ITBO20090414A1 - Gruppo per il comando dell'orientamento delle pale di un generatore eolico - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“GRUPPO PER IL COMANDO DELL'ORIENTAMENTO DELLE PALE DI UN GENERATORE EOLICOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale di un generatore eolico.
Come à ̈ noto, un generatore eolico comprende:
- un traliccio;
- una navicella, montata sul traliccio, che contiene tutti gli organi principali del generatore eolico costituiti da un moltiplicatore di velocità, da un generatore elettrico, dagli inverters, dagli organi di comando e regolazione; la navicella, sulla sua parte anteriore, porta un rotore, generalmente a tre pale, che costituisce il dispositivo che converte l’energia del vento in energia meccanica;
- il rotore à ̈ collegato all’albero principale del generatore; esso comprende, oltre alle tre pale, un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale comprendente, a sua volta, un mozzo centrale cavo il quale funge da elemento strutturale di fissaggio delle pale stesse;
- ogni pala à ̈ collegata al mozzo centrale cavo tramite un cuscinetto di base (detto “ralla†) che permette alla stessa pala di ruotare intorno al proprio asse onde variare l’angolo di incidenza del suo profilo rispetto alla direzione del vento per sfruttare al massimo l’energia del vento.
Difatti, come à ̈ noto, la rotazione della pala intorno al proprio asse à ̈ necessaria al fine di ottenere, per ogni velocità del vento, il massimo della efficienza al fine della conversione ottimale dell’energia eolica in energia meccanica.
Nelle applicazioni attuali i cuscinetti di base usati per sostenere le pale sono delle ralle che, oltre ad avere una funzione portante, permettono la rotazione grazie ai loro elementi costruttivi costituiti da due anelli (uno fisso, l’altro rotante con la pala), fra cui sono interposti dei corpi volventi (sfere o rulli).
L’anello fisso e solidale al mozzo centrale cavo e quello rotante alla pala. Sull’anello rotante à ̈ realizzata una dentatura alla quale à ̈ accoppiato un pignone a sua volta portato da un motoriduttore azionato da un motore elettrico e fissato su una appendice solidale al mozzo.
In questo caso, il motoriduttore si trova in un punto posto alla periferia della sede circolare dove viene fissata la ralla, per realizzare così l’accoppiamento del suo pignone con la dentatura della ralla stessa.
L’azionamento del motoriduttore fa ruotare di un angolo voluto l’anello dentato e quindi la pala.
Il comando ed il controllo della rotazione della pala intorno al suo asse avvengono tramite un segnale proporzionale alle caratteristiche del vento rilevate, istante per istante, da un anemometro, di cui il generatore à ̈ dotato; il segnale rilevato viene rielaborato da una centralina elettronica dotata di uno specifico software, aziona l’inverter che comanda il motore elettrico di azionamento di rotazione della pala.
Tuttavia, in questo gruppo tradizionale per il comando dell’orientamento delle pale di un generatore eolico si sono evidenziati nel tempo dei problemi dovuti al fatto che la ralla dentata, dato il suo grande diametro, presenta delle ovalizzazioni per cui l’ingranamento con il pignone non à ̈ perfetto. Inoltre, il gioco di ingranamento (elemento importante per assicurare una corretta regolazione della rotazione della pala e per evitare l’insorgere di vibrazioni anomale) à ̈ di difficile determinazione in quanto esso dipende dalle tolleranze costruttive dei componenti interessati, in particolare, della ralla e dell’interasse pignone–ralla. Tale interasse pignone-ralla dipende dalle tolleranze delle sedi realizzabili sul mozzo centrale cavo, tolleranze che sono necessariamente ampie per le grandi dimensioni dei componenti coinvolti.
La costruzione di questo tipo di gruppo per il comando dell’orientamento delle pale comporta un sensibile costo della ralla dentata derivante dagli oneri da sostenere per la sua dentatura, per l’acquisto del materiale necessario, e per i costi di lavorazione meccanica e di trattamento termico per l’indurimento dei denti.
Fra l’altro, bisogna ricordare che la dentatura della ralla à ̈ realizzata sull’intera circonferenza della ralla stessa, anche se in uso tale dentatura à ̈ utilizzata solo per un quarto; in altre parole, in uso l’ampiezza dell’angolo di rotazione della ralla à ̈ limitato a 90°, mentre, per ragioni costruttive, si deve effettuare una dentatura a 360°, ossia sull’intera circonferenza. Tutto questo per non creare tensioni tra una eventuale porzione dentata e le altre porzioni non dentate.
Inoltre, un siffatto gruppo comporta il problema che i denti della ralla e del pignone devono essere lubrificati. Normalmente vengono usati dei lubrificatori a grasso, poiché l’accoppiamento dentato à ̈ del tipo “aperto†, cioé non chiuso in un carter.
Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale di un generatore eolico in cui i suddetti inconvenienti siano eliminati, o comunque ridotti e, nello stesso tempo, sia di facile e più economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene realizzato, quindi, un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale di un generatore eolico secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1 o in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra una vista tridimensionale di un generatore eolico su cui à ̈ montato un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 mostra una vista tridimensionale di una navicella, appartenente al generatore eolico di figura 1, in cui sono visibili i componenti principali;
- la figura 3 fa vedere una sezione di un mozzo centrale cavo appartenente al gruppo per il comando dell’orientamento delle pale;
- la figura 4 illustra una sezione trasversale di una porzione del gruppo per il comando dell’orientamento delle pale secondo l’invenzione.
In figura 1, con 10 si à ̈ indicato, nel suo complesso, un generatore eolico su cui, come vedremo meglio in seguito, à ̈ utilizzato un gruppo per il comando dell’orientamento delle pale oggetto principale della presente invenzione.
Il generatore eolico 10 comprende, in maniera nota, un traliccio 11 infisso nel terreno (GR) alla cui estremità superiore 11A à ̈ montato una navicella 12.
Come mostrato in maggior dettaglio in figura 2 tale navicella 12 Ã ̈ coperta da una fusoliera oblunga 13 provvista di un colletto inferiore 14 sostanzialmente cilindrico.
In uso, l’estremità superiore 11A del traliccio 11 à ̈ inserita nel colletto inferiore 14. Inoltre, tra il colletto inferiore 14 e l’estremità superiore 11A del traliccio 11 si trova un cuscinetto (non illustrato) per consentire eventuali rotazioni della navicella 12 intorno ad un asse (X) di sostanziale simmetria longitudinale verticale del traliccio 11 stesso (figure 1, 2).
All’interno della navicella 12 si trovano degli organi meccanici che verranno descritti qui di seguito.
Procedendo da destra verso sinistra si trova un gruppo 15 per il comando dell’orientamento delle pale, gruppo 15 comprendente un mozzo centrale cavo 15A di forma sostanzialmente sferica (vedi anche figura 3) a cui sono attaccate tre pale 16A, 16B, 16C (soltanto due pale 16A, 16B sono visibili in figura 2) distanziate tra di loro di 120°.
Il mozzo centrale cavo 15A à ̈ coperto da una prima porzione 13A della fusoliera 13. Come sarà visto meglio nel prosieguo, in seguito all’azione del vento sulle pale 16A, 16B, 16C il mozzo centrale cavo 15A e la prima porzione 13A della fusoliera 13 vengono poste in rotazione intorno ad un asse (Y) di sostanziale simmetria longitudinale della fusoliera 13 stessa (figura 2).
Con riferimento alle figure 2, 3 possiamo notare che dal mozzo centrale cavo 15A si diparte un albero 20 solidale ad esso di azionamento di un generatore elettrico 21 posto in coda alla fusoliera 13.
Come di consueto, poco prima del generatore elettrico 21 si trova un moltiplicatore di velocità 21A.
Dalla fusoliera 13 sporge una antenna 22 provvista di un anemometro 23 per mezzo del quale si raccolgono informazioni sulla velocità e la direzione del vento che investe il gruppo 15 per il comando dell’orientamento delle pale 16A, 16B, 16C.
I dati sul vento rilevati dall’anemometro 23 vengono inviati ad una centralina elettronica (CC) a bordo della navicella 12 per degli scopi che saranno chiariti meglio in seguito.
L’albero 20, il generatore elettrico 21 e la centralina elettronica (CC) sono contenuti all’interno di una seconda porzione 13B della fusoliera 13.
Come vedremo meglio in seguito la prima porzione 13A della fusoliera 13 viene messa in rotazione dall’azione del vento sulle pale 16A, 16B, 16c, rispetto alla seconda porzione 13B della fusoliera stessa.
Come abbiamo detto, il gruppo 15 comprende un mozzo centrale cavo 15A (figura 3), il quale, a sua volta, prevede tre aperture principali 18A, 18B, 18C da cui sporgono tre manicotti 30A, 30B, 30C, a ciascuno dei quali à ̈ fissata una rispettiva pala 16A, 16B, 16C. Ciascun manicotto 30A, 30B, 30C presenta un rispettivo asse di sostanziale simmetria e di rotazione (Z1), (Z2), (Z3).
Si faranno adesso alcune considerazioni sul manicotto 30A e sulla rispettiva pala 16A, considerazioni che varranno, comunque, anche per le altre due pale 16B e 16C ed i rispettivi manicotti 30B, 30C.
Il manicotto 30A à ̈ libero di ruotare intorno al rispettivo asse (Z1) supportato da un rispettivo cuscinetto 40A inserito nell’apertura principale 18A (figure 3, 4).
Come mostrato nelle figure 3, 4, al manicotto 30A à ̈ associato un rispettivo motore elettrico 45A il cui albero di uscita à ̈ accoppiato meccanicamente ad un solare di un rispettivo riduttore centrale epicicloidale 50A.
Ovviamente, senza uscire dall’ambito del presente trovato, il riduttore centrale epicicloidale può essere a corpo rotante, ma anche di forma diversa purché svolga la stessa funzione. Ad esempio può essere utilizzato anche un qualsiasi altro riduttore epicicloidale a corpo fisso e con albero in uscita rotante.
Più in particolare, ad un sistema di movimentazione 60A del manicotto 30A (sistema comprendente il motore elettrico 45A collegato direttamente al riduttore centrale epicicloidale 50A), al quale sono associate due coppie di razze 61A e 62A.
Come mostrato in maggior dettaglio in figura 4, la coppia di razze 61A serve a fissare il riduttore 50A al mozzo centrale cavo 15A, mentre la coppia di razze 62A viene utilizzata per collegare meccanicamente il corpo rotante del riduttore centrale epicicloidale 50A con la parete interna del manicotto 30A.
Resta inteso che il fissaggio del riduttore centrale epicicloidale 50A al mozzo centrale cavo 15A e manicotto 30A della pala 16A, può essere fatto con le suddette due coppie di razze 61A, 62A, ma anche con qualsiasi altro sistema equivalente di geometria diversa, ma con funzione analoga. Per esempio, può essere utilizzato un disco di fissaggio rigido oppure flessibile.
Inoltre, il fissaggio delle estremità delle razze 61A, 62A (o di altro sistema equivalente) al mozzo centrale cavo 15A e al manicotto 30A, può essere rigido, oppure può prevedere qualsiasi variante atta a facilitare la installazione e ad assorbire eventuali errori di centraggio fra l’asse (Z1) di rotazione della pala 16A e l’asse (non mostrato) di fissaggio del riduttore epicicloidale.
Sia detto per inciso che il numero degli stadi di riduzione ed i rapporti di riduzione tra gli stadi del riduttore centrale epicicloidale 50A vengono scelti in funzione delle caratteristiche del motore elettrico 45A , del manicotto 30A e della pala 16A solidale al manicotto 30A stesso.
La rotazione della pala 16A (e del relativo manicotto 30A ad essa solidale) intorno all’asse (Z1) avviene nel modo seguente:
[A] l’anemometro 23 rileva istantaneamente i dati relativi al vento;
[B] tali dati vengono inviati alla centralina elettronica (CC) per essere da essa rielaborati;
[C] la centralina elettronica (CC) invia dei relativi segnali al gruppo di alimentazione (inverter) del motore elettrico 45A il quale si mette in azione facendo ruotare le razze 62A (per il tramite del riduttore centrale epicicloidale 50A), il manicotto 30A, e quindi, in definitiva la pala 16A.
La rotazione della pala 16A intorno all’asse (Z1), rotazione indotta dal riduttore centrale epicicloidale 50A, deve essere tale da posizionare il profilo della pala 16A stessa in maniera da sfruttare al massimo il vento i cui parametri, come abbiamo detto, vengono rilevati precedentemente dall’anemometro 23 e rielaborati dalla centralina elettronica (CC).
Il principale vantaggio che si può riscontrare nel gruppo per il comando dell’orientamento delle pale di un generatore eolico oggetto dell’invenzione à ̈ costituito dal fatto che il sistema di orientamento di ciascuna pala comprende un riduttore centrale epicicloidale affidabile azionato da un relativo motore elettrico. Non si hanno quindi più i problemi derivanti da errori dovuti alla ovalizzazione della ralla (con conseguenti problemi di ingranamento della sua dentatura con il pignone), e quelli dovuti alla lubrificazione problematica dei denti della ralla stessa.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo (15) per il comando dell’orientamento delle pale (16A, 16B, 16C) di un generatore eolico (10); gruppo (15) comprendente un mozzo centrale cavo (15A) a cui à ̈ associata una pluralità di sistemi di movimentazione (60A, 60B, 60C) agenti sulle pale (16A, 16B, 16C) in modo da posizionare dette pale (16A, 16B, 16C) per sfruttare al massimo il vento; gruppo (15) caratterizzato dal fatto che ciascun sistema di movimentazione (60A, 60B, 60C) comprende un rispettivo motore elettrico (45A, 45B, 45C) per ciascuna pala (16A, 16B, 16C), un rispettivo riduttore centrale epicicloidale (50A, 50B, 50C) essendo interposto tra ciascun motore elettrico (45A, 45B, 45C) e ciascuna pala (16A, 16B, 16C).
  2. 2. Gruppo (15), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a ciascuna pala (16A, 16B, 16C) à ̈ associato un rispettivo motore elettrico (45A, 45B, 45C) il cui albero di uscita à ̈ accoppiato meccanicamente al solare del rispettivo riduttore centrale epicicloidale (50A, 50B, 50C).
  3. 3. Gruppo (15), come rivendicato alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che a ciascun sistema di movimentazione (60A, 60B, 60C) di ciascuna pala (16A, 16B, 16C) sono associate due coppie di razze (61A, 62B); la coppia di razze (61A) essendo atta a fissare il riduttore (50A) al mozzo centrale cavo (15A), mentre la coppia di razze (62A) essendo utilizzata per collegare meccanicamente il porta-satelliti del riduttore centrale epicicloidale (50A) con la parete interna di un manicotto (30A) su cui à ̈ montata una rispettiva pala (16A).
  4. 4. Gruppo (15), come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti sistemi di movimentazione (60A, 60B, 60C) sono comandati e controllati da mezzi elettronici (CC).
  5. 5. Generatore eolico (10) comprendente: (f1) un traliccio (11); (f2) una navicella (12) montata ad una estremità superiore (11A) di detto traliccio (11); detta navicella (12) prevedendo un gruppo (15) per il comando dell’orientamento delle pale (16A, 16B, 16C); (f3) un albero (20), solidale a detto gruppo (15) di azionamento di un generatore elettrico (21); (f4) mezzi di rilevamento (23) dei parametri caratteristici del vento e mezzi elettronici (CC) di rielaborazione di tali parametri caratteristici; generatore eolico (10) caratterizzato dal fatto che detto gruppo (15) à ̈ un gruppo (15) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4.
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