ITBA20100003U1

ITBA20100003U1 - Sistema per controllo di imbardata "rudder s.d." per generatore minieolico da kw 1 a kw 90

Info

Publication number: ITBA20100003U1
Application number: IT000003U
Authority: IT
Inventors: Domenico Sivilli
Original assignee: Domenico Sivilli
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2010-04-13
Also published as: EP2351931A1; EP2351931B1

Description

DESCRIZIONE

SISTEMA PER CONTROLLO DI IM-

BARDATA "RUDDER S.D." PER

GENERA TORE MINIEOLICO DA

KW 1 A KW 90.

STATO ANTERIORE DELLA TECNICA

I vari sistemi e sotto-sistemi di controllo usati in un aerogeneratore, servono soprattutto per regolare la potenza elettrica del generatore o per garantire le condizioni di sicurezza per la macchina agendo sulla velocità del rotore, staccandolo al raggiungimento della velocità di cut-of. Tra i sistemi di controllo, si annoverano il controllo di imbardata, il controllo di passo e il sistema frenante. Quello considerato in questa memoria è il sistema di imbardata.

Il sistema di imbardata (yaw System , in inglese) è quello preposto a garantire il corretto allineamento tra l'asse di rotazione del rotore e la direzione del vento.

Nelle macchine di taglia medio-grande, il controllo di imbardata è garantito da un servomeccanismo attivato da un sensore automatico che, rilevato lo scostamento dell’asse del rotore dalla direzione del vento, aziona un motore elettrico che riallinea la navicella /gondola.

Negli aero generatori di taglia più piccola, il controllo è solitamente di tipo passivo, pertanto risulta sufficiente a questo scopo l’impiego di un semplice timone direzionale. Nelle turbine in cui il rotore sia disposto sottovento, l'allineamento è garantito dal cono aerodinamico fonnato dal rotore stesso, grazie all'inclinazione delle pale.

il controllo dì imbardata può essere usato anche in senso attivo, disallineando il rotore quando ne occorra diminuire la velocità di rotazione. Questo sistema, adoperato nelle macchine a passo fìsso in generale, non è molto usato salvo nelle macchine di piccola taglia.

Il sistema più usato per regolare la potenza nei generatori eolici a passo fìsso è costituito dal controllo di stallo, ossia, un controllo di tipo passivo che mette gradualmente in stallo il rotore, partendo dal centro via via verso le estremità, quando la velocità del vento sia molto alta e prossima al valore di stacco.

Il sistema per il controllo della potenza adoperato nelle macchine a velo cità variabile è invece costituito dal controllo del passo {pitch, in inglese), che è un sistema attivo che agisce direttamente sull'angolo di Incidenza delle pale del rotore rispetto al vento, aumentandolo o diminuendolo, in modo da inficiare sulla efficienza aerodinamica, permettendone la varia zione della velocità rotativa e quindi la variazione della produzione energetica.

Il sistema frenante, invece, è solitamente costituito da un freno a disco il quale entra in funzione in caso di emergenza o usato come freno di stazionamento, allorché sì intenda arrestare del tutto il rotore, indipendentemente dalla velocità del vento, ad esempio, nel caso di operazioni di manutenzione,

OBIETTIVO CHE L'INNOVAZIONE INTENDE RAGGIUNGERE A causa delle loro ridotte dimensioni, gli impianti minieolici, non necessitano di motori di imbardata o di altri analoghi sistemi di controllo attivi, che per altro non potrebbero alloggiare, e per garantirne il corretto allineamento con il flusso del vento è sufficiente un timone direzionale posto sottovento, rispetto al rotore, all'asse di imbardata. Questo controllo permette di regolare la potenza elettrica del generatore minieolico. La potenza elettrica generata, può essere regolata principalmente tramite due diversi metodi, ossia il controllo di stallo oppure il controllo di passo. In alcuni modelli, sono stati adottati anche altri metodi, come il controllo di imbardata o quello di beccheggio. L’impiego di un metodo piuttosto dell'altro, dipende da come è stata progettata la macchina. Solitamente le turbine più grandi, sfruttano il controllo di passo mentre quelle più piccole utilizzano il controllo di stallo. Il sistema di controllo di imbardata “RUDDER S.D.'sfrutta il controllo di stallo; si tratta di un fenomeno aerodinamico che tende a smorzare la velocità del rotore in modo passivo.

Questo sistema di regolazione di imbardata, influenza anche la forma della curva di potenza caratteristica della turbina: questa curva cresce fino a raggiungere un massimo, solitamente in corrispondenza della velocità nominale o poco oltre (cut -off), dopodiché decresce, in modo a volte anche abbastanza rapido. Pertanto il controllo della velocità di sicurezza esercitato dal sistema "RUDDER S.D.” è di tipo passivo realizzato mediante un disallineamento del rotore rispetto alla direzione del vento.

La limitazione sulla velocità, può rendersi necessaria per motivi legati alla struttura di tutto il complesso minieolico ed è altresì significativa per la sicurezza di tutto l'insieme macchina.

Le caratteristiche che contraddistinguono il sistema "RUDDER S.D." sono intese in queste due innovazioni:

La prima innovazione consiste in un "flap", ovvero un pannello apribile ed incernierato alla struttura (foto 1) che sì apre in maniera autonoma, quando la velocità del vento raggiunga alcuni limiti.

La seconda innovazione, consiste nell’aver aggiunto una aletta di compensazione (foto 2) (wing-let, in inglese) che anticipa l’apertura del “flap" di compensazione direzionale del timone.

COME FUNZIONA IL SISTEMA DI CONTROLLO IMBARDATA

"RUDDER S.D."

Il sistema di controllo di imbardata "RUDDER S.D." avviene attraverso il disallineamento del rotore, quando il vento raggiunga una specifica velocita di progetto, prevista solitamente per valori pari o superiori a 50 m/s, alla quale le forze che agiscono sul timone e quelle che agiscono sul rotore, cessano di equilibrarsi. A questo punto entra in funzione il “flap” (foto 1 ) che contrasta il fluido aerodinamico proveniente dal flusso del vento e che permette, in maniera completamente autonoma, il disallineamento dell’angolo ottimale del sistema mini e oli co, atto alla produzione di energià elettrica alternativa. Questo "flap", funge da aero ire no imponendo la "rotazione della turbina" di quel tanto da poterla rallentare a valori accettabili. Quando il flusso aerodinamico cessa, o è sceso ai valori predefiniti. questa si richiude grazie ad un sistema di ritenuta tarato all'uopo, permeitendone la ripresa ottimale della direzione al vento della turbina cui il sisterna di imbardata “RUDDER S.D," resta collegato. Altresì lo stesso "flap” è munito dì un cavetto agganciato ad un contrappeso, che scorre all’intemo di una barra cava, (foto 3) il quale svolge un duplice compito. ovvero funge sia da cavo di sicurezza contro il distacco dello stesso “flap", tarato in modo da imporre, all’apertura, "solo un angolo predefìnito”, grazie anche al registro eseguito sul battente (foto 3) e sia da richiamo per la chiusura del flap quando il vento è sceso a livelli accettabili e quindi a valori di sicurezza, grazie ad un contrappeso ad esso collegato.

L'aletta "wing-let"(foto 2), applicata direttamente sul "flap", consente allo stesso di anticiparne l'apertura, per le considerazioni già edotte, permeitendone anche l’anticipo alla richiusura; questo, grazie sia alla forma della stessa aletta che all’angolo che essa forma, essendo fissata sullo stesso "flap" secondo una formula studiata all' occorrenza, per dame la compensazione voluta. L’accorgimento nasce da studi aeronautici i quali hanno fornito solide basi per la realizzazione sia del "flap" che della " " non tralasciando, però, anche la forma aerodinamica di tutto il sistema, partire dal tipo di coda, come si evince sulle stesse foto allegate, nonché, dalle tavole complessive (dis 031 / 1) foglio 1/2 e foglio 2/2, nonché dalle ulteriori tavole: "dis, 023/1 'dis. 024/ 1 dis. 024/2 ,· ‘‘dis.025 / 1”; "dis.026/ 1’ ; ”dis.026/2 dis.027/ 1"; "dis.028/ 1"; dis.029/ f '· "dis.030/ 1 "dis.040/ 1”, ad esse collegate.

COSTITUZIONE COSTRUTTIVA

Il sistema per il controllo di imbardata "RUDDER S.D." è costituito dai seguenti elementi costruttivi, meglio definiti nelle allegate tavole ‘'complessivo" (dis 031 / 1) foglio 1 /2 e foglio

dis.023 / 1: aletta "wìng- let";

dis. 024/ 1: boccola;

dis, 024/ 2: contrappeso complessivo

dis. 025/ 1:

dis.026/ 1: battente complessivo;

dis.026/2: boccola;

dis.026/3; battente;

dis.027/ 1: tubo retangolare;

dis.028/ 1 piastra;

dis.029/ 1; struttura coda;

dis.030/ 1 profili sagomati:

dis.040 / 1: barra con contrappeso.

Claims

RIVENDICAZIONI -i SISTEMA PER CONTROLLO DI IM- BARDATA “RUDDER S.D." PER GENERATORE MINIEOLICO DA KW 1 A KW 90. PRIMA RIVENDICAZIONE "Dispositivo per correggere l'imbardata di un sistema minieolico, munito di coda applicata ad esso, attraverso un aerofreno {flap, in inglese) per imprimere una resistenza al vento dando un repentino cambio di direzione a tutto fi gruppo minieolico"; SECONDA RIVENDICAZIONE “Aletta di compensazione (wing-let, in inglese) applicata ad un aerofreno per correggerne l'anticipo dell'apertura’'.