ITRG20090004A1 - Generatori eolici ad asse verticale tipo "savonius" e "darrieus". - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Dell’ Invenzione Industriale dal Titolo: Generatori eolici ad asse verticale tipo “Savonius e Darrieus”, per la produzione di energia elettrica

STATO ANTERIORE DELLA TECNICA: L’ing. Sigdur Savonius e L’ing.Darrieus avevano brevettato sistemi di macchine ruotanti ad asse verticale già circa 70 anni fa, con sistemi costruttivi diversi fra loro, il primo con vele rigide contrapposte, ed il secondo con lame paraboliche. Il primo sistema è lento nei giri ma con forze alla coppia molto rilevanti, il secondo viceversa molto veloce ma con forza di coppia che viene raggiunta con la velocità. Il primo comincia a ruotare nel suo asse a venti molto deboli, il secondo comincia a ruotare con venti superiore ai 2 m/s. Nel mondo esistono attualmente molti sistemi che si rifanno a queste due tecniche per sfruttare i venti di bassissima quota (Circa 10/12 metri di altezza dal suolo) ed evitare P impatto ambientale rispetto ai sistemi ormai abbastanza consolidati ad asse orizzontali tipo “mill”, che per ben funzionare devono posizionare le eliche ad un’altezza superiore ai 25 metri con risultati di impatto ambientale non sempre positivi.

OBIETTIVO CHE L’INNOVAZIONE INTENDE RAGGIUNGERE: consiste principalmente nei seguenti trovati: creare una turbina che unendo il sistema “Savonius” e “Darrieus” in un’unica turbina, collegata ad una struttura modulare, possa sfruttare al meglio l’energia eolica a quote basse, grazie anche alla forma aerodinamica delle vele “Savonius” ed alla connessione di queste con le parabole “Darrieus”. I due sistemi vengono anche proposti separatamente utilizzando la stessa struttura modulare, portante e leggera, creando 3 diverse tipologie di turbine che sfruttano il vento con diverse velocità e coppie di forza da trasmettere ad alternatori a magneti permanenti e produrre energia elettrica “pulita” e rinnovabile.

ANALISI DEL RISULTATO RAGGIUNTO: consiste principalmente nei seguenti trovati:

1-Forma aerodinamica delle vele in vetroresina, (rinforzate ad arte da lamiere di alluminio ed acciaio) che permette la penetrazione della turbina nel Paria aumentandone considerevolmente velocità e coppia. Vedi (Fig. 1): formazione geometrica delle vele, (Fig. 2): posizionamento vele, (Fig. 3): vista in pianta ,(Fig. 4): sezione parabole formate da lamiera di alluminio di mm 4 con saldatura di tubo alluminio curvato di mm 40x3.

2 Struttura modulare ad anelli (Fig.5) per l’attacco delle vele nella parte centrale e la possibilità di applicare fino ad un numero di nove vele ( fino ad un massimo di 3 per piano) per raggiungere forze di coppia differenziate. Questa struttura è formata da profilati piatti in acciaio montati in senso verticale attorno ad anelli formati da profilati angolari in acciaio e calandrati ad anello. (Fig. 10/12/13/14)

3 La parte di trasmissione e quindi del cuscinetto ruotante ( Fig. 6) è posizionato nel baricentro della turbina per evitare dannosi sbilanciamenti che alla lunga possono danneggiare il cuscinetto stesso ed al tempo stesso conferiscono una rotazione armonica alla turbina. Il collegamento tra turbina e trasmissione avviene tramite due piastre rotonde di acciaio di mm. 4 di spessore, bullonate tra di loro, di cui una è collegata alla turbina tramite la struttura ad anelli e l’altra è collegata al tubo di trasmissione che arriva fino alla cabina.

4 Un altro cuscinetto è posizionato alla base della turbina (Fig.8) per aumentarne la stabilità specialmente con venti di raffica superiori ai 12 m/s.

5 Dal cuscinetto centrale ( Fig.6) parte un albero di trasmissione formato da un tubo del diam. di mm 76x3 di spessore, posizionato all’interno di un tubo-pilone del diam. di mm. 196x3 di spessore (Fig.7), che raggiunge la cabina sottostante il traliccio ed il pilone, tubo anch’esso retto all’interno della cabina da un terzo cuscinetto di centramento e stabilizzazione, fino a raggiungere un alternatore a magneti permanenti a bassissimi giri che viene collegato direttamente all’albero di trasmissione.( Fig. 9).

6-Le vele nella parte esterna sono collegate alle parabole; queste ultime partono dal centro della struttura modulare ad anelli, nella parte superiore, (Fig.10) collegano poi le vele stesse al centro ( Fig. 11) e terminano collegate alla struttura modulare nella sua parte inferiore ( Fig. 12).

7-Le parabole di tipo “Darrieus” si uniscono con le vele di tipo “Savonius” (ma nel mio caso con forma aerodinamica di penetrazione all’aria) creando una struttura leggera ma al tempo stesso resistente e coesa in tutte le sue componenti, in modo da scaricare tutte le forze che su di esse insistono nella struttura modulare centrale, annullando di fatto qualsiasi possibilità si sbilanciamento del sistema turbina. (Fig. 13/14)

8-La struttura è realizzata con profilati di acciaio zincato ed il suo sistema modulare permette di utilizzare sia il sistema ”Savonius” e sia il sistema “Darrieus” anche in modo autonomo e separato, per la creazione di due diverse turbine che sfruttano: la prima una notevole forza di coppia e la seconda la velocità. A questi vanno collegati gli alternatori a magneti permanenti con caratteristiche costruttive diverse per ciascuna delle turbine, per sfruttare al meglio i due sistemi.

8a-Nel tipo “Savonius”(Fig.22/23) le vele sono costruite in vetroresina e rinforzate in senso orizzontale da nervature sporgenti esternamente ( Fig. 20), che hanno il compito di irrigidire maggiormente la vela e renderla resistente alla spinta del vento. Le vele (in questo caso normali e non aerodinamiche) vengono costruite con elementi di alluminio ed acciaio inglobate nella vetroresina ed esterne ad essa, per irrigidirle ulteriormente nelle loro parti esterne e di collegamento alla struttura modulate centrale portante(Fig.21). Le vele contrapposte a 2, su 3 differenti piani(Fig.l9) sono sfasate di 60° rispetto ad ogni piano ( Fig. 16/17/18) per meglio catturare il vento ed armonizzare il moto rotatorio della turbina. Infine sia la struttura centrale ad anelli, sia la parte cuscinetti, sia la parte trasmissione e sia la cabina rimangono invariati come nel sistema misto “Savonius” e “Darrieus” sopra descritto.

8b-Nel tipo “Darrieus”(Fig. 28/29) vengono utilizzate le sole parabole (Fig. 24/26) collegate alla struttura modulare centrale. Così come non cambia il posizionamento dei cuscinetti e la trasmissione. Per macchine fino a 5kw si può eliminare la cabina per il posizionamento dell’alternatore, che in questo caso viene collegato direttamente nel baricentro della turbina, che viene montata sopra il traliccio ed il pilone senza cabina inferiore.

9-E’ chiaro infine che ci troviamo di fronte a tre tipologie di turbine che utilizzano in modo ognuna diverso lo stesso tipo di struttura centrale e che comunque possono variare nelle grandezze, nel numero di vele, parabole e diametro di struttura centrale, nella maniera in cui il sistema permette di avere giri e velocità utili, senza compromettere la stabilità delle turbine ed al loro utilizzo pratico per sfruttare al meglio la loro rotazione generata dal vento.

10-Infìne con questo sistema di struttura centrale è possibile far “lievitare” tutte le turbine ad essa montate, utilizzando dei magneti permanenti al neodimio allocati in una piastra rotonda saldata alla parte fissa del pilone centrale e contrapposti ad altri magneti nella piastra rotonda e ruotante della turbina.(Vedi Fig. 6) (E’ chiaro che i magneti vanno contrapposti nello stesso senso di magnetizzazione in maniera che si respingono tra loro). In questo modo il peso della turbina viene praticamente annullato e scaricato nella parte fissa della macchina, contribuendo così ad una maggiore velocità e funzionalità di tutto il sistema.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Dell’Invenzione Industriale dal Titolo : Generatori eolici ad asse verticale tipo “Savonius” e “Darrieus”, per la produzione di energia elettrica, Con la suddetta invenzione si vuole rivendicare; 1) La combinazione in un’unica geometria di due tipologie di generatori ad asse verticale quali la “Savonius” e la “Darrieus”, dove la seconda diventa complementare della prima, aumentando l’efficienza della turbina rispetto a velocità e coppia di forza.(Fig. 13/14) 2) La geometria aerodinamica delle vele “Savonius” in vetroresina ed alluminio, per aumentare la penetrazione nell’aria ed ottenere un migliore rendimento in termini di velocità e coppia. (Fig.l 1) 3) Una struttura centrale modulare ad anelli e gabbia dove gli elementi di vele “Savonius” e parabole “Darrieus” trovano un rigido e facile fissaggio, scaricando tutte le forze create dal vento in un unico asse.(Fig. 10/12) 4) La costruzione delle parabole “Darrieus” utilizzando un tubo di alluminio curvato e saldato ad una lamiera di alluminio al centro del suo spessore.(Fig. 4) 5) Trasmissione controllabile all’interno di una cabina dove si innesta in modo diretto l’alternatore a magneti permanenti e basamento dove alloggiare alternatori di peso e volume rilevanti, che sarebbe impossibile alloggiare sulla turbina.(Fig.9) 6) Posizionamento nella turbina delle vele “Savonius” (costruite in vetroresina ed alluminio con nervature di irrigidimento orizzontali) su tre livelli, sfasati tra di loro di 60°(Fig. 18/19)) 7) Rendere la turbina ruotante a peso zero, contrapponendo alla piastra ruotante centrale e sotto di essa un’altra piastra rotonda e fissata al pilone. Su queste due piastre vengono montati alcuni magneti in senso respingente, tale da annullare il peso della turbina scaricandolo sul pilone e quindi a terra. (Fig. 6)