ITBO20090347A1

ITBO20090347A1 - PERFECT WIND EQUIPMENT

Info

Publication number: ITBO20090347A1
Application number: IT000347A
Authority: IT
Inventors: Renato Ricci; Enzo Staniscia
Original assignee: Know How Italia Spa
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-11-29

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione concerne una apparecchiatura eolica perfezionata. In particolare, la presente invenzione si inserisce nel settore dei generatori eolici ad asse verticale. The present invention relates to an improved wind apparatus. In particular, the present invention is part of the sector of vertical axis wind turbines.

E’ nota l’utilizzazione di generatori eolici costituiti da una pluralità di pale che, investite da un flusso di fluido (ad eesmpio dal vento o da una corrente marina), pongono in rotazione un albero cinematicamente collegato ad un dispositivo generatore elettrico atto a trasformare l’energia cinetica in energia elettrica. It is known the use of wind generators consisting of a plurality of blades which, hit by a flow of fluid (for example by the wind or a sea current), rotate a shaft kinematically connected to an electrical generator device capable of transforming kinetic energy into electrical energy.

Un generatore eolico ad asse verticale (noto anche con l’acronimo VAWT -Vertical Axis Wind Turbine) è un tipo di macchina eolica contraddistinta da una ridotta quantità di parti mobili nella sua struttura, il che le conferisce un'alta resistenza alle forti raffiche di vento, e la possibilità di sfruttare qualsiasi direzione del vento senza doversi ri-orientare continuamente, come invece previsto per i generatori ad asse orizzontale. A vertical axis wind generator (also known by the acronym VAWT - Vertical Axis Wind Turbine) is a type of wind machine characterized by a reduced amount of moving parts in its structure, which gives it a high resistance to strong gusts of wind, and the possibility of exploiting any wind direction without having to continually reorient itself, as instead provided for horizontal axis generators.

Un particolare tipo di generatore ad asse verticale è la turbina a vento di Savonius; dal punto di vista aerodinamico si tratta di un dispositivo a rotore composto da due o tre pale di forma semicilindrica supportate da un albero verticale. Ciascuna delle pale curve accoglie e sfrutta il vento che la spinge e lascia più facilmente sfuggire il vento che contrasta nella fase opposta. In altri termini, le pale trovano meno resistenza quando si muovono contro il vento (interagendo con la propria faccia convessa) che quando si muovono con il vento (interagendo con la propria faccia non convessa, cioè piana o concava), la differenza di resistenza induce la turbina di Savonius a girare. A particular type of vertical axis generator is the Savonius wind turbine; from the aerodynamic point of view it is a rotor device composed of two or three semi-cylindrical blades supported by a vertical shaft. Each of the curved blades welcomes and exploits the wind that pushes it and lets the wind that contrasts in the opposite phase escape more easily. In other words, the blades find less resistance when they move against the wind (interacting with their convex face) than when they move with the wind (interacting with their non-convex face, i.e. flat or concave), the difference in resistance induces the Savonius turbine to turn.

Uno degli svantaggi delle turbine ad asse verticale fino ad ora note è relativo al fatto che poiché sono dispositivi a resistenza aerodinamica, a parità di ingombro, sfruttano la forza del vento meno efficacemente di quelle a palo ed asse orizzontale. Gran parte della parte mobile del rotore di Savonius è vicino al suolo, dove la velocità del vento è più bassa. One of the disadvantages of up to now known vertical axis turbines is related to the fact that since they are aerodynamic resistance devices, with the same overall dimensions, they exploit the force of the wind less effectively than those with a pole and horizontal axis. Much of the moving part of the Savonius rotor is close to the ground, where the wind speed is lowest.

Fino ad ora, le turbine di questo tipo sono state utilizzate nei casi in cui il costo o l'affidabilità sono più importanti dell'efficienza. Per esempio, la gran parte degli anemometri sono turbine di Savonius, perché l'efficienza è assolutamente irrilevante per tali applicazioni, mentre turbine di Savonius molto più grandi, istallate su boe in acque profonde, sono state utilizzate per generare elettricità, laddove si ha necessità di scarse potenze elettriche e bassa manutenzione. La progettazione è facilitata perché, contrariamente alle turbine ad asse orizzontale, non sono necessari meccanismi di orientamento sulla direzione variabile del vento e la turbina è capace di auto avviarsi. Until now, turbines of this type have been used in cases where cost or reliability is more important than efficiency. For example, most anemometers are Savonius turbines, because efficiency is absolutely irrelevant for such applications, while much larger Savonius turbines, installed on deep water buoys, have been used to generate electricity, where it is needed. of low electrical power and low maintenance. The design is facilitated because, unlike horizontal axis turbines, there is no need for orientation mechanisms on the variable direction of the wind and the turbine is capable of self-starting.

Un particolare ma non esclusivo campo di applicazione dei generatori ad asse verticale è quello dell’alimentazione elettrica di dispositivi in zone non collegate ad una rete di distribuzione. Ad esempio lampioni stradali, segnali stradali, telefoni di emergenza, ecc., possono essere collegati a mezzi autonomi di alimentazione elettrica provvisti di un generatore eolico la cui girante ad asse verticale può vantaggiosamente essere contenuta nel profilo di un palo di sostegno. A particular but not exclusive field of application of vertical axis generators is the power supply of devices in areas not connected to a distribution network. For example, street lamps, road signs, emergency telephones, etc., can be connected to autonomous means of power supply provided with a wind generator whose vertical axis impeller can advantageously be contained in the profile of a support pole.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un generatore eolico ad asse verticale in grado di fornire una elevata efficienza abbinata ad una estrema semplicità costruttiva, con alta resistenza meccanica, di facile fabbricazione e trasporto. The object of the present invention is to provide a vertical axis wind generator capable of providing high efficiency combined with extreme constructive simplicity, with high mechanical strength, easy to manufacture and transport.

Tra i vantaggi della presente invenzione possono essere elencati seguenti: - il rendimento dell’apparecchiatura eolica è estremamente elevato, se confrontato ai generatori di tipo noto; Among the advantages of the present invention the following can be listed: - the efficiency of the wind equipment is extremely high, when compared to known generators;

- il generatore eolico è provvisto di un convogliatore e di una copertura mobile in grado di auto-orientarsi per sfruttare al meglio la forza del vento in riferimento alla direzione incidente; - the wind generator is equipped with a conveyor and a mobile cover capable of self-orienting to make the most of the force of the wind in reference to the incident direction;

- le pale sono formate da elementi modulari a centina, tra loro collegabili in modo da dimensionare facilmente e convenientemente il generatore; - the blades are made up of modular ribbed elements, which can be connected together in order to easily and conveniently size the generator;

- la fabbricazione, il trasporto e l’installazione dell’apparecchiatura risultano estremamente facilitate; - the manufacture, transport and installation of the equipment are extremely easy;

- l’apparecchiatura conserva sostanzialmente inalterate le sue caratteristiche anche dopo prolungati periodi di esercizio, richiedendo una manutenzione estremamente contenuta. - the equipment retains its characteristics substantially unchanged even after prolonged periods of operation, requiring extremely low maintenance.

Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e con l’aiuto degli annessi disegni, dati quale esemplificazione pratica del trovato, ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali: These and further advantages and features of the present invention will be better understood by every person skilled in the art from the following description and with the help of the attached drawings, given as a practical example of the invention, but not to be considered in a limiting sense, in which:

− la Fig.1 è una schematica vista prospettica di un possibile esempio di realizzazione di un’apparecchiatura eolica realizzata in conformità dell’invenzione; - Fig. 1 is a schematic perspective view of a possible example of construction of a wind equipment made in accordance with the invention;

− la Fig.2 è relativa ad un particolare ingrandito dell’esempio di cui alla Fig.1; − - la Fig.3 è una vista in pianta dell’esempio di cui alla Fig.1; - Fig.2 relates to an enlarged detail of the example in Fig.1; - - Fig.3 is a plan view of the example shown in Fig.1;

- la Fig.4 è una vista frontale di una forma di attuazione dell’invenzione in cui è meglio visibile la disposizione delle pale; - Fig.4 is a front view of an embodiment of the invention in which the arrangement of the blades is better visible;

- la Fig.5 è una vista prospettica di un possibile esempio di un elemento modulare a centina utilizzabile per la realizzazione dell’invenzione; - - la Fig.6 è uno schema in cui è mostrato, in una vista in pianta dall’alto, come l’apparecchiatura si orienta in relazione al vento incidente. - Fig.5 is a perspective view of a possible example of a modular rib element that can be used for the realization of the invention; - - Fig. 6 is a diagram showing, in a top plan view, how the equipment is oriented in relation to the incident wind.

Con riferimento ai disegni allegati, un’apparecchiatura eolica (1) realizzata in conformità dell’invenzione è del tipo comprendente una girante eolica ad asse verticale atta a condurre in rotazione un albero o un similare organo di trasmissione collegabile ad un dispositivo generatore elettrico, non illustrato nei disegni, poiché può essere di tipo noto e, pertanto non formare oggetto della presente invenzione. With reference to the attached drawings, a wind apparatus (1) made in accordance with the invention is of the type comprising a wind impeller with a vertical axis adapted to rotate a shaft or a similar transmission member which can be connected to an electrical generator device, which is not illustrated in the drawings, since it may be of a known type and therefore not form the subject of the present invention.

In conformità dell’invenzione la girante è composta da una pluralità di elementi modulari (2) o centine a profilo curvo disposti sovrapposti e collegati tra loro per il tramite di una superficie di spinta (3). In accordance with the invention, the impeller is composed of a plurality of modular elements (2) or curved profile ribs arranged superimposed and connected to each other by means of a thrust surface (3).

In particolare, ciascuno degli elementi modulari (2) può avere una conformazione sostanzialmente ad “S” in pianta. Come meglio visibile in Fig.5, ciascuna centina (2) è provvista di un albero centrale (23) che suddivide la centina (2) in due parti. Ciascuna di dette parti è provvista di un profilo convesso (21) e di un profilo concavo (22). In particular, each of the modular elements (2) can have a substantially "S" shape in plan. As can be seen better in Fig. 5, each rib (2) is provided with a central shaft (23) which divides the rib (2) into two parts. Each of said parts is provided with a convex profile (21) and a concave profile (22).

L’albero centrale (23) è provvisto di una estremità superiore (230) a sezione quadra o similare, conformata complementarmente rispetto ad una sede (231) prevista nella porzione inferiore dell’albero (23). In questo modo è possibile sovrapporre più elementi modulari, inserendo l’estremità superiore (230) di ciascun elemento nella corrispondete sede inferiore (231) presentata dall’elemento ad esso sovrastante. Inoltre, la sede (231) dell’elemento disposto più in basso sarà collegata ad un organo di trasmissione (non illustrato) per trasmettere la rotazione della girante al dispositivo delegato a trasformare l’energia cinetica in energia elettrica; l’estremità superiore (230) dell’elemento (2) disposto più in alto sarà invece folle, ovvero non solidale, rispetto ad una base superiore (4) dell’apparecchiatura, descritta in séguito. Le centine (2) sono inoltre provviste di mezzi atti a consentire il supporto di una superficie di spinta o ala (3). Nell’esempio rappresentato nei disegni, tali mezzi di supporto comprendono delle sedi cilindriche (24) disposte sulle facce superiore ed inferiore della centina (2). Dette sedi cilindriche (24) sono idonee ad accogliere stabilmente delle aste di collegamento (5) che uniscono le centine (2) sovrapposte. Oltre alle dette sedi cilindriche (24), le centine sono provviste, nelle loro estremità distali, di mezzi di ammorsamento (25) per i bordi longitudinali della detta ala (3). In pratica, detti mezzi di ammorsamento (25) possono essere costituiti da estremità ricurve (ad esempio ripiegate) all’interno delle quali vengono accolti in modo stabile i bordi dell’ala (3). Vantaggiosamente, i bordi dell’ala (3) possono essere provvisti di un’anima tubolare ovvero di uno stelo che può essere inserito con forzamento elastico all’interno dell’estremità ricurva dell’elemento (2). The central shaft (23) is provided with an upper end (230) with a square section or similar, conformed complementarily with respect to a seat (231) provided in the lower portion of the shaft (23). In this way it is possible to overlap several modular elements, by inserting the upper end (230) of each element in the corresponding lower seat (231) presented by the element above it. In addition, the seat (231) of the lower placed element will be connected to a transmission member (not shown) to transmit the rotation of the impeller to the device delegated to transform kinetic energy into electrical energy; the upper end (230) of the element (2) placed higher will instead be neutral, or not integral, with respect to an upper base (4) of the equipment, described below. The ribs (2) are also provided with means for allowing the support of a thrust surface or wing (3). In the example shown in the drawings, these support means include cylindrical seats (24) arranged on the upper and lower faces of the rib (2). Said cylindrical seats (24) are suitable for stably accommodating connecting rods (5) which join the overlapping ribs (2). In addition to said cylindrical seats (24), the ribs are provided, in their distal ends, with clamping means (25) for the longitudinal edges of said wing (3). In practice, said clamping means (25) may consist of curved ends (folded for example) within which the edges of the wing (3) are stably received. Advantageously, the edges of the wing (3) can be provided with a tubular core or a stem that can be inserted with elastic forcing inside the curved end of the element (2).

La superficie di spinta (3) può essere costituita da un foglio o film di materiale plastico, o da tessuto non permeabile al vento, fissato alle centine (2) come descritto in precedenza. In questo modo si vengono a formare due pale semilindriche cave che ricevono la spinta del vento sulla loro superficie concava. The thrust surface (3) can be constituted by a sheet or film of plastic material, or by fabric not permeable to the wind, fixed to the ribs (2) as previously described. In this way, two semi-cylindrical hollow blades are formed which receive the thrust of the wind on their concave surface.

Per aumentare il rendimento dell’apparecchiatura, ovvero per meglio sfruttare la forza del vento, l’apparecchiatura eolica (1) è provvista di mezzi di protezione di una porzione dell’ala (3), nonché di mezzi di convogliamento del flusso ventoso verso un’altra porzione dell’ala in grado di auto-posizionarsi rispetto alla direzione del vento. In altre parole, i mezzi di protezione (6) proteggono dal vento la porzione dell’ala (3) che al momento si presenta convessa, mentre i mezzi di convogliamento (7) dirigono il flusso ventoso verso la porzione che si presenta concava. To increase the efficiency of the equipment, or to better exploit the force of the wind, the wind equipment (1) is equipped with means for protecting a portion of the wing (3), as well as means for conveying the windy flow towards a other portion of the wing capable of self-positioning with respect to the direction of the wind. In other words, the protection means (6) protect the portion of the wing (3) that is currently convex from the wind, while the conveying means (7) direct the windy flow towards the portion that is concave.

In pratica, i mezzi di protezione della porzione convessa comprendono una copertura mobile (6) laminare che, in pianta, ha un profilo ricurvo, sostanzialmente ad “S” schiacciata; la copertura (6) ha una porzione anteriore (60) leggermente curva verso l’interno e che copre parzialmente l’ala (3) ed una porzione posteriore (61) che è curva in senso opposto, cioè è rivolta verso l’esterno. In practice, the means for protecting the convex portion comprise a mobile laminar cover (6) which, in plan view, has a curved profile, substantially in a flattened "S" shape; the cover (6) has a front portion (60) slightly curved inwards and which partially covers the wing (3) and a rear portion (61) which is curved in the opposite direction, that is, it faces outwards.

Nella presente descrizione della copertura (6) e del convogliatore (7), il termine “anteriore” identifica la parte destinata ad essere rivolta all’origine del vento, mentre i termini “interno” ed “esterno” fanno riferimento all’apparecchiatura, ovvero al suo centro definito dagli alberi (23) sovrapposti. In Fig.6 l’ala (3) è rappresentata solo schematicamente evidenziandone le porzioni concava e convessa. In this description of the cover (6) and of the conveyor (7), the term "front" identifies the part intended to face the origin of the wind, while the terms "internal" and "external" refer to the equipment, or at its center defined by the overlapping trees (23). In Fig. 6 the wing (3) is represented only schematically, highlighting the concave and convex portions.

I mezzi di convogliamento (7) comprendono una struttura laminare che si sviluppa sostanzialmente diritta nella sua porzione anteriore (70), risultando, in uso, sostanzialmente parallela alla direzione del vento. Nella sua porzione posteriore (71) il convogliatore (7) è ricurvo verso l’interno. The conveying means (7) comprise a laminar structure which develops substantially straight in its front portion (70), resulting, in use, substantially parallel to the direction of the wind. In its rear portion (71) the conveyor (7) is curved inwards.

L’apparecchiatura (1) comprende una base inferiore (8) ed una base superiore (4) conformate a disco. Le basi (4) ed (8) sono collegate da aste rigide (82) di uguale lunghezza fissate in corrispondenti sedi (81) previste sui due dischi (4) ed (8) The equipment (1) includes a lower base (8) and an upper base (4) shaped like a disc. The bases (4) and (8) are connected by rigid rods (82) of equal length fixed in corresponding seats (81) provided on the two discs (4) and (8)

Ai dischi (4) ed (8) fissati due anelli (83), paralleli tra loro e rispetto ai detti dischi. Sugli anelli (83) sono scorrevoli una pluralità di carrelli (84) sui quali sono fissati la copertura (6) ed il convogliatore (7). In pratica, come visibile nello schema di Fig.6, il sistema formato dal convogliatore e dalla copertura assume una posizione di equilibrio, grazie alle forze risultanti (indicate dalle frecce R) dall’azione del vento incidente (W) che interagisce con le superfici curve di convogliatore (7) e copertura (6). Two rings (83) are fixed to the discs (4) and (8), parallel to each other and with respect to said discs. A plurality of carriages (84) slide on the rings (83) on which the cover (6) and the conveyor (7) are fixed. In practice, as shown in the diagram of Fig. 6, the system formed by the conveyor and the roof assumes an equilibrium position, thanks to the resulting forces (indicated by the arrows R) from the action of the incident wind (W) interacting with the surfaces conveyor (7) and cover (6) curves.

Il posizionamento angolare reciproco tra convogliatore (7) e copertura (6) è regolabile fissando i due elementi (7) e (6) ad una seconda coppia di anelli (85), i quali sono folli rispetto ai primi due anelli (83). In questo modo, convogliatore (7) e copertura (6) scorrono lungo gli anelli (83) sotto l’azione del vento (W) ma mantengono la corretta distanza angolare perché vincolati alla seconda coppia di anelli (85). The reciprocal angular positioning between conveyor (7) and cover (6) is adjustable by fixing the two elements (7) and (6) to a second pair of rings (85), which are idle with respect to the first two rings (83). In this way, the conveyor (7) and cover (6) slide along the rings (83) under the action of the wind (W) but maintain the correct angular distance because they are bound to the second pair of rings (85).

Alcuni degli organi di movimentazione, comando e controllo degli elementi sopra descritti ed illustrati nei disegni allegati sono del tipo noto ai tecnici del ramo e, pertanto, non sono stati descritti in ulteriore dettaglio per semplicità. Inoltre, i particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente nella forma, dimensioni, disposizione degli elementi, natura dei materiali impiegati, senza peraltro uscire dall'ambito dell'idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto. Some of the moving, command and control members of the elements described above and illustrated in the attached drawings are of the type known to those skilled in the art and, therefore, have not been described in further detail for the sake of simplicity. Furthermore, the details of execution can in any case vary in an equivalent manner in the shape, dimensions, arrangement of the elements, nature of the materials used, without however departing from the scope of the idea of the solution adopted and therefore remaining within the limits of the protection granted by this patent.

Claims

CLAIMS 1. Wind equipment of the type comprising a wind impeller with vertical axis or wing adapted to rotate a shaft or a similar transmission element connectable to an electrical generator device, characterized in that it is provided with means for protecting a portion of the wing (3) and means for conveying the windy flow towards another portion of the wing capable of self-positioning with respect to the direction of the wind; said means for protecting the convex portion comprising a laminar mobile cover (6) with a curved profile, substantially in a flattened "S" shape, with a front portion (60) slightly curved inwards so as to partially the wing (3) and a rear portion (61) curved in the opposite direction, outwardly; said conveying means (7) comprising a laminar structure that develops substantially straight in its front portion (70), resulting, in use, substantially parallel to the direction of the wind and a rear portion (71) curved inwards.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a first pair of rings (83), to which said cover (6) and said conveyor (7) are slidably linked, means being provided for keeping the angular distance between said cover (6) and said conveyor (7).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that said means suitable for keeping the angular distance between the conveyor (7) and the cover (6) fixed comprise a second pair of rings (85), on which the conveyor and cover are fixed and which they are insane compared to the first two rings (83).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that said impeller is composed of a plurality of modular elements (2) or ribs with curved profile arranged superimposed and connected to each other by means of a thrust surface (3).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that said modular elements have a substantially "S" shape in plan, defining respective opposing pairs of concave (22) and convex (21) profiles.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that said modular elements (2) are provided with a central shaft (23) which allows the superposition of several elements (2) by coupling complementarily shaped parts (230, 231).

7. Apparatus according to claim 4, characterized in that said modular elements (2) are provided with means suitable for allowing the support of a thrust surface or wing (3) constituted by a sheet or film.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that said means for supporting the wing (3) clamping means (25) for the longitudinal edges of said wing (3).

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that said longitudinal edges of said wing (3) are provided with a tubular core or with a stem that can be inserted with elastic forcing inside a curved end presented by 'element (2).