ITAN20130152A1

ITAN20130152A1 - WIND AXLE HORIZONTAL GENERATOR.

Info

Publication number: ITAN20130152A1
Application number: IT000152A
Authority: IT
Inventors: Elena Bricca
Original assignee: Elena Bricca
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-13

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:

“GENERATORE EOLICO AD ASSE ORIZZONTALE”. "HORIZONTAL AXIS WIND GENERATOR".

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un generatore eolico ad asse orizzontale. The present patent application for industrial invention relates to a wind generator with a horizontal axis.

Con riferimento alle Figg. 1, 2 e 3, un generatore eolico ad asse orizzontale (HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine), secondo la tecnica nota, comprende una torre di sostegno (1) che sostiene un alloggiamento (N), generalmente chiamato navicella eolica. Nella navicella eolica (N) sono supportati un supporto principale (2) del rotore (R) del generatore eolico e apparati per la produzione di energia elettrica. With reference to Figs. 1, 2 and 3, a horizontal axis wind turbine (HAWT), according to the known art, comprises a support tower (1) which supports a housing (N), generally called a wind turbine. (N) a main support (2) of the rotor (R) of the wind generator and apparatus for the production of electricity are supported.

Gli apparati per la produzione di energia elettrica comprendono: moltiplicatore di giri (3); freno meccanico (4); generatore di elettricità (5); convertitore di potenza (6) e dispositivi elettrici di controllo, di protezione e sezionamento; trasformatore (7), ed organi di azionamento (8) per l’imbardata (orientamento del generatore rispetto alla direzione del vento). Anemometri (9) sono disposti all’esterno della navicella (N) e supportati dalla navicella. The equipment for the production of electricity include: speed multiplier (3); mechanical brake (4); electricity generator (5); power converter (6) and electrical control, protection and sectioning devices; transformer (7), and drive members (8) for the yaw (orientation of the generator with respect to the wind direction). Anemometers (9) are arranged outside the nacelle (N) and supported by the nacelle.

Il rotore (R) comprende un mozzo (M) avente una forma generalmente a calotta sferica. Sul mozzo (M) sono montate le pale (P) del generatore eolico (in numero variabile, normalmente tre pale (P)). La pala (P) ha una struttura monolitica e prevede un codolo normalmente cilindrico (C) che si impegna direttamente nel mozzo (M), secondo una direzione radiale all’asse di rotazione del mozzo. The rotor (R) comprises a hub (M) having a generally spherical cap shape. The blades (P) of the wind generator (in variable number, usually three blades (P)) are mounted on the hub (M). The blade (P) has a monolithic structure and provides a normally cylindrical shank (C) that engages directly in the hub (M), according to a radial direction to the axis of rotation of the hub.

Il mozzo (M) è la parte tecnologicamente più complessa, delicata e costosa del generatore eolico, essendo il componente in cui si scaricano tutte le forze più importanti derivanti dalle pale (P) che sono spinte dal vento. Inoltre, entro il mozzo (M), sono contenuti meccanismi di regolazione dell’angolo di pitch delle pale. EP2253840 descrive tali meccanismi di regolazione dell’angolo di pitch. The hub (M) is the most technologically complex, delicate and expensive part of the wind generator, being the component in which all the most important forces deriving from the blades (P) which are pushed by the wind are discharged. In addition, within the hub (M), there are mechanisms for adjusting the pitch angle of the blades. EP2253840 describes such pitch angle adjustment mechanisms.

È evidente che nei generatori eolici noti, il mozzo (M) del rotore risulta essere molto costoso perché deve avere un’elevata resistenza strutturale e deve integrare i meccanismi di regolazione dell’angolo di pitch delle pale. It is evident that in known wind generators, the hub (M) of the rotor is very expensive because it must have a high structural strength and must integrate the mechanisms for adjusting the pitch angle of the blades.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un generatore eolico avente un rotore più semplice ed economico, ma nello stesso tempo affidabile, efficiente ed efficace. The object of the present invention is to obviate the drawbacks of the known art by providing a wind generator having a simpler and cheaper rotor, but at the same time reliable, efficient and effective.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un tale generatore eolico che consenta di massimizzare la superficie delle pale esposta all’azione del vento, senza aumentare il carico sul mozzo. Another purpose of the present invention is to provide such a wind generator that allows to maximize the surface of the blades exposed to the action of the wind, without increasing the load on the hub.

Questo scopo è raggiunto in accordo all'invenzione con le caratteristiche elencate nell'annessa rivendicazione indipendente 1. This object is achieved in accordance with the invention with the characteristics listed in the attached independent claim 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti. Advantageous embodiments appear from the dependent claims.

Il generatore eolico secondo l’invenzione comprende: - un rotore montato nella navicella eolica, per ruotare secondo un asse orizzontale, The wind generator according to the invention includes: - a rotor mounted in the wind nacelle, to rotate according to a horizontal axis,

- pale collegate al rotore per metterlo in rotazione, grazie all’azione del vento che impatta sulle pale, e - blades connected to the rotor to put it in rotation, thanks to the action of the wind that impacts on the blades, e

- mezzi di regolazione dell’angolo di pitch, atti a regolare l’inclinazione delle pale in conformità alla direzione del vento. - means for adjusting the pitch angle, designed to adjust the inclination of the blades in accordance with the direction of the wind.

Le caratteristiche peculiari dell’invenzione sono rappresentate dal fatto che il rotore comprende un mozzo al quale sono fissati saldamente alberi che si estendono radialmente dal mozzo, le pale comprendono elementi di pala montati girevolmente su detti alberi, e i mezzi di regolazione dell’angolo di pitch sono montati in detti elementi di pala, o in prossimità degli elementi stessi, in modo da regolare la rotazione dell’elemento di pala rispetto all’albero. The peculiar characteristics of the invention are represented by the fact that the rotor comprises a hub to which shafts extending radially from the hub are firmly fixed, the blades comprise blade elements rotatably mounted on said shafts, and the means for adjusting the pitch angle they are mounted in said blade elements, or in proximity to the elements themselves, so as to regulate the rotation of the blade element with respect to the shaft.

Appaiono evidenti i vantaggi del generatore eolico secondo l’invenzione. Infatti la particolare conformazione del rotore consente di scaricare il mozzo dalle sollecitazioni imposte dalle pale e realizzare quindi un mozzo molto più semplice ed economico. Inoltre gli elementi di pala possono essere realizzati con ampiezze maggiori rispetto alle pale tradizionali. The advantages of the wind generator according to the invention are evident. In fact, the particular conformation of the rotor allows the hub to be relieved from the stresses imposed by the blades and therefore to produce a much simpler and more economical hub. Furthermore, the blade elements can be made with greater amplitudes than traditional blades.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue con riferimento alle tavole di disegno allegate, aventi solo valore illustrativo e non limitativo, dove: Further characteristics of the invention will become clearer from the detailed description that follows with reference to the attached drawing tables, having only illustrative and non-limiting value, where:

Fig. 1 è una vista laterale illustrante schematicamente un generatore eolico ad asse orizzontale, secondo la tecnica nota; Fig. 1 is a side view schematically illustrating a wind generator with a horizontal axis, according to the known art;

Fig. 2 è una vista frontale del generatore eolico di Fig. 1; Fig. 3 è una vista schematica illustrante una navicella eolica del generatore di Fig. 1; Fig. 2 is a front view of the wind generator of Fig. 1; Fig. 3 is a schematic view illustrating a wind nacelle of the generator of Fig. 1;

Fig. 4 è una vista in prospettiva, illustrante schematicamente un generatore eolico con rotore realizzato secondo l’invenzione; Fig. 4 is a perspective view, schematically illustrating a wind generator with rotor made according to the invention;

Fig. 5 è una vista schematica illustrante una navicella del generatore eolico di Fig. 4; Fig. 5 is a schematic view illustrating a nacelle of the wind generator of Fig. 4;

Fig. 6 è una vista in prospettiva illustrante un elemento di pala del rotore e parte dell’albero su cui è supportato l’elemento di pala eolica; Fig. 6 is a perspective view illustrating a rotor blade element and part of the shaft on which the wind blade element is supported;

Fig. 7 è una vista schematica illustrante il profilo dell’elemento di pala di Fig. 6; Fig. 7 is a schematic view illustrating the profile of the blade element of Fig. 6;

Fig. 8 è una vista laterale illustrante schematicamente un generatore eolico con rotore realizzato secondo l’invenzione, in cui ciascuna pala è formata da due elementi di pala; e Fig. 9 è una vista frontale del generatore eolico di Fig. 8. Per ora, con riferimento alle Figg. 4 e 5, viene illustrato un generatore eolico con rotore realizzato secondo l’invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento (100). Fig. 8 is a side view schematically illustrating a wind generator with rotor made according to the invention, in which each blade is formed by two blade elements; and Fig. 9 is a front view of the wind generator of Fig. 8. For now, with reference to Figs. 4 and 5, a wind generator with rotor made according to the invention is illustrated, indicated as a whole with the reference number (100).

In seguito elementi uguali o corrispondenti a quelli già descritti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento e si omette la loro descrizione dettagliata. In the following, elements identical or corresponding to those already described are indicated with the same reference numbers and their detailed description is omitted.

Il rotore (R) del generatore eolico (100) comprende un mozzo (10) costituito da un elemento normalmente cilindrico, avente asse orizzontale. Al mozzo (10) sono fissati solidalmente una pluralità di alberi (11) che si estendono radialmente dal mozzo (10). Generalmente gli alberi (11) sono in numero di tre ma possono essere in numero diverso da tre. The rotor (R) of the wind generator (100) comprises a hub (10) consisting of a normally cylindrical element, having a horizontal axis. A plurality of shafts (11) extending radially from the hub (10) are fixed integrally to the hub (10). Generally the trees (11) are three in number but can be different in number from three.

Ciascun albero (11) supporta girevolmente un elemento di pala (P) in modo che detto elemento (P) possa ruotare attorno all’asse dell’albero (11). L’elemento di pala (P) è disposto ad un’estremità dell’albero (11) distale rispetto al mozzo (10) e i meccanismi di variazione dell’angolo di pitch della pala sono integrati nella pala (P) e sono quindi distali dal mozzo. Each shaft (11) rotatably supports a blade element (P) so that said element (P) can rotate around the axis of the shaft (11). The blade element (P) is arranged at one end of the shaft (11) distal to the hub (10) and the mechanisms for varying the blade pitch angle are integrated in the blade (P) and are therefore distal from the hub.

In questo modo nel mozzo (10) non ci sono i meccanismi per variare l’angolo di Pitch delle pale. Quindi il mozzo (10) può essere realizzato con un elemento di forma semplificata rispetto ai mozzi a forma di calotta sferica della tecnica nota. In this way, in the hub (10) there are no mechanisms to vary the pitch angle of the blades. Therefore the hub (10) can be made with an element having a simplified shape with respect to the hubs in the shape of a spherical cap of the known art.

Con riferimento a Fig. 6, la pala (P) può comprendere uno o più elementi (20) montati girevolmente su un albero (11), in modo da potere girare attorno all’asse dell’albero (11) nella direzione delle frecce (F). With reference to Fig. 6, the blade (P) can comprise one or more elements (20) mounted rotatably on a shaft (11), so as to be able to rotate around the axis of the shaft (11) in the direction of the arrows ( F).

Nelle Figg. 8 e 9 viene illustrato un rotore per generatore eolico (100) in cui una pala (P) comprende due elementi (20). In Figs. 8 and 9 show a wind generator rotor (100) in which a blade (P) comprises two elements (20).

Tornando a Fig. 6, ciascun elemento (20) della pala può avere un profilo aerodinamico, come quello delle pale tradizionali, ma dimensioni maggiori nel senso della larghezza (W). Returning to Fig. 6, each element (20) of the blade can have an aerodynamic profile, like that of traditional blades, but larger in width (W).

Con riferimento a Fig. 7, l’elemento (20) della pala, in sezione trasversale, ha un profilo definito da una parabola (21) e da un arco (22) che si congiunge alla parabola nei punti d’estremità (A, B). L’arco (22) ha un grande raggio di curvatura e concavità rivolta verso l’esterno per ricevere il vento. With reference to Fig. 7, the element (20) of the blade, in cross section, has a profile defined by a parabola (21) and an arc (22) which joins the parabola at the end points (A, B). The arch (22) has a large radius of curvature and concavity facing outwards to receive the wind.

La retta passante per i due punti d’estremità (A, B) della parabola è inclinata di un angolo (α) rispetto all’asse della parabola. L’angolo di inclinazione (α) può variare da 15° a 45°, ma preferibilmente è 30°. The line passing through the two end points (A, B) of the parabola is inclined by an angle (α) with respect to the axis of the parabola. The angle of inclination (α) can vary from 15 ° to 45 °, but preferably it is 30 °.

L’elemento (20) di pala è fissato all’albero (11) in modo tale da poter ruotare attorno all’asse dell’albero (11), ottenendo la stessa regolazione dell’angolo di Pitch che si ottiene con il sistema tradizionale. La rotazione degli elementi (20) di pala si ottiene mediante attuatori di tipo pneumatico, idraulico, meccanico, elettrico o altro, fissati all’albero (11) e capaci di far ruotare gli elementi (20) di pala. Detti attuatori sono posizionati, preferibilmente, all’interno degli elementi (20) di pala. The blade element (20) is fixed to the shaft (11) in such a way that it can rotate around the axis of the shaft (11), obtaining the same adjustment of the Pitch angle that is obtained with the traditional system. The rotation of the blade elements (20) is obtained by means of pneumatic, hydraulic, mechanical, electrical or other actuators, fixed to the shaft (11) and able to rotate the blade elements (20). Said actuators are preferably positioned inside the blade elements (20).

L’angolo di rotazione dei degli elementi di pala è determinato da un computer, secondo la tecnica nota, in base alla velocità del vento rilevata dagli anemometri (9) posti alla sommità della navicella eolica (N), in base alla velocità del rotore (R), alla potenza generata o alla necessità di stallo del rotore (R). The angle of rotation of the blade elements is determined by a computer, according to the known technique, based on the wind speed detected by the anemometers (9) located at the top of the wind nacelle (N), based on the rotor speed ( R), the power generated or the need for rotor stall (R).

Gli alberi (11) e gli elementi (20) di pala possono essere realizzati in materiali diversi: acciaio, vetroresina, alluminio, etc. The shafts (11) and the blade elements (20) can be made of different materials: steel, fiberglass, aluminum, etc.

Tornando alle Figg. 4 e 5, il rotore per generatore eolico (100) comprende un supporto (12) che sporge anteriormente e assialmente dal mozzo (10). Il supporto (12) ha, normalmente, forma tubolare. Returning to Figs. 4 and 5, the wind generator rotor (100) comprises a support (12) which projects forward and axially from the hub (10). The support (12) normally has a tubular shape.

Con riferimento a Fig. 4, una pluralità di stralli (14) sono collegati al supporto (12) e agli alberi che supportano gli elementi (20) delle pale. Il numero e il posizionamento degli stralli (14) sono calcolati in conformità alle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto il rotore (R). Gli stralli (14) annullano completamente le forze generate dal funzionamento del generatore eolico che, nei generatori eolici tradizionali si scaricano sul mozzo. With reference to Fig. 4, a plurality of stays (14) are connected to the support (12) and to the shafts that support the elements (20) of the blades. The number and positioning of the stays (14) are calculated in accordance with the mechanical stresses to which the rotor (R) is subjected. The stays (14) completely cancel the forces generated by the operation of the wind generator which, in traditional wind generators, are discharged onto the hub.

Infatti la divisione delle pale (P) in più elementi (20) consente di applicare più stralli (14) in diverse posizioni. Ciò consente si far sopportare agli alberi (11) delle pale carichi molto elevati e di avere alberi (11) anche molto lunghi. In fact, the division of the blades (P) into several elements (20) allows to apply more stays (14) in different positions. This allows the shafts (11) of the blades to bear very high loads and to have shafts (11) even very long.

Il rotore per generatore eolico (100) secondo l’invenzione, utilizzando gli elementi (20) di pala, consente di incrementare la superficie delle pale esposte all’azione del vento, senza dover incrementare la resistenza del mozzo (10) del rotore. Infatti il mozzo (10), viene completamente scaricato, grazie alla previsione degli alberi (11) e degli stalli (14). The rotor for wind generator (100) according to the invention, using the blade elements (20), allows to increase the surface of the blades exposed to the action of the wind, without having to increase the resistance of the hub (10) of the rotor. In fact, the hub (10) is completely unloaded, thanks to the provision of the shafts (11) and the stalls (14).

Alle presenti forme di realizzazione dell'invenzione, possono essere apportate variazioni e modifiche equivalenti, alla portata di un tecnico del ramo, che rientrano comunque entro l'ambito dell'invenzione. Equivalent variations and modifications can be made to the present embodiments of the invention, within the reach of a person skilled in the art, which however fall within the scope of the invention.

Claims

CLAIMS 1) Wind generator (100) comprising: - a support tower (1), - a wind turbine (N) supported by the support tower, - a rotor (R) rotatably mounted on the wind nacelle (N), to rotate according to a horizontal axis, - blades (P) connected to the rotor to put it in rotation, thanks to the action of the wind that impacts on the blades, - means for adjusting the pitch angle, designed to adjust the inclination of the blades, characterized by the fact that said rotor (R) comprises a hub (10) to which shafts (11) extending radially from the hub (10) are firmly fixed, and said blades (P) comprise blade elements (20) rotatably mounted on said shafts (11), so as to be able to rotate around the axes of the shafts (11), said pitch angle adjustment means being mounted in said blade elements or near the blade elements, so as to adjust the rotation of the blade element (20) with respect to the shaft (11).

2) Wind generator (100) according to claim 1, wherein said hub (10) has a cylindrical shape.

3) Wind generator (100) according to claim 1 or 2, in which said blade elements (20) are mounted at one end of said shaft (11) distal from the hub (10).

4) Wind generator (100) according to any one of the preceding claims, in which at least two blade elements (20) are mounted on each of said shafts (11).

5) Wind generator (100) according to any one of the preceding claims, in which each blade element (20), in cross section, has a profile defined by a parabola (21) and an arc (22) which joins the parabola at the end points (A, B); the arch (22) having a large radius of curvature and concavity facing outwards to receive the wind; the line passing through the two end points (A, B) of the parabola is inclined with respect to the axis of the parabola by an angle (α) between 15 ° and 45 °.

6) Wind generator (100) according to any one of the preceding claims, further comprising a support (12) axially connected to said hub (10) and a plurality of stays (14) connected to the support (12) and to the shafts (11) of support of the blade elements.