ITPI20060116A1

ITPI20060116A1 - WIND ROTOR WITH VERTICAL AXIS OF VERTICAL DIMENSIONS VERTICALLY, PARTICULARLY FOR VESSELS.

Info

Publication number: ITPI20060116A1
Authority: IT
Inventors: Attilio Rossi
Original assignee: Attilio Rossi
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-04-12

Description

Rotore eolico ad asse verticale di dimensioni variabili verticalmente, particolarmente per natanti Vertical axis wind rotor of vertically variable dimensions, particularly for boats

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda il campo dei generatori eolici ad asse verticale The invention relates to the field of vertical axis wind turbines

Nel campo dello sfruttamento dell'energia eolica i generatori ad asse verticale, inizialmente destinati solo a specifiche applicazioni, sono oggetto negli ultimi tempi di maggiori attenzioni per le loro caratteristiche di bassa rumorosità, minor impatto ambientale, indipendenza dalla direzione del vento, possibilità di funzionamento con venti di diversa intensità, maggiore continuità di funzionamento, assenza di criticità in caso di elevate velocità del vento. Tuttavia la loro caratteristica di non poter funzionare a velocità superiori a quella del vento ha fatto si che essi fossero finora impiegati soprattutto per io sfruttamento della loro elevata coppia piuttosto che come generatori, limitandone di fatto il campo di utilizzo. In the field of the exploitation of wind energy, vertical axis generators, initially intended only for specific applications, have recently received greater attention due to their low noise characteristics, lower environmental impact, independence from wind direction, possibility of operation. with winds of different intensity, greater continuity of operation, absence of criticalities in the event of high wind speeds. However, their characteristic of not being able to operate at speeds higher than that of the wind has meant that up to now they have been used above all for the exploitation of their high torque rather than as generators, effectively limiting their field of use.

Poiché l'energia del vento effettivamnete sfruttabile è proporzionale alla forza cui sono esposte le pale del rotore, è utile poter aumentare o diminuire convenientemente la superficie delle pale esposta al vento. Since the wind energy that can actually be used is proportional to the force to which the rotor blades are exposed, it is useful to be able to conveniently increase or decrease the surface of the blades exposed to the wind.

Negli anni sono stati studiati diversi sistemi per esporre al vento la maggior superfìcie possibile delle pale, tutti basati sulla regolazione della loro larghezza. Over the years, various systems have been studied to expose the greatest possible surface area of the blades to the wind, all based on adjusting their width.

In campo nautico l' utilizzo di generatori eolici si limita ad oggi a sistemi ad asse orizzontale di piceola-media potenza, questo perché l'impiego di rotori di grosse dimensioni sottoporrebbe le imbarcazioni ad un momento angolare tale da comprometterne la stabilità. In the nautical field, the use of wind generators is currently limited to small-medium power horizontal axis systems, this is because the use of large rotors would subject the boats to such an angular moment as to compromise their stability.

L'energia fornita dai generatori eolici è utilizzata a bordo dei natanti in aggiunta ad altre fonti energetiche o limitatamente a determinali partì dell'equipaggiamento, quali ad esempio impianti di servizio o utilizzatori di piccola potenza. The energy supplied by the wind generators is used on board the vessels in addition to other energy sources or limited to certain parts of the equipment, such as for example service systems or low-power users.

Oggetto della presente invenzione è un rotore eolico ad asse verticale particolarmente per natanti, nel quale la superfìcie di spìnta esposta al vento è realizzata per mezzo di pannelli mobili incernierati sull'asse del rotore. Detti pannelli si estendono o si sovrappongo in senso verticale grazie ad un sistema telescopico,modificando di conseguenza in maniera semplice e versatile la superfìcie totale esposta al vento. La particolare regolazione telescopica consente di controllare la posizione del baricentro del rotore e di conseguenza il momento angolare della struttura. Tale peculiarità rende l'oggetto particolarmente adatto per linstallazione a bordo di imbarcazioni, consentendo di sfruttare anche in questo ambilo i vantaggi dei rotori verticali. The object of the present invention is a vertical axis wind rotor particularly for boats, in which the spinning surface exposed to the wind is made by means of movable panels hinged on the axis of the rotor. These panels extend or overlap vertically thanks to a telescopic system, consequently modifying the total surface exposed to the wind in a simple and versatile way. The particular telescopic adjustment allows to control the position of the center of gravity of the rotor and consequently the angular momentum of the structure. This peculiarity makes the object particularly suitable for installation on board boats, allowing the advantages of vertical rotors to be exploited even in this environment.

Il rotore installato a bordo dei natanti si configura come uno speciale tipo di vela che sfrutta l' energia del vento sia durante le navigazione sia quando essi sono alla fonda, e con qualsiasi condizione di vento. The rotor installed on board the boats is configured as a special type of sail that exploits the energy of the wind both during navigation and when they are at anchor, and in any wind condition.

Detto rotore, al pari delle vele, può essere spiegato o ritirato per adattarsi alle condizioni del v ento mantenendo la massima stabilità dell' imbarcazione. Said rotor, like the sails, can be unfolded or retracted to adapt to the wind conditions while maintaining the maximum stability of the boat.

Un siffatto rotore rende disponibile a bordo dei natante, ed in maniera continua, una coppia motrice di intensità regolabile che può essere utilizzata direttamente o attraverso un dispositivo atto a convertirla in un altro tipo di energia, quale ad esempio una dinamo o un alternatore o un sistema idraulico. L'energia opportunamente irasformata può essere immagazzinata per mezzo di batterie o altri tipi di accumulato (molle, accumulatori idraulici ete..) e successivamente utilizzala in maniera razionale attraverso un sistema dicontrollo. Poiché l' accumulo è praticamente continuo, il sistema risulta alla fine assai efficace. Un utilizzo conveniente può essere ad esempio l' alimentazione del propulsore dello stesso natante: in questo modo si ha una imbarcazione a vela, (quindi assolutamente ecologica) ehe sfrutta tuta l'energìa del vento anche quando è ormeggiata, aggiungendo a ciò il vantaggio di una più semplice governabilità quale quella delle imbarcazioni a motore rispetto a quelle a vela. Such a rotor makes available on board the vessel, and in a continuous manner, a drive torque of adjustable intensity which can be used directly or through a device capable of converting it into another type of energy, such as for example a dynamo or an alternator or a hydraulic system. The appropriately transformed energy can be stored by means of batteries or other types of accumulator (springs, hydraulic accumulators, etc.) and subsequently used in a rational way through a control system. Since the accumulation is practically continuous, the system is ultimately very effective. A convenient use can be, for example, the power supply of the propeller of the same vessel: in this way you have a sailing boat, (therefore absolutely ecological) which exploits all the energy of the wind even when it is moored, adding to this the advantage of a simpler governability such as that of motor boats compared to sailing boats.

i pannelli che costituiscono il rotore sono realizzati con materiale rigido o semirigido a basso peso specifico. the panels that make up the rotor are made of rigid or semi-rigid material with a low specific weight.

Il sistema di posizionamento dei pannelli può essere manuale o automatizzato e la configurazione ottimale può essere determinata anche con l' aiuto di un sistema di controllo eletronico, basato sui parametri strutturali dell' installazìone e sul l'intensità del vento via via rilevata. The positioning system of the panels can be manual or automated and the optimal configuration can also be determined with the help of an electronic control system, based on the structural parameters of the installation and on the intensity of the wind gradually detected.

Anche l' orientamento dei diversi pannelli sovrapposti può essere inoltre variato, allo scopo di realizzare la configurazione ottimale in funzione del vento e del luogo di installazione. The orientation of the various overlapping panels can also be varied, in order to achieve the optimal configuration according to the wind and the place of installation.

Oltre in ambito nautico il sistema descritto può essere vantaggiosamente impiegato ogni volta sì abbia necessità di disporre di un rotore eolico con potenza regolabile non condizionata dall'ingombro orizzontale, col legandolo ad uno qualsiasi dei sistemi noti di trasformazione ed accumulo di energia o ad un dispositivo che possa utilizzare direttamente la coppia motrice regolabile resa così disponibile. In addition to the nautical field, the system described can be advantageously used whenever it is necessary to have a wind rotor with adjustable power not conditioned by the horizontal dimensions, by connecting it to any of the known systems of transformation and storage of energy or to a device that can directly use the adjustable drive torque thus made available.

La figura 1 mostra un rotore realizzato con il sistema telescopico descritto, in riferimento ad un rotore di tipo Savonius a due pale. Figure 1 shows a rotor made with the described telescopic system, with reference to a two-blade Savonius type rotor.

In figura 2 è mostrato il rotore di cui in figura 1 con i pannelli in totale sovrapposizione. In figura 3 è mostrato il il rotore di cui in figura 1 con i pannelli in completa estensione La Figura 4 mostra il rotore descritto installato come una vela a bordo di un vela che può o opporsi al vento, oppure sfruttarlo per porsi in rotazione Figure 2 shows the rotor of Figure 1 with the panels in total overlap. Figure 3 shows the rotor in figure 1 with the panels in full extension Figure 4 shows the rotor described installed as a sail on board a sail that can either oppose the wind, or use it to rotate

Con particolare riferimento alle figure indicate è mostrata a titolo dì esempio una possibile applicazione dell' invenzione. With particular reference to the figures indicated, a possible application of the invention is shown by way of example.

Il rotore ad asse verticale a pannelli mobili è mostrato in figura 1 in riferimento ad un rotore di tipo Savonius a due pale (1). Le pale del rotore sono suddivise verticalmente in quattro distinte sezioni ,( 11) ciascuna sezione è tonnata da due pannelli (2) disposti radialmente (2a-2b) e fissati ad un giunto (3) atto ad essere incernierato all'albero del rotore (5). I pannelli di ciascuna sezione sono sovrapponibili. I giunti e i pannelli di ciascuna sezione rispettano disegni specifici per le diverse posizioni di montaggio delle sezioni, disegni che permettono l' impilamento delle sezioni. Ad esempio nella figura 1 i pannelli (4) e (14) sono ancorati al giunto rispettivamente al limite inferiore e superiore del loro profilo interno per permetterne l' impilamento sull'asse del rotore. The vertical axis rotor with movable panels is shown in Figure 1 with reference to a Savonius type rotor with two blades (1). The rotor blades are divided vertically into four distinct sections, (11) each section is made up of two panels (2) arranged radially (2a-2b) and fixed to a joint (3) suitable for hinging to the rotor shaft ( 5). The panels of each section are stackable. The joints and panels of each section respect specific drawings for the different mounting positions of the sections, drawings that allow the stacking of the sections. For example in Figure 1 the panels (4) and (14) are anchored to the joint respectively at the lower and upper limits of their internal profile to allow them to be stacked on the rotor axis.

Le sezioni così costituite, montate sull'albero del rotore, costituiscono un sistema telescopico. Esse possono scorrere lungo l' asse del rotore ed essere fissate a diversa altezza, in modo da realizzare varie configurazioni: in figura 2 è mostrata la configurazione con le sezioni in totale sovrapposizione, mentre in figura 3 è mostrata la configurazione con le sezioni in completa estensione. I pannelli, una volta bloccati nella posizione prescelta ruotano solidalmente con l’albero del rotere( 5). The sections thus formed, mounted on the rotor shaft, form a telescopic system. They can slide along the rotor axis and be fixed at different heights, in order to create various configurations: in figure 2 the configuration with the sections in total overlap is shown, while in figure 3 the configuration with the sections in complete extension. The panels, once locked in the selected position, rotate integrally with the rotor shaft (5).

La Figura 4 mostra il rotore descritto installalo come una vela (6) a bordo di un natante. La base del rotore (12). è collegata meccanicamente ad una dinamo (7).che trasforma l'energia meccanica in energia elettrica. L'energia elettrica è inviata attraverso un sistema di regolazione (8), ad una serie di batterie (9). L'energia delle batterie, attraverso dispositivi di controllo della corrente ( 10) è utilizzata per alimentare un motore elettrico (13) collegato all'elica del sistema di propulsione (15) del natante. Figure 4 shows the rotor described installing it as a sail (6) aboard a vessel. The base of the rotor (12). it is mechanically connected to a dynamo (7) which transforms mechanical energy into electrical energy. The electricity is sent through a regulation system (8), to a series of batteries (9). The energy of the batteries, through current control devices (10) is used to power an electric motor (13) connected to the propeller of the propulsion system (15) of the vessel.

Ridotto alla sua strutura essenziale e con riferimento alle figure degli allegati disegni, un rotore eolico ad asse verticale in conformità della presente invenzione è caraterizzato dal fato che le pale del rotore sono suddivise verticalmente in più sezioni formate da pannelli e giunti di collegamento. Dette sezioni sono collegate all'asse del rotore per mezzo dei detti giunti, i quali permetono lo scorrimento longitudinale. Le superfici dei pannelli, i loro profili ed i giunti di collegamento hanno forma tale da potersi incastrare uno sullaltro. permettendo alle varie sezioni di sovrapporsi per formare un sistema telescopico. I giunti di collegamento permetono il bloccaggio di ciascuna sezione sull'asse del rotore all'altezza desiderata e con l'angolo di rotazione desideralo (nei limiti dell'ingombro delle altre sezioni). Reduced to its essential structure and with reference to the figures of the attached drawings, a vertical axis wind rotor according to the present invention is characterized by the fact that the rotor blades are vertically divided into several sections formed by panels and connecting joints. Said sections are connected to the axis of the rotor by means of said joints, which allow longitudinal sliding. The surfaces of the panels, their profiles and the connection joints are shaped in such a way that they can fit together. allowing the various sections to overlap to form a telescopic system. The connection joints allow the locking of each section on the rotor axis at the desired height and with the desired angle of rotation (within the limits of the overall dimensions of the other sections).

Vantaggiosamente ciascuna sezione de! rotore è composta da uno due o o più pannelli fissati radialmente al giunto. I pannelli utilizzati sono realizzati con qualsiasi materiale rigido o semirigido idoneo allo scopo o anche con materiale deformabile unito ad una armatura di sostegno. Advantageously, each section of the rotor consists of one, two or more panels fixed radially to the joint. The panels used are made with any rigid or semi-rigid material suitable for the purpose or even with deformable material combined with a support armature.

Vantaggiosamente i palmelli delle diverse sezioni sono, a causa della loro forma, solo parzialmente sovrapponibili. Advantageously, the palms of the different sections are, due to their shape, only partially overlapping.

I profili dei pannelli, o la forma dei giunti sono tali da limitare parzialmente lo scorrimento longitudinale e/o da limitare parzialmente la possibilità di bloccaggio longitudinale delle sezioni. The profiles of the panels or the shape of the joints are such as to partially limit the longitudinal sliding and / or to partially limit the possibility of longitudinal locking of the sections.

I profili dei pannelli o la forma dei giunti sono tali da limitare totalmente o parzialmente l'angolo di fissaggio delle sezioni attorno all'asse. The profiles of the panels or the shape of the joints are such as to totally or partially limit the angle of attachment of the sections around the axis.

Vantaggiosamente detto rotore è utilizzato come componente di un generatore eolico. Vantaggiosamente detto rotore è utilizzato per convertire l'energia del vento in una coppia motrice di intensità regolabile anche indipendentemente dalla velocità del vento La determinazione della configurazione ottimale, nonché i sistemi di posizionarne e bloccaggio delle partì componenti il rotore sono realizzati con diversi livelli di automazione: dal rilevamento dei parametri fisici necessari alla definizione della posizione, al calcolo della configurazione ottimale assistita da un elaboratore, all'utilizzo di meccanismi servoassistiti o senocomandati per il posizionamento ed il bloccaggio dei componenti del rotore. Advantageously, said rotor is used as a component of a wind generator. Advantageously, said rotor is used to convert the energy of the wind into a drive torque of adjustable intensity even independently of the wind speed The determination of the optimal configuration, as well as the systems for positioning and locking the parts making up the rotor are made with different levels of automation : from the detection of the physical parameters necessary for the definition of the position, to the calculation of the optimal configuration assisted by a computer, to the use of servo-assisted or senocontrolled mechanisms for positioning and locking the rotor components.

Vantaggiosamente detto rotore è applicato ad un natante. Advantageously, said rotor is applied to a vessel.

L'invenzione comprende un natante comprendente il rotore sopra descritto. The invention comprises a vessel comprising the rotor described above.

Natante di cui sopra in cui la coppia motrice resa disponibile al rotore è utilizzata in presa direna o per mezzo di un qualsiasi sistema dì trasmissione del movimento. Vessel referred to above in which the drive torque made available to the rotor is used in direct drive or by means of any movement transmission system.

Natante di cui sopra in cui l'energia della coppia motrice resa disponibile al rotore è convertita in una diversa forma di energia direttamente utilizzabile a bordo. Vessel referred to above in which the energy of the engine torque made available to the rotor is converted into a different form of energy directly usable on board.

Natante di cui sopra in cui l'energia meccanica, convertita o meno, è accumulata a bordo per mezzo dì uno dei sistemi noti di immagazzinamento dell’energia. Vessel referred to above in which mechanical energy, converted or not, is stored on board by means of one of the known energy storage systems.

Natante di cui sopra in cui detto rotore può essere utilizzato, oltre elle per uno o più tra gli scopi indicati in precedenza, anche come vela. Vessel referred to above in which said rotor can be used, in addition to one or more of the purposes indicated above, also as a sail.

L'invenzione comprende un rotore eolico ad asse verticale caratterizzato dal fatto che comprende almeno una. preferibilmente più di una. pala (1) suddivìsa in più sezioni (11) di cui almeno una libera di scorrere lungo l' asse verticale (5) del rotore. L'asse verticale del rotore è realizzalo per mezzo di un palo telescopico che può essere realizzato con uno qualsiasi del sistemi della tecnica noti, (ad esempio con profili scanalati, fissaggi meccanici, ghiere, sistemi pneumatici, martinetti idraulici o quant' altro secondo lo stato attuale dell' arte). The invention comprises a vertical axis wind rotor characterized in that it comprises at least one. preferably more than one. blade (1) divided into several sections (11) of which at least one is free to slide along the vertical axis (5) of the rotor. The vertical axis of the rotor is made by means of a telescopic pole that can be made with any of the systems of the known art, (for example with grooved profiles, mechanical fixings, ferrules, pneumatic systems, hydraulic jacks or whatever else according to the current state of the art).

Ogni pala è suddivisa verticalmente in più sezioni corrispondenti agli elementi del palo telescopico. Ogni sezione è formata da almeno un pannello, preferibilmente da due o più pannelli (2) e da almeno un giunto (3) di collegamento all'albero del rotore. Each blade is divided vertically into several sections corresponding to the elements of the telescopic pole. Each section is formed by at least one panel, preferably by two or more panels (2) and by at least one joint (3) for connection to the rotor shaft.

I giunti di collegamento sono solidali all'estremità superiore di uno degli elementi del palo telescopico, grazie al quale è possibile il bloccaggio di ciascuna sezione all'altezza desiderata e con l'angolo di rotazione desiderato (nei limiti dell'ingombro delle sezioni). Le superfici dei pannelli, i loro profili ed i giunti di collegamento hanno forma tale da potersi incastrare uno sull'altro, permettendo alle varie sezioni di sovrapporsi per formare il sistema telescopico. Rotore di cui ad una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che ciascuna sezione del rotore è composta da uno. due o o più pannelli fissali radialmente al giunto. The connection joints are integral with the upper end of one of the elements of the telescopic pole, thanks to which it is possible to lock each section at the desired height and with the desired angle of rotation (within the limits of the overall dimensions of the sections). The surfaces of the panels, their profiles and the connection joints are shaped in such a way that they can fit together, allowing the various sections to overlap to form the telescopic system. Rotor according to any one of claims 1 to 6 characterized in that each section of the rotor is composed of one. two or more panels fixed radially to the joint.

I pannelli utilizzati sono realizzati con qualsiasi materiale rigido o semirigido idoneo allo scopo o anche con materiale deformabile unito ad una armatura di sostegno. The panels used are made with any rigid or semi-rigid material suitable for the purpose or even with deformable material combined with a support armature.

Le sezioni sono, a causa della loro forma, solo parzialmente sovrapponibili. The sections are, due to their shape, only partially overlapping.

I profili dei pannelli, o la forma dei giunti sono tali da limitare parzialmente lo scorrimento longitudinale o da limitare parzialmente la possibilità di bloccaggio longitudinale delle sezioni. The profiles of the panels or the shape of the joints are such as to partially limit the longitudinal sliding or to partially limit the possibility of longitudinal locking of the sections.

Claims

CLAIMS 1} Vertical axis wind rotor characterized in that it comprises at least one, preferably more than one blade (1) divided into several sections (11) of which at least one is free to slide along the vertical axis (5) of the rotor.

2) Vertical axis wind rotor according to claim 1 characterized by the fact that the vertical axis of the rotor is made by means of a telescopic pole.

3) Rotor according to any one of claims from to 2 characterized in that at least one blade is vertically divided into several sections corresponding to the elements of the telescopic pole; 4) Rotor according to any one of claims 1 to 3 characterized by the fact that each section is formed by at least one panel, preferably by two or more panels (2) and by at least one joint (3) for connection to the shaft of the rotor; 5) Rotor according to any one of claims 1 to 4 characterized by the fact that the connection joints are integral with the upper end of one of the elements of the telescopic pole, thanks to which it is possible to lock each section at the desired height and with the desired angle of rotation (within the limits of the overall dimensions of the sections). 6) Rotor according to any one of claims 1 to 5 characterized by the fact that the surfaces of the panels, their profiles and the connection joints have a shape that can fit together, allowing the various sections to overlap to form the telescopic system, 7. Rotor according to any one of claims 1 to 6 characterized in that each section of the rotor is composed of one, two or more panels fixed radially to the same. 8) Rotor as per one or more of claims 1 to 7, characterized by the fact that the panels used are made of any rigid or semi-rigid material suitable for the purpose or also of deformable material combined with a supporting reinforcement. 9) Rotor as per one or more of claims 1 to 8. characterized in that the sections are, due to their shape, only partially overlapping. 10) Rotor as per one or more of claims 1 to 9 characterized by the fact that the profiles of the panels or the shape of the joints are such as to partially limit the longitudinal sliding or to partially limit the possibility of longitudinal locking of the sections. 1 1) Rotor as per one or more of claims 1 to 10 characterized by the fact that the profiles of the panels or the shape of the joints are such as to totally or partially limit the angle of attachment of the sections around the axis. 12) Rotor as per one or more of claims 1 to 11, characterized in that it is used as a component of a wind generator. 13) Rotor as per one or more of claims 1 to 12. characterized in that it is used to convert the energy of the wind into a drive torque of adjustable intensity even independently of the wind speed. 14. Rotor as per one or more of claims 1 to 13. characterized in that it is applied to a vessel. 15) Vessel comprising the rotor as per one or more of the claims from 1 to 14 16) Vessel comprising the rotor as per one or more of the claims from 1 to 14. characterized in that the drive torque made available to the rotor is used in direct drive or by means of any movement transmission system. 17) Vessel comprising the rotor as per one or more of the claims from 1 to 14 characterized in that the energy of the engine torque made available to the rotor is converted into a different form of energy which can be used directly on board. 18) Vessel according to any one of claims 15 to 17 characterized by the fact that the mechanical energy, converted or not, is stored on board by means of one of the known energy storage systems. 19) Vessel comprising the rotor according to one or more of the claims from 1 to 14 characterized in that said rotor can also be used as a sail.