ITCH20120002A1 - Gruppo di bilanciamento da inserire all'interno delle pale eoliche che costituiscono un set da calettare sullo stesso rotore - Google Patents

Description

MODULO DI DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "GRUPPO DI BILANCIAMENTO DA INSERIRE ALL'INTERNO DELLE PALE EOLICHE CHE COSTITUISCONO UN SET DA CALETTARE SULLO STESSO ROTORE",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo di applicazione: la presente invenzione che viene applicata nel campo delle turbine eoliche per stabilire un corretto bilanciamento tra un set di pale montate su un generatore, ha per oggetto un gruppo da inserire posteriormente alla zona di presa delle pale eoliche, per permetterne il bilanciamento.

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 lasse del generatore e dall'orientamento di quest 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.

In riferimento ad un set costituito da tre pale messa in rotazione dal vento, si ha che ognuna avendo massa propria, genera una forza centrifuga che sollecita radialmente l'albero del generatore. Qualora le pale avessero esattamente stessa massa e geometria, le n.3 forze centrifughe complanari, disposte a 120° l'una dall'altra e agenti sulla medesima sezione dell'albero, avrebbero risultante nulla. In realtà, non avendo la garanzia di uniformità di massa e geometria delle pale, le azioni centrifughe non si bilanciano, ma generano una risultante che sollecita in maniera scorretta l'albero del generatore, propagando l'effetto a tutti i componenti del sistema.

Soluzioni del problema tecnico: la soluzione individuata per sopperire al suddetto problema tecnico illustrata in Fig.2, consiste in un gruppo di bilanciamento 30 montato aU'interno di tutte la pale 16 che compongono il set, il quale permette di ottenere pale con medesima massa e stessa posizione baricentrica.

Con riferimento alla Fig.3a, la soluzione consiste nell'inserire posteriormente alla pala 16 un elemento cavo 42 che permette l'alloggiamento di una o più zavorre 40, le quali incrementano la massa complessiva della pala stessa, fino al raggiungimento di un valore prestabilito comune alle altre pale del set da montare sullo stesso rotore. La zavorra 40 trasla lungo lasse della cavità, in maniera tale da spostare il baricentro della pala completa di masse aggiuntive, portandolo ad una posizione comune alle altre. Questa operazione è resa possibile dall'esterno, tramite la rotazione di una barra 44 bloccata assialmente. Raggiunta la posizione assiale voluta, si procede a bloccare la barra 44 in modo permanente attraverso il fermo 46.

Il condotto cavo che alloggia la zavorra in generale è allineato con lasse longitudinale della pala, ma in alcuni casi può essere allineato con una delle sue perpendicolari. Il sistema viene montato internamente alla pala per non variarne la configurazione esterna, senza influire sull' efficienza e sull'estetica.

metodo di bilanciamento prevede a monte la determinazione della massa di ogni pala del set da bilanciare e della massa di zavorra da aggiungere ad ognuna, fino a raggiungere il valore comune di soglia stabilito.

Il gruppo di bilanciamento è caratterizzato dal fatto che la dimensione, il materiale e la forma degli elementi, sono funzione della tipologia e della taglia delle pale da bilanciare.

Elenco figure: le caratteristiche del gruppo di bilanciamento da inserire nel set di pale sono mostrate a titolo esemplificativo ma non limitativo nei disegni allegati in cui:

- Fig.1 illustra un esempio di turbina eolica con tre pale.

- Fig.2 illustra una pala completa di gruppo di bilanciamento.

- Fig.3a illustra in dettaglio i componenti del gruppo di bilanciamento prima dell'inserimento nell'apposita sede.

- Fig.3b illustra in dettaglio il gruppo di bilanciamento calettato nella pala, con la zavorra inserita fino ad una certa profondità.

- Fig.4 illustra un set di tre pale già bilanciate e montato sul rotore.

- Fig.5a illustra una prima variante possibile al sistema di movimentazione della zavorra all'interno del condotto cavo.

- Fig.5b illustra una seconda variante possibile al sistema di movimentazione della zavorra all'interno del condotto cavo.

- Fig.6a illustra una prima possibile configurazione che può avere la zavorra aggiuntiva.

- Fig.6b illustra una seconda possibile configurazione che può avere la zavorra aggiuntiva.

- Fig.6c illustra una terza possibile configurazione che può avere la zavorra aggiuntiva

- Fig.7 illustra in dettaglio un possibile sistema di blocco della rotazione della barra nella pala.

Descrizione di ima o più forme di attuazione: il condotto cavo che alloggia la zavorra in generale è allineato con l'asse longitudinale della pala, ma in alcuni casi può essere allineato con una delle sue perpendicolari; lo stesso risultato può essere raggiunto inserendo il gruppo di bilanciamento in punta alla pala.

Descrizione dei disegni: con riferimento a Fig.1, una turbina eolica 10 si compone di due elementi principali quali il generatore 12 e il palo di sostegno 14.

Con riferimento alla Fig.4 il gruppo di bilanciamento di seguito descritto serve a ridurre lo squilibrio tra le forze centrifughe generate dalle pale eoliche 16 poste in rotazione, calettate su un rotore 18 e di conseguenza le vibrazioni che da esse derivano. Il gruppo di bilanciamento è realizzato in funzione delle dimensioni e della struttura interna della pala, in modo da non interferire con il sistema di calettamento della pala stessa sul rotore. H numero di pale 16 che possono essere montate su un rotore 18 può variare, ma tutte devono essere complete del gruppo di bilanciamento descritto.

In Fig.2 viene illustrata una sezione parziale di una pala eolica 16 completa di gruppo di bilanciamento 30 composto, con riferimento alla Fig.3a, da una zavorra 40, un condotto cavo 42, ima barra 44 e un fermo 46. La zavorra 40 filettata internamente è configurata in modo da poter scorrere sulla barra 44 che poi viene infilata all'intemo del condotto cavo 42. Con riferimento alla Fig. 3b la barra 44 viene bloccata assialmente nella zona posteriore della pala 16, ma viene lasciata libera di ruotare intorno al proprio asse. La rotazione della barra 44 avviene manualmente dall'esterno, tramite una chiave che si interfaccia con la testa sagomata 48 della barra 44, permettendo la traslazione della zavorra 40 lungo l'asse. Una volta che la zavorra 40 si trova nella posizione longitudinale voluta, viene fermata la rotazione della barra 44 attraverso un sistema di blocco che può essere, con riferimento alla Fig. 7, un fermo 46 inserito tra il collare 50 della barra 44 ed il terminale del condotto cavo 42.

Funzionamento: per bilanciare un set bisogna pesare ogni pala completa al suo interno del gruppo di bilanciamento privo di zavorra. Bisogna stabilire una soglia di peso necessariamente superiore a quello della pala più pesante del set che ogni pala completa deve raggiungere attraverso rinserimento della zavorra. La differenza tra la soglia di peso stabilito e il peso di ogni singola pala completa di gruppo di bilanciamento, 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 una distanza comune dall'asse del rotore. La Fig. 4 mostra un set di pale 16 già bilanciate e montate sul rotore 18. La zavorra che viene inserita nella pala deve avere ima lunghezza appropriata a cui corrisponde esattamente la massa necessaria alla pala per raggiungere la soglia di peso stabilito. La forma della zavorra da aggiungere può essere di tipo cilindrica, con riferimento alla Fig. 6a, o di forma prismatica, con riferimento alla Fig. 6b. Inoltre può essere costituita da un unico elemento oppure da più parti di diversa taglia disposte in serie come illustrato in Fig. 6c.

Applicazione industriale: tutti i componenti relativi al gruppo di bilanciamento 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 quest' ultimo 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. L'inserimento del gruppo di bilanciamento può avvenire prima della formatura della pala o in seguito, forando il corpo della pala già realizzata.

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. Tali vantaggi snelliscono le operazioni necessarie al bilanciamento già per un singolo generatore, a maggior ragione se si tratta di una produzione in serie.

Inoltre questa soluzione va ad interessare la parte interna della pala eolica, che è quella che meno contribuisce alla resistenza strutturale, senza interferire con il guscio esterno portante, quindi con l'aspetto estetico, con l'efficienza della pala e con l'impatto acustico.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione, consiste nella semplicità di sigillatura del foro che ospita il gruppo di bilanciamento da effettuare ad operazione conclusa, preservando così le parti dalla corrosione indotta dagli agenti atmosferici. Varianti: ima possibile variante consiste in una diversa geometria dei componenti del gruppo di bilanciamento, come ad esempio la zavorra di forma prismatica anziché cilindrica che condiziona la geometria del condotto, oppure nella posizione del foro di alloggiamento del condotto cavo rispetto al codolo della pala, ovvero un diverso sistema di movimentazione e bloccaggio della zavorra lungo il condotto. La Fig. 5a, mostra una variante del sistema di movimentazione della zavorra dove il condotto cavo 42 risulta filettato internamente, mentre la zavorra 40 è filettata esternamente e presenta in testa una lavorazione 54 che permette la presa con una chiave necessaria a farla ruotare e quindi traslare lungo l'asse longitudinale. La Fig. 5b illustra una seconda variante alla movimentazione della zavorra. In questo caso la zavorra 40 trasla lungo il condotto cavo 42 tramite un sistema di rinvio a carrucole 58 che ruotano.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Gruppo di bilanciamento da inserire all'interno delle pale eoliche che costituiscono un set da calettare su uno stesso rotore, caratterizzato dal fatto che comprende una zavorra che può avere lunghezza, massa e forma variabili, un condotto cavo di lunghezza nota con forma tale da poter ospitare la zavorra con un sistema di guida e bloccaggio, che permette alla zavorra di scorrere lungo l'asse del condotto e di essere bloccata ad una determinata posizione.
2. 2) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la zavorra può avere lunghezze e forme diverse, tali da conferire alla pala il peso necessario per raggiungere la soglia di peso stabilito.
3. 3) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il condotto cavo ha forma adeguata ad ospitare la zavorra ed è in generale allineato con l'asse longitudinale della pala, in alcune condizioni il condotto cavo può essere allineato con una perpendicolare all'asse longitudinale della pala.
4. 4) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il sistema di guida permette di variare la posizione della zavorra dall'esterno della pala attraverso dei semplici sistemi di regolazione e di fermare la posizione con dei sistemi meccanici di blocco.
5. 5) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il gruppo viene inserito nella pala in prossimità della parte posteriore che ne costituisce la zona di presa.
6. 6) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che la zavorra può essere costituita da un unico elemento oppure da più parti disposte in serie.
7. 7) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che tutte le pale del set devono essere provviste all'interno di gruppo di bilanciamento.
8. 8) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che viene impiegato seguendo un metodo che consiste nel determinare il peso di ogni pala del set, completa del gruppo di bilanciamento privo di zavorra, e il peso che deve avere ogni zavorra, dato dalla differenza tra il valore di soglia stabilito che tutte le pale devono raggiungere ed il peso di partenza delle singole pale complete di gruppo di bilanciamento.
9. 9) Gruppo di bilanciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la dimensione, il materiale e la forma degli elementi del gruppo, sono funzione della tipologia e della taglia delle pale da bilanciare.