ITPD20120247A1 - Turbina eolica ad asse verticale e pala per turbina eolica ad asse verticale - Google Patents

Description

TURBINA EOLICA AD ASSE VERTICALE E PALA PER TURBINA EOLICA AD ASSE VERTICALE

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne una turbina eolica ad asse verticale ed una pala per turbina eolica ad asse verticale secondo il preambolo delle rispettive rivendicazioni indipendenti.

La turbina ad asse verticale e la relativa pala eolica secondo la presente invenzione sono atte ad assere impiegate per trasformare, in modo di per sé tradizionale, l’energia cinetica del vento in energia meccanica e quindi in energia elettrica con un elevato rendimento aerodinamico.

La turbina ad asse verticale e la relativa pala eolica oggetto della presente invenzione si inseriscono pertanto nel settore tecnologico delle energie rinnovabili e, più in particolare, nel campo industriale della produzione di generatori eolici.

Stato della tecnica

Come à ̈ noto, il fabbisogno di energia elettrica da fonti rinnovabili, tra le quali à ̈ compresa l’energia eolica, à ̈ accresciuto negli anni specialmente per l’aumento dei costi dei combustibili fossili nonché per esigenze ambientali di evitare immissioni di sostanze inquinanti.

Tale circostanza ha determinato un importante impulso allo sviluppo delle turbine eoliche con scopo di produzione di energia elettrica, le quali sono attualmente presenti sul mercato nelle due differenti tipologie ad asse orizzontale e ad asse verticale.

La presente invenzione fa esclusivamente riferimento a turbine, ed a pale per turbine, del tipo aventi asse di rotazione verticale.

Le turbine ad asse verticale presentano alcuni vantaggi rispetto alle turbine ad asse orizzontale, il più significativo dei quali à ̈ costituito dall’indipendenza del funzionamento dalla direzione di provenienza del vento, cosa che ne favorisce l’utilizzo in zone fortemente antropizzate, in genere caratterizzate da venti incostanti in direzione. In anni recenti à ̈ nato pertanto un interesse crescente per le turbine eoliche ad asse verticale, da impiegare anche per impianti di produzione di energia elettrica di piccole dimensioni, con l’obiettivo di decentralizzare la produzione di energia elettrica dai grandi impianti, verso l’interno delle città e delle comunità rurali.

Tra le turbine eoliche ad asse verticale à ̈ nota nel mercato la tipologia “a portanza†, la cui forma realizzativa più conosciuta à ̈ costituita dalla turbina Darrieus dal nome dell’inventore G. J. M. Darrieus che, nel 1931, ne depositò la domanda di brevetto negli Stati Uniti con il n. US 1,835,018. Tale turbina, come descritta nel suddetto brevetto, comprende un albero di rotazione verticale ed una pluralità di pale, sostanzialmente rigide, meccanicamente accoppiate alle loro estremità superiore ed inferiore all'albero per portarlo in rotazione e generare energia elettrica in modo tradizionale mediante un generatore di corrente accoppiato all’albero di rotazione. Ciascuna pala ha la forma di un corpo allungato che si sviluppa sostanzialmente con arco a semicerchio tra le sue due estremità ed ha sezione configurata a profilo alare, costante per tutta la sua estensione longitudinale. Tale profilo alare à ̈ definito, in modo di per sé noto, da una superficie dorsale e da una superficie ventrale che si estendono dal bordo di attacco al bordo di uscita del flusso d’aria. Le differenti pressioni prodotte dal flusso d’aria sulle superfici del profilo alare determinano forze fluidodinamiche agenti sul profilo stesso scomponibili in una componente di portanza, responsabile della rotazione della turbina ed in una componente di resistenza.

Le turbine note, del tipo sopra descritto, presentano alcuni inconvenienti, tra cui un rendimento non particolarmente elevato, la formazione di vortici d’aria che oltre, come detto, a non consentire il raggiungimento di un elevato rendimento provocano un fastidioso rumore, nonché la generazione di coppie torsionali indesiderate lungo lo sviluppo delle pale a causa del repentino e ripetitivo passaggio delle pale stesse tra posizione angolari di lavoro, in cui queste ultime interferiscono con il flusso del vento generando una componente di portanza responsabile della rotazione della pala, e posizioni di riposo, in cui le pale sono attraversate dal flusso d’aria senza tuttavia che si generino significative forze fluidodinamiche sulle stesse pale.

Al fine di migliorare particolarmente la distribuzione degli sforzi lungo lo sviluppo delle pale al variare della posizione angolare assunta da queste ultime e ridurre la formazione delle suddette coppie torsionali indesiderate sulle pale, sono state sviluppate turbine del tipo “Darrieus†sopra citato, ad esempio descritte nel brevetto US 5,405,246, in cui le pale sono fissate alle loro estremità all’albero di rotazione in corrispondenza di posizioni angolarmente sfalsate, in modo da realizzare uno sviluppo longitudinale sostanzialmente ad elica. La sezione del profilo alare à ̈ mantenuta costante lungo l’intero sviluppo della pala. In questo modo le pale sono sempre soggette in almeno un loro tratto longitudinale, ed in qualunque posizione angolare assunta dalla pala, ad una azione utile da parte delle forze fluidodinamiche prodotte dal vento.

La suddetta turbina non ha tuttavia consentito di migliorare particolarmente il rendimento di trasformazione dell’energia del vento in energia meccanica di rotazione della turbina.

Al fine di migliorare il rendimento delle turbine Darrieus à ̈ noto, dal brevetto GB 2404227, realizzare una turbina di tale tipo ad asse verticale, in cui la sezione del profilo alare delle pale presenta una corda che si estende a forma di arco e che si sviluppa lungo un tratto della circonferenza di rotazione attorno all’asse dell’albero della turbina. Le singole pale hanno inoltre uno sviluppo longitudinale di forma ad elica come già previsto nel brevetto US 5,405,24 sopra commentato.

Una caratteristica significativa per rappresentare la forma del profilo alare della pala à ̈ fornita, in modo noto, dal rapporto s/c tra lo spessore e la corda del profilo alare ovvero dal rapporto tra la distanza massima che intercorre tra il dorso ed il ventre del profilo alare e la lunghezza della linea che unisce il bordo d'attacco con il bordo d'uscita del profilo alare. Il profilo alare della pala descritta nel brevetto GB 2404227 à ̈ contraddistinto da un rapporto s/c che à ̈ preferibilmente maggiore in corrispondenza delle estremità della pala.

Nella pratica si à ̈ potuto osservare che la forma delle pale descritte nel brevetto GB 2404227 ed in particolare del loro profilo alare non garantisce il raggiungimento di un elevato rendimento per la relativa turbina.

Sono inoltre note turbine del tipo “Darrieus†, in cui le pale si sviluppano longitudinalmente con una geometria cosiddetta troposkiana, corrispondente alla forma che assume una corda in rotazione fissata alle estremità.

Diversi studi sono stati condotti su turbine eoliche ad asse verticale di forma troposkiana, allo scopo di ottimizzare il rendimento di resa in energia meccanica ed elettrica della energia eolica. Tali studi si sono basati per lo più su sperimentazioni empiriche attraverso lo svolgimento di test aerodinamici sia in galleria del vento che in campo aperto, ovvero facendo riferimento a tipologie standardizzate di profili alari ad esempio di tipo NACA o SANDIA mantenuti in modo pressoché costante per tutto lo sviluppo longitudinale delle pale.

Le configurazioni delle pale delle turbine di tipo noto sopra citate non tengono conto, in maniera sufficientemente appropriata della variazione della distanza del profilo alare dall’asse di rotazione lungo lo sviluppo longitudinale della pala.

Conseguentemente, il profilo alare delle pale attualmente note non varia in modo continuo e con una funzione ottimizzata lungo lo sviluppo della pala per tenere conto dell’influenza della distanza dall’albero di rotazione nonché per tenere conto dell’incidenza con il flusso d’aria incidente.

Presentazione dell’invenzione

In questa situazione, il problema alla base della presente invenzione à ̈ pertanto quello di ovviare agli inconvenienti manifestati dalle soluzioni di tipo noto sopra descritte mettendo a disposizione una turbina eolica ad asse verticale ed una pala per turbina eolica ad asse verticale dotata di almeno due pale, le quali consentano di migliorare il rendimento aerodinamico della stessa pala, permettendo così la generazione di un maggior quantitativo di energia meccanica e quindi elettrica.

Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica ad asse verticale ed una pala per turbina eolica ad asse verticale, le quali producano un rumore contenuto.

Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica ad asse verticale ed una pala per turbina eolica ad asse verticale, le quali producano vibrazioni contenute.

Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica ad asse verticale, la quale sia del tutto sicura da utilizzare.

Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica ad asse verticale, la quale sia semplice ed economica da realizzare ed operativamente del tutto affidabile.

Breve descrizione dei disegni

Questi scopi ed altri ancora, vengono tutti raggiunti dalla turbina e dalla pala oggetto della presente invenzione, le cui caratteristiche tecniche sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

- la Figura 1 mostra una vista schematica di un esempio di realizzazione della turbina eolica ad asse verticale oggetto della presente invenzione, dotata di tre pale anch’esse formante oggetto della presente invenzione;

- la Figura 2 mostra una vista frontale di una pala della turbina eolica di Fig.1; - la Figura 3 mostra una vista laterale di una pala della turbina eolica di Fig.1; - le Figure 4A, 4B, 4C e 4D mostrano il profilo alare della pala di Fig. 3 in corrispondenza di quattro sezioni indicate con A-A, B-B, C-C e D-D in figura 3; - la Figura 5 mostra un grafico qualitativamente rappresentativo dell’evoluzione della corda del profilo alare di una pala della turbina oggetto della presente invenzione (in ascissa) in funzione dell’altezza del generico profilo alare della pala a partire dalla sua base (in ordinata);

- la Figura 6 mostra un grafico qualitativamente rappresentativo dell’evoluzione del rapporto spessore/corda del profilo alare della pala (in ascissa) in funzione dell’altezza del generico profilo alare della pala a partire dalla sua base (in ordinata);

- la tabella 1 mostra l’evoluzione dei valori del rapporto c/cmaxovvero del valore della corda normalizzato rispetto al suo valore massimo, del profilo alare della pala in funzione dell’altezza h dello stesso profilo alare nonché mostra l’evoluzione del rapporto s/c, ovvero del rapporto tra lo spessore e la corda, del profilo alare della pala in funzione dell’altezza h dello stesso profilo alare atti a conferire il massimo rendimento aerodinamico della pala;

- la Figura 7 mostra un grafico rappresentativo dell’evoluzione della corda del profilo alare di una pala della turbina oggetto della presente invenzione (in ascissa) in funzione dell’altezza del generico profilo alare della pala a partire dalla sua base (in ordinata) per la configurazione di massimo rendimento del rotore secondo i dati della Tabella 1;

- la Figura 8 mostra un grafico rappresentativo dell’evoluzione del rapporto spessore/corda del profilo alare della pala (in ascissa) in funzione dell’altezza del generico profilo alare della pala a partire dalla sua base (in ordinata) per la configurazione di massimo rendimento del rotore, secondo i dati della Tabella 1; - la Figura 9 mostra un grafico rappresentativo del confronto fra i coefficienti di potenza locale (stimati numericamente tramite codice BE-M) in funzione dell’altezza del generico profilo alare dalla base della pala di una turbina di tipo noto (in linea tratteggiata) e di una turbina di pari area spazzata avente le caratteristiche della presente invenzione (in linea continua), per una velocità indisturbata del vento pari a 9 m/s.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento agli uniti disegni à ̈ stata indicata nel suo complesso con 1 una forma realizzativa preferenziale di turbina eolica ad asse verticale, in accordo con la presente invenzione.

Tale turbina 1 à ̈ di tipo “Darrieus†ovvero comprendente un rotore formato da un albero centrale di rotazione 2 con asse verticale Z e da due o più pale 3, ciascuna dotata di uno sviluppo allungato da una estremità inferiore 4 ad una estremità superiore 5, in corrispondenza delle quali à ̈ meccanicamente accoppiata all’albero 2 per portarlo in rotazione attorno al suo asse verticale Z.

La turbina 1 potrà comprendere nel caso sia atta alla produzione di energia elettrica, in modo del tutto tradizionale, mezzi di conversione dell’energia meccanica dell’albero 2 in energia elettrica quali un generatore 10 eventualmente meccanicamente collegato all’albero mediante un riduttore 11.

Ciascuna pala 3 à ̈ sostanzialmente rigida e definisce tra le sue due estremità 4 e 5, un arco con concavità rivolta verso l’asse verticale Z.

La forma di tale arco à ̈ vantaggiosamente contraddistinta da una geometria denominata nel gergo tecnico del settore con il termine di “troposkiana†, e corrispondente alla forma che assume una corda in rotazione fissata alle estremità.

Nel seguito della descrizione e delle rivendicazioni con tale termine “troposkiana†dovrà intendersi una forma geometrica ad arco anche solo assimilabile alla funzione geometrica troposkiana come ad esempio una forma semplificata ottenuta con un arco di cerchio, ovvero con un arco di cerchio centrale continuato alle estremità da due tratti rettilinei, oppure ottenuta con curve arcuate con andamento simile alla geometria troposkiana quale ad esempio una “catenaria†.

Ciascuna pala 3 à ̈ del tipo provvista di una sezione definente un profilo alare P ovvero di un profilo che à ̈ suscettibile di produrre una componente di portanza volta a condurre in rotazione l’albero centrale 2 a cui à ̈ fissata, quando à ̈ immersa in un flusso di aria.

Il principio che porta in rotazione la turbina 1 per effetto delle forze fluidodinamiche agenti sul profilo alare della pala 3 sono ben note al tecnico del settore e per tale ragione non sono riprese qui in dettaglio.

Le caratteristiche fluidodinamiche della pala solo influenzate, come à ̈ noto dalla forma del suo profilo alare.

In modo di per sé noto la forma del profilo alare P à ̈ condizionata da un parametro significativo costituito dal rapporto s/c tra lo spessore s e la corda c del profilo alare ovvero dal rapporto tra la distanza massima che intercorre tra il dorso D ed il ventre V del profilo alare P e la lunghezza della linea che unisce il bordo d'attacco Ba con il bordo d'uscita Bu del profilo alare P.

Secondo l’idea alla base della presente invenzione il profilo alare P di ciascuna pala 3 della turbina 1 à ̈ contraddistinto dall’andamento della sua corda c in funzione dell’altezza h del profilo alare della pala 3 nonché dall’andamento del rapporto s/c tra il suo spessore s e la sua corda c in funzione dell’altezza h del profilo alare della pala 3 come qui di seguito specificato.

L’andamento della corda c in funzione dell’altezza h del profilo alare della pala 3 secondo l’invenzione, come indicato nel grafico qualitativo di figura 5, prevede la presenza di due primi valori di corda minimi, indicati nel grafico con i riferimenti cmin1e cmin2(preferibilmente coincidenti in un unico valore cmin) posti in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità inferiore 4 e superiore 5 dell’altezza della pala 3 indicate con hmine hmaxnel grafico di figura 5 poste in corrispondenza della base e della sommità del rotore.

Tale andamento prevede inoltre un secondo valore di corda minimo cmin3posto in corrispondenza sostanzialmente del valore mediano hmeddella altezza della pala 3 ed un primo ed un secondo valore di corda massimo, indicati nel grafico di figura 5 con i riferimenti cmax1e cmax2(preferibilmente coincidenti in un unico valore cmax) posti in corrispondenza rispettivamente di due altezze intermedie hint1ed hint2del profilo alare P della pala 3 interposte tra il valore mediano hmeddella altezza della pala 3 e rispettivamente le altezze massima e minima della pala hmine hmaxovvero delle suddette estremità inferiore 4 e superiore 5 della pala 3.

L’andamento del rapporto s/c tra lo spessore s e la corda c del profilo alare P in funzione dell’altezza h del profilo alare della pala 3 prevede la presenza di un primo e di un secondo valore di rapporto minimo, indicati nel grafico di figura 6 con i riferimenti (s/c)min1e (s/c)min2(preferibilmente coincidenti in un unico valore (s/c)min), in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità inferiore 4 e superiore 5 dell’altezza hmine hmaxdella pala 3, nonché un valore di rapporto massimo (s/c)maxsostanzialmente in corrispondenza del suddetto valore mediano hmeddella altezza del profilo alare della pala 3.

Vantaggiosamente, in accordo con l’esempio preferenziale delle allegate figure ed in particolare in accordo con i grafici delle figure 5 e 6 i suddetti primi valori di corda minimi cmin1e cmin2coincidono in un unico valore cmin, così come coincidono il primo ed il secondo valore di corda massimo cmax1, cmax2in un unico valore cmaxe così come anche coincidono i suddetti primo e secondo valore di rapporto minimo (s/c)min1, (s/c)min2in un unico valore (s/c)min.

L’andamento della corda c del profilo alare P e l’andamento del rapporto s/c tra lo spessore s e la corda c del profilo alare P in funzione dell’altezza h del profilo alare P della pala 3 sono pertanto vantaggiosamente simmetrici rispetto al valore mediano hmeddella altezza della pala 3.

Più in particolare, il profilo alare P della pala 3 si sviluppa simmetricamente lungo la direzione di sviluppo longitudinale della pala 3 rispetto ad un piano orizzontale mediano che suddivide la pala 3 a partire dalla altezza mediana hmednella sua parte inferiore e nella sua parte superiore entrambe convergenti verso la parte centrale posta alla maggiore distanza dall’asse Z di rotazione, in cui il profilo alare P ha, come si evince dall’andamento dei grafici 5 e 6, una corda c di dimensioni ridotte ed un rapporto s/c di valore massimo ovvero con una più marcata bombatura.

Pertanto, vantaggiosamente la geometria della pala 3 del rotore della turbina oggetto della presente invenzione presenta una corda c del profilo alare che si sviluppa con: - un valore minimo comune cminin corrispondenza delle estremità 4, 5 della pala 3 (ovvero della base e della sommità del rotore);

- un valore massimo cmaxin corrispondenza di due posizioni intermedie poste l’una tra la sommità 5 e l’altezza mediana hmeddella pala 3, l’altra tra la base 4 e l’altezza mediana hmeddella pala,

- un valore ridotto in corrispondenza della altezza mediana hmeddella pala 3, secondo l’andamento qualitativo schematizzato nella Figura 5 per il caso esemplificativo, ma non esaustivo, di evoluzione lineare dell’andamento della corda c in funzione della altezza h del profilo alare P della pala 3.

Si à ̈ potuto riscontrare che valori minimi della corda c in corrispondenza della base 4 e dell'estremità superiore 5 della pala 3 determinano una riduzione della resistenza aerodinamica della pala 3 stessa in posizioni che comunque genererebbero una bassa potenza stante la loro vicinanza con l’asse di rotazione.

Mano a mano che ci si sposta verso le posizioni intermedie fra la base e la posizione mediana hmeddella altezza della pala 3, nonché fra la sommità e la posizione mediana della pala 3, l'aumento del valore della corda c permette di caricare maggiormente il profilo alare dal punto di vista aerodinamico in posizioni della pala contraddistinte da un braccio di leva rispetto all’asse di rotazione Z che va via via crescendo e, pertanto, rispetto a posizioni del profilo alare suscettibili di generare una potenza crescente, ottenendo pertanto una maggiore prestazione della pala 3.

La riduzione della corda c in corrispondenza della altezza mediana hmeddella pala 3 si à ̈ dimostrato in grado di consentire alla pala di interferire in maniera meno invasiva sulla corrente del flusso d’aria, generando meno vortici e meno turbolenza suscettibili diversamente di peggiorare il rendimento aerodinamico della pala. La riduzione della corda c in corrispondenza della altezza mediana hmeddella pala 3 comporta una riduzione del rallentamento della corrente del flusso d’aria che si avrebbe invece qualora la corda c continuasse a crescere o qualora la corda rimanesse costante (come nelle pale di tipo noto) per il maggiore bloccaggio aerodinamico che indurrebbero sezioni palari poste in corrispondenza della mezzeria hmeddella pala 3 e con corda di dimensione non ridotta.

La riduzione della corda c in corrispondenza della altezza mediana hmeddella pala 3 consente di mantenere una maggiore velocità del vento che attraversa il rotore pur senza penalizzare troppo la spinta fluidodinamica del vento sulla pala ed in definitiva porta ad un sostanziale incremento della potenza complessiva generata dalla pala, essendo tale potenza proporzionale al cubo della velocità del vento, cosicché un minore blocco aerodinamico del flusso nella parte centrale si ripercuote con positivo effetto sulla potenza trasmessa alla pala 3.

In concomitanza con il sopra descritto andamento della corda c, il rapporto spessore/corda s/c della sezione palare assume l’andamento qualitativamente rappresentato nella Figura 6 in accordo con il caso esemplificativo, ma non esaustivo, di una evoluzione lineare.

Grazie all'aumento del rapporto s/c in corrispondenza della altezza mediana hmeddella pala 3 si ottengono migliori proprietà di stallo del profilo alare P. Inoltre, il minore valore del rapporto s/c verso la base e la sommità della pala determinano una riduzione della resistenza aerodinamica della pala 3 stessa in posizioni che comunque genererebbero bassa potenza, essendo prossime all'asse di rotazione e, pertanto, contraddistinte da un braccio ridotto.

La sinergica combinazione dei due grafici del profilo alare P della pala 3 determina una riduzione della corda c ed un contemporaneo aumento della bombatura del profilo alare P in corrispondenza della mezzeria hmeddella pala 3; caratteristiche queste che sinergicamente combinate si sono dimostrate in grado di produrre importanti miglioramenti del rendimento aerodinamico della pala 3, a ragione di una raggiunta sorprendente ottimizzazione dello sfruttamento del flusso d’aria con cui la pala interferisce pur senza bloccarlo o modificarlo eccessivamente nella parte centrale della pala 3 che investe il vento a maggiore velocità relativa e che essendo contraddistinta da un braccio a maggiore rispetto all’asse di rotazione Z della pala 3 può portare un contributo maggiore alla potenza rotazionale fornita al rotore della turbina 1.

In figura 12 à ̈ illustrato il risultato di una simulazione numerica basata sul noto metodo BE-M (Blade Element – Momentum descritto ad esempio nell’articolo M. Raciti Castelli, A. Fedrigo, E. Benini, Effect of Dynamic Stall, Finite Aspect Ratio and Streamtube Expansion on VAWT Performance Prediction using the BE-M Model, International Journal of Mechanical and Aerospace Engineering, Issue 6 – 2012, pp.

468-480; qui allegato per riferimento) ove sono state messe a confronto le prestazioni aerodinamiche del noto rotore indicato da Sheldahl (descritto nell’articolo R. E. Sheldahl, Comparison of Field and Wind Tunnel Darrieus Wind Turbina Data, SAND80-246 qui allegato per riferimento) e quelle di un rotore di pari area spazzata avente pale delle caratteristiche della presente invenzione. In particolare, la figura riporta l’andamento del coefficiente di potenza locale (in ascissa), definito da:

Cp = P / (1⁄2 Ï A V<3>)

essendo:

- P la potenza meccanica all’asse del rotore;

- Ï la densità dell’aria;

- A l’area spazzata della striscia orizzontale in funzione dell’altezza per cui sono di volta in volta, calcolate le prestazioni del rotore;

- V la velocità indisturbata del vento a monte del rotore,

in funzione dell’altezza rispetto alla base del rotore, adimensionalizzata rispetto all’altezza complessiva della pala (h/hmax). Il maggiore rendimento ottenuto per tramite della presente invenzione risulta chiaramente visibile.

In accordo con una forma realizzativa preferenziale della presente invenzione il secondo valore di corda minimo cmin3del profilo alare P di detta pala 3 à ̈ sostanzialmente costante per un primo tratto centrale h1cdell’altezza del profilo alare P della pala 3. Il suddetto primo tratto centrale h1cha preferibilmente una estensione inferiore al 50% dell’altezza hmaxdella pala 3.

Inoltre, preferibilmente anche il valore del rapporto massimo (s/c)maxdel profilo alare P della pala 3 si mantiene sostanzialmente costante per un secondo tratto centrale h2cdell’altezza del profilo alare P della pala 3, che, preferibilmente, ha una estensione inferiore al 60% dell’altezza hmaxdella pala 3.

Si à ̈ potuto in particolare rilevare che la turbina 1 oggetto della presente invenzione à ̈ suscettibile di esprimere il suo massimo rendimento con valori del rapporto c/cmaxdel profilo alare P della pala 3 in funzione dell’altezza h del profilo alare P, nonché con valori del rapporto s/c del profilo alare P della pala 3 in funzione dell’altezza h del profilo alare che evolvono con un andamento rappresentato nella Tabella 1 allegata ovvero nei grafici delle corrispondenti figure 7 e 8 le cui curve sono estrapolate dai valori della suddetta Tabella 1.

Variazioni del rapporto c/cmaxe del rapporto s/c del profilo alare P della pala 3 inferiori a ±10% rispetto ai valori determinati dalla tabella proposta non inficiano le prestazioni del rotore e sono da considerare ricomprese all’interno della presente invenzione.

Le figure da 4A, 4B, 4C e 4D illustrano un esempio qualitativo del sopra descritto andamento del profilo alare P della pala 3 in funzione dell’altezza h del generico profilo alare della pala 3 rispetto alla base 4 della pala 3.

Più in dettaglio, in figura 3 sono evidenziate le posizioni delle sezioni della pala 3 che generano i profili alari P delle successive Figure 4A, 4B, 4C e 4D e che sono rispettivamente poste in corrispondenza dell’altezza dalla estremità inferiore 4 della pala 3 come qui di seguito specificato: Sez A-A: h/hmax=1.0000; Sez B-B: h/hmax=0.8333; Sez C-C: h/hmax=0.6667; Sez D-D: h/hmax=0.5000.

La figura 4A illustra il profilo alare P della pala secondo la sezione A-A ortogonale all’asse della pala stessa e posizionata con h/ hmax=1.0000; c/cmax=0.5288; s/c=0.1200. La figura 4B illustra il profilo alare P della pala secondo la sezione B-B ortogonale all’asse della pala stessa e posizionata con h/ hmax=0.8333; c/ cmax=1.0000; s/c=0.2201. La figura 4C illustra il profilo alare P della pala secondo la sezione C-C ortogonale all’asse della pala stessa e posizionata con h/ hmax=0.6667; c/ cmax=0.8363; s/c=0.2500. La figura 4D illustra il profilo alare P della pala secondo la sezione C-C ortogonale all’asse della pala stessa e posizionata con h/ hmax=0.5000; c/ cmax=0.7233; s/c=0.2500. Il trovato così concepito raggiunge pertanto gli scopi prefissi. Ovviamente esso potrà assumere, nella sua realizzazione pratica, anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione. Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le forme, le dimensioni ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Turbina eolica ad asse verticale, la quale comprende: - un albero centrale di rotazione (2) avente un asse verticale (Z); - due o più pale (3), ciascuna delle quali à ̈ provvista di profilo alare (P) e di uno sviluppo allungato che si estende sostanzialmente ad arco con concavità rivolta verso detto albero centrale di rotazione (2), da una estremità inferiore (4) ad una estremità superiore (5), in corrispondenza delle quali detta pala (3) à ̈ meccanicamente accoppiata a detto albero centrale di rotazione (2) per trasmettergli un moto di rotazione attorno al suddetto asse verticale (Z); caratterizzata dal fatto che il profilo alare (P) di ciascuna detta pala (3) à ̈ contraddistinto da: - un andamento della sua corda (c) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) avente: - due primi valori di corda minimi (cmin1, cmin2) in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità superiore ed inferiore (hmax, hmin) dell’altezza di detta pala (3); - un secondo valore di corda minimo (cmin3) in corrispondenza di un valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3) e - ed un primo ed un secondo valore di corda massimo (cmax1, cmax2) in corrispondenza rispettivamente di due altezze intermedie (hint1ed hint2) del profilo alare (P) di detta pala (3) interposte tra il valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3) e rispettivamente le altezze (hmin, hmax) delle suddette estremità inferiore (4) e superiore (5) di detta pala (3); - un andamento del rapporto (s/c) tra il suo spessore (s) e la sua corda (c) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) avente: - un primo ed un secondo valore di rapporto minimo ((s/c)min1, (s/c)min2) in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità inferiore e superiore (hmin, hmax) dell’altezza di detta pala (3); - un valore di rapporto massimo ((s/c)max) in corrispondenza di un valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3).
2. 2. Turbina eolica ad asse verticale secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto secondo valore di corda minimo (cmin3) del profilo alare (P) di detta pala (3) à ̈ sostanzialmente costante per un primo tratto centrale (h1c) dell’altezza del profilo alare (P) di detta pala (3) di estensione inferiore al 50% dell’altezza di detta pala (3).
3. 3. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto valore di rapporto massimo ((s/c)max) del profilo alare (P) di detta pala (3) à ̈ sostanzialmente costante per un secondo tratto centrale (h2c) dell’altezza del profilo alare (P) di detta pala (3) di estensione inferiore al 60% dell’altezza di detta pala (3).
4. 4. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che lo sviluppo allungato di detta pala ha andamento con geometria sostanzialmente troposkiana.
5. 5. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti due primi valori di corda minimi (cmin1, cmin2) coincidono.
6. 6. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti primo e secondo valore di corda massimo (cmax1, cmax2) coincidono.
7. 7. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti primo e secondo valore di rapporto minimo ((s/c)min1, (s/c)min2) coincidono.
8. 8. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l’andamento della corda (c) del profilo alare (P) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) à ̈ simmetrico rispetto al valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3), e l’andamento del rapporto (s/c) tra lo spessore (s) e la corda (c) del profilo alare (P) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) à ̈ simmetrico rispetto al valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3).
9. 9. Turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i valori dell’andamento della corda (c) normalizzato rispetto al suo valore massimo (cmax) in funzione dell’altezza (h) di detta pala (3) normalizzato rispetto al valore dell’altezza (hmax) della pala (3), nonché dell’andamento del rapporto (s/c) tra lo spessore (s) e la corda (c) in funzione dell’altezza (h) di detta pala (3) normalizzato rispetto al valore dell’altezza (hmax) della pala (3), rispettano con una approssimazione del ± 10% i valori della seguente tabella: h/hmaxc/cmaxs/c 0.3333 0.8363 0.2500 0.6875 0.8674 0.2500 0.0000 0.5288 0.1200 0.3542 0.8064 0.2500 0.7083 0.8984 0.2500 0.0208 0.6462 0.1278 0.3750 0.7786 0.2500 0.7292 0.9277 0.2500 0.0417 0.7443 0.1384 0.3958 0.7540 0.2500 0.7500 0.9536 0.2500 0.0625 0.8243 0.1490 0.4167 0.7353 0.2500 0.7708 0.9751 0.2500 0.0833 0.8876 0.1574 0.4375 0.7253 0.2500 0.7917 0.9909 0.2451 0.1042 0.9355 0.1702 0.4583 0.7227 0.2500 0.8125 0.9997 0.2345 0.1250 0.9693 0.1860 0.4792 0.7231 0.2500 0.8333 1.0000 0.2201 0.1458 0.9903 0.2033 0.5000 0.7233 0.2500 0.8542 0.9903 0.2033 0.1667 1.0000 0.2201 0.5208 0.7231 0.2500 0.8750 0.9693 0.1860 0.1875 0.9997 0.2345 0.5417 0.7227 0.2500 0.8958 0.9355 0.1702 0.2083 0.9909 0.2451 0.5625 0.7253 0.2500 0.9167 0.8876 0.1574 0.2292 0.9751 0.2500 0.5833 0.7353 0.2500 0.9375 0.8243 0.1490 0.2500 0.9536 0.2500 0.6042 0.7540 0.2500 0.9583 0.7443 0.1384 0.2708 0.9277 0.2500 0.6250 0.7786 0.2500 0.9792 0.6462 0.1278 0.2917 0.8984 0.2500 0.6458 0.8064 0.2500 1.0000 0.5288 0.1200 0.3125 0.8674 0.2500 0.6667 0.8363 0.2500
10. 10. Pala per turbina eolica ad asse verticale secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere un profilo alare (P) contraddistinto da: - un andamento della sua corda (c) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) avente: - due primi valori di corda minimi (cmin1, cmin2) in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità superiore ed inferiore (hmax, hmin) dell’altezza di detta pala (3); - un secondo valore di corda minimo (cmin3) in corrispondenza di un valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3) e - ed un primo ed un secondo valore di corda massimo (cmax1, cmax2) in corrispondenza rispettivamente di due altezze intermedie (hint1ed hint2) del profilo alare (P) di detta pala (3) interposte tra il valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3) e rispettivamente le altezze (hmin, hmax) delle suddette estremità inferiore (4) e superiore (5) di detta pala (3); - un andamento del rapporto (s/c) tra il suo spessore (s) e la sua corda (c) in funzione dell’altezza (h) del profilo alare (P) di detta pala (3) avente: - un primo ed un secondo valore di rapporto minimo ((s/c)min1, (s/c)min2) in corrispondenza rispettivamente delle suddette estremità inferiore e superiore (hmin, hmax) dell’altezza di detta pala (3); - un valore di rapporto massimo ((s/c)max) in corrispondenza di un valore mediano (hmed) della altezza di detta pala (3).