IT8922639A1 - Dispositivo di produzione d'energia elettrica utilizzante tutta o parte dell'energia idraulica disponibile nelle reti di adduzione d'acqua - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo autonomo per la produzione di energia elettrica, che utilizza tutta o parte dell'energia idraulica disponibile nelle reti di adduzione dell'acqua, nel corso delle operazioni di riempimento e di scarico dei serbatoi .

L'automatizzazione, la gestione centralizzata delle reti di adduzione d'acqua, nonch? la verifica costante della qualit? dell'acqua distribuita (inquinamento delle falde freatiche e dei fiumi), comportano la posa di apparecchi elettrici o elettronici nelle opere, quali i serbatoi sopraelevati, semiinterrati o interrati, diverse prese d'acqua poste sulle condotte ...ecc. Tali apparecchi devono necessariamente essere alimentati con energia elettrica, laddove la maggior parte dei siti da attrezzare ne sono generalmente sprovvisti.

Le soluzioni attualmente adottate non sono soddisfacenti, sia per la loro limitata autonomia, come le pile industriali o le batterie, che comportano frequenti operazioni di manutenzione, sia per la loro esposizione al vandalismo e alle intemperie, come i pannelli solari e i motori a vento, e sia per la sproporzione dell'investimento rispetto alla potenza necessaria, come nel caso del collegamento alla rete elettrica che richiede la posa di una linea elettrica di parecchie centinaia di metri, ed anche di parecchi chilometri!, per un consumo di poche decine di watt, e che per di pi? aumenta la suscettibilit? dell'installazione alle perturbazioni atmosferiche .

Il dispositivo secondo l'invenzione permette di rimediare a tali inconvenienti. Esso prevede in effetti una macchina rotante, atta a fornire energia elettrica, la quale ? solidale ad un'elica azionata dal passaggio dell'acqua. L'insieme ? mantenuto nell'asse della traiettoria dell'acqua, mediante un montaggio meccanico che permette di installarlo, semplicemente, nelle tubazioni correntemente utilizzate nelle reti di adduzione dell'acqua. I differenti organi sono dimensionati in funzione degli impianti esistenti e della potenza della macchina generatrice. La circolazione d'acqua essendo generalmente intermittente, il dispositivo sar? vantaggiosamente completato, senza modificare il concetto dell'invenzione, da una batteria munita dei consueti circuiti regolatore e limitatore del carico. I dispositivi concepiti secondo lo spirito dell'invenzione permettono di disporre di energia elettrica permanente, nel punto dove se ne ha bisogno, per una durata illimitata, in quanto i serbatoi vengono riempiti e scaricati regolarmente.

Detti dispositivi, posti all'interno delle opere, sono protetti contro il vandalismo e le intemperie, rimangono insensibili alle sovratensioni indotte dalle perturbazioni atmosferiche, e l'ammontare dell'investimento rimane proporzionato allo scopo perseguito .

Un miglioramento del funzionamento ? ottenuto mediante l'impiego di un involucro, in una o pi? parti, che circonda completamente la macchina. Ciascuna estremit? comporta un'apertura la cui sezione determina un "tubo di corrente" indipendente dalle dimensioni della condotta della rete di adduzione d'acqua, e il quale fissa le condizioni di funzionamento dell'impianto. La sezione di passaggio del o degli involucri, che determina l'energia motrice, pu? essere modificata, con anelli di riduzione facoltativi, di diametro differente.

Per regolare la velocit? di rotazione della macchina, in funzione delle condizioni idrauliche della condotta dove essa ? posta, l'estremit? dell'involucro avvolgente l'elica pu? essere munita di pale fisse orientabili. Agendo sull'inclinazione delle dette pale, rispetto all'asse dellamacchina , si fa variare l'angolo della corrente d'acqua rispetto al piano delle pale dell'elica. Poich? la velocit? di rotazione di una elica ? funzione di detto angolo, la possibilit? di orientare dette pale permette di regolare la velocit? di rotazione di una determinata elica, entro una certa gamma di velocit? di scorrimento e di portata dell'acqua nella condotta. Rientrano nell'ambito dell' invenzione dei dispositivi per regolare dette pale fisse, ad esempio manualmente; automaticamente utilizzando la velocit? dell'acqua; o per asservimento sulla tensione di uscita dell'alternatore mediante un organo motore esterno.

Secondo una forma d'esecuzione dell'invenzione, la macchina rotante di produzione dell'energia elettrica ? un alternatore mono- o polifase, non comportante n? collettore, n? anelli, n? spazzole. L'indotto ? fisso, in maniera tale che le due estremit? di ciascuna bobina fuoriescono direttamente con un cavo a pi? conduttori che verr? collegato a circuiti noti di raddrizzamento delle correnti alternate. Detti avvolgimenti possono essere collegati in serie o in parallelo, in modo da permettere la carica di batterie a 12 o 24 volt. L'induttore, solidale all'elica e recante dei magneti permanenti, pu? ruotare indifferentemente in un senso o nell'altro. Tale caratteristica ? partico? larmente interessante in certe opere dove il senso di circolazione dell'acqua pud essere invertito.

La concezione dell'alternatore, la scelta di materiali inossidabili o plastici, il sovrastampaggio degli avvolgimenti ,fanno s? che lo si possa immergere senza la preoccupazione di guarnizioni di tenuta rotanti, causa di attriti, di usura e di perdite. Esso si riempie e funziona pieno d'acqua. L'unica tenuta da assicurare ? il passaggio del cavo fisso attraverso la condotta, funzione correntemente assolta da un premistoppa. Dei fori, praticati nel corpo e nei coperchi, assicurano il raffreddamento dell'indotto e la lubrificazione dei cuscinetti. Cos? concepita, la macchina ? particolarmente affidabile e, conseguentemente, perfettamente adatta per impianti isolati, funzionanti senza sorveglianza.

Altre particolarit? dell'invenzione risulteranno evidenti nel corso della seguente descrizione, fornita a titolo di esempio in relazione ai disegni allegati: - La fig. 1 rappresenta in semisezione , una prima realizzazione possibile dell'invenzione, con l'indotto fisso centrale coperto dall'induttore rotante e recante l'elica.

- La fig. 2 rappresenta una vista frontale di detta prima versione, illustrante un principio, fra altri possibili, di fissaggio della macchina all'interno della condotta, nonch? l' elica che pu? non occupare la sezione totale di detta condotta.

- La fig. 3 rappresenta una possibilit? d'installazione di detta versione, con i due relativi involucri, in un punto qualsiasi di una condotta, utilizzando due coni di adattamento per conservare la sezione iniziale .

- La fig. 4 rappresenta in semisezione, una seconda versione possibile dell'invenzione, con l'indotto fisso all'interno del quale ruota l'induttore solidale all'elica, posta all'estremit? della macchina.

- La fig. 5 rappresenta una vista frontale di detta seconda versione dell'invenzione, illustrante i bracci di mantenimento della macchina all'interno di una condotta.

- La fig- 6 rappresenta una possibilit? d'installazione di detta versione, con involucri, pale fisse e anello di riduzione, in un qualsiasi punto di una condotta .

- La fig. 7 rappresenta una vista frontale della figura precedente, illustrante i bracci di mantenimento della macchina nel proprio involucro tramite una corona, nonch? i bracci di mantenimento di detta corona all'interno di una condotta.

- La fig. 8 rappresenta l?involucro dell'elica e le relative pale orientabili per rotazione di detto involucro sulla corona.

- La fig. 9 rappresenta una vista d'estremit? dell' involucro d'elica, mostrante le pale orientabili. - La fig. 10 rappresenta un dispositivo possibile, fra altri, per il comando manuale delle pale fisse. - La fig. 11 rappresenta un dispositivo possibile, fra altri, di comando automatico della posizione delle pale fisse, che sfrutta la forza della corrente d'acqua nella condotta.

- La fig. 12 rappresenta un dispositivo possibile, fra altri, di asservimento della posizione delle pale fisse mediante un motore di comando esterno.

- Le figg. 13, 14 e 15 rappresentano delle possibilit?, fra altre, di fissaggio della macchina all' ingresso di una condotta di riempimento, nella parte superiore di un serbatoio; allo sbocco di una condotta di scarico, nella parte inferiore di un serbatoio; e in un punto qualsiasi di una condotta.

Con riferimento a detti disegni, il dispositivo presenta un corpo (1) recante due sopporti (2a)(2b), ad esempio dei cuscinetti a sfere, nei quali ? posto un asse (3). L'indotto fisso, costituito da un circuito magnetico lamellare (4) e dagli avvolgimenti (5), ? fissato sul corpo (1). Un sovrastampaggio dell'insieme con un materiale isolante (6) ne assicura la tenuta. L'induttore (7), munito dei magneti permanenti (8), ? solidale all'asse (3). Nella esecuzione di fig. 1, l'elica(9) ? direttamente fissata sull'induttore (7), mentre nella esecuzione secondo fig. 4, l'elica ? fissata all'estremo dell'asse (3). Alle due estremit? della macchina sono fissate due cappe (10a)(10b) di forma conica.

Le figg. 1 e 2 per la prima versione, e le figg. 4 e 5 per la seconda versione, mostrano il fissaggio della macchina, tramite i bracci (11), all'estremo di una condotta preesistente (12) il cui diametro ? stato aumentato con un cono di adattamento (13). Il fissaggio ? assicurato dai bulloni (14) che passando attraverso fori praticati nel tubo (15) solidale al cono (13) si avvitano nelle estremit? dei bracci (11). I fori (38), visibili nelle figg. 1 e 4;assicurano una circolazione d'acqua all'interno della macchina, per il raffreddamento dell'indotto e la lubrificazione dei cuscinetti.

Nelle figg. 3 e 6, la macchina ? rappresentata solidale ad una corona (16) mediante i bracci (17). Detta corona, che supporta gli involucri (19)(20), ? mantenuta dalle traverse di collegamento (23) all'interno del tubo (22), adattato alla condotta (12) mediante i due coni rovesciati (13a) e (13b). L'insieme ? tenuto a posto dai bulloni (14), avvitati nei bracci (17) attraverso fori praticati nel tubo (22).

Le figg. 6 e 7 rappresentano le pale fisse (21), i cui naselli terminali (25) sono inseriti nelle tacche (18) della corona, e gli anelli di riduzione (37a)(37b) a ciascuna estremit? degli involucri.

La fig. 8 rappresenta un mezzo di preregolazione dell'angolo delle pale fisse. Dette pale sono solidali fra loro e-all1involucro (20) dal lato apertura, ma libere per tutta la parte conica di detto involucro.

Le estremit? libere sono munite di un nasello (25a) (25b )(25c)(25d ) il quale, in fase di montaggio, s'impegna nelle tacche (18a)(18b)(18c )(18d) della corona (16). Facendo ruotare l'involucro (20) entro i limiti del o dei fori allungati (26) previsti nel medesimo e in cui esso ? guidato dalle viti (27) avvitate nella corona (16), ma allentate durante detta regolazione, si determina un effetto di torsione sulle pale fisse (21), le quali sono mantenute alle loro estremit? opposte nelle tacche (18) ma con possibilit? di scorrere in queste ultime. Detta torsione ha per effetto di far inclinare dette pale in un senso o nell'altro, come si pu? osservare per la pala (21a).

Lo spostamento ? indicato dal contrassegno {28) dell'involucro (20) e dalla graduazione (29) della corona (16).

Le figg. 9 e 10 rappresentano un montaggio, fra altri possibili, per comandare manualmente le pale fisse, secondo il principio precedentemente descritto. Delle aste di comando (30) permettono di far ruotare un anello (31) intorno all'involucro (20). Le pale fisse (21) solidali con l'anello (31) vengono trascinate in rotazione, il che ha il medesimo effetto che si ottiene facendo girare l'involucro (20). Nell'esempio illustrato in fig. 8, il bloccaggio ? realizzato avvitando le aste (30), il che ha per effetto di serrare l'involucro (16) fra i labbri dell'anello (31). La fig. 11 rappresenta un mezzo, fra altri, per il comando automatico delle pale fisse mediante la corrente d'acqua. L'anello (31), montato sull'involucro (20) tramite sfere (33) imprigionate in fori praticati in detto involucro, pu? ruotare liberamente entro i limiti delle asole (32). Le pale (21) sono sempre solidali all'anello (31) il quale porta anche - lato esterno - altre pale (34) poste nella corrente principale della condotta. Queste pale, inclinate rispetto al senso di scorrimento, provocano una coppia di rotazione, la quale aziona le pale interne (21) tramite l'anello (31). L'inclinazione delle pale (34) ? scelta in modo che un aumento della velocit? di scorrimento nella condotta provochi una modificazione dell'angolo della corrente all'interno della macchina, in maniera da mantenere costante la velocit? di rotazione dell'elica. Le pale (21) realizzate in un materiale avente una certa elasticit?, svolgono la funzione di molle di richiamo.

La fig. 12 rappresenta un montaggio che permette l'asservimento della velocit? di rotazione della macchina mediante un organo motore esterno. L'anello (31) montato all'estremit? dell'involucro (20), tramite sfere (33), reca un settore di pignone conico (35) sul quale va ad ingranarsi il pignone motore (36). Modificando la posizione delle pale (21), la rotazione di questo pignone cambia il funzionamento della macchina.

Le figg. 13, 14 e 15 rappresentano differenti possibilit? d'installazione della macchina, all'estremit? o al centro di una condotta di adduzione d'acqua, utilizzando tutti o parte degli organi descritti in precedenza .

L'invenzione non ? limitata alle forme d'esecuzione descritte, ma si presta a numerose varianti ispirate al principio della medesima. In particolare, la forma o la natura dei differenti elementi costituenti la macchina e di quelli che servono al suo montaggio, possono essere modificate per ragioni di comodit? di fabbricazione o d'installazione. Del pari, la concezione della macchina generatrice d'elettricit?, pu? subire numerose varianti, compresa l'utilizzazione di macchine elettriche classiche. E' anche possibile concepire una macchina che si avvicini a quelle descritte pi? sopra, ma i cui elementi siano disposti in modo differente. Tutte queste modificazioni rientrano nell'ambito dei mezzi principali secondo l'invenzione .

Il dispositivo conforme all'invenzione, ? particolarmente destinato alla produzione di energia elettrica nelle opere isolate delle reti di adduzione dell'acqua. E' una soluzione pratica, economica e particolarmente affidabile per assicurare l'alimentazione delle apparecchiature elettriche o elettroniche indispensabili all'automatizzazione, alla telegestione e ai controlli di qualit?, a mano a mano pi? frequenti in questi impianti .

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per la produzione di energia elettrica utilizzante tutta o parte dell'energia idraulica disponibile nelle reti di adduzione d'acqua nel corso delle operazioni di riempimento e di scarico, caratterizzato da ci? che comporta un montaggio meccanico semplice, costituito da bracci (11) e/o da traverse di collegamento (23) che permettono di mantenere nell'asse e all'interno di una condotta, sulla traiettoria dell'acqua, una macchina costituita da un generatore di elettricit? e da un'elica (9).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che la macchina pu? essere provvista di involucri (19)(20) i quali fissano le caratteristiche della medesima, evitano grazie alla.loro forma il distacco dei filetti d'acqua, e limitano con la propria presenza la perdita di carico introdotto nella condotta.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato da ci? che l'involucro (20) ? munito di pale fisse, ma orientabili (21), che permettono di far variare la velocit? di rotazione della macchina.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato da ci? che sull?involucro (20) della macchina ? montato un anello (31) che permette di comandare manualmente la posizione delle pale orientabili (21).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato da ci? che la rotazione dell'anello (31)', montato su sfere, ? comandata automaticamente dalla corrente d'acqua, al fine di mantenere costante la velocit? di rotazione, malgrado variazioni nella velocit? della corrente.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione caratterizzato da ci? che la rotazione dell'anello (31), che regola la posizione delle pale fisse (21), ? comandata esternamente da una coppia di pignoni (35) (36), per asservire la velocit? della macchina.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato da ci? che l'involucro (20) ? munito di anelli di riduzione del diametro (37) che permettono di regolare l'energia prelevata dalla rete idraulica su quella elettrica necessaria, e quindi di ridurre al minimo la perdita di carico introdotto da parte della macchina.
8. 8. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2 caratterizzato da ci? che la macchina pu? essere immersa completamente e non comporta alcuna guarnizione di tenuta .
9. 9. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato da ci? che la macchina ? attraversata dall'acqua e funziona piena d'acqua.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato da ci? che le cappe (10a)(10b) e il corpo (1) sono muniti di fori (38) per permettere il raffreddamente dell'indotto e la lubrificazione dei cuscinetti ,
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato da ci? che la macchina funziona indifferentemente in un senso o nell?altro.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che la macchina non comporta alcun contatto per attrito.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che le estremit? di ciascun avvolgimento (5) costituente l'indotto sporgono separatamente dal dispositivo, in maniera che detti avvolgimenti possano essere collegati in modi differenti senza smontaggio della macchina.