ITBA20000012A1

ITBA20000012A1 - PERFECTED SYSTEM FOR REPASCATION OF BEACHES BASED ON WIND ENERGY.

Info

Publication number: ITBA20000012A1
Application number: IT000012A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Bergamini; Lorenzo Bergamini; Giuseppe Damelio
Original assignee: Giorgio Bergamini
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-11

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE TITOLO: Sistema perfezionato di ripascimento delle spiagge basato sull’energia eolica DESCRIPTION OF THE INDUSTRIAL INVENTION HAVING TITLE: Improved beach nourishment system based on wind energy

Sono noti i sistemi di recupero delle spiagge sabbiose, vedi ad esempio i brevetti US5 149227, JP9088034 e JP9095920, basati sul principio di aspirazione dell'acqua con condotte drenanti, poste sotto il bagnasciuga, ad una profondità costante ed aventi la funzione, grazie all'azione di una pompa, che abbassa localmente il livello della falda freatica, di trattenere le particelle di sabbia e di aumentarne lo spessore, incrementando e mantenendo così l'estensione a mare della spiaggia. The recovery systems of sandy beaches are known, see for example patents US5 149227, JP9088034 and JP9095920, based on the principle of water suction with draining pipes, placed under the foreshore, at a constant depth and having the function, thanks to the action of a pump, which locally lowers the level of the water table, to retain the sand particles and increase their thickness, thus increasing and maintaining the extension to the sea of the beach.

L’azione di asportazione della spiaggia, in particolare, si fa marcata in occasioni di grandi e violente mareggiate ed è per queste condizioni che vanno dimensionati limpianto e l'entità dell'aspirazione. The action of removing the beach, in particular, is marked on occasions of large and violent storm surges and it is for these conditions that the system and the extent of the suction must be sized.

Il sistema funziona bene e gli impianti installati ne dimostrano l'efficacia, ma il numero delle applicazioni è stato fino ad oggi limitato dall'alto costo energetico, legato ad un dimensionamento di pompe e condotte calcolati in riferimento alla condizione di massima azione erosiva. The system works well and the systems installed demonstrate its effectiveness, but the number of applications has so far been limited by the high energy cost, linked to a sizing of pumps and pipes calculated with reference to the condition of maximum erosive action.

In queste condizioni, particolarmente allettante appare l'opzione di usare l'energia eolica per azionare direttamente le pompe di drenaggio, proprio perché il fenomeno ondoso è dovuto ed è sostanzialmente proporzionale all'energia del vento. In these conditions, the option of using wind energy to directly drive the drainage pumps appears particularly attractive, precisely because the wave phenomenon is due to and is substantially proportional to the energy of the wind.

Anche se l'applicazione sembra ovvia, ci sono infatti tanti esempi, fin dall'antichità, di mulini a vento atti a sollevare l'acqua, sia per l'irrigazione, che per liberare zone allagate dall'acqua salata, come in Olanda, in questo settore però non ci sono applicazioni che impiegano l'energia eolica, a causa del fato che i mulini dello stato dell'arte, sia antichi che moderni, non possono funzionare in presenza di venti molto forti, che sono, peraltro, proprio quelli che, generando grandi onde, sono responsabili della corrosione delle spiagge. Even if the application seems obvious, there are in fact many examples, since ancient times, of windmills designed to raise water, both for irrigation and to free areas flooded by salt water, as in Holland. in this sector, however, there are no applications that use wind energy, due to the fact that state-of-the-art mills, both ancient and modern, cannot operate in the presence of very strong winds, which are, moreover, precisely those which, generating large waves, are responsible for the corrosion of the beaches.

Per il sollevamento dell'acqua, generalmente ad una altezza costante, i costruttori, infati, se hanno escogitato meccanismi di adattamento della coppia disponibile dalla macchina eolica alla funzione di sollevamento, hanno perfezionato altri meccanismi che provvedono a bloccare il rotore eolico quando i giri superano un valore prefissato, non pericoloso per la integrità e per la durata della macchina. For the lifting of the water, generally at a constant height, the manufacturers, in fact, if they have devised mechanisms for adapting the torque available from the wind machine to the lifting function, they have perfected other mechanisms that block the wind rotor when the revolutions exceed a predetermined value, not dangerous for the integrity and life of the machine.

La portata di acqua di queste macchine è poi sempre assai modesta, anche al massimo dei giri consentiti e certamente non adeguata ad una richiesta che può essere oltre 100 volte maggiore, per un migliaio di metri di spiaggia, di quella tipica dei mulini a vento per irrigazione, con venti poi che possono arrivare, fra l’altro, anche ai 180 km/h (50 m/s). The water flow rate of these machines is always very modest, even at the maximum speed allowed and certainly not adequate for a request that can be over 100 times greater, for a thousand meters of beach, than that typical of windmills for irrigation, with winds that can reach, among other things, even 180 km / h (50 m / s).

Va infatti rilevato che la potenza di una macchina eolica varia con il cubo della velocità del vento, per cui, potenzialmente, l'energia disponibile a 50 m/s risulta 125 volte maggiore e quindi distruttiva, rispetto alla potenza erogata grazie ad un vento di 10 m/s, tipico punto di progeto di molti mulini per l’irrigazione. In fact, it should be noted that the power of a wind machine varies with the cube of the wind speed, so that, potentially, the energy available at 50 m / s is 125 times greater and therefore destructive, compared to the power delivered thanks to a wind of 10 m / s, typical design point for many irrigation mills.

Scopo delle presente invenzione è quello di risolvere tutti i problemi relativi all'impiego dell'energia eolica per il recupero e il mantenimento delle spiagge, ottimizzando il sistema ed adattando tutti i componenti, con l'obiettivo di ridurre i costi, eliminare l’uso dell'energia eletrica, sia per la potenza che per i servizi, la strumentazione e la sicurezza, pur conservando obiettivi di durata ventennale dell'impianto, così come è d'uso negli aerogeneratori, senza prevedere, però, il blocco delle macchine con i venti fortissimi, quando il sistema deve continuare a funzionare correttamente. The purpose of the present invention is to solve all the problems related to the use of wind energy for the recovery and maintenance of the beaches, optimizing the system and adapting all the components, with the aim of reducing costs, eliminating the use electricity, both for power and for services, instrumentation and safety, while retaining objectives of twenty years of the plant, as is used in wind turbines, without however providing for the blocking of machines with very strong winds, when the system must continue to function properly.

La soluzione, oggetto della presente invenzione, è basata su una serie di accorgimenti riguardanti sia il sistema dei tubi drenanti, che la struttura della pompa e la struttura del rotore eolico, tali da permettere l'el im inazione di qualsiasi meccanismo di adattamento meccanico della potenza motrice disponibile alle caratteristiche di pompe normalmente di tipo volumetrico, come dallo stato dell'arte, collegando invece direttamente il rotore eolico ad una pompa, che, per l’entità delle portate e per consentire grandi durate è preferibile, ma non essenziale, che sia ad azione dinamica, di tipo assiale, centrifuga, oppure di tipo intermedio. The solution, object of the present invention, is based on a series of measures concerning both the system of the drainage pipes, the structure of the pump and the structure of the wind rotor, such as to allow the elimination of any mechanical adaptation mechanism of the motor power available to the characteristics of normally volumetric pumps, as per the state of the art, by directly connecting the wind rotor to a pump, which, due to the extent of the flow rates and to allow long durations, it is preferable, but not essential, that either dynamic action, axial, centrifugal, or intermediate type.

In pratica, partendo dal principio che l'azione drenante debba essere tanto più energica quanto maggiore è la forza del vento e conseguentemente delle onde, contrariamente allo stato dell’ arte che prevede Γ impiego di pompe a portata costante, il sistema oggetto del presente ritrovato è stato basato invece proprio sulla portata variabile, individuando un equilibrio di giri variabili, dove il carico idraulico costituito dal sistema drenante è la base di riferimento per la definizione delle curve di carico della pompa, a sua volta adeguata, in termini di giri e potenza, alle curve di potenza del rotore eolico. In practice, starting from the principle that the draining action must be the more energetic the greater the force of the wind and consequently of the waves, contrary to the state of the art which provides for the use of constant flow pumps, the system object of this invention it was instead based precisely on the variable flow rate, identifying a balance of variable revolutions, where the hydraulic load constituted by the draining system is the reference basis for the definition of the load curves of the pump, in turn adequate, in terms of revolutions and power , to the power curves of the wind rotor.

E' in particolare una caratteristica del sistema che la pompa parta con una differenza di pressione nulla, anche per permettere l'avviamento del mulino a vento, differenza di pressione che aumenta poi con i giri e con la portata, in modo perfettamente conforme alla disponibilità energetica del mulino a vento. In particular, it is a feature of the system that the pump starts with a zero pressure difference, also to allow the windmill to start, a pressure difference which then increases with the revolutions and with the flow rate, in a way that perfectly conforms to availability. energy of the windmill.

Quando però il grado di aspirazione nel drenaggio giunge ad un valore limite, oltre il quale non ci sono miglioramenti nell’ azione di ripascimento o, al limite si possono avere danni od inconvenienti nel sistema dei tubi drenanti, entra in funzione un dispositivo di By-pass della pompa, adatto a limitare, tenendolo costante, il suddetto grado di aspirazione, mentre nella parte aerea altri dispositivi, basati sulla forza centrifuga e cioè sul numero di giri rilevato sul rotore, provvedono a limitare la potenza prodotta alle esigenze della pompa. However, when the degree of suction in the drainage reaches a limit value, beyond which there are no improvements in the nourishment action or, at the limit, there may be damage or problems in the system of the draining pipes, a By- pump pass, suitable for limiting, keeping it constant, the aforesaid degree of suction, while in the aerial part other devices, based on the centrifugal force, i.e. on the number of revolutions detected on the rotor, limit the power produced to the needs of the pump.

In sostanza il sistema prevede che i giri del rotore e la portata della pompa siano, in prima approssimazione, proporzionali alla velocità del vento, mentre la prevalenza nel sistema di drenaggio, compresa la perdita di carico lungo i condotti, aumenta con una legge che, in prima approssimazione, può essere descritta da una relazione quadratica rispetto alla portata, con il risultato che la potenza idraulica assorbita dalla pompa varia, in prima approssimazione, con una legge proporzionale al cubo della portata e quindi della velocità del vento, esattamente secondo la disponibilità tipica di potenza del mulino a vento. Basically, the system provides that the rotor revolutions and the pump flow rate are, as a first approximation, proportional to the wind speed, while the prevalence in the drainage system, including the pressure drop along the ducts, increases with a law that, as a first approximation, it can be described by a quadratic relation with respect to the flow rate, with the result that the hydraulic power absorbed by the pump varies, as a first approximation, with a law proportional to the cube of the flow rate and therefore of the wind speed, exactly according to the availability typical windmill power.

E una caratteristica del presente ritrovato che l’ adeguamento finale in campo della pompa e del rotore eolico all’ effettivo sistema drenante, allo scopo di non giungere mai, a nessun regime di giri, allo stallo della pompa o del rotore eolico, sia ottenuto, se necessario, con la taratura di una apertura fissa di Bypass sulla pompa, allo scopo di ridurre, anche a bassi giri, la prevalenza nei limiti previsti dalla funzione di progetto. It is a characteristic of the present invention that the final adaptation in the field of the pump and the wind rotor to the actual draining system, in order to never reach, at any rpm, the stall of the pump or the wind rotor, is obtained, if necessary, with the calibration of a fixed Bypass opening on the pump, in order to reduce, even at low rpm, the head within the limits set by the design function.

Risulta comunque una caratteristica del ritrovato la possibilità che ha il sistema di entrare in funzione in modo del tutto automatico, solo in base alla intensità del vento, senza bisogno di misure né della velocità del vento, espressa implicitamente dal numero di giri del rotore eolico, né della entità delle onde, né del livello della piezometrica, rispetto alla quale il sistema è intrinsecamente assai tollerante, in presenza ad esempio degli incrementi che si verificano nei momenti di grande ondosità. However, a feature of the invention is the possibility that the system has to start operating in a completely automatic way, only on the basis of the wind intensity, without the need for measurements or the wind speed, implicitly expressed by the number of revolutions of the wind rotor, neither of the entity of the waves, nor of the piezometric level, with respect to which the system is intrinsically very tolerant, in the presence, for example, of the increases that occur in moments of great waves.

Niente allacciamenti alla rete elettrica quindi e niente preoccupazioni relative alla sicurezza degli operatori e del pubblico per il pericolo delle elettrocuzioni, e soprattutto niente bolletta elettrica, condizione importante ad esempio, una volta ottenuto il finanziamento per la costruzione, per installazioni di tipo demaniale. Il sistema così delineato, oggetto del presente ritrovato, viene ora descritto in dettaglio, facendo riferimento alle seguenti figure: No connections to the electricity grid, therefore, and no worries relating to the safety of operators and the public due to the danger of electrocution, and above all no electricity bill, an important condition, for example, once the financing for construction has been obtained, for state-owned installations. The system thus outlined, object of the present invention, is now described in detail, with reference to the following figures:

fig.1 Diagramma che rappresenta l'andamento della portata dell'acqua di drenaggio, della prevalenza sulla pompa e della potenza eolica disponibile ed utilizzata, in funzione della velocità del vento. fig. 1 Diagram representing the trend of the drainage water flow rate, the head on the pump and the wind power available and used, as a function of the wind speed.

fig. 2 Schema complessivo di un esempio di impianto basato sull'impiego di un rotore Darrieus, solidale ad una pompa ibrida, immersa sotto il livello della batimetrica e dotata di dispositivo di limitazione della prevalenza. fig. 2 Overall diagram of an example of a system based on the use of a Darrieus rotor, integral with a hybrid pump, immersed below the bathymetric level and equipped with a head limiting device.

fig. 3 Vista laterale del rotore Darrieus, che mostra il meccanismo a pendoli centrifughi che aziona i freni aerodinamici. fig. 3 Side view of the Darrieus rotor, showing the centrifugal pendulum mechanism that operates the air brakes.

fig. 4 Vista delle posizioni assunte dai freni aerodinamici al variare dei giri rispetto al vento: a) bassi giri; b) medi giri; c) alti giri. fig. 4 View of the positions assumed by the aerodynamic brakes as the revs vary with respect to the wind: a) low revs; b) medium laps; c) high revs.

fig. 5 Schema complessivo di un esempio di impianto basato su un rotore ad asse orizzontale, di tipo monopala, con la regolazione del passo azionata da un regolatore a masse centrifughe. fig. 5 Overall diagram of an example of a plant based on a horizontal axis rotor, of the single blade type, with the pitch adjustment operated by a centrifugal mass regulator.

fig. 6 Particolare del sistema di controllo del passo, che agisce su uno snodo sferico, atto ad assicurare due gradi di libertà alla pala. fig. 6 Detail of the pitch control system, which acts on a ball joint, capable of ensuring two degrees of freedom to the blade.

fig. 7 Vista in pianta del vincolo che assicura il trasferimento della coppia motrice, pur consentendo il brandeggio della monopala. fig. 7 Plan view of the constraint that ensures the transfer of the drive torque, while allowing the swing of the single blade.

fig. 8 Schema complessivo di un esempio di impianto basato su un rotore topaia, dotato di snodo per il flappeggio e con asse orientabile da una posizione orizzontale a quella verticale, per ridurre la potenza prodotta. fig. 8 Overall diagram of an example of a system based on a ditch rotor, equipped with an articulation for flapping and with an axis that can be swiveled from a horizontal to a vertical position, to reduce the power produced.

In fig.1 sono visibili gli andamenti di progetto delle variabili del sistema, secondo una caratteristica del presente ritrovato, dove la curva 1) descrive un andamento lineare della portata d'acqua, al variare della velocità del vento (V), che diventa specifica di progetto sia dell'aeromotore che della pompa. Quando la velocità del vento raggiunge il valore limite di VL, tarabile a seconda delle esigenze, la portata 2) diventa costante, come conseguenza del fatto che anche la differenza di pressione 3) a cavallo della pompa diventa costante 4). Fig. 1 shows the design trends of the system variables, according to a characteristic of the present invention, where curve 1) describes a linear trend of the water flow, as the wind speed (V) varies, which becomes specific of both the aeromotor and the pump. When the wind speed reaches the limit value of VL, which can be calibrated according to requirements, the flow rate 2) becomes constant, as a consequence of the fact that the pressure difference 3) across the pump also becomes constant 4).

La legge di variazione 3) della differenza di pressione Δρ a cavallo della pompa, prima di diventare costante, viene assunta con un andamento quadratico, al variare della portata di drenaggio, anche se nella pratica si possono avere degli scostamenti normalmente non significativi, la cui entità però, nel caso arrivasse, ai giri intermedi, a mettere in crisi la pompa (pericolo di stallo), può essere corretta con una apertura fissa di Bypass, che abbassa la prevalenza e la potenza, mentre la portata 6) nella pompa diventa maggiore di quella di drenaggio 5). The law of variation 3) of the pressure difference Δρ across the pump, before becoming constant, is assumed with a quadratic trend, as the drainage flow varies, even if in practice there may be deviations that are normally not significant, whose however, if it reaches the intermediate revs, to put the pump in crisis (danger of stalling), it can be corrected with a fixed Bypass opening, which lowers the head and power, while the flow rate 6) in the pump becomes greater than that of drainage 5).

In figura 2) è anche visibile l'accorgimento che permette di limitare il valore massimo della Δρ sulla pompa 7): si tratta di un esempio dato a titolo dimostrativo, ma non limitante di ottenere lo stesso risultato con altri mezzi. Figure 2) also shows the device that allows to limit the maximum value of the Δρ on the pump 7): this is an example given as a demonstration, but not limiting to obtain the same result by other means.

In questo caso la carcassa inferiore 8) (normalmente fissa) della pompa è in effetti incernierata in 9) ed è trattenuta in posizione da un contrappeso 10), che determina l'entità della Δρ di intervento. In this case the lower casing 8) (normally fixed) of the pump is in fact hinged at 9) and is held in position by a counterweight 10), which determines the extent of the intervention Δρ.

L'abbassamento della carcassa 8) crea sia un By-pass nella portata delia pompa, che un deterioramento della efficienza della pompa stessa, che quindi non assicurerà più una portata (non desiderata) proporzionale ai giri, che possono quindi aumentare al crescere del vento, senza che cresca la portata di drenaggio 5), che è invece correlata alla depressione e cioè dal Δρ e non più, in queste condizioni, ai giri della pompa. The lowering of the casing 8) creates both a By-pass in the pump flow rate, and a deterioration in the efficiency of the pump itself, which therefore will no longer ensure an (undesired) flow rate proportional to the revolutions, which can therefore increase as the wind increases. , without increasing the drainage flow rate 5), which is instead correlated to the depression, i.e. from Δρ and no longer, in these conditions, to the pump revolutions.

La potenza assorbita dalla pompa 7), prodotto della portata 6) per la differenza di pressione Δρ assume, a parte il rendimento, un andamento 11 ) caratterizzato da una relazione cubica rispetto alla velocità V del vento, andamento a cui si adegua automaticamente la potenza prodotta dal rotore eolico. The power absorbed by the pump 7), product of the flow rate 6) by the pressure difference Δρ assumes, apart from the efficiency, a trend 11) characterized by a cubic relationship with respect to the wind speed V, a trend to which the power is automatically adjusted produced by the wind rotor.

Quando la pressione Δρ diventa costante, grazie al dispositivo 8) la potenza assorbita dalla pompa non cresce più con legge cubica ma, in prima approssimazione, con legge lineare con i giri 12), mentre la potenza disponibile nel rotore continua a crescere con legge cubica 13) rispetto alla velocità del vento V. In questo caso, trattandosi di un rotore di tipo Darrieus, preso come esempio degli adattamenti che si rendono necessari per un suo impiego in questa applicazione, l'eccesso di potenza viene smaltito da apposite superfici aerodinamiche 14) costituite da semicilindri posti orizzontalmente, liberi di ruotare di 180°, grazie al comando di pendoli centrifughi 15, caso a) fig. 4, tenuti in posizione da una molla precaricata 16) che, grazie ad un sistema di pulegge e di cavi, al crescere dell'accelerazione centrifuga, orienta i suddetti semicilindri in modo da aumentarne gradualmente l'azione frenante. When the pressure Δρ becomes constant, thanks to device 8) the power absorbed by the pump no longer grows with cubic law but, as a first approximation, with linear law with revolutions 12), while the power available in the rotor continues to grow with cubic law 13) with respect to the wind speed V. In this case, being a Darrieus type rotor, taken as an example of the adaptations that are necessary for its use in this application, the excess power is disposed of by special aerodynamic surfaces 14 ) consisting of half cylinders placed horizontally, free to rotate 180 °, thanks to the command of centrifugal pendulums 15, case a) fig. 4, held in position by a preloaded spring 16) which, thanks to a system of pulleys and cables, directs the aforementioned half-cylinders as the centrifugal acceleration increases so as to gradually increase their braking action.

Questi semicilindri 14), montati in posizione contrapposta, come è visibile in fig. 2, assolvono inizialmente anche alla funzione, con poco vento, di avviare la rotazione del Darrieus che, come noto, non parte da solo. These half-cylinders 14), mounted in an opposite position, as can be seen in fig. 2, initially also perform the function, with little wind, of starting the rotation of the Darrieus which, as known, does not start by itself.

Quando il rotore è partito, e la velocità tangenziale del mulino diventa, come ordine di grandezza, 4-5 volte più alta di quella del vento, essi diventano organi frenanti, assorbendo quindi una parte dell'energia prodotta. When the rotor has started, and the tangential speed of the mill becomes, as an order of magnitude, 4-5 times higher than that of the wind, they become braking organs, thus absorbing a part of the energy produced.

Al di sopra di un numero di giri prefissato poi, grazie all'azione delle masse centrifughe 15) i cilindri ruotano, caso b) fig. 4, e l'azione frenante aumenta di conseguenza. Above a predetermined number of revolutions then, thanks to the action of the centrifugal masses 15), the cylinders rotate, case b) fig. 4, and the braking action increases accordingly.

A rotazione completa (180°; caso c) fig. 4), l'azione frenante diventa massima ed il sistema diventa capace di assorbire, disperdendola, tutto l'eccesso di energia che il rotore produce (curvai 3). With complete rotation (180 °; case c) fig. 4), the braking action becomes maximum and the system becomes capable of absorbing, dispersing it, all the excess energy produced by the rotor (curve 3).

L'inizio dell'intervento dei suddetti dispositivi 14) deve coincidere, in prima approssimazione, con l'intervento del sistema di By-pass, anche se un certo ritardo non dà luogo a problemi, poiché se l'azione del By-pass inizia in anticipo, il minore carico della pompa fa aumentare i giri del rotore, fino a quando inizia l'intervento delle masse centrifughe 15). The beginning of the intervention of the aforementioned devices 14) must coincide, as a first approximation, with the intervention of the By-pass system, even if a certain delay does not give rise to problems, since if the By-pass action starts in advance, the lower load of the pump increases the rotor revolutions, until the intervention of the centrifugal weights starts 15).

In fig. 1 è visibile l'andamento della potenza 17) che i freni devono disperdere, molto più grande della potenza 18) che la pompa è in grado di assorbire. In fig. 1 shows the trend of the power 17) that the brakes must disperse, much greater than the power 18) that the pump is able to absorb.

Il limite dell'adozione di un rotore Darrieus, esemplare in termini di semplicità, poiché ha due soli cuscinetti 19) e 20), più un cuscinetto 21) di centraggio della girante della pompa verticale, del tipo di quelli usati per le eliche delle imbarcazioni, ed inoltre non necessita di dispositivi di orientamento al vento, è dato dagli alti giri, che deve raggiungere, poiché in questa tipologia sono sempre proporzionali alla velocità del vento e le conseguenti alte potenze che sollecitano comunque le pale, oltre che dalla inefficienza connessa alla azione frenante dei dispositivi preposti all’avviamento. The limit of adopting a Darrieus rotor, exemplary in terms of simplicity, since it has only two bearings 19) and 20), plus a bearing 21) for centering the vertical pump impeller, of the type used for boat propellers , and also does not require wind orientation devices, it is given by the high revolutions, which it must reach, since in this type they are always proportional to the wind speed and the consequent high powers that still stress the blades, as well as the inefficiency connected to the braking action of the starting devices.

Più favorevole, per questi aspetti, l'uso di un rotore monopala ad asse orizzontale, fig. 5, tipologia che se permette una economica soluzione alla gestione del passo dell'elica (molto meglio del controllo del passo di una bipala o peggio tripala) consente così di ridurre effettivamente la potenza prodotta, adeguandola a quella richiesta dalla pompa 7), senza bisogno di freni di alcun tipo. For these aspects, the use of a single-blade rotor with horizontal axis is more favorable, fig. 5, a type that if it allows an economical solution to the management of the propeller pitch (much better than the control of the pitch of a two-blade or worse three-blade) thus allows to effectively reduce the power produced, adapting it to that required by the pump 7), without the need of brakes of any kind.

Questa soluzione necessita di un sistema di orientamento dell'asse di rotazione del rotore al vento da ottenersi a mezzo di un timone ancorato alla flangia 23). This solution requires an orientation system of the rotor rotation axis to the wind to be obtained by means of a rudder anchored to the flange 23).

La complicazione del rinvio a 90° con ingranaggi conici 24) e 25) è compensata, in qualche modo, dal fatto che si può ottenere una certa moltiplicazione dei giri, cui contribuisce anche la maggiore velocità tipica dei monopala, che consente una costruzione più compatta e più economica della pompa 7). The complication of the 90 ° transmission with bevel gears 24) and 25) is compensated, in some way, by the fact that a certain multiplication of the revolutions can be obtained, to which also the higher speed typical of single blades contributes, which allows a more compact construction and cheaper than the pump 7).

In fig. 5, sempre a titolo di esempio, è riportata la presenza di una vera e propria valvola di By-pass 26), distaccata dalla pompa, che assolve al compito di limitare il Δρ massimo. In fig. 5, again by way of example, shows the presence of a real By-pass valve 26), detached from the pump, which performs the task of limiting the maximum Δρ.

Un finecorsa 27), tarabile secondo le esigenze, può essere predisposto per non permettere la chiusura completa della valvola, quando il sistema drenante è più piccolo di quanto sia previsto per la taglia della macchina oppure quando, a giri intermedi, la prevalenza risulta più alta di quella prevista (scostamento dalla legge quadratica). A limit switch 27), which can be calibrated according to requirements, can be arranged to not allow the valve to close completely, when the draining system is smaller than what is foreseen for the size of the machine or when, at intermediate revolutions, the head is higher. than expected (deviation from the quadratic law).

Con la regolazione del passo dell'elica è possibile limitare il numero dei giri massimo del rotore, in presenza di venti dell'ordine dei 50 m/s (180 km/h), al 50 %, a titolo di esempio, in più della velocità raggiunta al limite dell'intervento della valvola di By-pass 26), oppure del regolatore centrifugo 28), in corrispondenza del raggiungimento della velocità limite del vento VL. By adjusting the propeller pitch it is possible to limit the maximum number of rotor revolutions, in the presence of winds of the order of 50 m / s (180 km / h), to 50%, by way of example, more than the speed reached at the limit of the intervention of the By-pass valve 26), or of the centrifugal regulator 28), when the limit wind speed VL is reached.

Con questo limitato aumento della velocità infatti non è necessario intervenire a rovinare l'efficienza della pompa, come nel caso prima descritto, con una soluzione quindi alla fine più economica e meno delicata. With this limited increase in speed, in fact, it is not necessary to intervene to ruin the efficiency of the pump, as in the case described above, with a solution that is therefore cheaper and less delicate.

E' caratteristico del presente ritrovato l'uso di uno snodo sferico, originale rispetto allo stato del'arte, caratterizzato dal fatto che il doppio giro di sfere adatto a permettere i due gradi di libertà richiesti, i piccoli angoli di oscillazione 29) tipici della monopala, e, ortogonalmente, i grandi angoli 30) di controllo del passo, fig. 6, non è sollecitato dalla forza centrifuga, poiché il contrappeso 31) è solidale alla pala 34), quindi gli attriti per la gestione del passo non richiedono un regolatore centrifugo 28), particolarmente potente, ma più ridotto e meno costoso di quello previsto per il motore Darrieous, fig. 2. The use of a ball joint, original with respect to the state of the art, is characteristic of the present invention, characterized by the fact that the double round of balls suitable for allowing the two degrees of freedom required, the small angles of oscillation 29) typical of the single blade, and, orthogonally, the large pitch control angles 30), fig. 6, is not stressed by the centrifugal force, since the counterweight 31) is integral with the blade 34), therefore the frictions for the management of the pitch do not require a centrifugal regulator 28), particularly powerful, but smaller and less expensive than the one provided for the Darrieous engine, fig. 2.

Il collegamento, poi, tra il regolatore centrifugo ed il suddetto snodo sferico è realizzato da una sola biella che è munita di nodi sferici 32) e 33). The connection, then, between the centrifugal regulator and the aforementioned spherical joint is made by a single connecting rod which is equipped with spherical nodes 32) and 33).

E' anche caratteristico di questo ritrovato il fatto che due soli pezzi, il supporto 35) del contrappeso 31) e la flangia di ancoraggio 36) della pala 34), ambedue lavorati internamente secondo anelli di superfici sferiche 39) e 40), assolvano da soli, ancorati a mezzo di viti, 39) fig. 6 e fig. 5, alle funzioni di doppio snodo e collegamento degli organi componenti. It is also characteristic of this invention that only two pieces, the support 35) of the counterweight 31) and the anchoring flange 36) of the blade 34), both machined internally according to rings of spherical surfaces 39) and 40), absolve from alone, anchored by means of screws, 39) fig. 6 and fig. 5, to the functions of double joint and connection of the component parts.

E' alla fine caratteristica e necessaria, a causa della sfera 38), non capace di trasmettere la coppia motrice, la presenza di una staffa, 39) fig. 7, solidale all'asse 42) del rotore e dotata di un foro asolato 43) nel quale il cilindretto 44) può muoversi assialmente, per permettere un limitato momento di brandeggio 29) della pala, e trasmettere lateralmente la coppia motrice prodotta dalla pala. In the end it is characteristic and necessary, due to the ball 38), not capable of transmitting the driving torque, the presence of a bracket, 39) fig. 7, integral with the axis 42) of the rotor and equipped with a slotted hole 43) in which the cylinder 44) can move axially, to allow a limited swing moment 29) of the blade, and laterally transmit the drive torque produced by the blade.

I costi, la durata ed i problemi di lubrificazione degli ingranaggi conici rendono interessante anche un'altra alternativa del mulino a vento basata su una geometria bipala, fig. 8, dove ancora l'azione di un regolatore centrifugo del tipo inventato da Watt 13) provoca la inclinazione verticale dell'asse 45) del rotore allo scopo di presentare al vento una proiezione ridotta della superficie del disco dell'elica, fino a quanto basta per fornire la potenza richiesta dalla pompa, con un assetto simile a quello che assume il rotore di un elicottero che sta accelerando in avanti. The costs, the duration and the lubrication problems of the bevel gears also make another alternative of the windmill based on a two-blade geometry interesting, fig. 8, where again the action of a centrifugal regulator of the type invented by Watt 13) causes the vertical inclination of the axis 45) of the rotor in order to present to the wind a reduced projection of the surface of the propeller disk, up to enough to provide the power required by the pump, with an attitude similar to that assumed by the rotor of a helicopter that is accelerating forward.

La rotazione verticale, invece che laterale, caratteristica di molti mulini a vento, che però ribaltandosi lateralmente si fermano quando il vento è eccessivo, si rende necessaria ed è caratteristica del presente ritrovato, per evitare che, inclinando il disco, l'effetto giroscopico non interagisca con l'azione del regolatore di Watt, creando instabilità per combattere le quali è stato comunque anche introdotto uno snodo 46 nel piano ortogonale della pala 47) adatto a consentire il movimento di flappeggio 48), caratteristico di alcuni tipi di elicotteri. The vertical rotation, rather than lateral, characteristic of many windmills, which, however, when overturning laterally, stop when the wind is excessive, is necessary and is characteristic of the present invention, to avoid that, by tilting the disk, the gyroscopic effect does not interacts with the action of the Watt regulator, creating instability to combat which a joint 46 has in any case also been introduced in the orthogonal plane of the blade 47) suitable for allowing the flapping movement 48), characteristic of some types of helicopters.

In questo caso l'orientamento verticale del sistema al vento è ottenuto come nel caso del monopala con un timone a vento 49), la cui azione viene così disaccoppiata da quella del controllo della potenza. In this case the vertical orientation of the system to the wind is obtained as in the case of the single-blade with a windvane rudder 49), whose action is thus decoupled from that of the power control.

In questo caso la trasmissione del moto all'asse verticale della pompa è ottenuto con una coppia di snodi cardanici 50) e 51), collegati da un giunto scorrevole assialmente e posti in posizione equidistante dall'asse di inclinazione 52) del rotore, coincidente con l'incrocio dell'asse del rotore 45) con l'asse verticale 53), collegato alla pompa. In this case the motion transmission to the vertical axis of the pump is obtained with a pair of cardan joints 50) and 51), connected by an axially sliding joint and placed equidistant from the inclination axis 52) of the rotor, coinciding with the intersection of the rotor axis 45) with the vertical axis 53), connected to the pump.

Ciò consente, con un opportuno collettamento dei giunti cardanici, di evitare pulsazioni nella trasmissione per qualsiasi angolo di inclinazione dell'asse rotore. 6). Poco costosa in queste condizioni la pala, che può essere fatta anche in legno, poiché i giri massimi non superano che del 50-60% quelli corrispondenti alla VL, ma più complesso e necessariamente molto potente il meccanismo regolatore di Watt 54), il cui azionamento 55) deve attraversare il supporto rotante 56) del rotore e, facendo capo a leveraggi più complessi di quelli richiesti dal monopala, muovere masse e superfici considerevoli, oltre a dover vincere l’ attrito de giunto scorrevole. Per quanto riguarda il montaggio della pompa, in tutti i casi citati e rivendicati come alternative di un unico sistema, ne è previsto l'alloggiamento su una struttura orizzontale 57), che, appoggiata su un gradino di in una fossa in muratura 58), strutturata anche per la funzione di fondamenta della torre 59) di supporto del mulino, nelle varie versioni possibili, dà luogo a due ambienti separati, dei quali quello inferiore 60) è il collettore di tutti i tubi di drenaggio 61), che possono essere muniti anche di valvole di intercettazione 62), non necessarie se la suddetta struttura orizzontale 57) viene progettata per essere facilmente sollevata al di sopra del pelo libero della falda freatica 63), mentre l'ambiente superiore 64) è alla atmosfera ed è collegato con un tubo 65) o con un canale con il mare. This allows, with an appropriate collection of the cardan joints, to avoid pulsations in the transmission for any angle of inclination of the rotor axis. 6). In these conditions the blade, which can also be made of wood, is inexpensive, since the maximum revolutions do not exceed those corresponding to the VL by 50-60%, but the regulating mechanism of Watt 54) is more complex and necessarily very powerful, whose drive 55) must pass through the rotating support 56) of the rotor and, relying on more complex levers than those required by the single blade, move considerable masses and surfaces, in addition to having to overcome the friction of the sliding joint. As regards the assembly of the pump, in all the cases cited and claimed as alternatives to a single system, it is provided for housing it on a horizontal structure 57), which, resting on a step in a masonry pit 58), also structured for the function of the foundation of the tower 59) supporting the mill, in the various possible versions, gives rise to two separate rooms, of which the lower one 60) is the collector of all the drainage pipes 61), which can be equipped also of shut-off valves 62), not necessary if the aforementioned horizontal structure 57) is designed to be easily raised above the free surface of the water table 63), while the upper environment 64) is to the atmosphere and is connected to a tube 65) or with a channel with the sea.

Per riguarda i tubi di drenaggio, 61), rispetto allo stato dell'arte, che prevede il loro interramento a profondità costante, rispetto al livello del mare, con il presente ritrovato, secondo un' altra caratteristica innovativa, visto che il loro collettore 61) può essere messo in depressione, è più conveniente disporli a profondità variabile, fig. 5) d), f) e g), con maggiori profondità via via che ci si avvicina alla camera di raccolta e di ristagno 60), in modo che la maggiore depressione, dovuta al moto dell'acqua nei tubi, non aumenti localmente il drenaggio, fino al limite di aspirare aria, drenaggio quindi compensato e normalizzato da una maggiore altezza verticale di strati filtranti di sabbia, con Γ obbiettivo di una azione di rinascimento costante lungo i tubi drenanti fino anche a grande distanza dalla pompa. As regards drainage pipes, 61), with respect to the state of the art, which provides for their burial at a constant depth, with respect to sea level, with the present invention, according to another innovative feature, given that their collector 61 ) can be put in depression, it is more convenient to arrange them at variable depth, fig. 5) d), f) and g), with greater depths as you approach the collection and stagnation chamber 60), so that the greater depression, due to the motion of the water in the pipes, does not locally increase drainage , up to the limit of sucking in air, drainage then compensated and normalized by a greater vertical height of filtering layers of sand, with the aim of a constant rebirth action along the drainage pipes even at a great distance from the pump.

Una ultima variante del presente ritrovato prevede leliminazione, per motivi di risparmio ed anche di ingombro, della suddetta valvola di Bypass 26) ottenuta grazie all’aumento del peso e della potenza del regolatore centrifugo 28), adottato nel mulino monopala, allo scopo di aumentarne il guadagno e quindi ridurne la variazione dei giri che provocano l’intera escursione del passo, in una finestra, a titolo di esempio, del 10% dei giri massimi. A last variant of the present invention provides for the elimination, for reasons of saving and also of space, of the aforementioned Bypass valve 26) obtained thanks to the increase in weight and power of the centrifugal regulator 28), adopted in the single blade mill, in order to increase it the gain and therefore reduce the variation of the revolutions that cause the entire excursion of the pitch, in a window, by way of example, of 10% of the maximum revolutions.

In questo modo la gestione della depressione massima passa dalla taratura del contrappeso 10) alla taratura della molla 16) del regolatore centrifugo 28). In this way, the management of the maximum depression passes from the calibration of the counterweight 10) to the calibration of the spring 16) of the centrifugal regulator 28).

Claims

Claims 1) Beach nourishment system, based on wind energy, characterized by the direct coupling between a wind rotor and a vertical axis pump, whose operation at variable flow with wind speed, allows a targeted action for recovery of the beach, with an optimal use of wind energy, thanks to the coupling of the characteristics of the wind rotor, the pump and the drainage system, all adapted and designed with the aim of obtaining a power absorption by the variable pump with the same law of variation of the power supplied by the wind rotor, as the wind speed varies, substantially according to the hypothesis of having a flow rate that varies linearly with the wind speed, while the depression increases with a quadratic law with respect to the wind, up to to a maximum allowable depression limit, beyond which a By-pass system on the pump and in parallel a system of limitation of The energy supplied by the wind rotor, based on devices such as Watt regulators, make both the pressure and the suction flow rate constant, in the drainage pipes, as the wind speed increases up to three-four times the limit speed, corresponding to the intervention of the aforesaid limiters of the energy supplied by the wind rotor.

2) Beach nourishment system according to claim 1), characterized by the fact that the aforementioned variable speed pump is placed on a watertight, liftable type structure for the maintenance of the pump and the Bypass valve, which isolates an area lower, which can thus be sent in depression up to the calibration limits of the aforementioned By-pass valve, which for this purpose is equipped with a counterweight suitable to guarantee, with zero stiffness, a constant depression as the pump revolutions vary, and consequently also a constant drainage flow rate.

3) Beach nourishment system according to claims 1) and 2), characterized by the fact that a suitable adjustable lock keeps the By-pass valve open, or any other type of adjustable opening, carrying out the task, thanks to the recirculation, of adapt the pump in terms of flow rate and pressure to the actual drainage range.

4) Beach nourishment system according to claims 1) and 2), characterized by the expedient of increasing the burial depth of the aforementioned drainage pipes as they approach the suction chamber, under the pump.

5) Beach nourishment system according to claims 1) and 2), characterized by the fact that the aforementioned wind rotor is an improved version of the Darrious, which has been equipped, for this purpose, above and below with aerodynamic surfaces, with semi-cylindrical geometry , placed horizontally and hinged in correspondence with the axis of the cylinder, having the function of starting the rotor at low wind speeds, while at high speed, gradually rotating up to 180 °, with respect to their hinging axis, they become aerodynamic brakes capable of absorb the excess energy produced, on the basis of a suitable function of the number of revolutions, achieved with the use of spring-preloaded centrifugal pendulums, kinematically connected to the aforementioned aerodynamic surfaces.

6) Beach nourishment system, according to claims 1) and 2) characterized by the fact that the aforementioned vertical axis pump is equipped at the bottom with a vertically movable body, having the function of increasing, in opening, the clearances between the impeller and the relative casing, consisting of this movable body, and at the same time to open an opening also external to the pump, between the suction area and the delivery, with the aim of acting as a By-pass to the pump and obtaining a constant and proportional pressure drop to a counterweight, which holds the aforementioned movable body in position, as the revolutions vary.

7) Beach nourishment system according to claims 1) and 2), characterized by the fact that the aforementioned wind rotor can also be made with a single-blade structure, with a horizontal axis, perfected for this application through the adoption of the variable pitch, driven by a centrifugal regulator, while a spherical joint plus a slotted fork, designed to transmit the drive torque, ensure the blade the two degrees of freedom required, with minimum friction thanks to two turns of balls and with the minimum of pieces, only two , components of the joint and a single connecting rod in turn with spherical joints, for connection to the centrifugal regulator.

8) Beach nourishment system according to claims 1) and 2), characterized by the fact that the aforementioned wind rotor can also be made with a two-blade structure, with axis with variable inclination from horizontally to vertically, improved for this application by the adoption of a joint that allows the flapping of the rotor propeller, by two cardan joints, connected by an axial joint and articulated so as to have, at all angles of inclination, a homokinetic transmission while the command of the inclination of the axis of the rotor takes place by means of a Watt device, placed further down, in the vertical section of the axis that descends to control the pump, which, for operation, is equipped with a rotating joint, a rod that crosses the base vertically rotating of the mill and of motion amplification levers.

9) Beach nourishment system according to claims 1) and 7) characterized by the fact that by increasing the size and power of the aforementioned centrifugal regulator the gain can be increased to obtain the complete variation from the pitch with a limited increase in the rotation speed of the windmill, with the result of being able to eliminate the aforementioned Bypass valve with counterweight, and relative cost, while the fixed Bypass adaptation remains necessary, which can be made, by way of example, by a series of openings equipped with caps to be removed, at calibration, in the most appropriate number.

10) Beach nourishment system according to claims 1), 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8), 9), made using one or more of the solutions described for the improvement of the rotors wind turbines, pumps and drainage pipes, through Γ integration of measures referring to a type of mill, applied to another type, such as, by way of example, Γ use of the homokinetic double cardan joint, applied to the single blade mill, to the instead of the bevel gear transmission.

11) With reference to claims 4), 6) and 7), it is also claimed that the improvements introduced in the aforementioned windmills, as well as being essential for use in nourishment systems, can also be usefully employed in other applications of exploitation wind energy, as they extend its field of use and improve its efficiency.

12) With reference to claim 6), the use of the improvements devised to simplify and reduce the cost of the variable pitch of a generator in the use relating to beach nourishment is then claimed, in order to also obtain a robust and economical practical solution also in the sector of propulsive propellers for light aircraft, in particular motor gliders, where the aforementioned ball joint and relative control with a single connecting rod, applied to a single-blade propeller with electric, mechanical and hydraulic pitch control, as per the state of the arte, as an alternative to the Watt regulator, useful only in the windmill application, can extend the benefits of the variable pitch also to aircraft with severe cost limits.