ITRM20100504A1 - Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento - Google Patents

Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento Download PDF

Info

Publication number
ITRM20100504A1
ITRM20100504A1 IT000504A ITRM20100504A ITRM20100504A1 IT RM20100504 A1 ITRM20100504 A1 IT RM20100504A1 IT 000504 A IT000504 A IT 000504A IT RM20100504 A ITRM20100504 A IT RM20100504A IT RM20100504 A1 ITRM20100504 A1 IT RM20100504A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
blades
blade
turbine
wind
pair
Prior art date
Application number
IT000504A
Other languages
English (en)
Inventor
Antonio Pantano
Original Assignee
Univ Palermo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Palermo filed Critical Univ Palermo
Priority to ITRM2010A000504A priority Critical patent/IT1402145B1/it
Priority to PCT/EP2011/066983 priority patent/WO2012041961A1/en
Publication of ITRM20100504A1 publication Critical patent/ITRM20100504A1/it
Application granted granted Critical
Publication of IT1402145B1 publication Critical patent/IT1402145B1/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/062Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067Cyclic movements
    • F03D3/068Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/21Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/218Rotors for wind turbines with vertical axis with horizontally hinged vanes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Description

TITOLO: “Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimentoâ€
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce ad una turbina eolica ruotante intorno ad un asse verticale per la trasformazione dell’energia eolica in energia meccanica. Il suo utilizzo principale à ̈ come generatore di energia elettrica, in tal caso il dispositivo collegato effettua una conversione di energia, ma sono possibili altri utilizzi, per esempio l’azionamento di una pompa idraulica.
Stato della tecnica
L’interesse sempre crescente a livello mondiale per le fonti energetiche alternative tra cui l’energia eolica, che risulta di gran lunga molto più competitiva del fotovoltaico in termini di costo per Kw, ha spinto la ricerca di nuove soluzioni per la realizzazione di turbine eoliche dalle prestazioni sempre superiori. La maggior parte degli impianti eolici prevede l’utilizzo di turbine ad asse orizzontale, che per avere un rendimento elevato necessitano di pale di grandi dimensioni e mal si prestano all’impiego in un mercato dalle grandissime potenzialità come quello rappresentato dalla mini o microgenerazione di energia ad uso di singole case, palazzi, o piccole aziende. Inoltre le turbine eoliche ad asse orizzontale risultano eccessivamente rumorose ed esteticamente ingombranti. Sono già note anche turbine ad asse di rotazione verticale compatte e con pale fisse le quali generano poco rumore a causa della ridotta velocità di rotazione. Soluzioni di questo genere tuttavia hanno ancora rendimenti relativamente bassi. Sono stati fatti tentativi di migliorare il rendimento delle turbine impiegando turbine eoliche ad asse verticale con pale a profilo mobile o variabile.
Per esempio una soluzione à ̈ proposta dal documento CN2471963Y. Questo brevetto descrive una turbina eolica ad asse di rotazione verticale che utilizza delle pale che nella fase di moto controvento possono ruotare intorno ad un proprio asse orizzontale disponendosi di taglio per diminuire al massimo la resistenza aerodinamica. Questa soluzione richiede delle pale estremamente leggere altrimenti neanche un vento di media intensità riusce a sollevarle per farle disporre di piatto. Di conseguenza una tale turbina necessita di vento avente una velocità minima di inizio funzionamento piuttosto alta e un design poco robusto, essendo difficile conciliare leggerezza e robustezza, a meno di usare materiali molto costosi. Inoltre le pale nella fase di moto controvento saranno soggette a numerose oscillazioni intorno alla configurazione di equilibrio orizzontale, il che potrebbe determinare una resistenza aerodinamica maggiore di quella generata da pale disposte perfettamente orizzontali. Inoltre si possono generare forze che perturbano l’equilibrio dell’asse verticale aumentando l’attrito nei cuscinetti che lo supportano e consentono la rotazione rispetto al sostegno di fissaggio al suolo. Il brevetto CN101539100A divulga una turbina con il proprio asse di rotazione verticale e con ciascuna pala avente un proprio asse di oscillazione verticale, e parallelo all’asse di rotazione principale della turbina. Anche in questo caso, per un buon funzionamento della turbina le pale devono essere molto leggere e quindi poco robuste. Le oscillazioni delle pale intorno al proprio asse nel corso della rotazione principale della turbina sono superiori rispetto alla soluzione precedente, poiché in questa seconda soluzione si produce un equilibrio in continuo mutamento tra forze di inerzia, forze centrifughe, e l’azione del vento, che agisce sulle pale con angoli variabili nelle varie posizioni che assumono nel corso della rotazione. Come nel caso precedente le oscillazioni delle pale intorno alla configurazione di equilibrio in continua variazione potrebbero determinare una resistenza aerodinamica maggiore di quella prevista e la generazione di forze che perturbano l’equilibrio dell’asse verticale centrale di rotazione della turbina aumentando l’attrito nei cuscinetti che lo supportano.
In riassunto questi brevetti provano a risolvere in modo differente il problema della massimizzazione del rendimento tramite la riduzione della coppia resistente data dalle pale che si muovono controvento. Tuttavia à ̈ sentito il bisogno di aumentare ulteriormente il rendimento della turbina eolica eliminando gli svantaggi delle soluzioni note.
Sommario dell’invenzione
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere una turbina eolica per la trasfomazione dell’energia eolica in energia meccanica e elettrica ad asse di rotazione verticale e il cui rendimento sia migliore di quello di turbine note.
E’ oggetto della presente invenzione realizzare una turbina eolica con le caratteristiche della rivendicazione 1.
Grazie al suo schema costruttivo di nuova concezione, la turbina eolica dell’invenzione affronta il problema della massimizzazione del rendimento delle turbine eoliche ad asse verticale riducendo in modo sostanziale le resistenze aerodinamiche che si creano durante il funzionamento. La turbina à ̈ in grado di lavorare con vento proveniente da qualsiasi direzione ed à ̈ in grado di ruotare anche in presenza di venti molto deboli. La soluzione costruttiva della turbina à ̈ economica, robusta, compatta e sicura. Si tratta di una soluzione di tipo modulare, perché partendo da uno schema costruttivo di base che utilizza un minimo numero di pale necessarie al suo funzionamento si possono aggiungere altre pale per scalare la potenza erogabile in base alle esigenze dell’utenza.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di una turbina eolica ad asse verticale illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: la Fig.1 rappresenta una vista assonometrica della turbina conforme alla presente invenzione;
la Figura 2a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 1 in una posizione di funzionamento;
la Figura 2b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 1 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 2a;
la Figura 3a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una seconda posizione di funzionamento;
la Figura 3b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 3a;
la Figura 4a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una terza posizione di funzionamento;
la Figura 4b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 4a;
la Figura 5a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una quarta posizione di funzionamento;
la Figura 5b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 5a;
la Figura 6a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una quinta posizione di funzionamento;
la Figura 6b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 5a;
la Figura 7a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una sesta posizione di funzionamento;
la Figura 7b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 7a;
la Figura 8a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una settima posizione di funzionamento;
la Figura 8b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 8a;
la Figura 9a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una posizione di funzionamento come quella della figura 2a con direzione del vento invertita;
la Figura 9 rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 9a;
la Figura 10a rappresenta una vista laterale della turbina della figura 2 in una configurazione determinata dall’azione del vento partendo dalla situazione della Figura 9a;
la Figura 10b rappresenta una vista dall’alto della turbina della figura 2 nella posizione di funzionamento corrispondente a quella della figura 10a.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell’invenzione
Con riferimento alla figura 1, la turbina eolica indicata globalmente con il numero 1 comprende un elemento di supporto 2 centrale, realizzato ad esempio in forma di tubo in materiale metallico o in vetroresina di diametro opportuno per garantire la rigidezza alla turbina 1. Ad una altezza predefinita, sull’elemento 2 sono fissate due pale 3 e 4, la prima pala 3 disposta in posizione diametralmente opposta alla seconda pala 4 rispetto all’asse Z dell’elemento 2 che à ̈ anche l’asse verticale di rotazione della turbina 1, formando una coppia di pale. Nella figura 1, la pala 3 à ̈ illustrata in posizione distesa o aperta, mentre la pala 4 à ̈ illustrata in posizione chiusa o ritratta. La pala 3 à ̈ costituita da due semipale 5 e 6 ognuna fissata ad un’asta rispettiva 7 e 8. L’asta 7 à ̈ in grado di ruotare intorno all’asse di rotazione orizzontale X1 nella direzione indicata con la freccia C1 nel senso della chiusura e l’asta 8 à ̈ in grado di ruotare intorno all’asse di rotazione orizzontale X2 nella direzione indicata con la freccia C2 nel senso della chiusura.
La forma della pala 4 à ̈ perfettamente uguale alla pala 3 e le due aste 7 e 8 , che si prolungano oltre l’asse Z in modo simmetrico, costituiscono anche il sostegno delle due semipale 9 e 10, costituenti la pala 4, che sono fissate ad esse. In tal modo la semipala 5 à ̈ fissata alla stessa asta 7 alla quale à ̈ fissata la semipala 9, ma sfasata di 90°, rispetto all’asse X1, mentre la semipala 6 à ̈ fissata alla stessa asta 8 alla quale à ̈ fissata la semipala 10, ma sfasata di 90°, rispetto all’asse X2. Le due semipale superiori 5 e 9 pertanto hanno l’asse di rotazione orizzontale X1 in comune e le due semipale inferiori 6 e 10 hanno l’asse di rotazione orizzontale X2 in comune. Ciascuna delle due aste 7, 8 può essere realizzata in un solo pezzo oppure mediante due semiaste unite solidalmente tra loro. Pertanto la medesima rotazione delle aste 7 e 8 intorno al proprio asse, in un rispettivo verso predefinito che fa assumere alle semipale 9 e 10 della pala 4 la propria posizione chiusa, fa assumere alle semipale 5 e 6 la propria posizione aperta. In questa prima forma di realizzazione le due aste 7 e 8 libere di ruotare indipendentemente intorno al proprio asse l’una dall’altra.
In alternativa, una ulteriore forma di realizzazione conforme all’invenzione prevede che la turbina eolica à ̈ realizzata con le due aste 7 e 8 collegate tra loro in modo che ad una rotazione di un dato angolo in senso orario di una prima asta, per es. l’asta 7, corrisponda una uguale rotazione della seconda asta, per es. l’asta 8, in senso antiorario del medesimo angolo e, viceversa, ad una rotazione di un dato angolo in senso antiorario della prima asta 7 corrisponda una uguale rotazione della seconda asta 8 in senso orario del medesimo angolo. Nel caso di questa variante costruttiva in cui si ha un collegamento in rotazione tra le due aste 7 e 8, l’accoppiamento può vantaggiosamente, ma non esclusivamente, essere realizzato tramite ruote dentate o tramite una cinghia incrociata, oppure mediante un sistema cinematico equivalente.
Per esempio nella figura 1 le semipale 9 e 10 ruotano secondo le frecce C1 e C2 per passare dalla posizione chiusa, illustrata, alla successiva posizione aperta, non illustrata. La posizione delle pale 3, aperta, e 4, chiusa, corrisponde ad una direzione del vento soffiante secondo la direzione indicata con la freccia V.
La figura 1 illustra anche la presenza di una seconda coppia di pale 13 e 14 sfasate di 90° rispetto alla coppia superiore di pale 3 e 4 e strutturalmente del tutto simili alle prime. La pala 13 Ã ̈ costituita da due semipale 90 e 100 ciascuna rispettivamente fissata alle aste 70 e 80, parallele tra loro, oscillanti intorno ai rispettivi assi X3 e X4. La pala 14 Ã ̈ costituita dalle due semipale 50 e 60, fissate rispettivamente alle due aste 70 e 80 in posizione sfasata angolarmente di 90° rispetto alle semipale 90 e 100.
Nella Figura 1 à ̈ illustrata una forma di realizzazione dell’invenzione che prevede una turbina con 2 coppie di pale, sfasate angolarmente ed in altezza, tuttavia la turbina 1 à ̈ costituita in modo modulare, e, partendo dallo schema costruttivo illustrato che utilizza il minimo numero di pale necessarie al suo funzionamento, si aggiungono altre pale per scalare la potenza erogabile in base alle esigenze dell’utenza.
Ognuna delle due coppie di pale 3 e 4, 13 e 14 à ̈ solidale ad un unico elemento di sostegno 2 in grado di ruotare rispetto all’asse centrale Z della turbina grazie ad un accoppiamento tramite cuscinetti volventi. L’elemento di sostegno 2, che vantaggiosamente, ma non esclusivamente, à ̈ un tubo metallico di sezione circolare, à ̈ supportato da una base 15 tramite mezzi di fissaggio, provvisti di cuscinetti volventi o equivalenti, che consente la sua rotazione intorno all’asse Z ed à ̈ opportunamente collegato meccanicamente ad un dispositivo, non illustrato, che consente di sfruttare la potenza erogata dalla turbina. La base 15 a sua volta à ̈ fissata ad un elemento strutturale fissato al suolo oppure alla struttura di un edificio o a qualsiasi altra struttura di sostegno equivalente.
La turbina 1 ha principalmente un uso come generatore di energia elettrica, in tal caso il dispositivo collegato effettuerà una conversione di energia, ma essa à ̈ adatta ad altri utilizzi, per esempio l’azionamento di una pompa idraulica o di altro dispositivo meccanico di tipo noto che abbisogna di un motore per il suo funzionamento.
Per il modo in cui le pale di ciascuna coppia sono collegate tra loro, le pale si orientano automaticamente in posizione aperta in modo da opporre al vento la massima superficie quando si muovono nella direzione del vento e si dispongono in posizione chiusa quando si muovono in direzione contraria al vento minimizzando al tempo stesso la superficie delle pale.
Con particolare riferimento alla sequenza di Figure da 2 a 8 à ̈ illustrato in dettaglio il principio di funzionamento della turbina. Consideriamo per comodità espositiva che la configurazione iniziale della turbina sia quella della Figura 2, che rappresenta una vista frontale della turbina in una posizione di funzionamento di inizio della rotazione. La direzione del vento à ̈ quella entrante ortogonalmente al foglio, come risulta chiaro dalla vista dall’alto della turbina Fig. 2b dove la direzione del vento à ̈ indicata tramite le frecce 20, mentre il verso di rotazione à ̈ indicato tramite la freccia 21.
E’ da notare che tuttavia la turbina à ̈ in grado di mettersi in moto qualsiasi sia la direzione del vento come illustrato più avanti nella descrizione.
Le due semipale 5 e 6 costituenti la pala 3, che si trovano a sinistra dell’asse centrale Z, rispetto alla figura, sono aperte ed espongono la loro massima superficie alla pressione del vento, mentre le due semipale 8 e 9 della pala 4 che si trovano a destra dell’asse Z della turbina 1 si presentano di taglio in posizione chiusa e non subiscono nessuna azione di rilievo da parte del vento. Solo le due semipale della coppia superiore che si trovano a sinistra reagiscono al vento, le due pale 13 e 14 inferiori invece si trovano perpendicolari all’azione del vento che non esercita alcuna forza aerodinamica di rilievo, poiché le loro aste di sostegno sono allineate con la direzione del vento. E’ importante sottolineare che le semipale 5 e 6 della pala 3 sinistra nella figura 2 in posizione aperta, pur essendo solidali alle aste 7 e 8 in grado di ruotare rispetto all’asse centrale Z, non possono muoversi poiché la rotazione che il vento le imporrebbe à ̈ contrastata dalle altre due semipale 9 e 10 della pala 4 superiore, posta a destra, che sono già in contatto lungo i bordi e quindi impediscono una rotazione delle aste 7 ed 8 nella direzione richiesta della semipale di sinistra.
Per la pressione aerodinamica esercitata sulla pala 3 aperta, si determinerà quindi una consistente coppia motrice intorno all’asse Z che, anche in presenza di venti deboli, avvierà la rotazione della turbina in senso orario rispetto ad un osservatore che la osserva dall’alto, vedi Figura 2b.
La turbina, che adesso comincia a muoversi in rotazione a causa dell’azione del vento, assume la configurazione rappresentata in Figura 3a ruotata di un angolo minore di 90° rispetto alla configurazione iniziale. Le due frecce indicano le semipale della pala inferiore su cui agisce una forte pressione del vento in questa nuova posizione, poiché le semipale si muovono controvento, ed essendo queste libere di ruotare, inizieranno un movimento, evidenziato nelle successive figure, che le porterà ad assumere la configurazione di chiusura. Questa volta le semipale dal lato opposto, cioà ̈ quelle costituenti la pala inferiore di sinistra, non bloccheranno la rotazione dell’asta di fissaggio poiché il momento generato dalle pale di destra intorno alla due aste di fissaggio tenderà a farle ruotare in modo da allontanarle. Intanto le semipale della pala superiore di sinistra espongono ancora superfici abbastanza estese all’azione del vento, mantenendo la turbina in rotazione.
In Figura 4a la turbina à ̈ illustrata in una configurazione ruotata di un angolo di poco superiore a quello della figura 3a e 3b e le pale inferiori stanno ruotando per assumere una nuova configurazione di equilibrio a seguito delle azioni descritte per la configurazione di figura 3a e 3b. Non appena il momento generato dalle semipale della pala inferiore di destra à ̈ tale da porre in rotazione l’asta di fissaggio, le semipale della pala inferiore di sinistra si trovano ad esporre una superficie sempre maggiore al vento. La pressione aerodinamica del vento sulle semipale della pala inferiore di sinistra genera un momento che tende a far ruotare le due aste di fissaggio proprio nella stessa direzione in cui si stanno muovendo le semipale della pala inferiore di destra. I due momenti si sommano determinando una rapida rotazione delle aste di fissaggio delle semipale intorno ai loro assi di rotazione X3 e X4 che porterà la pala inferiore di sinistra ad esporre la massima superficie all’azione del vento, arrivando alla configurazione di Figura 5a, ruotata di un angolo di poco superiore a quello della figura precedente. In questa configurazione le semipale della coppia di pale inferiori hanno raggiunto la nuova configurazione di equilibrio dove una pala inferiore à ̈ aperta e l’altra pala inferiore à ̈ chiusa.
Non à ̈ possibile prevedere esattamente quando avverrà la rotazione di 90° intorno agli assi X3 e X4 delle due pale inferiori, poiché ciò dipende dalla forza del vento e dagli attriti che si oppongono alla rotazione dell’asta di fissaggio delle semipale, si può tuttavia prevedere che ciò avviene dopo una rotazione della turbina intorno all’asse Z di un angolo compreso tra i 30° e i 60°, dalla posizione di partenza della figura 2. Da questo punto in poi la coppia necessaria a mantenere in rotazione la turbina, e ad azionare il dispositivo di trasformazione dell’energia ad essa connesso, verrà generata principalmente dalla pala inferiore di sinistra e non più da quella superiore di sinistra che, gradualmente, espone una superficie sempre più piccola all’azione del vento, a causa dell’inclinazione crescente delle semipale rispetto alla direzione del vento.
Nella configurazione rappresentata nella Figura 6a, la turbina à ̈ disposta ad un angolo di 90° rispetto alla configurazione iniziale di riferimento. Confrontando la configurazione della Figura 2 con quella della Figura 6a si nota che dopo una rotazione di 90° intorno all’asse verticale, la turbina 1 ha assunto una configurazione analoga a quella iniziale, con la sola differenza che ad esporre la massima superficie utile all’azione del vento questa volta sono le semipale inferiori mentre inizialmente erano le semipale superiori a trovarsi nella posizione aperta. La sequenza di movimenti descritta tramite le Figure da 2 a 6 quindi si ripeterà a parti invertite, le pale della coppia inferiore svolgono il ruolo che era stato di quelle della coppia superiore e viceversa.
Le Figure 7a, 7b e 8°, 8b illustrano configurazioni di passaggio della turbina nell’arco di 90° successivo, durante il quale la turbina si riporta nella configurazione iniziale. La configurazione della Figura 7a mostra la turbina 1 ruotata di un angolo superiore ai 90° e inferiore ai 180° rispetto alla configurazione iniziale. La configurazione della Figura 8a mostra la turbina 1 ruotata di 180° rispetto alla configurazione iniziale.
Illustriamo il caso in cui il vento inizia a soffiare da una differente direzione rispetto a quanto descritto precedentemente, per es. il vento soffia in direzione opposta, come illustrato in figura 9, in cui la direzione del vento à ̈ prevista uscente normalmente al foglio, come risulta chiaro dalla vista dall’alto della figura 9b dove la direzione del vento à ̈ indicata tramite le frecce nere.
L’azione del vento sulla pala superiore di destra, fa chiudere le semipale poiché in questo caso la loro rotazione intorno alle proprie aste di fissaggio non à ̈ impedita dalle semipale della pala superiore di sinistra che subiscono invece un movimento di apertura, esponendo progressivamente una superficie sempre maggiore all’azione aerodinamica del vento che contribuisce al loro movimento di apertura in sinergia con il movimento di chiusura delle semipale della pala di destra. La pala superiore di destra assume quindi la posizione massima apertura mentre la pala superiore di sinistra assume la posizione di chiusura, di conseguenza la turbina inizia la sua rotazione in verso orario per il momento che la pressione aerodinamica sulla pala aperta crea intorno all’asse di rotazione Z. Questa nuova configurazione di equilibrio à ̈ raffigurata in Figura 10.
E’ da considerare che anche nel caso in cui l’attrito dei cuscinetti intorno a cui ruotano le aste di sostegno delle semipale intorno agli assi X3 e X4 fosse tale da non favorire la rotazione delle semipale, rispetto alla rotazione dell’elemento di sostegno 2 centrale intorno all’asse Z, cosa alquanto improbabile poiché l’elemento centrale 2 à ̈ anche frenato dalla coppia resistente che oppone il dispositivo per la trasformazione o la trasmissione dell’energia, il moto generato porterebbe la turbina a ruotare al massimo di 180°, cioà ̈ di mezzo giro, fino alla configurazione di Figura 10, e a quel punto l’azione del vento farebbe invertire la direzione del moto rotatorio alla turbina 1 e tutto funziona come prima descritto. Pertanto in ogni caso la turbina 1 à ̈ in grado di mettersi in movimento qualsiasi sia la direzione del vento.
Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinate tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Turbina (1) di trasformazione di energia eolica comprendente un elemento longitudinale (2) portante definente un proprio asse longitudinale (Z) atto ad essere disposto verticalmente nel corso del funzionamento della turbina (1), mezzi di fissaggio (15) dell’elemento longitudinale (2) ad una struttura di sostegno della turbina (1) permettenti la rotazione dell’elemento longitudinale (2) intorno al proprio asse longitudinale (Z), almeno una prima coppia di pale (3, 4) disposta in una prima determinata posizione lungo l’elemento longitudinale (2) e almeno una seconda coppia di pale (13, 14) disposta in una seconda determinata posizione lungo l’elemento longitudinale (2) distanziata da detta prima determinata posizione lungo l’ elemento longitudinale (2) portante, in cui nella almeno una prima coppia di pale (3, 4) una prima pala (3) à ̈ disposta in posizione diametralmente opposta ad una seconda pala (4) con rispetto all’asse longitudinale (Z), in cui nella almeno una seconda coppia di pale (13, 14) una prima pala (13) à ̈ disposta in posizione diametralmente opposta ad una seconda pala (14) con rispetto all’asse longitudinale (Z), e in cui le prima e seconda pale (3, 4) della almeno una prima coppia di pale sono angolarmente sfasate rispetto alle prima e seconda pale (13, 14) della almeno una seconda coppia di pale di un angolo di circa 90° con rispetto all’asse longitudinale (Z), in cui detta almeno una prima coppia di pale (3, 4) comprende una prima e una seconda asta di fissaggio (7, 8) parallele tra loro, in cui detta almeno una seconda coppia di pale (13, 14) comprende una prima e una seconda asta di fissaggio (70, 80) parallele tra loro, in cui ciascuna asta di fissaggio definisce un proprio asse longitudinale (X1, X2, X3, X4) ed à ̈ fissata radialmente sull’elemento longitudinale (2) in maniera tale da potere ruotare per un arco di cerchio intorno a detto proprio asse longitudinale (X1, X2, X3, X4), ciascuna di dette pale (3, 4, 13, 14) comprende rispettive prima e seconda semipale (5, 6, 9, 10), in cui in detta almeno una prima (3, 4) coppia di pale e in detta almeno una seconda (13, 14) coppia di pale rispettivamente la prima asta di fissaggio (7, 70) à ̈ fissata solidalmente con una prima semipala (5, 50) della prima pala (3, 13) e con una prima semipala (9, 90) della seconda pala (4, 14) in posizione angolare sfasata di 90° intorno all’asse (X1, X3) della prima asta di fissaggio (7, 70), e la seconda asta di fissaggio (8, 80) à ̈ fissata solidalmente con la seconda semipala (6, 60) della prima pala (3, 13) e con la seconda semipala (10, 100) della seconda pala (4, 14) in posizione angolare sfasata di 90° intorno all’ asse (X2, X4) della seconda asta di fissaggio (8, 80), in cui le prime e seconde aste di fissaggio (7, 70, 8, 80) oscillano solidalmente con le due rispettive semipale a cui sono fissate tra una posizione di chiusura di pala, in cui la superficie sulla quale agisce il vento à ̈ minima, ed una posizione di apertura di pala, in cui la superficie sulla quale agisce il vento à ̈ massima.
  2. 2. Turbina secondo la rivendicazione 1, in cui le semipale hanno superfici di applicazione di forze aerodinamiche generate dal vento di forma piana.
  3. 3. Turbina secondo la rivendicazione 2, in cui le due semipale di ciascuna pala in posizione aperta sono poste allineate l’una all’altra con le superfici di applicazione giacenti su un piano comune della pala e in posizione chiusa le due semipale sono disposte con le superfici di applicazione parallele tra loro.
  4. 4. Turbina secondo la rivendicazione 3, in cui le rispettive prima e seconda aste di fissaggio (7, 70, 8, 80) di ciascuna di dette prima e seconda coppie di pale sono collegate tra loro in modo che ad una rotazione angolare di una prima asta in un primo senso, corrisponde una rotazione angolare della seconda asta, in un senso opposto al primo senso del medesimo valore angolare.
  5. 5. Turbina secondo la rivendicazione 4, in cui à ̈ previsto un collegamento in rotazione tra le due aste 7 e 8, l’accoppiamento può vantaggiosamente, realizzato tramite ruotismo dentato oppure tramite una o più cinghie incrociate.
  6. 6. Turbina secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dette coppie di pale sono in numero di due o superiore.
  7. 7. Turbina secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui da detta trasformazione di energia eolica à ̈ ricavata energia meccanica oppure energia elettrica.
ITRM2010A000504A 2010-09-29 2010-09-29 Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento IT1402145B1 (it)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITRM2010A000504A IT1402145B1 (it) 2010-09-29 2010-09-29 Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento
PCT/EP2011/066983 WO2012041961A1 (en) 2010-09-29 2011-09-29 High-efficiency oscillating-blade wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITRM2010A000504A IT1402145B1 (it) 2010-09-29 2010-09-29 Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ITRM20100504A1 true ITRM20100504A1 (it) 2012-03-30
IT1402145B1 IT1402145B1 (it) 2013-08-28

Family

ID=43739113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ITRM2010A000504A IT1402145B1 (it) 2010-09-29 2010-09-29 Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento

Country Status (2)

Country Link
IT (1) IT1402145B1 (it)
WO (1) WO2012041961A1 (it)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3203063A1 (en) * 2016-02-03 2017-08-09 Wilhelmus Helena Hendrikus Joosten Wind turbine, its use and a vane for use in the turbine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3303532A1 (de) * 1983-02-03 1984-08-09 František 3509 Morschen Svátek Fluegelrad
WO1998013602A1 (en) * 1996-09-23 1998-04-02 Whelan Matthew P Vertical axis wind turbine with mutually hinged vanes
US6537018B2 (en) * 2001-06-07 2003-03-25 Foy Streetman Rotational power transfer device
US20040164561A1 (en) * 2003-02-21 2004-08-26 Masato Nagawa Drive power apparatus and rotating member utilizing wind and blade member thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2471963Y (zh) 2001-04-11 2002-01-16 谭国运 塔轴式摆翼风力机
CN101539100A (zh) 2009-04-29 2009-09-23 朱永发 垂直轴风力机风轮

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3303532A1 (de) * 1983-02-03 1984-08-09 František 3509 Morschen Svátek Fluegelrad
WO1998013602A1 (en) * 1996-09-23 1998-04-02 Whelan Matthew P Vertical axis wind turbine with mutually hinged vanes
US6537018B2 (en) * 2001-06-07 2003-03-25 Foy Streetman Rotational power transfer device
US20040164561A1 (en) * 2003-02-21 2004-08-26 Masato Nagawa Drive power apparatus and rotating member utilizing wind and blade member thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012041961A1 (en) 2012-04-05
IT1402145B1 (it) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7931440B2 (en) Vertical axis wind turbine
US20200040872A1 (en) Omni M-VAWT
CN108488034A (zh) 旋转半径自动可调的竖轴式风力发电机
US20140167414A1 (en) Variable diameter and angle vertical axis turbine
EP3059442A1 (en) Psp wind-powered generator comprising blades at dihedral angles
US9879651B2 (en) Vane device for a turbine apparatus
ITRM20100504A1 (it) Turbina eolica a pale oscillanti ad elevato rendimento
KR102142243B1 (ko) 돛 장치
JP2011021546A (ja) 軸動力発生装置
KR101936154B1 (ko) 양항력 복합 블레이드를 구비하는 수직축 풍력발전기
US10539115B1 (en) Vertical wind turbine
ITPD20110387A1 (it) Girante eolica modulare ad asse verticale e generatore eolico comprendente tale girante
KR101643960B1 (ko) 가변 하중부를 구비한 풍력발전기
ITVR20000045A1 (it) Mulino ad elevata resa aerodinamica.
IT201900000919A1 (it) Turbina per generatore eolico ad asse verticale
JP2020026784A (ja) 翼角度自律振幅制御式風車
Patel et al. A review about the straight-bladed vertical axis wind turbine (SB-vawt) and its performance
KR102647729B1 (ko) 블레이드를 조정할 수 있는 드래그 겸 리프트 기반 풍력 터빈 시스템
FI96133B (fi) Tuuliroottori
KR101691606B1 (ko) 발전기용 회전체
KR20130060769A (ko) 풍력발전기가 구비된 크레인
TW201708697A (zh) 主動式風車結構
JP2010001747A (ja) 風力発電装置
JP2020105961A (ja) 縦軸ロータ
KR20190064196A (ko) 풍력발전기