una possibile soluzione ? rappresentata dalla turbina ibrida Darrieus-Savonius, in cui la coppia d?avviamento ? offerta dalla turbina Savonius, coassiale ed interna alla turbina Darrieus. Da quanto sopra esposto si comprende come, nonostante i numerosi vantaggi, le turbine eoliche ad asse verticale presentano l?inconveniente di possedere una limitata efficienza di conversione dell?energia eolica in energia elettrica, la quale pu? essere fino al 50% inferiore rispetto all?efficienza di conversione delle turbine eoliche ad asse orizzontale.

Sommario dell?invenzione

Scopo principale della presente invenzione ? dunque quello di rendere disponibile una turbina eolica ad asse verticale, configurata in modo da accrescere l?efficienza di conversione dell?energia eolica in energia elettrica.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile una turbina eolica ad asse verticale, configurata per auto-allinearsi rispetto alla direzione del vento.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile una turbina eolica ad asse verticale, le cui pale resistano al vento che impatta su di esse, senza subire danneggiamenti nel corso del tempo.

Ancora un altro scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile una turbina eolica ad asse verticale, configurata in modo da presentare una struttura solida, e quindi in grado di poter operare anche in condizioni di vento ad elevata intensit?.

Non ultimo scopo della presente invenzione ? quello di rendere disponibile una turbina eolica ad asse verticale, dotata di una struttura semplificata, in modo da presentare costi di produzione e manutenzione contenuti.

Questi ed altri scopi della presente invenzione vengono raggiunti da una turbina eolica ad asse verticale incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

L?invenzione riguarda, dunque, una turbina eolica ad asse verticale comprendente una base di supporto, un albero estendentesi centralmente dalla base di supporto, un telaio di supporto di una pluralit? di pale, montato sulla base girevole con l?albero, ed un telaio di comando della pluralit? di pale, montato sull?albero, superiormente al telaio di supporto pale. Ciascuna pala della pluralit? di pale comprende una prima semipala ed una seconda semipala supportate dal telaio di supporto pale.

La turbina ? caratterizzata dal fatto che il telaio di comando pale comprende un elemento di comando montato girevole sull?albero, un perno, estendentesi dall?elemento di comando in posizione eccentrica rispetto all?albero, una pluralit? di bielle, una per ogni pala, supportate girevolmente dal perno, ed un deflettore direzionale estendentesi dal perno e ruotabile solidalmente ad esso e dal fatto che ciascuna pala comprende un?asta fissa associata al telaio di supporto pale ed un?asta mobile avente un?estremit? scorrevole sul telaio di supporto pale ed un?altra estremit? associata ad una rispettiva biella del telaio di comando pale.

Durante la rotazione della turbina, il deflettore direzionale si orienta nella direzione del flusso del vento, fissando una posizione angolare del perno rispetto all?albero, e l?asta mobile di ciascuna pala ruota seguendo una traiettoria, eccentrica rispetto ad una traiettoria dell?asta fissa, scorrendo sul telaio di supporto pale e causando in tal modo l?apertura e la chiusura delle pale. Grazie a questa combinazione di caratteristiche, la turbina eolica ad asse verticale secondo l?invenzione accresce l?efficienza di conversione dell?energia cinetica del vento in energia meccanica delle pale. Infatti, grazie alla presenza del deflettore, che fissa la posizione dell?asse di rotazione del telaio di comando pale rispetto all?asse di rotazione del telaio di supporto pale, durante la rotazione della turbina eolica, il telaio di comando pale si trova sempre nella posizione di massima efficienza, ossia con la pala esposta in direzione del flusso del vento nella posizione di massima apertura, in modo da ricevere la massima spinta, e le altre pale in posizione di apertura intermedia o di massima chiusura, in modo da opporre minima resistenza al flusso del vento. Ne deriva che il momento torcente ? sempre maggiore del momento resistente, con conseguente aumento dell?efficienza della turbina eolica.

Inoltre, la turbina eolica ad asse verticale secondo l?invenzione ? in grado di auto-allinearsi secondo la direzione del flusso del vento. Infatti, al variare della direzione del flusso del vento, il deflettore direzionale modifica la sua posizione e, di conseguenza, fissa una nuova posizione del perno del telaio di comando pale rispetto alla posizione dell?albero della turbina. In tal modo, il telaio di comando pale si trova nuovamente nella posizione di massima efficienza, ossia con la pala esposta in direzione del flusso del vento nella posizione di massima apertura, in modo da ricevere la massima spinta, e le altre pale in posizione di apertura intermedia o di massima chiusura, in modo da opporre minima resistenza al flusso del vento.

In una forma di realizzazione, la prima semipala e la seconda semipala di ciascuna pala sono tra di esse accostate, la prima semipala essendo radialmente interna e la seconda semipala essendo radialmente esterna.

In una forma di realizzazione, il telaio di supporto pale comprende una struttura ad aste inferiore ed una struttura ad aste superiore, tra di esse uguali, in cui la struttura ad aste inferiore ? montata sull?albero in prossimit? della base e la struttura ad aste superiore ? montata in corrispondenza di un?estremit? libera dell?albero, con parti omologhe affacciate.

In una forma di realizzazione, la struttura ad aste inferiore comprende un mozzo, il quale viene calettato sull?albero e dal quale si estendono aste, tra di esse collegate da aste di rinforzo e la struttura ad aste superiore comprende un mozzo, il quale viene calettato sull?albero e dal quale si estendono aste, tra di esse collegate da aste di rinforzo.

In una forma di realizzazione, l?asta fissa ? fissata alla prima semipala di ciascuna pala in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento con la seconda semipala, mentre l?asta mobile ? fissata alla seconda semipala in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento con la prima semipala.

In una forma di realizzazione, l?asta fissa di ciascuna pala presenta un?estremit? inferiore montata in modo ruotabile sulla struttura ad aste inferiore del telaio di supporto pale ed una estremit? superiore montata in modo ruotabile sulla struttura ad aste superiore del telaio di supporto pale.

In una forma di realizzazione, l?asta mobile di ciascuna pala presenta un?estremit? inferiore dotata di un carrello scorrevole in una guida ricavata nella struttura ad aste inferiore del telaio di supporto pale, l?altra estremit? montata in modo ruotabile in corrispondenza di un?estremit? della rispettiva biella del telaio di comando pale e porta un ulteriore carrello scorrevole in una guida ricavata nella struttura ad aste superiore del telaio di supporto pale.

In una forma di realizzazione, la pluralit? di pale comprende tre pale tra di esse disposte a 120?. In una forma di realizzazione, la traiettoria seguita dalle aste fisse delle pale ? concentrica ad una traiettoria seguita da porzioni radialmente pi? esterne della struttura ad aste inferiore e della struttura ad aste superiore del telaio di supporto pale.

In una forma di realizzazione, le traiettorie sono circolari.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, fatta qui di seguito, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. Nei disegni:

- la Figura 1 ? una vista prospettica di una turbina eolica ad asse verticale secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

- la Figura 2 ? una vista frontale della turbina eolica di Figura 1, in una prima condizione operativa;

- la Figura 3 ? una vista in pianta della turbina eolica di Figura 2;

- la Figura 4 ? una vista frontale della turbina eolica di Figura 1, in una seconda condizione operativa;

- la Figura 5 ? una vista in pianta della turbina eolica di Figura 4;

- la Figura 6 ? una vista frontale della turbina eolica di Figura 1, in una terza condizione operativa;

- la Figura 7 ? una vista in pianta della turbina eolica di Figura 6;

- la Figura 8 ? una vista frontale della turbina eolica di Figura 1, in una quarta condizione operativa;

- la Figura 9 ? una vista in pianta della turbina eolica di Figura 8;

- la Figura 10 ? una vista frontale, simile a quella di Figura 2, con il deflettore direzionale orientato secondo una differente direzione di flusso di vento; e

- la Figura 11 ? una vista in pianta della turbina eolica di Figura 10.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita dell?invenzione

Con riferimento alla Figura 1, in essa viene illustrata una turbina eolica ad asse verticale secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione.

La turbina, indicata in generale con il numero di riferimento 10, comprende una base 1 di appoggio sul terreno, comprendente una superficie di supporto 11 ed una pluralit? di piedini 12, ed un albero rotante 2, il quale si estende dalla superficie di appoggio 11 della base 1, centralmente ad essa.

La base 1 sostiene un telaio 3 di supporto di una pluralit? di pale, preferibilmente tre pale 4a, 4b, 4c, il quale ? girevole con l?albero 2, rispetto alla base 1, attorno ad un asse di rotazione X1, mostrato in Figura 2.

In particolare, il telaio 3 di supporto pale comprende una struttura ad aste inferiore 31 ed una struttura ad aste superiore 32, tra di esse uguali. La struttura ad aste inferiore 31 ? montata sull?albero 2 in prossimit? della base 1 e la struttura ad aste superiore 32 ? montata in corrispondenza di un?estremit? libera dell?albero 2, parti omologhe delle strutture ad aste inferiore 31 e superiore 32 essendo tra di esse affacciate.

La struttura ad aste inferiore 31 comprende un mozzo 311, il quale viene calettato sull?albero 2 e dal quale si estendono aste 312, preferibilmente collegate a due a due da rispettive aste di rinforzo 313. Nella forma di realizzazione illustrata, la struttura ad aste inferiore 31 comprende tre aste 312, le quali si estendono dal mozzo 311 disposte sostanzialmente a 120? tra di esse, e tre aste di rinforzo 313.

Analogamente alla struttura ad aste inferiore 31, la struttura ad aste superiore 32 comprende un mozzo 321, il quale viene calettato sull?albero 2 e dal quale si estendono aste 322, preferibilmente collegate a due a due da rispettive aste di rinforzo 323. Nella forma di realizzazione illustrata, la struttura ad aste superiore 32 comprende tre aste 322, le quali si estendono dal mozzo 321 disposte sostanzialmente a 120? tra di esse, e tre aste di rinforzo 323. Tra coppie corrispondenti di aste 312 e 322 del telaio ad aste inferiore 31 e del telaio ad aste superiore 32 sono montate rispettive pale 4a, 4b, 4c.

Ciascuna pala 4a, 4b, 4c ? preferibilmente piana e realizzata in materiale rigido o semirigido, ad esempio metallo, e comprende una prima semipala 41, radialmente interna con riferimento all?albero 2, ed una seconda semipala 42, radialmente esterna con riferimento all?albero 2, tra di esse accostate. Come verr? descritto in dettaglio nel seguito, ciascuna pala 4a, 4b, 4c ? mobile sul telaio 3 di supporto pale tra una condizione di massima apertura, in cui le rispettive semipale 41 e 42 sono allineate radialmente, ed una condizione di chiusura, in cui le semipale sono tra di esse ripiegate e sostanzialmente sovrapposte.

Ciascuna prima semipala 41 ? fissata, in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento alla seconda semipala 42, ossia una superficie laterale radialmente pi? vicina all?albero 2, ad un?asta fissa 43, la quale si estende tra la struttura ad aste inferiore 31 e la struttura ad aste superiore 32 del telaio 3 di supporto pale, parallelamente all?albero 2 della turbina 10.

Pi? in particolare, ciascuna asta fissa 43 presenta un?estremit? inferiore montata in modo ruotabile, ad esempio mediante cuscinetti a rullini, alla struttura ad aste inferiore 31 del telaio 3 di supporto pale in corrispondenza della zona di intersezione tra una rispettiva asta 312 e le aste di rinforzo 313 ad essa collegate, ed una estremit? superiore montata in modo ruotabile, ad esempio mediante cuscinetti a rullini, alla struttura ad aste superiore 32 del telaio 3 di supporto pale in corrispondenza della zona di intersezione tra una rispettiva asta 322 e le seconde aste di rinforzo 323 ad essa collegate.

Ciascuna seconda semipala 42 ? fissata, in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento alla prima semipala 41, ossia una superficie laterale radialmente pi? lontana dall?albero 2, ad un?asta mobile 44, la quale si estende tra il telaio parallelamente all?albero 2 della turbina 10.

Pi? in particolare, ciascuna asta mobile 44 presenta un?estremit? inferiore dotata di un carrello 45 scorrevole in una guida 47 ricavata nella rispettiva asta 312 della struttura ad aste inferiore 31 del telaio 3 di supporto pale, tra l?estremit? libera dell?asta 312 e la zona di intersezione dell?asta 312 con le aste di rinforzo 313.

Inoltre, ciascuna asta mobile 44 porta un ulteriore carrello 46 scorrevole in una guida 48 ricavata nella rispettiva asta 322 della struttura ad aste superiore 32 del telaio 3 di supporto pale, tra l?estremit? libera dell?asta 322 e la zona di intersezione dell?asta 322 con le aste di rinforzo 323. La turbina 10 comprende inoltre un telaio 5 di comando delle pale, il quale ? montato superiormente al telaio 3 di supporto pale, disassato rispetto ad esso.

In particolare, il telaio 5 di comando pale comprende un elemento di comando 51, montato sull?albero 2 della turbina 10 immediatamente sopra la struttura ad aste superiore 32 del telaio 3 di supporto pale. Dall?elemento di comando 51 si estende, in posizione eccentrica rispetto all?albero 3, un perno 52, il quale supporta una pluralit? di bielle 53, una per ciascuna pala 4a, 4b, 4c della turbina 10, le bielle 53 essendo ruotabili attorno ad un asse X2 del perno 52, mostrato in Figura 2. In corrispondenza di un?estremit? libera di ciascuna biella 53 ? fissata un?estremit? superiore dell?asta mobile 44 della rispettiva pala 4a, 4b, 4c.

Dal perno 52 si estende inoltre un deflettore direzionale 54, il quale ? collegato al perno 52 per mezzo di bracci 55.

Come verr? descritto in dettaglio qui di seguito, il deflettore direzionale 54 ? configurato per orientarsi secondo la direzione del flusso del vento e fissa la posizione reciproca tra l?asse X1 dell?albero 2 della turbina 10, corrispondente all?asse di rotazione del telaio 3 di supporto pale, e l?asse X2 del perno 52, corrispondente all?asse di rotazione del telaio 5 di comando pale. Con riferimento alle Figure da 2 a 9, viene ora illustrato il funzionamento della turbina eolica ad asse verticale 10, sopra descritta con riferimento alla Figura 1.

Si assuma, a titolo di esempio, che il vento soffi nella direzione indicata dalle frecce nelle Figure 3, 5, 7 e 9. In tal caso, il deflettore direzionale 54 si orienta nella direzione del flusso del vento e cos? facendo fissa, in un sistema di riferimento assoluto corrispondente al piano del foglio, la posizione del perno 52 del telaio 5 di comando pale rispetto alla posizione dell?albero 2 della turbina 10. Tale posizione del perno 52 rispetto all?albero 2 ? tale per cui, in fase di rotazione della turbina 10, il telaio 5 di comando pale si trovi sempre nella posizione di massima efficienza, ossia con la pala esposta in direzione del flusso del vento nella posizione di massima apertura, in modo da ricevere la massima spinta, e le altre pale in posizione di apertura intermedia o di massima chiusura, in modo da opporre minima resistenza al flusso del vento. Ne deriva che il momento torcente ? sempre maggiore del momento resistente, con conseguente aumento dell?efficienza della turbina 10.

Come ben visibile nelle Figure 3, 5, 7 e 9, le estremit? terminali, o radialmente pi? esterne, delle aste 312 e 322, rispettivamente, della struttura ad aste inferiore 31 e della struttura ad aste superiore 32 del telaio 3 di supporto pale ruotano seguendo una traiettoria circolare esterna T, con centro sull?asse X1 dell?albero 2 e le aste fisse 43 delle pale 4a, 4b, 4c, essendo montate tra le strutture ad aste, inferiore 31 e superiore 32, del telaio 3 di supporto pale, ruotano seguendo una traiettoria circolare interna TF, concentrica con la traiettoria circolare esterna T.

Le aste mobili 44 delle pale 4a, 4b, 4c, avendo la propria estremit? terminale associata alla rispettiva biella 53 del telaio 5 di comando pale, ruotano invece seguendo una traiettoria circolare TM, con centro sull?asse X2 del perno 52 ed interposta tra la traiettoria circolare esterna T e la traiettoria circolare interna TF. Dal momento che il perno 52 ? disassato rispetto all?albero 2 della turbina 10, la traiettoria circolare TM secondo cui ruotano le aste mobili 44 delle pale 4a, 4b, 4c ? eccentrica rispetto alle traiettorie T e TF. Ne deriva che, man mano che le aste mobili 44 su muovono lungo la traiettoria circolare TM, e quindi a seconda della posizione angolare delle bielle 53, i cursori 45, 46 di ciascuna asta mobile 44 scorrono nelle rispettive guide 47, 48 cosicch? l?asta mobile 44 si avvicina o si allontana alla/dalla rispettiva asta fissa 43.

Il movimento di avvicinamento dell?asta mobile 44 all?asta fissa 43 causa un progressivo avvicinamento delle semipale 41, 42, fino ad una completa chiusura della pala 4a, 4b, 4c, la quale oppone quindi minima resistenza al flusso del vento. Diversamente, il movimento di allontanamento dell?asta mobile 44 dall?asta fissa 43 causa un progressivo allontanamento delle semipale 41, 42, fino ad una completa apertura della pala 4a, 4b, 4c, la quale quindi oppone massima resistenza al flusso del vento.

In una prima condizione operativa della turbina 10, mostrata nelle Figure 2 e 3, l?asta mobile 44 della pala 4a, che ? la pala esposta alla direzione del flusso del vento, si trova in corrispondenza del punto della traiettoria circolare TM pi? vicino alla traiettoria circolare esterna T, per cui ? in una posizione di massima apertura delle semipale 41 e 42. La pala 4b si trova a monte del punto della traiettoria TM pi? lontano dalla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F in Figura 3, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura. La pala 4c ? posta a valle del punto della traiettoria TM pi? lontano dalla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione della turbina 10 indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in allontanamento dall?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima apertura.

In una seconda condizione operativa della turbina 10, mostrata nelle Figure 4 e 5, la pala 4a si trova a monte del punto della traiettoria TM pi? lontano dalla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F in Figura 3, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura. La pala 4b ? posta a valle del punto della traiettoria TM pi? lontano dalla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in allontanamento dall?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posiziona di massima apertura. La pala 4c si trova a valle del punto della traiettoria TM pi? vicino alla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41, 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura.

In una terza condizione operativa della turbina 10, mostrata nelle Figure 6 e 7, l?asta mobile 44 della pala 4a si trova in corrispondenza del punto della traiettoria circolare TM pi? lontano dalla traiettoria circolare esterna T, per cui ? in una posizione di massima chiusura delle semipale 41 e 42. La pala 4b si trova a monte del punto della traiettoria TM pi? vicino alla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F in Figura 7, con la rispettiva asta mobile 44 in allontanamento dall?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima apertura. La pala 4c ? posta a valle del punto della traiettoria TM pi? vicino alla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione della turbina 10 indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura.

In una quarta condizione operativa della turbina 10, mostrata nelle Figure 8 e 9, la pala 4a si trova a monte del punto della traiettoria TM pi? vicino alla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F in Figura 9, con la rispettiva asta mobile 44 in allontanamento dall?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima apertura. La pala 4b ? posta a valle del punto della traiettoria TM pi? vicino alla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41 e 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura. La pala 4c si trova a monte del punto della traiettoria TM pi? lontano dalla traiettoria esterna T, rispetto al senso di rotazione indicato dalla freccia F, con la rispettiva asta mobile 44 in avvicinamento all?asta fissa 43 e le semipale 41, 42 in una posizione di apertura intermedia, in avvicinamento alla posizione di massima chiusura.

Nel caso di variazione di flusso del vento, la turbina 10 secondo l?invenzione ? in grado di autoallinearsi secondo la nuova direzione del vento, in modo che il telaio 5 di comando pale si trovi sempre nella posizione di massima efficienza.

Si assuma, a titolo di esempio, che la direzione di flusso del vento vari rispetto a quella mostrata nelle Figure da 2 a 9. Tale condizione ? mostrata nelle Figure 10 ed 11.

Al variare della direzione del flusso del vento, il deflettore direzionale 54 modifica la sua posizione e, di conseguenza, fissa una nuova posizione del perno 52 del telaio 5 di comando pale rispetto alla posizione dell?albero 2 della turbina 10. Infatti, confrontando la Figura 11 ad esempio con la Figura 3, si osserva come il perno 52 del telaio 5 di comando pale, anzich? essere allineato orizzontalmente con l?albero 2 della turbina 10, si trova pi? in alto rispetto all?albero 2.

In tal modo, il telaio 5 di comando pale si trova nuovamente nella posizione di massima efficienza, ossia con la pala esposta in direzione del flusso del vento nella posizione di massima apertura, in modo da ricevere la massima spinta, e le altre pale in posizione di apertura intermedia o di massima chiusura, in modo da opporre minima resistenza al flusso del vento. Ne deriva che, anche in questa diversa posizione del deflettore direzionale 54, e del telaio 5 di comando pale, il momento torcente ? maggiore del momento resistente, con conseguente aumento dell?efficienza della turbina 10.

Dalla descrizione effettuata sono evidenti le caratteristiche della turbina eolica ad asse verticale della presente invenzione, cos? come sono evidenti i relativi vantaggi.

? chiaro, infine, che la turbina cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Turbina eolica ad asse verticale (10) comprendente una base di supporto (1), un albero (2) estendentesi centralmente dalla base di supporto (1), un telaio (3) di supporto di una pluralit? di pale (4a, 4b, 4c), montato sulla base (1) girevole con l?albero (2), ed un telaio (5) di comando della pluralit? di pale (4a, 4b, 4c), montato sull?albero (2), superiormente al telaio (3) di supporto pale;

in cui ciascuna pala della pluralit? di pale (4a, 4b, 4c) comprende una prima semipala (41) ed una seconda semipala (42) supportate dal telaio (3) di supporto pale; caratterizzata dal fatto che il telaio (5) di comando pale comprende un elemento di comando (51) montato girevole sull?albero (2), un perno (52), estendentesi dall?elemento di comando (51) in posizione eccentrica rispetto all?albero (2), una pluralit? di bielle (53), una per ogni pala (4a, 4b, 4c), supportate girevolmente dal perno (52) ed un deflettore direzionale (54) estendentesi dal perno (52) e ruotabile solidalmente ad esso;

e dal fatto che ciascuna pala (4a, 4b, 4c) comprende un?asta fissa (43) associata al telaio (3) di supporto pale ed un?asta mobile (44) avente un?estremit? scorrevole sul telaio (3) di supporto pale ed un?altra estremit? associata ad una rispettiva biella (53) del telaio (5) di comando pale;

in cui, durante la rotazione della turbina (10) il deflettore direzionale (54) si orienta nella direzione del flusso del vento, fissando una posizione angolare del perno (52) rispetto all?albero (2) e l?asta mobile (44) di ciascuna pala (4a, 4b, 4c) ruota seguendo una traiettoria (TM), eccentrica rispetto ad una traiettoria (TF) dell?asta fissa (43), scorrendo sul telaio (3) di supporto pale e causando in tal modo l?apertura e la chiusura delle pale (4a, 4b, 4c).

2. Turbina (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la prima semipala (41) e la seconda semipala (42) di ciascuna pala (4a, 4b, 4c) sono tra di esse accostate, la prima semipala (41) essendo radialmente interna e la seconda semipala (42) essendo radialmente esterna.

3. Turbina (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il telaio (3) di supporto pale comprende una struttura ad aste inferiore (31) ed una struttura ad aste superiore (32), tra di esse uguali, in cui la struttura ad aste inferiore (31) ? montata sull?albero (2) in prossimit? della base (1) e la struttura ad aste superiore (32) ? montata in corrispondenza di un?estremit? libera dell?albero (2), con parti omologhe affacciate.

4. Turbina (10) secondo la rivendicazione 3, in cui la struttura ad aste inferiore (31) comprende un mozzo (311), il quale viene calettato sull?albero (2) e dal quale si estendono aste (312), tra di esse collegate da aste di rinforzo (313), e la struttura ad aste superiore (32) comprende un mozzo (321), il quale viene calettato sull?albero (2) e dal quale si estendono aste (322), tra di esse collegate da aste di rinforzo (323).

5. Turbina (10) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui l?asta fissa (43) ? fissata alla prima semipala (41) di ciascuna pala (4a, 4b, 4c) in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento con la seconda semipala (42), mentre l?asta mobile (44) ? fissata alla seconda semipala (42) in corrispondenza di una superficie laterale opposta a quella di accostamento con la prima semipala (41).

6. Turbina (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui l?asta fissa (43) di ciascuna pala (4a, 4b, 4c) presenta un?estremit? inferiore montata in modo ruotabile sulla struttura ad aste inferiore (31) del telaio (3) di supporto pale ed una estremit? superiore montata in modo ruotabile sulla struttura ad aste superiore (32) del telaio (3) di supporto pale.

7. Turbina (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui l?asta mobile (44) di ciascuna pala (4a, 4b, 4c) presenta un?estremit? inferiore dotata di un carrello (45) scorrevole in una guida (47) ricavata nella struttura ad aste inferiore (31) del telaio (3) di supporto pale, l?altra estremit? montata in modo ruotabile in corrispondenza di un?estremit? della rispettiva biella (53) del telaio di comando pale (5) e porta un ulteriore carrello (46) scorrevole in una guida (48) ricavata nella struttura ad aste superiore (32) del telaio (3) di supporto pale.

8. Turbina (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la pluralit? di pale comprende tre pale (4a, 4b, 4c), tra di esse disposte sostanzialmente a 120?.

9. Turbina (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la traiettoria (TF) seguita dalle aste fisse (43) delle pale (4a, 4b, 4c) ? concentrica ad una traiettoria (T) seguita da porzioni radialmente pi? esterne della struttura ad aste inferiore (31) e della struttura ad aste superiore (32) del telaio (3) di supporto pale.

10. Turbina (10) secondo la rivendicazione 9, in cui le traiettorie (T, TF, TM) sono circolari.