ITBS20080157A1 - Rotore eolico multipale ad asse verticale autoavviante, con orientamento continuo degli angoli di incidenza, determinati gestiti e controllati da un sistema elettronico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Dal gioco combinato ed alternato della “Radiazione cosmica” proveniente dal sole, della “radiazione terrestre” conseguente ai cicli di riscaldamentoraffreddamento e della “radiazione celeste” che restituisce il calore dalle nubi nasce il vento; ossia lo spostamento di ingenti masse d’aria in diversa pressione tra loro.

Utilizzare le energie del vento mediante vele risale ad oltre 4000 anni fa da parte degli egizi, in seguito con continui ed incessanti sviluppi tecnici rimase l’unico mezzo di propulsione navale (escluso i rematori) fino al XVI secolo.

Anche a terra l’impiego del vento per creare energia meccanica per l’irrigazione dei campi e per azionare le macine dei mulini dei cereali è antichissima, in Europa i primi mulini a vento vennero installati in Spagna provenienti dall’area Arabo-Persiana circa nel 1600.

Nel 1887 il francese Due de La Peltrie costruì il primo aerogeneratore eolico per produrre energia elettrica.

Dalle piccole potenze dei primi impianti rudimentali si è giunti a torri eoliche di fabbricazione standard da oltre un megawatt La potenza di un generatore eolico è proporzionale all’area spazzata dalle pale del rotore, le tendenze costruttive moderne sono verso rotori tripale ad asse orizzontali con lunghezze di pale di 10-15-25 metri, con altezza di torre intorno ai 70 metri. Sono state costruite recentemente torri eoliche con pale di oltre 50 metri, ad esempio la torre “ Beatrice ” installata a 15 miglia dalle coste scozzesi ha una potenza di 5 megawatt, in Germania sono in costruzione torri con altezze superiori a 120 metri.

L’installazione di grandi impianti richiede una accurata indagine sui siti oltre chè un attento esame sui vincoli ambientali, archeologici e demaniali;

la redditività stessa di tali impianti, sia per gli alti costi di investimento iniziale, sia per quelli gestionali, può risultare talvolta critica e penalizzante, in confronto ai risultati ottenibili dall’adozione di altre tecnologie.

Tenendo presente anche delle crescenti difficoltà che incontrano le amministrazioni locali dovute alle forti opposizioni di comitati civici per torri eoliche molto alte e rumorose, nonché per gli aspetti tecnici intrinseci agli aerogeneratori che si manifestano quando sono soggetti a venti con variabilità direzionale molto frequente ed in presenza di rapide oscillazioni nell’intensità del vento; è opportuno affrontare tali problematiche con soluzioni che presentino un ridotto impatto ambientali dovuto alle modeste dimensioni, un minor costo di investimento una maggiore versatilità e semplicità gestionale. Impiegando generatori con opportuni rotori eolici ad asse verticali installati su tralicci di modesta altezza, auto-awianti e con orientamento continuo degli angoli di incidenza delle pale lungo il percorso orbitale, gestiti da un sistema elettronico affidabile, si rende possibile superare alcuni degli aspetti critici dei rotori ad asse orizzontale. Essendo queste macchine di piccola e media taglia risultano di facile installazione e non presentano un impatto ambientale caratteristico delle alte torri, inoltre si adattano bene ad captare l’energia dei venti locali e quindi ad avere una potenziale maggiore diffusività sul territorio. Il generatore eolico oggetto del presente trovato (vedere tav. 1) si basa sull’orientamento continuo dell’angolo di incidenza di ciascuna pala ( da tre a nove nel rotore) lungo il percorso orbitale, reso possibile da un apposito cinematismo illustrato nella tavola n° 2 e più dettagliatamente nella tavola n° 3. Nella tavola n° 1 viene illustrato lo schema d’insieme del generatore eolico: 1) Deriva ad angolo giro di elevata sensibilità e precisione che trasmette i segnali al PLC del valore istantaneo dell’angolo φο relativo alla direzione del flusso del vento indisturbato.

2) Anemometro di precisione che rileva il valore istantaneo della velocità del vento ∑w ed invia il segnale al PLC.

3) PLC Microcontrollore che elabora i segnali s provenienti da 1 e 2 e comanda l’escursione della corsa degli attuatori lineari 8 per l’asse X e 9 per l’asse Y, ortogonali tra loro e fìssi rispetto al rotore.

4) Pale del rotore in numero tre a nove a seconda del diametro del rotore stesso, incerneriate nel loro centro di spinta con possibilità di oscillare di

un angolo Oli (angolo di incidenza istantaneo) dallo spostamento delle aste 6 collegate alle pale mediante le cerniere 4, mosse dalle bielle 7.

L’asse centrale 10 del rotore con velocità angolare istantanea (Or trasmette la coppia di rotazione al moltiplicatore ad ingranaggi 18, sul cui albero di uscita che ruota alla velocità (Ok, è calettato il disco del freno 17. La centralina

oleodinamica 16 che riceve il segnale s dal PLC aziona il freno qualora (Ok superi un valore prefissato. Sull’albero di uscita del moltiplicatore oltre al citato freno 17 è calettata la puleggia 15, che mediante le cinghie dentate 14 trasmette la rotazione alla puleggia 11 del generatore elettrico 12. il generatore elettrico è corredato da un quadro di gestione e controllo 13 con segnali di entrata e di uscita al PLC 3 che permettono il funzionamento a giri costanti, intervenendo sia

sugli angoli di orientamento istantaneo di sia sul freno 17.

La tavola n° 2 illustra il cinematismo mediante il quale si ottiene la variazione

dell’angolo di incidenza istantaneo €Xi delle pale 5 del rotore.

Le pale 5 sono incernierate sull’asse del centro di pressione e possono orientarsi a secondo della direzione dell’asta 6 incernierata su 4, la posizione angolare delle bielle 7 determina lo spostamento dell’asta 6 e conseguentemente il valore

dell’angolo αli. mozzo 10 del rotore collegato alle aste portapale 20 ruota con

velocità angolare (Or sotto l’azione del flusso del vento.

La tavola n° 3 illustra in maniera più dettagliata il funzionamento del cinematismo le cui parti rotanti oltre all’albero 10 sono quelle montate sul mozzo 25, che alloggia i cuscinetti 23 ed è fìsso rispetto all’albero 22. solidali all’albero fìsso 22 sono le guide di scorrimento ortogonali tra loro, mosse dagli attuatori lineari a viti 8 per l’asse X e 9 per l’asse Y, comandati dal motore elettrico passopasso 32 mediante cinghie dentate o catene 32 ( mantenimento della posizione ), tutto il dispositivo è vincolato al supporto fìsso 29 solidale con il telaio del traliccio porta-rotore.

Gli spostamenti degli attuatori 8 e 9 fanno decentrare sugli assi X ed Y il disco 21, sul quale i mediante i perni 33 sono collegate le aste 19, la cui altra estremità mediante il perno 27 è collegata alle bielle 7. Le bielle 7 possono compiere delle oscillazioni angolari ( escursioni sul piede di biella ), in quanto è presente il cuscinetto 24 sul mozzo 25, oscillazioni conseguenti al disassamento del disco 21. Il disco 21 con le aste 19 a seguito degli spostamenti degli attuatori 8 e 9 lungo l’asse X ed Y che fanno oscillare le bielle 7, alle cui estremità mediante i perni 26 sono collegate le aste 6 che orientano le pale 5. il cinematismo consente di ottenere uno specifico angolo αi di incidenza istantanea delle pale del rotore in movimento rotazionale, agendo sugli attuatori lineari 8 e 9 che sono invece fìssi, la cui corsa è determinata e comandata dal PLC che in seguito dell’elaborazione dei segnali di velocità e direzione del vento gestisce l’algoritmo per il miglior funzionamento della macchina in quelle specifiche condizioni fluidodinamiche. Ad ogni variazione della direzione del vento ho in presenza di raffiche il rotore non deve spostarsi con tutti gli equipaggiamenti, come nel caso dei rotori ad asse orizzontale, ma si riposiziona automaticamente alle nuove condizioni su specifiche indicazioni del PLC, che elabora la variazione dei parametri ed agisce sulle corse degli attuatori 8 per l’asse X e 9 per l’asse Y. Lungo il percorso orbitale le pale 5 del rotore avranno i migliori angoli di incidenza istantanea per quelle condizioni di vento. Quando la velocità del vento supera un certo valore ritenuto critico per il sistema, gli attuatori pongono le pale in bandiera ed automaticamente si aziona l’apparato frenante 16 e 17, determinando in tal modo un efficace sistema di sicurezza ed integrità per l’impianto di generazione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Si rivendica l’adozione di un sistema di controllo ad anello chiuso caratterizzato dal rilevamento dei valori della velocità istantanea e della direzione istantanea del flusso del vento, il quale converte i segnali in valori assoluti da attribuire alla posizione dei due attuatori lineari.
2. 2) Si rivendica il cinematismo che tramite due attuatori lineari irreversibili ortogonali, effettua il disamento di un disco fìsso, permettendo lo spostamento delle aste ad esso collegate in rotazione solidale con il rotore, potendo effettuare una corsa proporzionale sulle cerniere delle pale del rotore.
3. 3) Si rivendica il sistema caratterizzato dall’orientamento delle pale verticali del rotore realizzato con aste incerneriate verso il bordo di uscita, collegate all’altra estremità ognuna ad una biella libera di oscillare rispetto al mozzo centrale del rotante.
4. 4) Si rivendica la capacità del rotore eolico caratterizzato dalla facoltà di autoavviarsi in ogni condizione di vento in virtù dei valori degli angoli di incidenza istantanei consentiti per ogni pale del rotore.
5. 5) Si rivendica la capacità del rotore caratterizzato dalla facoltà di riposizionarsi automaticamente e rapidamente ad ogni variazione di direzione del vento, senza dover effettuare spostamenti di tutto l’equipaggiamento come per i rotori ad asse orizzontale in virtù di quanto rivendicato al punto 4.
6. 6) Si rivendica la compattezza complessiva del sistema asse centrale rotante -cinematismo fìsso centrale - pale periferiche collegate con aste realizzabili in virtù del sistema di controllo come rivendicato al punto 1.
7. 7) Si rivendica la frenatura automatica elettroidraulica pilotata dal sistema di gestione e controllo centrale PLC .
8. 8) Si rivendica la capacità del generatore caratterizzato dalla facoltà di porsi in sicurezza per forti venti mettendo in bandiera le pale con lo spostamento degli attuatori lineari come rivendicato al punto 2, in azione congiunta con il sistema di frenatura come rivendicato al punto 7.