ITCH20120001A1 - Dispositivo meccanico agevolatore per il bilanciamento di pale eoliche - Google Patents

Description

MODULO DI DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo DISPOSITIVO MECCANICO AGEVOLATORE PER IL BILANCIAMENTO DI PALE EOLICHE,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo di applicazione: la presente invenzione può essere applicata in ogni campo in cui sia richiesto il bilanciamento di elementi meccanici posti in rotazione, in particolare nel settore delle turbine eoliche per stabilire il corretto bilanciamento tra un set di pale montate sullo stesso generatore.

Stato dell'arte: il non utilizzo dell'energia nucleare ha portato allo sviluppo di metodi alternativi per la generazione di energia, in particolare per le energie rinnovabili come il sole ed il vento che stanno avendo una crescente attenzione da parte delle aziende, dei governi e dei cittadini. I moderni sistemi per la generazione di energia pulita, si stanno diffondendo permettendo la nascita di nuove aziende produttrici di generatori eolici. Essi possono assumere diverse forme e configurazioni, ma la tipologia più diffusa risulta essere quella ad asse orizzontale, sia per piccole che per grandi potenze.

Questa tipologia prevede normalmente il montaggio di n.3 pale uguali per massa, dimensioni e forma, disposte radialmente all'asse del generatore formando un angolo di 120° tra loro. Attraverso l'azione del vento, le pale vengono spinte e poste in rotazione, trascinando il generatore affinché produca energia elettrica. La potenza prodotta dipende dalla velocità del vento, dalla configurazione delle pale, dalla loro dimensione, dalla quota a cui si trova l'asse del generatore e dall'orientamento di questi ultimo rispetto alla direzione del vento. Il generatore eolico inizia a produrre potenza quando la velocità di rotazione delle pale supera un valore minimo e rimane in funzione fin quando esse non superano un valore di soglia, oltre il quale la macchina andrebbe in fuga rischiando di portare al collasso la struttura. Le pale vengono realizzate normalmente con un'anima in materiale molto leggero, racchiusa da un guscio resistente dotate a volte anche di nervature interne, che costituisce la struttura portante dell'elemento. Lo stato dell'arte attualmente non garantisce l'uniformità di massa e geometria delle pale montate sullo stesso rotore, necessaria a permettere un corretto funzionamento della macchina.

Problema tecnico: differenze di massa e di geometria delle pale, durante il funzionamento del generatore comportano l'insorgere di effetti indesiderati, quali vibrazioni eccessive del sistema completo. Esse possono causare rumore, danni alle parti meccaniche ed in casi estremi portare a rottura di componenti che cadendo sul sito da una quota importante, soggette ad elevate velocità di rotazione, possono provocare seri danni a persone e cose.

Il problema tecnico risulta essere in primo luogo la determinazione delle masse di zavorra da aggiungere ad ogni pala, affinché esse raggiungano un valore di soglia comune per il set. In secondo luogo la determinazione della posizione delle stesse lungo l'asse principale della pala, necessario a garantire l'uniformità baricentrica. Soluzioni del problema tecnico: la soluzione individuata per sopperire al suddetto problema tecnico, consiste in un dispositivo meccanico che costituisce un agevolatore sia nella determinazione della massa di zavorra da aggiungere ad ogni pala, sia per uniformare la posizione dei baricentri delle stesse.

Il dispositivo chiamato "bilancino" è composto da due gruppi, il primo denominato "forcella" costituisce il sistema di presa della pala vincolata nella zona posteriore, il secondo chiamato "sottogancio" funge da supporto della forcella completa di pala. I gruppi sono collegati tra loro grazie ad una cerniera, la quale permette la rotazione libera della forcella intorno all' asse trasversale della pala.

Per il corretto funzionamento del dispositivo sono necessari un dinamometro a cui l'intero sistema meccanico viene appeso, il quale permette la determinazione della massa di zavorra da aggiungere ed una livella calettata sulla forcella, la quale consente di determinare la corretta posizione della suddetta massa.

Elenco Figure: le caratteristiche del dispositivo meccanico agevolatore sono mostrate a titolo esemplificativo, ma non limitativo nei disegni allegati in cui:

- Fig.1 illustra il dispositivo bilancino completo di pala.

- Fig.2 illustra il dettaglio della cerniera di collegamento tra sottogancio e forcella.

- Fig.3 illustra la struttura della forcella completa in tutte le sue parti .

- Fig. 4 illustra un esempio di distanziale tra le piastre di presa della forcella. - Fig.5 illustra la struttura del sottogancio completa in tutte le sue parti.

- Fig.6 illustra una possibile configurazione di pala con la zavorra ancora in posizione troppo avanzata.

- Fig.7 illustra ima possibile configurazione di pala con la zavorra ancora in posizione troppo arretrata.

- Fig.8 illustra la configurazione di pala correttamente bilanciata con la zavorra in posizione ottimale.

- Fig.9 illustra una possibile variante alla struttura di sostegno del gruppo forcella-pala.

Descrizione di una o più forme di attuazione: una forma di attuazione alternativa potrebbe essere un bilancino con diversa geometria, ad esempio con telaio monotrave anziché a forcella oppure con bracci a traliccio, applicando però il medesimo principio di funzionamento.

Descrizione dei disegni: con riferimento a Fig.l, il dispositivo meccanico agevolatore in oggetto denominato bilancino 10 che alloggia la pala 16 da bilanciare, si compone di una forcella 12 ed un sottogancio 14, collegati tra loro attraverso una cerniera 18 rappresentata nella Fig.2. In Fig.3 è rappresentata la forcella 12 costituita da due piastre di presa 20 che serrano attraverso dei bulloni posti nelle sedi 24 l'estremità posteriore della pala 16, di cui una alloggia la livella 22. Le piastre di presa 20 sono collegate ad una coppia di bracci simmetrici tubolari 26, sagomati in modo da favorire l'alloggiamento della pala 16, i quali terminano con pattini di scorrimento 28 su cui sono montate le sedi cerniera 36. Tra le piastre di presa può essere inserito un corpo distanziale 50 formato da ima semplice piastra o da struttura più complessa, come si evince in Fig.4.

Con riferimento alla Fig.5 il sottogancio 14, costituito da un telaio 30 sospeso attraverso un pattino di scorrimento 32, porta alle estremità i perni cerniera 34.

Al pattino di scorrimento 32 che termina con il gancio 38, è collegato il dinamometro 40, il quale sorregge finterò bilancino 10 completo di pala 16.

Le dimensioni del dispositivo dipendono dalla taglia della pala da bilanciare, mentre la precisione con la quale viene determinata la massa e la posizione della zavorra, dipendono dalla sensibilità degli strumenti accessori scelti quali il dinamometro 40 e la livella 22.

Funzionamento: per bilanciare un set bisogna innanzitutto pesare ogni pala priva di zavorra e poi stabilire una soglia di peso necessariamente superiore a quello della pala più pesante del set, che ognuna deve raggiungere attraverso l'inserimento della zavorra stessa. La differenza tra la soglia di peso stabilito e il peso di ogni singola pala, determina il peso delle rispettive zavorre da aggiungere.

Una volta aggiunte le zavorre tutte le pale avranno la stessa massa. Lo spostamento per ogni pala della zavorra lungo l'asse longitudinale, permette di variare la posizione del baricentro della pala stessa, portandola ad un punto comune a tutte. Questa procedura viene agevolata e semplificata attraverso l'utilizzo del bilancino oggetto del seguente brevetto, il quale si basa esclusivamente sull'effetto gravitazionale senza l'ausilio di alcun meccanismo particolare.

Preliminarmente il bilancino viene appeso al gancio inferiore del dinamometro, il quale si interfaccia superiormente con il terminale di un qualsiasi sistema di sollevamento mobile. Una volta sollevato il bilancino, il dinamometro viene tarato azzerando l'indicazione sul display, in maniera tale da escludere il peso del dispositivo meccanico e di tutti gli accessori. La pala viene posizionata su dei cavalletti di sostegno, in modo da agevolare l'ancoraggio della parte posteriore della stessa alle piastre di presa della forcella. bilancino viene portato in corrispondenza della zona posteriore della pala che viene bloccata in maniera rigida e univoca tra le piastre di presa, per poi poterla allontanare dai cavalletti. Il sistema di bloccaggio adottato potrebbe prevedere delle varianti, ma dovrà sempre rispettare una determinata posizione della pala rispetto al bilancino. A sollevamento avvenuto, dopo aver annullato qualsiasi effetto oscillatorio, si effettua la lettura sul dinamometro del peso indicato relativo alla sola pala, che a seconda della determinazione della soglia di peso stabilita, definisce il contributo delle zavorre su ogni elemento del set.

Si procede nell'applicazione della zavorra ormai nota sul corpo pala, la quale garantisce il raggiungimento del valore di soglia a prescindere dalla posizione occupata. A questo punto la pala può trovarsi in tre configurazioni diverse, rappresentate rispettivamente in Fig.6, Fig.7, Fig.8. In riferimento alla Fig.6, essendo la zavorra in posizione troppo avanzata, la pala 16 s'inclina portando la punta verso il basso. Questo effetto, rilevabile in maniera grossolana a vista ed in modo più fine attraverso la lettura della livella 22, dimostra che il baricentro complessivo del sistema pala-zavorra, è più vicino alla punta. In questo caso occorre arretrare la zavorra fino a quando l'indicatore della livella 22 rileva un orientamento perfettamente orizzontale, avvicinando così il baricentro complessivo alla zona di presa, configurando la situazione rappresentata in Fig.8.

In riferimento alla Fig.7, essendo la zavorra in posizione troppo arretrata, la pala 16 s'inclina portando la punta verso l'alto. Questo effetto, rilevabile in maniera grossolana a vista ed in modo più fine attraverso la lettura della livella 22, dimostra che il baricentro complessivo del sistema pala-zavorra, è più vicino alla coda. In questo caso occorre avanzare la zavorra fino a quando l'indicatore della livella 22 rileva un orientamento perfettamente orizzontale, avvicinando così il baricentro complessivo alla punta, configurando la situazione raffigurata in Fig.8.

La procedura descritta che viene ripetuta per ognuna delle pale appartenenti al set da bilanciare, garantisce l'uniformità del peso e della posizione baricentrica per ogni elemento.

Tutte le operazioni sopra menzionate devono essere eseguite in assenza di fattori esterni che potrebbero falsare la procedura, in particolare è necessario operare in mancanza assoluta di vento. Inoltre la lettura degli strumenti accessori quali dinamometro e livella, deve avvenire solo dopo il raggiungimento della condizione statica del sistema.

Applicazione industriale: tutti i componenti relativi al bilancino possono essere realizzati con materiali differenti, che garantiscano la precisione e la funzionalità nel tempo, nonché la dovuta resistenza strutturale. La realizzazione di ogni parte può essere eseguita sia a livello artigianale che industriale, in questo caso preceduta da una fase di ingegnerizzazione e di ottimizzazione del prodotto. Le parti realizzate da uno o più produttori, possono essere assemblate in modalità manuale o automatica in appositi stabilimenti.

Vantaggi: l'invenzione industriale in oggetto permette diversi vantaggi rispetto alle tecniche ad oggi utilizzate, in termini di precisione sul posizionamento delle zavorre, oltre che di semplicità e velocità di esecuzione del processo di bilanciamento. Tati vantaggi snelliscono le operazioni necessarie al bilanciamento già per un singola pala, a maggior ragione se si tratta di una produzione in serie.

Per ogni taglia della pala, risulta univocamente definita la geometria del bilancino, in particolare per le piastre di presa; in questo modo un unico esemplare del dispositivo permette di bilanciare più set di pale garantendo l'uniformità e la ripetibilità del risultato.

Varianti: una possibile variante consiste in una diversa geometria dei componenti del bilancino, come ad esempio i bracci simmetrici tubolari della forcella di sezione circolare anziché quadrata, ovvero con struttura a traliccio, nonché nella tipologia del sistema di bloccaggio dell'estremità posteriore della pala tra le piastre di presa. Ulteriore variante potrebbe essere un diverso sistema di sospensione del gruppo pala-forcella, utilizzando per esempio celle di carico 52 appoggiate su un piano rigido e disposte in maniera da fornire indicazioni sul peso e sulla posizione baricentrica, come rappresentato in Fig.9.

dispositivo potrebbe prevedere in sostituzione della livella a lettura, uno strumento che attraverso un segnale acustico indichi il raggiungimento dell'esatta posizione orizzontale dell'asse longitudinale della pala.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo meccanico agevolatore per il bilanciamento di pale eoliche, denominato "bilancino", caratterizzato dal fatto che comprende due gruppi, il primo è denominato "forcella" e costituisce il sistema di presa della pala vincolata nella zona posteriore, il secondo è chiamato "sottogancio" e funge da supporto della forcella completa di pala.
2. 2) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che permette di determinare la massa di zavorra da aggiungere ad ogni pala e di uniformare la posizione dei baricentri delle stesse.
3. 3) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che può essere applicato in ogni campo in cui sia richiesto il bilanciamento di elementi meccanici posti in rotazione, in particolare nel settore delle turbine eoliche per stabilire il corretto bilanciamento tra un set di pale montate su un generatore.
4. 4) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i gruppi "forcella" e "sottogancio" sono collegati tra loro grazie ad una cerniera che permette la rotazione libera della forcella stessa intorno ad un asse trasversale della pala.
5. 5) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per il corretto funzionamento sono necessari un dinamometro a cui l'intero sistema meccanico viene appeso, che permette la determinazione della massa di zavorra da aggiungere, ed una livella calettata sulla forcella, che permette di determinare la corretta posizione della suddetta zavorra.
6. 6) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si basa esclusivamente sull'effetto gravitazionale, senza l'ausilio di alcun meccanismo particolare.
7. 7) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le dimensioni geometriche dipendono dalla taglia della pala da bilanciare, mentre la precisione con la quale viene determinata la massa e la posizione della zavorra, dipendono dalla sensibilità degli strumenti accessori scelti, quali livella e dinamometro.
8. 8) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le cerniere di collegamento tra forcella e sottogancio possono scorrere lungo i bracci simmetrici tubolari, per permettere una completa calibrazione del bilancino.
9. 9) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il gancio di collegamento tra sottogancio e dinamometro, può scorrere lungo il telaio del sottogancio per permettere la completa calibrazione del bilancino.
10. 10) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tra le piastre di presa della forcella può essere inserito un corpo distanziale, formato da una semplice piastra o da una struttura più complessa.
11. 11) Dispositivo meccanico agevolatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in fase di bilanciamento di pale eoliche la zavorra può trovarsi in posizione arretrata o avanzata, quindi la pala s'inclina portando rispettivamente la punta verso l'alto o verso il basso; questo effetto, rilevabile in maniera grossolana a vista ed in modo più fine attraverso la lettura della livella, dimostra che il baricentro complessivo del sistema palazavorra, è più vicino o più lontano alla coda; in questi casi occorre avanzare o arretrare la zavorra fino a quando l'indicatore della livella rileva un orientamento perfettamente orizzontale dell'asse longitudinale.