ITMC20120074A1 - Turbina multi pale con nucleo centrale a sezione poligonale. - Google Patents

Turbina multi pale con nucleo centrale a sezione poligonale. Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
“TURBINA MULTI PALE CON NUCLEO CENTRALE A SEZIONE POLIGONALE”
La richiesta di maggior disponibilità di energia da parte dell’industria , impone di produrne sempre di più, spesso con gravi conseguenze per l’ambiente, perché prodotta con combustibili che consumano l’ossigeno atmosferico e rilasciano una grande quantità di anidride carbonica e polveri inquinanti.
Nel panorama delle fonti rinnovabili attualmente esistenti hanno avuto notevole impulso le tecnologie di produzione dell'energia dal moto ondoso. Tra le principali tecnologie quella detta colonna d’acqua oscillante è tra te ricerche più avanzate anche nel nostro paese (ITALIA). Tuttavia, le particolari condizioni del Mare Mediterraneo (onde basse) pongono vincoli d’impiego che richiedono ulteriori ricerche e sperimentazione.
Il trovato oggetto della presente domanda di brevetto per invenzione industriale risolve vantaggiosamente il problema della produzione dell’energia dal moto ondoso, rispetto alle attuali applicazione di altri sistemi che risultano meno efficienti nelle particolari condizioni di onde basse.
Il suddetto trovato è un dispositivo che converte te energie rinnovabili (del vento e del moto ondoso del mare) in energia meccanica, disponibile sull’asse del dispositivo stesso, che con ulteriori applicazioni può essere trasformata in energia elettrica per un più ampio utilizzo.
Il trovato in oggetto può essere collocato nella classe delle turbine ad asse verticale (libere o intubate), che hanno la caratteristica che l’inversione del flusso dei fluidi non comporta l’inversione del senso di rotazione delle pale della turbina, offrendo così notevoli vantaggi nelle applicazioni pratiche.
Il trovato, secondo la rappresentazione schematica della fig. A del disegno allegato, comprende:
• un involucro (1) che funge da sostegno e contiene al suo interno le parti fisse e mobili del dispositivo;
• le pali (2), girevoli, formano la girante della turbina e sono sagomate in opportune forme ad atta efficienza aerodinamica. Esse generano con il nucleo centrale (3) a sezione poligonale una riduzione della sezione di passaggio, che impone un aumento della velocità dei fluidi a causa dell’energia di pressione che essi posseggono in entrata nella turbina. Tale energia si trasforma in energia cinetica che viene recuperata soprattutto in uscita dalla girante;
• un nucleo a sezione poligonale centrale rotante(3) che rappresenta l’elemento più innovativo e risolutivo del complesso turbina. Esso permette una migliore gestione del flusso dei fluidi (in entrata e in uscita) che lambiscono le pale della turbina(2) ed il nucleo stesso(3), realizzando così maggiori rendimenti energetici complessivi. Il nucleo centrale, come dai disegni schematici illustrativi e non limitativi, si caratterizza dal fatto che le sue pareti si possono configurare nella forma a superficie piana, concava o convessa.
• una parete inclinata (o sagomata) (4) che ottimizza l’entrata dei fluidi nel corpo rotante della turbina, dove possono essere applicati delle scanalature o dei rilievi (5);
• scanalature o rilievi (5) a superficie piana o curva, che, applicate alla parete inclinata (4), consentono un graduale impatto tra le pale (2) della girante della turbina ed il flusso dei fluidi in entrata ed in uscita, garantendo così un miglioramento significativo del rendimento energetico complessivo del dispositivo ed una notevole riduzione dell’inquinamento acustico (rumore);
• dischi (6) che inseriti tra le pale creano dei comparti che frazionano la cilindrata o il volume della parte rotante della turbina stessa e che possono essere alimentati separatamente per mezzo delle valvole (7) e dei rispettivi condotti di adduzione(8) che guidano i fluidi in entrata ed in uscita dal corpo turbina. La suddivisione della turbina in comparti separati, che possono essere tutti attivati (o alimentati) o attivati solo alcuni per mezzo delle valvole (7), consente di ottimizzare i rendimenti perché permettono di regolare i parametri tecnici del dispositivo in funzione della quantità e della velocità dei fluidi che attraversano la turbina stessa;
valvole (7) che hanno la funzione di attivare i condotti di adduzione (8) e che realizzano la parte di sicurezza attiva, perché possono chiudere completamente l’afflusso dei fluidi che alimentano la turbina, consentendo una messa in sicurezza del dispositivo per potere effettuare agevolmente tutti i controlli e le manutenzioni ordinari e straordinari che si rendessero necessari.
Funzionamento del trovato
In seguito si farà riferimento allo specifica applicazione riguardante un impianto a colonna d’acqua oscillante (OWC), ma il dispositivo (turbina multi pale con nucleo centrale rotante) può essere applicato nelle sue varianti ad altri tipi di impieghi.
In un impianto (a colonna d'acqua oscillante) il movimento oscillatorio dell’acqua dovuto al moto ondoso comprime (nella fase di espirazione) ed aspira (nella fase di inspirazione) l’aria presente in una camera, opportunamente progettata, attraverso un condotto in cui è presente una turbina che fornisce potenza ad un generatore elettrico, collegato all’asse della turbina stessa.
il fluido (aria), proveniente dalla camera a colonna d’acqua oscillante, passa attraverso i condotti di adduzione (8), che sono in corrispondenza dei relativi comparti realizzati nella girante della turbina, comparti che sono realizzati per mezzo dei dischi divisori (6).
Se i condotti sono attivi e le valvole (7) aperte, è consentito il passaggio deH’aria verso la girante della turbina, opportunamente convogliata dai condotti (8) e modulata dalle scanalature o rilievi (5) applicati alla parete inclinata (4). Quando l’aria viene a contatto con le pale (2) della girante della turbina, cede loro gran parte della sua energia (cinetica e di pressione), la quale viene trasformata in energia meccanica disponibile direttamente sull’asse della turbina per ulteriori applicazioni.
II trovato in oggetto si caratterizza dal fatto di possedere un nucleo centrale (3) rotante a sezione poligonale, che rappresenta l'elemento più innovativo e vantaggioso del complesso turbina. Esso svolge la funzione di apparato divisore e di orientamento dei flussi dei fluidi, che attraversano il corpo turbina, elevandone così il suo rendimento complessivo.
Le pareti del nucleo centrale(3), che possono essere a superficie piana, concava o convessa, realizzano con le pale (2) una zona (10) a sezione ridotta di passaggio per l'aria (tipo tubo Venturi), che durante l'attraversamento della suddetta zona (a sezione ridotta) trasforma l'energia di pressione ancora posseduta dai fluidi in energia cinetica (aumento di velocità), energia che viene poi recuperata dalle pale (2), nella fase di uscita dei fluidi dal corpo della girante. Essendo la turbina simmetrica, gli stessi rendimenti si ottengono anche quando il flusso dei fluidi (aria) si inverte.
L’applicazione del nucleo centrale (3) assieme agli altri componenti (2-4-5-6-7-8-9) nelle turbine multi pale offre il vantaggio, rispetto allo stato dell’arte delle attuali applicazioni prive di tale dispositivo (3), di operare attivamente, con rendimenti positivi, anche quando si è in condizioni di onde particolarmente basse e a basse velocità de aria, in quanto si possono variare e combinare i parametri tecnici di portata e pressione della turbina ed avere sempre rendimenti massimi e regimi di giri ottimali.
Le scanalature o rilievi (5) situati all’interno dei condotti (8) consentono un graduale impatto tra le pale (2) ed il flusso d’aria che le attraversa, con la conseguente diminuzione del livello sonoro (rumore) e con l’attenuazione di eventuali dannose vibrazioni.
I convogliatori (9) completano la realizzazione dei comparti, generati nel corpo turbina dai dischi divisori (6), contenendo e favorendo la deviazione dei flussi d'aria che attraversano la turbina.
Il trovato, oggetto della presente domanda per invenzione industriale, è qui descritto al solo scopo illustrativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati:
• nei disegno 1, la fig. A rappresenta la vista schematica assonometrica, in cui vengono individuati tutti i componenti costitutivi del dispositivo in oggetto; la fig. B illustra schematicamente una turbina a tre pale (2) con rotore o nucleo centrale (3) poligonale a sezione triangolare, con le pareti a superficie convessa, e rappresenta una variante rispetto alla configurazione della fig. A (rotore a pareti concave); le figure C, D, E, rappresentano schematicamente le configurazioni del dispositivo con turbina a quattro e cinque pale (2) con i rispettivi nuclei centrali e le loro relative varianti o alternative;
• nel disegno 2, le figure F e G, vista laterale e vista frontale del dispositivo, illustrano schematicamente un esempio di applicazione in mare del dispositivo, abbinato ad un impianto a colonna d’acqua oscillante.

Claims (1)

  1. RIVENDIC 1. Turbina multi pale con nucleo centrale a sezione poligonale composta da: • un involucro contenitore (1) con funzione strutturale e di sostegno delle parti fìsse e mobili del dispositivo; • pale (2) ad alta efficienza aerodinamica, con profilo tipo naca, che garantiscono alti rendimenti energetici complessivi; nucleo (o rotore) centrale (3) a sezione poligonale a tre o più lati; • una parete (4) inclinata o curvata per convogliare l'afflusso dei fluidi nel corpo turbina; <■>scanalature o rilievi (5) applicati alla superfìcie della parete (4) per migliorare l’impatto dei fluidi con le pale (2) della girante; • dischi divisori (6) posti in numero adeguato lungo l’asse della turbina, che creano dei comparti (o frazionamenti del volume del corpo rotante della turbina stessa) per poter sfruttare meglio le caratteristiche dell’impianto; • valvole (7) che aprono e chiudono il flusso dei fluidi nei condotti (8) che alimentano i comparti del corpo turbina; <«>condotti (8) posti i corrispondenza dei relativi comparti che ottimizzano le caratteristiche tecniche del flusso dei fluidi ( velocità e pressione) per un migliore rendimento energetico; convogliatori (9) fìssi che completano i comparti creati con ì dischi divisori rotanti (6); • dieci aree, a sezione di passaggio ridotta (tipo tubo Venturi), poste tra le pale ed il nucleo centrale, nelle quali si genera un aumento della velocità dei fluidi durante la fase di attraversamento delle stesse; 2. Il trovato, come nella rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che risulta essere un sistema intubato, dove i fluidi vengono completamente canalizzati , convogliati verso il corpo turbina e costretti a lambire le pale (2) ed il nucleo centrale (3). 3. Il trovato, come nella rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che applica vantaggiosamente un nucleo centrale rotante (3) a sezione poligonale, che svolge la funzione di divisore e di orientamento del flusso dei fluidi che attraversano il corpo rotante della turbina. 4. Il trovato, come nella rivendicazione 3, è caratterizzato dal fatto che le pareti del nucleo centrale (3) si possono configurare a superfìcie piana , concava e convessa a secondo delle caratteristiche tecniche del campo di applicazione. 5. Il trovato, come nella rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che possiede cene valvole (7), che aprono e chiudono i condotti (8) che alimentano i rispettivi comparti del corpo turbina, ottenendo cosi una migliore gestione delle risorse energetiche disponibili; le valvole (7), inoltre, realizzano anche la sicurezza attiva del dispositivo perché possono arrestare completamente il flusso dei fluidi in entrata nella turbina in caso di eventuali manutenzioni ed emergenze. 6. Il trovato, come nella rivendicazione 1 , è caratterizzato dal fatto che, lungo l’asse di rotazione del corpo della turbina, sono inseriti dischi rotanti (6), i quali, posti in corrispondenza dei condotti (8), dividono o frazionano il volume della turbina in comparti, i quali a loro volta possono essere vantaggiosamente tutti attivati o attivati solo alcuni a secondo della massa (o portata) dei fluidi disponibile. Il numero di dischi da applicare viene stabilito in fase di progetto a seconda delle caratteristiche tecniche dell’impianto da realizzare. 7. Il trovato, come nella rivendicazione 1 , è caratterizzato dal fatto di possedere delle scanalature o rilievi (5) applicati sulla superficie della parete (4), i quali consentono un graduale impatto tra i fluidi e le pale (2), un maggiore riempimento dei comparti ed uno smorzamento significativo delle vibrazioni e del rumore. 8. Dispositivo, come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione. 9. Dispositivo, come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alle figure schematiche. RIVENDICAZIONI 1. Turbine multi blades with core polygonal cross-section composed of: * a container casing (1), with a structural function and support of the fixed and mobile parts of the device; • blades (2), at high aerodynamic efficiency (with naca profile type), which guarantee high and total energy yields; center nucleus (or rotor) (3), with a polygonal section with three or more surfaces; • the side (4), inclined or curved to direct the flow of fluids in the turbine housing; • grooves or reliefs (5), applied to the surface of the wall (4) to improve the impact of the fluids with the blades (2) of the rotor; • dividing plate (6), places (in appropriate number) along the axis of the turbine, create the compartments (or splits the volume of the rotating body of the turbine itself) in order to better exploit the characteristics of the plant; • valves (7), which open and close the flow of fluids in the conduits (8), which feed the compartments of the turbine housing; • ducts (8), located at the relevant funds, which optimize the technical characteristics of fluid flow (velocity and pressure) for better energy efficiency; • conveyors drives (9), which complement the funds, created with disks rotating dividers (6); • 10 areas in the section of reduced passage (type Venturi tube placed between the blades and the central core) in which there is an increase of the velocity of the fluids during the crossing of the same areas; 2. the invention as in claim 1 , is characterized by the fact that is to be a intubated system, where the fluids are completely channeled, conveyed towards the turbine housing and forced to lap the blades (2) and the core (3); 3. the invention as in claim 1 is characterized by the fact that applies advantageously a rotating central core (3) with a polygonal section, which performs the function of divider and orientation of the flow of the fluids that cross the rotating body of the turbine; 4. the invention as in claim 3 and is characterized by the fact that the walls of the central core (3) can be configured to flat, concave and convex surface, according to the technical characteristics of the field of application; 5. the invention as in claim 1 is characterized by the fact that owns the valves (7) that open and close the ducts (8), which feed the respective compartments of the turbine housing, obtaining in this way a better management of energy resources available; valves (7) also realize the active safety of the device, because they can completely stop the flow of fluid entering the turbine, in case of any necessary maintenance and emergencies; 6. the invention as in claim 1 is characterized by the fact that along the axis of rotation of the turbine housing are inserted rotating discs (6) which, placed in correspondence of the ducts (8), divide or fractionate the volume of the turbine into compartments, which all or only some may be advantageously activated according to the mass (or flow rate) of the fluids available. The number of discs, to be applied, is established during the project, according to the technical characteristics of the plant to realize; 7. the invention as in claim 1 is characterized by the fact of possessing grooves or reliefs (5) applied to the wall surface (4), which allow a gradual impact between the fluids and the blades (2), a greater filling of the compartments and one significant damping of vibration and noise; 8. Device, according to one or the other of the preceding claims, characterized in that adopts the contents of the description; 9. Device, according to one or the other of the preceding claims, characterized in that adopts the contents referred to the schematic figures.
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