ITRM20120529A1 - WIND OR HYDRAULIC TURBINE WITH PERPENDICULAR AXIS WITH THE CURRENT EQUIPPED WITH INDIVIDUALLY ADAPTIVE MOBILE BLADES. - Google Patents

WIND OR HYDRAULIC TURBINE WITH PERPENDICULAR AXIS WITH THE CURRENT EQUIPPED WITH INDIVIDUALLY ADAPTIVE MOBILE BLADES. Download PDF

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ITRM20120529A1
ITRM20120529A1 IT000529A ITRM20120529A ITRM20120529A1 IT RM20120529 A1 ITRM20120529 A1 IT RM20120529A1 IT 000529 A IT000529 A IT 000529A IT RM20120529 A ITRM20120529 A IT RM20120529A IT RM20120529 A1 ITRM20120529 A1 IT RM20120529A1
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wind
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Pavel Miodushevsky
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Internat Innovation Technologi Es S R L
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:

" TURBINA EOLICA O IDRAULICA CON ASSE PERPENDICOLARE ALLA CORRENTE DOTATA DI PALE MOBILI ADATTABILI INDIVIDUALMENTE " "WIND OR HYDRAULIC TURBINE WITH AXIS PERPENDICULAR TO THE CURRENT EQUIPPED WITH INDIVIDUALLY ADAPTABLE MOVING BLADES"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la conversione di energia da fonte rinnovabile, ed in particolare l'energia di un flusso eolico, in energia elettrica. Per lo sfruttamento delle fonti di energia cosiddette rinnovabili, sono note turbine eoliche ed idrauliche di vario tipo. The present invention refers to a system for converting energy from a renewable source, and in particular the energy of a wind flow, into electrical energy. For the exploitation of the so-called renewable energy sources, wind and hydraulic turbines of various types are known.

In letteratura tecnico-scientifica (1,2) sono stati descritti nuovi metodi e sistemi per il miglioramento dell'efficienza della turbina con asse verticale. NeN'articolo (1) è stata descritta una turbina con controllo individuale di pale mobili. Lo svantaggio di questo sistema è che i servomeccanismi sono installati sul mozzo, nei pressi dell'asse di rotazione della turbina ed ogni servomeccanismo trasferisce il movimento di controllo alla pala tramite una lunga barra. Tale configurazione limita in maniera significativa gli angoli e le velocità di funzionamento. NeN'articolo (1) non è stata indicata la posizione dell'asse di rotazione della pala, che è molto importante per il funzionamento del sistema; inoltre non stato analizzato il carico dinamico sulla pala e le caratteristiche necessarie al servomeccanismo per garantire il funzionamento del sistema. In the technical-scientific literature (1,2) new methods and systems have been described for improving the efficiency of the turbine with vertical axis. In article (1) a turbine with individual control of moving blades has been described. The disadvantage of this system is that the servomechanisms are installed on the hub, near the rotation axis of the turbine and each servomechanism transfers the control movement to the blade via a long bar. This configuration significantly limits the angles and speeds of operation. In article (1) the position of the blade rotation axis has not been indicated, which is very important for the functioning of the system; furthermore, the dynamic load on the blade and the characteristics necessary for the servomechanism to guarantee the functioning of the system have not been analyzed.

Nel brevetto (2) è stata descritta una turbina con asse verticale, che ha un sistema di controllo individuale per gli angoli d'incidenza di ogni pala e per gli angoli di ogni flap. Questo brevetto però, fornisce una descrizione dettagliata solo per il generatore elettrico e per il convertitore elettrico a matrice. Nel brevetto (2) il posizionamento dei servomeccanismi è stato indicato in modo sbagliato. Secondo il disegno (2) la posizione dell'asse del servomeccanismo per il controllo dell'angolo d'incidenza della pala è posizionato sul bordo d'entrata del profilo della pala. Con questa configurazione il momento torcente del servomeccanismo risulterà verosimilmente non realizzabile. Nel brevetto (2) il metodo ed il sistema di controllo non includono un importante parametro: la velocità angolare di rotazione della turbina. L'angolo d'incidenza della pala dipende non linearmente dall'angolo di rotazione, dalla velocità del vento e dalla velocità di rotazione. Il metodo di ottimizzazione del controllo dichiarato nel brevetto (2) non è basato su una procedura scientifica provata, e potrebbe non fornire la convergenza del metodo. Nel brevetto (2) per l'ottimizzazione degli angoli d'incidenza della pala si propone di usare coefficienti di portanza e resistenza aerodinamica determinati dai dati misurati durante il funzionamento della turbina. Questa proposta non è realizzabile perché le ben note procedure di aerodinamica sperimentale per la determinazione dei coefficienti sopraindicati richiedono l'effettuazione di misurazioni, che non è possibile effettuare nella fase di funzionamento del sistema sopraindicato. In the patent (2) a turbine with a vertical axis has been described, which has an individual control system for the angles of incidence of each blade and for the angles of each flap. This patent, however, provides a detailed description only for the electrical generator and the electrical matrix converter. In the patent (2) the positioning of the servomechanisms has been indicated incorrectly. According to drawing (2) the position of the axis of the servo mechanism for controlling the angle of attack of the blade is positioned on the leading edge of the blade profile. With this configuration, the torque of the servomechanism will probably not be achievable. In the patent (2) the method and the control system do not include an important parameter: the angular speed of rotation of the turbine. The angle of incidence of the blade depends non-linearly on the rotation angle, the wind speed and the rotation speed. The control optimization method stated in the patent (2) is not based on a proven scientific procedure, and may not provide method convergence. In the patent (2) for the optimization of the angle of incidence of the blade it is proposed to use coefficients of lift and aerodynamic resistance determined by the data measured during the operation of the turbine. This proposal is not feasible because the well-known experimental aerodynamic procedures for determining the above mentioned coefficients require the carrying out of measurements, which cannot be carried out in the operating phase of the above mentioned system.

Dall'analisi della letteratura (1,2) ne consegue che la turbina presa in considerazione richiede miglioramenti significativi della struttura, del metodo e dei dispositivi di controllo. From the analysis of the literature (1,2) it follows that the turbine under consideration requires significant improvements in the structure, method and control devices.

La presente invenzione propone la soluzione completa ai problemi sopraindicati secondo le rivendicazioni 1-5. La presente invenzione fornisce alcuni vantaggi rilevanti. Uno dei vantaggi principali è che l'invenzione consente di aumentare l'efficienza della conversione delle sopraccitate energie alternative in energia elettrica, come verrà illustrato in dettaglio più avanti. Altri vantaggi, le caratteristiche e la modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune sue forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati: The present invention proposes the complete solution to the above problems according to claims 1-5. The present invention provides some relevant advantages. One of the main advantages is that the invention makes it possible to increase the efficiency of the conversion of the aforementioned alternative energies into electrical energy, as will be illustrated in detail below. Other advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some of its embodiments, presented by way of non-limiting example. Reference will be made to the figures of the attached drawings:

• la Figura 1 mostra una vista laterale di una prima forma di realizzazione del sistema; Figure 1 shows a side view of a first embodiment of the system;

• la Figura 2 mostra una vista in pianta di una seconda forma di realizzazione del sistema; • la Figura 3 mostra uno schema del sistema di controllo; Figure 2 shows a plan view of a second embodiment of the system; • Figure 3 shows a diagram of the control system;

• la Figura 4 mostra una vista in pianta della pala con il flap; Figure 4 shows a plan view of the blade with the flap;

• la Figura 5 mostra una sezione della pala con il flap e il relativo servomeccanismo; • Figure 5 shows a section of the blade with the flap and the relative servomechanism;

• la Figura 6 mostra uno schema dei vettori di velocità risultante, portanza e resistenza aerodinamica della pala nel primo quadrante per K=1; • Figure 6 shows a diagram of the resulting velocity, lift and aerodynamic drag vectors of the blade in the first quadrant for K = 1;

• la Figura 7 mostra la relazione tra angolo d'incidenza a e l'angolo γ formato tra la corda della pala e la direzione tangenziale τ; • Figure 7 shows the relationship between the angle of incidence a and the angle γ formed between the chord of the blade and the tangential direction τ;

• la Figura 8 mostra uno schema dei vettori di velocità risultante, portanza e resistenza aerodinamica della pala nel secondo quadrante per K=0,5 e K=1; • Figure 8 shows a diagram of the resulting velocity, lift and aerodynamic drag vectors of the blade in the second quadrant for K = 0.5 and K = 1;

• la Figura 9 mostra uno schema dei vettori di velocità risultante, portanza e resistenza aerodinamica della pala nel secondo quadrante per K=1,5 e K=2; • Figure 9 shows a diagram of the resulting velocity, lift and aerodynamic drag vectors of the blade in the second quadrant for K = 1.5 and K = 2;

• la Figura 10 mostra uno schema dei vettori di velocità risultante, portanza e resistenza aerodinamica della pala nel terzo quadrante; • Figure 10 shows a diagram of the resulting velocity, lift and aerodynamic drag vectors of the blade in the third quadrant;

• la Figura 11 mostra uno schema dei vettori di velocità risultante, portanza e resistenza aerodinamica della pala nel quarto quadrante; • Figure 11 shows a diagram of the resulting velocity, lift and aerodynamic drag vectors of the blade in the fourth quadrant;

Con riferimento alle Figure da 1 a 5, il sistema per la conversione di energia eolica o idraulica in energia elettrica secondo l'invenzione comprende: pale mobili (1), che hanno centro di rotazione coincidente con il baricentro della sezione, dove ogni pala (1) è dotata di flap (2) con servomeccanismo (3), che è installato all'interno della pala (1); ogni pala (1) è collegata con il servomeccanismo (4), che è fissato ad un primo disco rotante (5); dall'altra parte la pala (1) è collegata attraverso una cerniera con un secondo disco rotante (6); i dischi (5) e (6) sono collegati tra loro con barre rigide (7); i piani dei dischi (5,6) sono paralleli alle linee di corrente; i dischi (5,6) sono installati attraverso cuscinetti (9) e (10) ad un asse rigido fisso (8), che è perpendicolare alle linee di corrente; il rotore del generatore elettrico (12) è collegato col mozzo del primo disco rotante (5), lo statore del generatore elettrico (12) è collegato con l'asse fisso (8); l'asse (8) attraverso il pezzo (13) è fissato alla colonna (14); la parte rotante dell'encoder (18) è collegata al primo disco rotante (5), la parte fissa dell'encoder è collegata con il pezzo (13); sull'asse (8) è installata la banderuola (16), sul braccio della quale è fissato l'anemometro (15); il sensore (17) per la rilevazione della direzione del vento attraverso la rotazione della banderuola (16) è installato sull' asse (8); il wattmetro (30) è collegato elettricamente con l'uscita del generatore (12). With reference to Figures 1 to 5, the system for converting wind or hydraulic energy into electrical energy according to the invention comprises: movable blades (1), which have a center of rotation coinciding with the center of gravity of the section, where each blade ( 1) is equipped with flap (2) with servomechanism (3), which is installed inside the blade (1); each blade (1) is connected to the servomechanism (4), which is fixed to a first rotating disk (5); on the other side the blade (1) is connected through a hinge with a second rotating disk (6); the discs (5) and (6) are connected to each other with rigid bars (7); the planes of the disks (5,6) are parallel to the current lines; the discs (5,6) are installed through bearings (9) and (10) to a fixed rigid axis (8), which is perpendicular to the current lines; the rotor of the electric generator (12) is connected to the hub of the first rotating disk (5), the stator of the electric generator (12) is connected to the fixed axis (8); the axis (8) through the workpiece (13) is fixed to the column (14); the rotating part of the encoder (18) is connected to the first rotating disk (5), the fixed part of the encoder is connected to the piece (13); the wind vane (16) is installed on the axis (8), on the arm of which the anemometer (15) is fixed; the sensor (17) for detecting the wind direction through the rotation of the wind vane (16) is installed on the axis (8); the wattmeter (30) is electrically connected to the generator output (12).

Con riferimento alle Figure da 6 a 11 consideriamo la cinematica e la dinamica del sistema sopra descritto. La distanza dal centro di rotazione della turbina O al centro di rotazione C della pala è R. Supponiamo che la turbina ruoti in senso orario. Il punto C si muoverà su una traiettoria circolare, CQsarà il punto iniziale del primo quadrante del moto del punto C (si veda Fig. 6). L'angolo di rotazione della turbina è φ. La velocità angolare è ω=~~·· La velocità circonferenziale è uguale a ω/?. La velocità del vento è U∞. Il vettore della velocità risultante V è uguale alla somma del vettore di velocità del vento e del vettore di velocità circonferenziale. Il vettore V è inclinato di un angolo ψ rispetto alla direzione del vento. With reference to Figures 6 to 11 we consider the kinematics and dynamics of the system described above. The distance from the center of rotation of the turbine O to the center of rotation C of the blade is R. Suppose the turbine rotates clockwise. Point C will move on a circular path, CQ will be the starting point of the first quadrant of the motion of point C (see Fig. 6). The rotation angle of the turbine is φ. The angular velocity is ω = ~~ ·· The circumferential velocity is equal to ω / ?. The wind speed is U∞. The resulting velocity vector V is equal to the sum of the wind velocity vector and the circumferential velocity vector. The vector V is inclined by an angle ψ with respect to the wind direction.

Nel primo quadrante: In the first quadrant:

Per tutti i quadranti consideriamo κ=0,5; 1,0; 1,5; 2,0. For all quadrants we consider κ = 0.5; 1.0; 1.5; 2.0.

La portanza aerodinamica L può essere calcolata con la formula seguente: The aerodynamic lift L can be calculated with the following formula:

dove CLè il coefficiente di portanza aerodinamica della pala, 5 è l'area della pala. where CL is the aerodynamic lift coefficient of the blade, 5 is the area of the blade.

S = bc, dove b è la lunghezza e c è la corda della pala. S = bc, where b is the length and c is the chord of the blade.

dove oc è angolo di incidenza effettivo. where oc is effective angle of attack.

Per flap con una corda pari al 35 % della corda della pala For flaps with a string equal to 35% of the blade string

Il vettore di portanza L è perpendicolare al vettore V. L'angolo β tra il vettore L e il raggio OC nel primo quadrante deve essere calcolato con la formula seguente: The lift vector L is perpendicular to the vector V. The angle β between the vector L and the radius OC in the first quadrant must be calculated with the following formula:

Questa formula è valida per tutti i valori di κ da 0,5 a 2 nel primo quadrante. This formula is valid for all κ values from 0.5 to 2 in the first quadrant.

L'angolo y tra la corda della pala e la linea tangenziale τ, perpendicolare al raggio OC (Fig. 7) deve essere calcolato con la formula : The angle y between the chord of the blade and the tangential line τ, perpendicular to the radius OC (Fig. 7) must be calculated with the formula:

Il momento delle forze aerodinamiche nel primo quadrante è uguale a: The moment of the aerodynamic forces in the first quadrant is equal to:

dove Ka=-, D e la resistenza aerodinamica della pala. where Ka = -, D is the aerodynamic drag of the blade.

La potenza prodotta dalle forze aerodinamiche è uguale a: The power produced by the aerodynamic forces is equal to:

valor medio della potenza prodotta in un quadrante è uguale a: average value of the power produced in a quadrant is equal to:

Nel secondo quadrante : In the second quadrant:

Nel quarto quadrante: In the fourth quadrant:

Le formule (11), (15) e (16) sono valide per il quarto quadrante. Formulas (11), (15) and (16) are valid for the fourth quadrant.

Risultati dell'analisi numerica Numerical analysis results

Per ben noti profili simmetrici NACA, il massimo angolo effettivo di incidenza è 11° (vedi (3)). Supponiamo che il massimo angolo del flap sia 20°, la lunghezza della pala b= lm, la corda della pala r=0,2m; 1=5. Per questi dati CL=2,375; S=0,2m<2>. La variazione dell'angolo γ(φ) per tutti i valori di κ è presentato nelle tabelle 1,2, 3, 4 : For well known symmetrical NACA profiles, the maximum effective angle of incidence is 11 ° (see (3)). Suppose that the maximum angle of the flap is 20 °, the length of the blade b = lm, the chord of the blade r = 0.2m; 1 = 5. For these data CL = 2.375; S = 0.2m <2>. The variation of the angle γ (φ) for all values of κ is presented in Tables 1,2, 3, 4:

Tabella No.l ,κ=0,5 Table No. 1, κ = 0.5

Primo quadrante First quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° 11 4,3 -2,33 -9 -15,9 -22,8 -29,9 -37 -44,7 -52,3 γ, ° 11 4.3 -2.33 -9 -15.9 -22.8 -29.9 -37 -44.7 -52.3

Secondo quadrante Second quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° -52,3 -60,7 -69,5 -79 -89,5 -101,5 -115 -131 -149 -169 y, ° -52.3 -60.7 -69.5 -79 -89.5 -101.5 -115 -131 -149 -169

Terzo quadrante Third quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° -169 -198,5 -218 -234 -247,5 -259,5 -270 -279,7 -288,5 -297 y, ° -169 -198.5 -218 -234 -247.5 -259.5 -270 -279.7 -288.5 -297

Quarto quadrante Fourth quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° -297 -304 -314 -319,5 -325,5 -333 -340 -347 -353,5 -360 y, ° -297 -304 -314 -319.5 -325.5 -333 -340 -347 -353.5 -360

Al termine del quarto quadrante il servomeccanismo deve girare di 360° in senso orario per poter funzionare nel ciclo successivo. At the end of the fourth quadrant, the servomechanism must turn 360 ° clockwise to be able to function in the next cycle.

Tabella No. 2, κ=1 Table No. 2, κ = 1

Primo quadrante First quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° 11 6 1 -4 -9 -14 -19 -24 -29 -34 y, ° 11 6 1 -4 -9 -14 -19 -24 -29 -34

Secondo quadrante Second quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° -34 -39 -44 -49 -54 -59 -64 -69 -74 -79 y, ° -34 -39 -44 -49 -54 -59 -64 -69 -74 -79

Terzo quadrante Third quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° -79 -84 -89 -94 -99 -104 -109 -114 -119 -124 γ, ° -79 -84 -89 -94 -99 -104 -109 -114 -119 -124

Quarto quadrante Fourth quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

y,° -124 -129 -134 -139 -144 -149 -154 -159 -164 -169 y, ° -124 -129 -134 -139 -144 -149 -154 -159 -164 -169

Al termine del quarto quadrante il servomeccanismo deve girare di 360° in senso orario per poter funzionare nel ciclo successivo. At the end of the fourth quadrant, the servomechanism must turn 360 ° clockwise to be able to function in the next cycle.

Tabella No. 3, κ=1,5 Table No. 3, κ = 1.5

Primo quadrante First quadrant

cp,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 cp, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° 11 7 3 -1 -4 -8,5 -12,4 16 -20 -23 γ, ° 11 7 3 -1 -4 -8.5 -12.4 16 -20 -23

Secondo quadrante Second quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° -23 -26 -29 -31 -31,7 -31 -36 -29 -17 2 γ, ° -23 -26 -29 -31 -31.7 -31 -36 -29 -17 2

Terzo quadrante Third quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° 2 -7 -20 -27 -30,8 -27,2 -30 -28 -25 -22,5 γ, ° 2 -7 -20 -27 -30.8 -27.2 -30 -28 -25 -22.5

Quarto quadrante Fourth quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° -22,5 -19,5 -16 -12,5 -9 -5 -1 3 7 11 γ, ° -22.5 -19.5 -16 -12.5 -9 -5 -1 3 7 11

Tabella Νο.4, κ=2,0 Table Νο.4, κ = 2.0

Primo quadrante First quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° 11 7,6 4,4 1,1 -2 -5 -8 -11 -23,5 -25,5 γ, ° 11 7.6 4.4 1.1 -2 -5 -8 -11 -23.5 -25.5

Secondo quadrante Second quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° -25,5 -27,5 -29 -29,5 -29 -27 -23,5 -19,5 -11,5 -1,5 γ, ° -25.5 -27.5 -29 -29.5 -29 -27 -23.5 -19.5 -11.5 -1.5

Terzo quadrante Third quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Υ,° -1,5 1 -7 -13 -17 -18,5 -19 -18,7 -17 -15 Υ, ° -1.5 1 -7 -13 -17 -18.5 -19 -18.7 -17 -15

Quarto quadrante Fourth quadrant

φ,° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 φ, ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

γ,° -15 -13 -11 -8 -5 -2 1 5 8 11 γ, ° -15 -13 -11 -8 -5 -2 1 5 8 11

Supponiamo che l'efficienza di conversione dell'energia meccanica in energia elettrica attraverso il generatore, incluse le perdite per attrito sia η = 0,85. La potenza che può produrre la turbina con quattro pale, può essere calcolata come somma delle potenze prodotte nei quadranti da 1 a 4: Suppose that the conversion efficiency of mechanical energy into electrical energy through the generator, including friction losses, is η = 0.85. The power that the turbine with four blades can produce can be calculated as the sum of the powers produced in quadrants from 1 to 4:

11 momento medio delle forze aerodinamiche può essere calcolato con la formula: The mean moment of the aerodynamic forces can be calculated by the formula:

Per una velocità di riferimento (standard) di 12m/sec , i dati della potenza che può produrre la turbina per diversi valori di κ, sono presentati nella tabella No.6. For a reference speed (standard) of 12m / sec, the data of the power that the turbine can produce for different values of κ, are presented in table No. 6.

Tabella No.6 Table No. 6

κ 0,5 1,0 1,5 2,0 κ 0.5 1.0 1.5 2.0

I^kW 0.52 1,2 2,2 3,36 I ^ kW 0.52 1.2 2.2 3.36

Calcoliamo la velocità del vento, per i diversi valori di κ: We calculate the wind speed, for the different values of κ:

Dalla (52) e (53) segue: From (52) and (53) it follows:

Nella tabella No. 7 sono presentati i dati della velocità del vento necessaria per produrre una potenza W=1VSN. Table No. 7 presents the data of the wind speed necessary to produce a power W = 1VSN.

Tabella No.7 Table No. 7

κ 0,5 1,0 1,5 2,0 κ 0.5 1.0 1.5 2.0

U∞,m/sec 15 11,3 9,22 8 U∞, m / sec 15 11.3 9.22 8

iùR,m/ sec 7,5 11,3 13,83 16 iùR, m / sec 7.5 11.3 13.83 16

RPM(/?=0,5m) 143 216 264 306 RPM (/? = 0,5m) 143 216 264 306

11 sistema secondo la presente invenzione è molto più compatto e più efficiente rispetto alle migliori turbine eoliche presenti sul mercato mondiale. Per esempio, un sistema Excel con potenza di lkW, prodotta da Bergey Wind Power (4), ha un diametro della turbina pari a 2,5m. L'area spazzata ("Swept area") di questa turbina è 5 volte più grande rispetto al sistema secondo la presente invenzione. The system according to the present invention is much more compact and more efficient than the best wind turbines available on the world market. For example, an Excel system with a power of 1kW, produced by Bergey Wind Power (4), has a turbine diameter of 2.5m. The swept area of this turbine is 5 times larger than the system according to the present invention.

Una seconda forma di realizzazione del sistema in analisi può essere quella di un sistema in grado di convertire l'energia di una corrente d'acqua, utilizzabile in barca a vela per l'alimentazione dei dispositivi elettronici di navigazione e dei dispositivi elettrici ausiliari. Supponiamo che questa turbina idraulica abbia 4 pale, e ogni pala abbia dimensioni Z?=0,5m ,c =0,lm. Questa turbina idraulica sarebbe in grado di produrre 2,65 kW per una velocità della barca pari a 18 km orari. A second embodiment of the system under analysis can be that of a system capable of converting the energy of a current of water, which can be used in a sailboat for powering the electronic navigation devices and auxiliary electrical devices. Suppose this hydraulic turbine has 4 blades, and each blade has dimensions Z? = 0.5m, c = 0, lm. This hydraulic turbine would be capable of producing 2.65 kW for a boat speed of 18 km per hour.

Conclusione Conclusion

11 sistema secondo la presente invenzione ha significativi vantaggi se confrontato con le turbine eoliche esistenti. 11 sistema può essere realizzato in forma eolica o idraulica. The system according to the present invention has significant advantages when compared with existing wind turbines. The system can be realized in wind or hydraulic form.

Letteratura Literature

l.ln Seong Hwang et all. l.ln Seong Hwang et al.

Efficiency improvement of a new vertical axis turbine by thè individuai active control of biade motion. Efficiency improvement of a new vertical axis turbine by the individai active control of biade motion.

2006 SPIE. 6173..316H 2006 SPIES. 6173..316H

2.U.S.Patent No: 8,193,657 2.U.S. Patent No: 8,193,657

Vertical axis wind turbine using individuai biade pitch and camber control integrated with matrix converter Vertical axis wind turbine using individai biade pitch and camber control integrated with matrix converter

Inventors: Paluszek, Michael A., Bhatta, Pradeep. Inventors: Paluszek, Michael A., Bhatta, Pradeep.

Assignee: Princetone Satellite Systems. Assignee: Princetone Satellite Systems.

3. W.A. Timmer 3. W.A. Timmer

Two dimensionai low-Reynolds number wind tunnel results for airfoil NACA 0018 Two dimensionai low-Reynolds number wind tunnel results for airfoil NACA 0018

Wind Engineering, Volume 32, No.6, 2008, pp 525-537. Wind Engineering, Volume 32, No. 6, 2008, pp 525-537.

4.www. allsmallwindturbines.com/midden.htm 4.www. allsmallwindturbines.com/midden.htm

Claims (6)

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la conversione di energia eolica o idraulica in energia elettrica, comprendente: pale mobili (1), che hanno centro di rotazione coincidente con il baricentro della sezione, dove ogni pala (1) è dotata di flap (2) con servomeccanismo (3), che è installato all'interno della pala (1); ogni pala (1) è collegata con il servomeccanismo (4), che è fissato ad un primo disco rotante (5); dall'altra parte la pala (1) è collegata attraverso una cerniera con un secondo disco rotante (6); i dischi (5) e (6) sono collegati tra loro con barre rigide (7); i piani dei dischi (5,6) sono paralleli alle linee di corrente; i dischi (5,6) sono installati attraverso cuscinetti (9) e (10) ad un asse rigido fisso (8), che è perpendicolare alle linee di corrente; il rotore del generatore elettrico (12) è collegato col mozzo del primo disco rotante (5), lo statore del generatore elettrico (12) è collegato con l'asse fisso (8); l'asse (8) attraverso il pezzo (13) è fissato alla colonna (14); la parte rotante dell'encoder (18) è collegata al primo disco rotante (5), la parte fissa dell'encoder è collegata con il pezzo (13); sull'asse (8) è installata la banderuola (16), sul braccio della quale è fissato l'anemometro (15); il sensore (17) per la rilevazione della direzione del vento attraverso la rotazione della banderuola (16), è installato sull'asse (8); il wattmetro (30) è collegato elettricamente con l'uscita del generatore (12). CLAIMS 1. A system for the conversion of wind or hydraulic energy into electrical energy, comprising: mobile blades (1), which have a center of rotation coinciding with the center of gravity of the section, where each blade (1) is equipped with a flap (2) with servomechanism (3), which is installed inside the blade (1); each blade (1) is connected to the servomechanism (4), which is fixed to a first rotating disk (5); on the other side the blade (1) is connected through a hinge with a second rotating disk (6); the discs (5) and (6) are connected to each other with rigid bars (7); the planes of the disks (5,6) are parallel to the current lines; the discs (5,6) are installed through bearings (9) and (10) to a fixed rigid axis (8), which is perpendicular to the current lines; the rotor of the electric generator (12) is connected to the hub of the first rotating disk (5), the stator of the electric generator (12) is connected to the fixed axis (8); the axis (8) through the workpiece (13) is fixed to the column (14); the rotating part of the encoder (18) is connected to the first rotating disk (5), the fixed part of the encoder is connected to the piece (13); the wind vane (16) is installed on the axis (8), on the arm of which the anemometer (15) is fixed; the sensor (17) for detecting the wind direction through the rotation of the wind vane (16), is installed on the axis (8); the wattmeter (30) is electrically connected to the generator output (12). 2. Sistema secondo la rivendicazione precedente, dove i sensori (15), (17), (18), (30) sono collegati attraverso cavi al computer P, che è installato al di fuori della parte rotante del sistema; i servomeccanismi (4) di ogni pala e i servomeccanismi (3) di ogni flap sono collegati con un ricevitore di radiocomandi Rx, che è installato su uno dei dischi rotanti (5 o 6); il computer P è collegato con il ricevitore Rx attraverso un trasmettitore radio Tx, che è installato al di fuori della parte rotante del sistema. System according to the preceding claim, where the sensors (15), (17), (18), (30) are connected through cables to the computer P, which is installed outside the rotating part of the system; the servomechanisms (4) of each blade and the servomechanisms (3) of each flap are connected to an Rx radio control receiver, which is installed on one of the rotating discs (5 or 6); the computer P is connected with the receiver Rx through a radio transmitter Tx, which is installed outside the rotating part of the system. 3. Metodo di controllo del sistema secondo le rivendicazioni precedenti, in cui: a) l'angolo d'incidenza effettivo tra corda della pala e vettore della velocità risultante deve essere costante per ogni pala in qualsiasi posizione della pala durante il ciclo di funzionamento indipendentemente dalla velocità del vento e indipendentemente dalla velocità di rotazione della turbina; b) in tempo reale il processore P prende i dati dai sensori (15), (17), (18): velocità del vento U∞, angolo direzionale del vento, angolo φ di rotazione della turbina rispetto all'asse fisso (8); - il processore calcola per ogni angolo φ il processore calcola inoltre l'angolo ψ d'inclinazione del vettore V della velocità risultante rispetto alla direzione del vento, dopodiché calcola l'angolo y formato tra la corda della pala e la direzione tangenziale τ; questa procedura si ripete per ogni pala; c) in tempo reale il processore P prende i dati dal wattmetro (30), calcola la potenza media W per almeno 10 cicli e memorizza questo valore; d) in tempo reale per ogni angolo φ il processore P invia dei comandi ai servomeccanismi (4) per incrementare il valore degli angoli γ di un valore Δγ, che deve essere uguale per ogni φ e per ogni pala, dopodiché si ripete la procedura indicata nel punto c); se la potenza W è aumentata, si ripete la procedura di incremento di γ e la procedura di cui al punto c); se la potenza W è diminuita, il processore P invia dei comandi ai servomeccanismi per diminuire γ di un valore Δγ tornando ai valori di γ precedenti; il processore P memorizza tutti i dati per utilizzarli in condizioni analoghe. System control method according to the preceding claims, wherein: a) the actual angle of attack between the blade chord and the resulting velocity vector must be constant for each blade in any blade position during the operating cycle regardless of wind speed and regardless of turbine rotation speed; b) in real time the processor P takes data from sensors (15), (17), (18): wind speed U∞, directional angle of the wind, angle φ of rotation of the turbine with respect to the fixed axis (8) ; - the processor calculates for each angle φ the processor also calculates the angle ψ of inclination of the vector V of the resulting speed with respect to the wind direction, after which it calculates the angle y formed between the chord of the blade and the tangential direction τ; this procedure is repeated for each blade; c) in real time the processor P takes the data from the wattmeter (30), calculates the average power W for at least 10 cycles and stores this value; d) in real time for each angle φ the processor P sends commands to the servomechanisms (4) to increase the value of the angles γ by a value Δγ, which must be the same for each φ and for each blade, after which the procedure indicated is repeated in point c); if the power W has increased, the procedure for increasing γ and the procedure referred to in point c) are repeated; if the power W has decreased, the processor P sends commands to the servomechanisms to decrease γ by a value Δγ, returning to the previous values of γ; processor P stores all the data for use in similar conditions. 4. Sistema secondo le rivendicazioni precedenti , in cui ogni flap ha angolo costante δ di inclinazione rispetto alla corda della pala; il processore P invia un comando al servomeccanismo (S) del flap per cambiare il segno dell'angolo δ nel momento in cui cambia il segno dell'angolo effettivo di incidenza della pala. 4. System according to the preceding claims, in which each flap has a constant angle δ of inclination with respect to the chord of the blade; the processor P sends a command to the servomechanism (S) of the flap to change the sign of the angle δ when the sign of the effective angle of attack of the blade changes. 5. Metodo di controllo del sistema secondo le rivendicazioni precedenti, in cui in tempo reale il processore P invia dei comandi ai servomeccanismi (S) per incrementare gli angoli δ di un valore Δδ, che deve essere uguale per ogni φ e per ogni pala; dopodiché in tempo reale il processore P prende i dati dal wattmetro (SO), calcola la potenza media W per almeno 10 cicli e memorizza questo valore; se la potenza W è aumentata, si ripete la procedura di incremento di δ e la procedura di misurazione della potenza W; se la potenza W è diminuita, il processore P invia dei comandi ai servomeccanismi per diminuire δ di un valore Δδ tornando ai valori di δ precedenti; il processore P memorizza tutti i dati per utilizzarli in condizioni analoghe. 5. System control method according to the preceding claims, in which in real time the processor P sends commands to the servomechanisms (S) to increase the angles δ by a value Δδ, which must be the same for each φ and for each blade; then in real time the processor P takes the data from the wattmeter (SO), calculates the average power W for at least 10 cycles and stores this value; if the power W has increased, the procedure for increasing δ and the procedure for measuring the power W are repeated; if the power W has decreased, the processor P sends commands to the servomechanisms to decrease δ by a value Δδ, returning to the previous values of δ; processor P stores all the data for use in similar conditions. 6. Il gruppo di sistemi secondo le rivendicazioni precedenti, comprendente almeno due sistemi controrotanti (A) e (B) installati sui due bracci (20) di una struttura fissata attraverso il cuscinetto (23) alla colonna (20); la struttura sopraindicata è dotata di timone aerodinamico (24), il cui piano di appartenenza è perpendicolare al piano che contiene gli assi dei bracci (20); tali assi coincidono con le rette passanti per i centri di rotazione dei due sistemi sopraindicati.The group of systems according to the preceding claims, comprising at least two counter-rotating systems (A) and (B) installed on the two arms (20) of a structure fixed through the bearing (23) to the column (20); the structure indicated above is equipped with an aerodynamic rudder (24), the plane of which it belongs to is perpendicular to the plane containing the axes of the arms (20); these axes coincide with the straight lines passing through the centers of rotation of the two aforementioned systems.
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