ITRM960159A1 - "TECHNIQUE OF CONVERSION AND AMPLIFICATION OF ENERGY ASSOCIATED WITH A = FLUID DYNAMICS IN GENERAL AND MORE SPECIFICALLY IN THE ENVIRONMENT - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione avente per titolo: "TECNICA DI CONVERSIONE E AMPLIFICAZIONE DELL'ENERGIA ASSOCIATA AD AZIONI FLUIDODINAMICHE IN GENERALE E PIU' SPECIFICAMENTE IN AMBIENTE EOLICO" Description of the invention entitled: "TECHNIQUE OF CONVERSION AND AMPLIFICATION OF ENERGY ASSOCIATED WITH FLUID DYNAMIC ACTIONS IN GENERAL AND MORE SPECIFICALLY IN A WIND ENVIRONMENT"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
L'invenzione tratta in generale delle tecniche per la conversione e per l'amplificazione dell'energia, associata a fluidi di qualsiasi tipo, in energia di tipo meccanico, e più in particolare essa fa riferimento ad una macchina a fluido a sistema aperto o chiuso in galleria del vento, per la conversione e l'amplificazione dell'energia cinetica e potenziale in energia meccanica/elettrica in un impianto eolico di tipo aperto o chiuso. The invention generally deals with the techniques for the conversion and amplification of energy, associated with fluids of any type, into mechanical energy, and more particularly it refers to an open or closed system fluid machine. in the wind tunnel, for the conversion and amplification of kinetic and potential energy into mechanical / electrical energy in an open or closed wind power plant.
L'energia eolica presenta caratteristiche molto favorevoli: é molto diffusa nel territorio, non é inquinante ed ha rispetto di altri tipi di energie alternative quali le radiazioni solari o l'energia geotermica il vantaggio di rendersi facilmente disponibile sotto forma meccanica e di qui sotto forma elettrica. Wind energy has very favorable characteristics: it is very widespread in the territory, it is not polluting and has the advantage of being easily available in mechanical form and hence in the form of other types of alternative energy such as solar radiation or geothermal energy. electric.
Purtroppo gli areogeneratori convenzionali attuali a pale hanno un coefficiente di potenza contenuto e forniscono un lavoro relativamente instabile nel tempo, in quanto l'impiego efficiente dell'energia del vento é fortemente limitato dalla bassa concentrazione energetica - con valori medi annui di potenza minimi, per unità di superficie battuta dalla pala - e da una marcata irregolarità e incostanza sia su base giornaliera che annuale. In base a tale elementi caratterizzanti e, in particolare, per la bassa densità energetica estraibile dal vento si ha che gli impianti eolici devono essere sovradimensionati in rapporto alla potenza da generare e, allo stesso tempo, devono presentare una grande resistenza meccanica per sopportare le sollecitazioni indotte dai venti forti. Unfortunately the current conventional wind turbine generators have a low power coefficient and provide a relatively unstable work over time, as the efficient use of wind energy is severely limited by the low energy concentration - with average annual power values minimum, for unit of surface beaten by the shovel - and by a marked irregularity and inconstancy both on a daily and annual basis. On the basis of these characterizing elements and, in particular, for the low energy density extractable from the wind, wind power plants must be oversized in relation to the power to be generated and, at the same time, must have great mechanical resistance to withstand the stresses. induced by strong winds.
L'energia disponibile nel vento é essenzialmente energia cinetica posseduta dalla massa d'aria in movimento determinata da eventi barometrici o atmosferici termobarici. La potenza disponibile é quindi di fatto direttamente proporzionale al cubo della velocità del vento, ma e' anche in relazione diretta con l'energia potenziale posseduta dalla massa d'aria determinata dalla gravita' terrestre. The energy available in the wind is essentially kinetic energy possessed by the moving mass of air determined by barometric or thermobaric atmospheric events. The available power is therefore in fact directly proportional to the cube of the wind speed, but it is also in direct relationship with the potential energy possessed by the mass of air determined by the earth's gravity.
La dipendenza della densità di potenza dal cubo della velocità evidenzia la fortissima influenza che le caratteristiche amenemologiche locali hanno sulle prestazioni tecnico economiche di un aerogeneratore classico e rende in linea di principio più complesso il procedimento di conversione dell'energia. Se la velocità del vento raddoppia, come spesso avviene per brevi periodi, si rende disponibile immediatamente una potenza otto volte maggiore e occorre prevedere un sistema di controllo per sfiorare il vento, riducendo la superficie battuta dalle pale o abbassare il rendimento del rotore al fine di evitare sovraccarichi. The dependence of the power density on the speed cube highlights the very strong influence that the local amenemological characteristics have on the technical and economic performance of a classic wind turbine and makes the energy conversion process more complex in principle. If the wind speed doubles, as often happens for short periods, eight times greater power is immediately available and a control system must be provided to brush against the wind, reducing the surface beaten by the blades or lowering the rotor efficiency in order to avoid overloads.
Se al contrario la velocità si dimezza, la potenza convertita si riduce drasticamente a un ottavo di quella precedente con la conseguente impossibilità di fare affidamento sulla potenza nominale installata nell'impianto eolico. If, on the other hand, the speed is halved, the converted power is drastically reduced to one eighth of the previous one with the consequent impossibility of relying on the nominal power installed in the wind power plant.
I tipi di rotore sino ad oggi realizzati sono numerosi, ma i più sperimentati nel tempo sono quelli ad asse orizzontale, cioè parallelo alla direzione del vento a pale fisse con il mozzo a singola pala, a doppia pala, tripala, multipala e ciclopala. Negli ultimi tempi per gli impianti più grandi si utilizza il sistema a singola pala con la parte terminale del rotore di tipo a passo variabile. The types of rotor made to date are numerous, but the most tested over time are those with a horizontal axis, i.e. parallel to the direction of the wind with fixed blades with a single-blade, double-blade, three-blade, multi-blade and cyclo-blade hub. In recent times, the single blade system has been used for larger plants with the terminal part of the rotor of the variable pitch type.
Mentre di fatto non sono per nulla utilizzate tecniche di trasformazione con rotori rotanti rispetto al mozzo portapala sia esso centrale o periferico. Il brevetto RM 94 A 000529 a nome delle ditte SILE -FLUID SERVICE del 09.08.1994 tratta di un metodo di amplificazione di pressione dinamica superficiale in macchine tipo meccanico in cui le pressioni dinamiche superficiali relative all'azione fluidodinamica di una qualsiasi composizione gassosa o liquida sono dirette sulle superfici esterne e laterali di coppie di cilindri di spinta controrotanti producendo a valle dei cilindri stessi spinte dinamiche superiori a quelle che si ottengono con una corrispondente superficie piana bidimensionale e statica esposta ad una variazione fluidodinamica di spinta. While in fact, transformation techniques with rotors rotating with respect to the blade holder hub, be it central or peripheral, are not used at all. The patent RM 94 A 000529 in the name of the companies SILE -FLUID SERVICE dated 08.09.1994 deals with a method of surface dynamic pressure amplification in mechanical-type machines in which the surface dynamic pressures related to the fluid-dynamic action of any gaseous or liquid composition they are directed on the external and lateral surfaces of pairs of counter-rotating thrust cylinders producing, downstream of the cylinders themselves, dynamic thrusts higher than those obtained with a corresponding two-dimensional and static flat surface exposed to a fluid-dynamic thrust variation.
Il brevetto RM 94 A 000813/} anch'esso a nome delle ditte SILE e FLUID SERVICE del 1612 1994 tratta di un impianto per la conversione e amplificazione dell'energia cinetica e potenziale in un impianto eolico che convoglia la vena fluida raccolta da un concentratore su un corpo centrale, in cui l'interazione con i rotori di spinta può avvenire con angolo di incidenza ottimale ed in cui la sezione di reazione con i rotori può essere regolata nelle dimensioni. E' scopo della presente invenzione quello di fornire una tecnica ed una macchina a fluido in un sistema aperto o chiuso per la conversione e l'amplificazione dell'energia cinetica e potenziale in ambito eolico e più in generale in ambito fluidodinamico in cui le pale interagenti con la vena fluida siano dotate di un moto di rotazione proprio, intorno al proprio asse più esteso, in modo da sfruttare gli effetti amplificativi della pressione e depressione, derivanti dall'effetto Magnus. The patent RM 94 A 000813 /} also in the name of the companies SILE and FLUID SERVICE dated 1612 1994 deals with a plant for the conversion and amplification of kinetic and potential energy in a wind power plant that conveys the fluid vein collected by a concentrator on a central body, in which the interaction with the thrust rotors can take place with an optimal angle of incidence and in which the reaction section with the rotors can be adjusted in size. The purpose of the present invention is to provide a technique and a fluid machine in an open or closed system for the conversion and amplification of kinetic and potential energy in the wind power sector and more generally in the fluid dynamics sector in which the interacting blades with the fluid vein they are equipped with their own rotation motion, around their most extended axis, in order to exploit the amplifying effects of pressure and depression, deriving from the Magnus effect.
E' ulteriore scopo della presente invenzione quello di fornire una tecnica ed una macchina a fluido per la conversione e l'amplificazione dell'energia cinetica e potenziale in ambito eolico e più in generale in ambito fluidodinamico, che permetta la disposizione nell'ambito del sistema dei rotori rotanti, di elementi stabilizzanti della trasformazione delle forze centrifughe in gioco in modo da minimizzare la varianza delle prestazioni in rapporto alla velocita' del fluido.. A further object of the present invention is to provide a fluid technique and machine for the conversion and amplification of kinetic and potential energy in the wind power field and more generally in the fluid dynamics field, which allows the arrangement within the system of rotating rotors, of stabilizing elements of the transformation of the centrifugal forces in play in order to minimize the variance of the performances in relation to the speed of the fluid.
E' infine scopo della presente invenzione quello di fornire una tecnica ed una macchina a fluido a sistema aperto o chiuso in galleria del vento per la conversione e l'amplificazione dell'energia cinetica e potenziale in ambito eolico e più' in generale in ambito fluidodinamico che pur essendo di nuova concezione in base ai principi fondamentali dell'invenzione stessa, si avvalga di tecnologie e di materiali di produzione noti in modo da rendere l'invenzione stessa di facile realizzabilità. Finally, the aim of the present invention is to provide a technique and a fluid machine with an open or closed system in a wind tunnel for the conversion and amplification of kinetic and potential energy in the wind power sector and more generally in the fluid dynamics field. that while being of new conception on the basis of the fundamental principles of the invention itself, it makes use of known production technologies and materials in order to make the invention easily feasible.
Questi ed altri scopi che saranno chiari nel corso della descrizione sono ottenuti per mezzo di una tecnica in cui le pale costituenti gli elementi interagenti con il fluido in movimento sono strutturate in forma allungata con terminazione a forma di bulbo e sono costituite da rotori chirali in grado di ruotare sul proprio asse più esteso secondo i principi dell'effetto magnus, oltre che in direzione radiale secondo il verso di avanzamento del fluido. Tale strutturazione e conformazione é atta allo sfruttamento ottimale delle componenti di velocità di rotazione, di traslazione della pala rotante e dal vento presenti, per cui tali pale sottoposte ad azione fluidodinamica equivalgono ad una massa accelerata, disposta nella zona interessata al differenziale energetico e potenziale, causato dalla rotazione, di conseguenza, di fatto, la massa (rotore chirale) che viene portata in accelerazione viene sottoposta all'attrazione derivante dal salto di pressione, determinando portanze e deportanze. Con la rotazione dell'elica chirale nasce quindi una condizione di asimmetria differenziale energetica nella zona di spazio dove si verifica il decremento di pressione potenziale. Dato che questo é situato immediatamente davanti alla massa traslante (rotore chirale) la stessa viene ad essere interessata dal differenziale di pressione potenziale presente determinando portanze e deportanze. Il temporaneo sbilanciamento energetico relativo, per ristabilire la simmetria relativa alla variazione di pressione, tende per controreazione a far si che la massa (rotore chirale) venga interessata dal differenziale potenziale che si é creato tra i due corpi: rotore chirale - aria. These and other objects which will become clear in the course of the description are achieved by means of a technique in which the blades constituting the elements interacting with the moving fluid are structured in an elongated shape with a bulb-shaped termination and are constituted by chiral rotors capable of to rotate on its most extended axis according to the principles of the magnus effect, as well as in a radial direction according to the direction of advancement of the fluid. This structure and conformation is suitable for the optimal exploitation of the components of rotation speed, translation of the rotating blade and the wind present, so that these blades subjected to fluid dynamic action are equivalent to an accelerated mass, arranged in the area affected by the energy and potential differential, caused by the rotation, consequently, in fact, the mass (chiral rotor) which is brought into acceleration is subjected to the attraction deriving from the pressure jump, causing lift and deportance. With the rotation of the chiral helix, therefore, a condition of differential energy asymmetry arises in the area of space where the potential pressure decrease occurs. Since this is located immediately in front of the translating mass (chiral rotor), it is affected by the potential pressure differential present, determining lift and deportances. The temporary relative energetic imbalance, in order to re-establish the symmetry relative to the pressure variation, tends by counter-reaction to cause the mass (chiral rotor) to be affected by the potential differential created between the two bodies: chiral rotor - air.
Ciò comporta una rilevante spinta di pressione e depressione sul rotore chirale stesso. This involves a significant pressure and depression thrust on the chiral rotor itself.
Inoltre, all'interno del bulbo chirale che rappresenta anche una massa inerziale, viene inserito un sistema motore centrifugo - inerziale che entra in azione quando la velocità di sincronismo della doppia rotazione raggiunge gli stessi valori della velocità periferica. Furthermore, inside the chiral bulb which also represents an inertial mass, a centrifugal - inertial motor system is inserted which comes into action when the synchronism speed of the double rotation reaches the same values as the peripheral speed.
Si ottiene così una pala rotante che oltre a determinare un differenziale di pressione potenziale, col fatto di ruotare con velocità di sincronismo con le masse del motore centrifugo - inerziale, fa si che le stesse determinano un raddrizzamento di forze sulla verticale di traslazione. In this way, a rotating blade is obtained which, in addition to determining a potential pressure differential, by rotating with synchronism speed with the masses of the centrifugal - inertial motor, causes the same to cause a straightening of forces on the vertical translation.
Il motore centrifugo inerziale determina così una azione antigravitica efficace verticale con conseguente rotazione indotta. The inertial centrifugal motor thus determines an effective vertical anti-gravity action with consequent induced rotation.
Al solo scopo esemplificativo, al fine di meglio chiarire l'invenzione, e senza con ciò volerne limitare l'ambito di validità e il campo di possibili applicazioni sono descritte di seguito alcune realizzazioni della stessa con riferimento alle Figure allegate in cui: For the sole purpose of example, in order to better clarify the invention, and without thereby wanting to limit the scope of validity and the field of possible applications, some embodiments of the same are described below with reference to the attached Figures in which:
la Fig. 1 é una vista di un impianto per lo sfruttamento dell'energia eolica secondo la presente invenzione in campo aperto; Fig. 1 is a view of a plant for the exploitation of wind energy according to the present invention in the open field;
la Fig. 2 é una vista in sezione del gruppo pala/struttura di supporto della pala; Fig. 2 is a sectional view of the blade / blade support structure assembly;
la Fig. 3 é una vista in sezione della pala con il gruppo motore centrifugo-inerziale raddrizzatore delle forze centrifughe alternate; Fig. 3 is a sectional view of the blade with the centrifugal-inertial motor unit rectifying the alternating centrifugal forces;
la Fig. 4 é una vista in sezione del gruppo motore centrifugo-inerziale raddrizzatore delle forze centrifughe alternate;e Fig. 4 is a sectional view of the centrifugal-inertial motor unit rectifying the alternating centrifugal forces; and
la Fig. 5 e' una vista in sezione del bulbo chirale per un impianto per lo sfruttamento dell'energia cinetica e potenziale secondo la presente invenzione in campo chiuso, cioè' in galleria del vento. Fig. 5 is a sectional view of the chiral bulb for a plant for the exploitation of kinetic and potential energy according to the present invention in a closed field, that is, in a wind tunnel.
L'impianto nella sua vista generale viene riportato in Fig. 1, dove sono pure indicate con le frecce A e B le direzioni di rotazione cui sono soggette le pale stesse. The system in its general view is shown in Fig. 1, where the directions of rotation to which the blades are subject are also indicated with the arrows A and B.
Nella Fig. 2 viene riportata invece la struttura in sezione della pala chirale e della struttura di supporto che si interfaccia con la pala chirale stessa con mozzo centrale. On the other hand, Fig. 2 shows the sectional structure of the chiral blade and of the support structure that interfaces with the chiral blade itself with central hub.
Risultano in essa evidenziate, le seguenti parti costitutive: The following constituent parts are highlighted in it:
- mozzo 1 porta pala rotante 8 costruito in modo da contenere un motore in c.c. calettato sulla parte terminale della pala rotante; il mozzo 1 é costituito tenendo conto delle sollecitazioni statiche e dinamiche derivanti dalla doppia rotazione sia del mozzo stesso sia della pala rotante 8 con l'uso di cuscinetti magnetici attivi o altri sistemi di rotolamento; - hub 1 rotating blade holder 8 built to contain a DC motor keyed on the terminal part of the rotating blade; the hub 1 is constituted taking into account the static and dynamic stresses deriving from the double rotation of both the hub itself and the rotating blade 8 with the use of active magnetic bearings or other rolling systems;
- motore di azionamento 2 in corrente continua o alternata della pala rotante 8 atto a lavorare a velocità variabile con un'ampia escursione di velocità a seconda dei carichi dinamici giacenti sulla pala rotante o altre unita' motrici, di tipo magnetico; - direct or alternating current drive motor 2 of the rotating blade 8 adapted to work at variable speed with a wide speed range according to the dynamic loads lying on the rotating blade or other magnetic drive units;
- riduttore di velocità 3, solito per queste utilizzazioni; - speed reducer 3, usually for these uses;
- anello statico 4 per alimentazione elettromagnetica sui contatti rotanti necessari sia per il motore elettrico 2, sia per i cuscinetti, le guide e il loro sistema di controllo; - static ring 4 for electromagnetic power supply on the rotating contacts necessary both for the electric motor 2 and for the bearings, guides and their control system;
- cuscinetti magnetici attivi 5 di centratura ed equilibratura della massa rotante; - active magnetic bearings 5 for centering and balancing the rotating mass;
- guide magnetiche 6 calettate sul corpo autoportante della pala chirale; - magnetic guides 6 keyed on the self-supporting body of the chiral blade;
- contrappeso calettato 7 sulla parte opposta alla pala rotante; - counterweight keyed 7 on the side opposite the rotating blade;
- pala rotante 8 di tipo autoportante costruita in materiali compositi ad alto assorbimento di energia tipo tessuto di fibra di Dyneema con fibra di vetro con interposta una maglia di cellule a nido d'api per irrobustire le parti a forte sollecitazione dinamica; e' adatto un composto polimerico ad alta resistenza meccanica con un bassissimo peso specifico. - self-supporting rotating blade 8 built in composite materials with high energy absorption such as Dyneema fiber fabric with glass fiber interposed with a mesh of honeycomb cells to strengthen the parts with strong dynamic stress; a high mechanical strength polymeric compound with a very low specific weight is suitable.
La pala rotante 8 e il bulbo terminale sono costruiti nella loro configurazione geometrica ottimale tenendo conto dei dati forniti dal calcolatore con simulazione numerica del modello sperimentale e tenendo conto della necessità aerodinamiche e meccaniche. The rotating blade 8 and the terminal bulb are constructed in their optimal geometric configuration taking into account the data provided by the computer with numerical simulation of the experimental model and taking into account the aerodynamic and mechanical requirements.
L'impianto descritto di tipo monopala può essere naturalmente realizzato anche bipala tenendo conto del maggiore costo meccanico per la movimentazione delle pale rotanti e del costo della pala autoportante . The single-blade type plant described can of course also be realized with two blades taking into account the higher mechanical cost for moving the rotating blades and the cost of the self-supporting blade.
Nelle varie prove effettuate sia con impianti pilota di piccole dimensioni a 0.35 mq sia con l'impianto pilota a 1 mq, si sono riscontrati sempre gli stessi valori di sovrapressione e di conseguente depressione, su valori medi di 180 kg/m<2 >- corrispondente ad una velocità di 53 mt/s - ; mentre le velocità del flusso di partenze non sono mai state superiori ai 10 11 mt/s con pressioni non superiori agli 8 kg/m<2>; ottenendo in definitiva una amplificazione di pressione e corrispondente depressione di 22 volte. In Fig. 3 viene riportato nei vari particolari costruttivi un impianto eolico a singola pala chirale che a differenza di quello precendetemente descritto ha nella zona terminale del bulbo, inserito un motore centrifugo - inerziale 9. Tale motore centrifugo inerziale 9 é atto a determinare delle forze permanenti verticali per mezzo della rotazione della pala chirale quando questa assume la frequenza di rotazione propria ad innescare il meccanismo di raddrizzamento delle forze. Tale motore sarà descritto dettagliatamente di seguito. In the various tests carried out both with small pilot plants at 0.35 sq m and with the pilot plant at 1 sq m, the same overpressure and consequent depression values were always found, on average values of 180 kg / m <2> - corresponding to a speed of 53 mt / s -; while the flow velocities of departures have never been higher than 10 11 mt / s with pressures not higher than 8 kg / m <2>; ultimately obtaining an amplification of pressure and corresponding depression of 22 times. In Fig. 3 the various construction details show a wind turbine with a single chiral blade which, unlike the one described above, has a centrifugal - inertial motor 9 inserted in the terminal area of the bulb. This centrifugal inertial motor 9 is able to determine forces vertical permanent by means of the rotation of the chiral blade when it assumes its own rotation frequency to trigger the force straightening mechanism. This engine will be described in detail below.
La finalità dell'introduzione del motore centrifugo -inerziale é che con questo motore sarà possibile ottemperare alle necessità di piccolo carico dinanico favorendo la rotazione di traslazione delle pale sia con l'impianto in forma monopala che in forma bipala. The purpose of the introduction of the centrifugal-inertial motor is that with this motor it will be possible to meet the needs of a small dynamic load by favoring the translation rotation of the blades both with the single-blade and two-blade system.
Risulta evidente che nei piccoli carichi dinamici la rotazione di traslazione delle pale sarà lenta pur avendo un notevole effetto Magnus di supporto; con l'introduzione nel bulbo chirale del motore centrifugo- inerziale , tale velocità sarà notevolmente aumentata, consentendo elevate medie di potenza resa anche ai bassi carichi. It is evident that in small dynamic loads the translation rotation of the blades will be slow despite having a notable Magnus effect of support; with the introduction of the centrifugal-inertial motor into the chiral bulb, this speed will be considerably increased, allowing high averages of power output even at low loads.
Inoltre, date le caratteristiche del motore centrifugo - inerziale raddrizzatore di forze centrifughe alternate, queste potranno essere dirette con un angolo tale da costituire una direttrice delle forze in asse con l'asse di traslazione ove le componenti delle forze, specialmente agli alti carichi, avessero una direttrice sfasata. Furthermore, given the characteristics of the centrifugal - inertial rectifier motor of alternating centrifugal forces, these can be directed at an angle such as to constitute a directrix of the forces in axis with the translation axis where the components of the forces, especially at high loads, have a mismatched leader.
Di conseguenza il motore centrifugo inerziale diviene oltre che un elemento di carico di forze anche un elemento favorente il corretto direzionamento. Consequently, the inertial centrifugal motor becomes not only a force loading element but also an element favoring correct direction.
In questo contesto, nel seguito della descrizione, viene esaminata la realizzazione del motore centrifugo-inerziale raddrizzatore di forze centrifughe alternate - anche definibile pila fluidodinamica -come componente complementare dell'impianto eolico in accordo con la presente invenzione. In this context, in the following description, the realization of the centrifugal-inertial motor rectifier of alternating centrifugal forces - also definable as a fluid dynamic stack - as a complementary component of the wind power plant according to the present invention is examined.
Facendo riferimento alla Fig. 4 allegata esso é costituito da un: Referring to the attached Fig. 4, it consists of a:
- volano inerziale 11 in fibra di Kevlar e carbonio contenente gli anelli guida delle masse satellitari; il volano ha la stessa funzione di un classico volano meccanico ma rappresenta in questo caso un motore sincrono inerziale tramite le spazzole magnetiche rotanti ; - inertial flywheel 11 in Kevlar and carbon fiber containing the guide rings of the satellite masses; the flywheel has the same function as a classic mechanical flywheel but in this case represents an inertial synchronous motor through the rotating magnetic brushes;
- anelli guida 12 costruiti in lamierini di acciaio o altro materiale idoneo al confinamento magnetico delle masse satellitari; gli anelli guida possono essere costruiti sia in forma circolare che'in forma ellissoide a seconda delle necessità di carico e di riempimento della massa inerziale, in pratica é necessario abbinare anelli guida circolari e anelli guida ellissoidi, questo per avere più masse sateilitari in azione dinamica per unità di massa inerziale. - guide rings 12 made of steel sheets or other material suitable for the magnetic confinement of the satellite masses; the guide rings can be built both in circular and ellipsoid shape according to the loading and filling needs of the inertial mass, in practice it is necessary to combine circular guide rings and ellipsoid guide rings, this in order to have more sateilitary masses in dynamic action per unit of inertial mass.
Ne segue che si potranno adottare sistemi a quarto di periodo o a ottavo di periodo o anche a sedicesimo di periodo in modo da ottemperare alla massima spinta in gioco. It follows that it will be possible to adopt quarter-period or eighth-period or even sixteenth-period systems in order to comply with the maximum thrust involved.
Gli anelli guida sono il cuore della macchina, ad essi e' dato il compito di trasmettere tramite dei tori magnetici la spinta e l'accelerazione alla massa satellitare alla velocità di sincronismo definita con programmatore elettronico. The guide rings are the heart of the machine, they are given the task of transmitting thrust and acceleration to the satellite mass at the synchronism speed defined with an electronic programmer by means of magnetic tori.
Ad essi inoltre é demandato il compito di confinamento magnetico con circuito ausiliario toroidale di mantenimento a basso carico energetico ove necessario ed in particolare nei circuiti ellissoidali nelle parti terminali dei punti doppi d'incontro delle masse satellitari. They are also entrusted with the task of magnetic confinement with toroidal auxiliary circuit for maintaining low energy load where necessary and in particular in ellipsoidal circuits in the terminal parts of the double meeting points of the satellite masses.
Ovviamente gli anelli guida e le masse satellitari sono caricati di energia cinetica su apposite presse toroidali, pertanto ogni anello guida é un componente a se stante a sua volta contenente già la massa satellitare . Obviously, the guide rings and the satellite masses are charged with kinetic energy on special toroidal presses, therefore each guide ring is a component in its own right which in turn already contains the satellite mass.
Successivamente l'anello guida caricato viene assemblato con le restanti parti componenti la massa inerziale . Subsequently, the loaded guide ring is assembled with the remaining parts making up the inertial mass.
Le tecnologie note sugli acceleratori di particelle, forniscono utili indicazioni, sia sulla tipologia dei materiali da impiegare, per la costruzione dell'anello guida, sia per la definizione della migliore curva ellissoide o paraboide da utilizzare per ottenere la massima forza centrifuga raddrizzata. L'anello guida é un circuito chiuso senza possibilità di manomissione o di intervento meccanico ma solo elettromagnetico. The known technologies on particle accelerators provide useful indications, both on the type of materials to be used, for the construction of the guide ring, and for the definition of the best ellipsoid or paraboid curve to be used to obtain the maximum straightened centrifugal force. The guide ring is a closed circuit with no possibility of tampering or mechanical intervention but only electromagnetic.
Possiamo, paragonare il tubo guida ad un induttore con parte costitutiva ferromagnetica al cui interno é contenuta l'armatura o l'indotto a nucleo mobile (massa satellitare). We can compare the guide tube to an inductor with a ferromagnetic constituent part inside which the armature or the armature with a mobile core (satellite mass) is contained.
Naturalmente il tubo di guida é mantenuto sotto alto vuoto con campi di vuoto da 10<”>^ IO-®. Naturally the guide tube is maintained under high vacuum with vacuum ranges from 10 <”> ^ IO-®.
- massa satellitare 13 - magneticamente attiva o passiva che esegue il lavoro di una armatura tipica di un elettromagnete con forma sferoidale di massa piena che può essere costruita con componenti di lamierini magnetici o con massa magneticamente ■passiva come il Niodimio. - satellite mass 13 - magnetically active or passive which performs the work of an armature typical of an electromagnet with a spheroidal shape of full mass which can be constructed with components of magnetic laminations or with magnetically passive mass such as niodimium.
La massa satellitare viene accelerata come già indicato con un toro magnetico e portata alla velocità ottimale in considerazione del raggio d'azione dell'anello guida. The satellite mass is accelerated as already indicated with a magnetic torus and brought to the optimum speed considering the range of action of the guide ring.
Pertanto la tipologìa della massa satellitare, come la sua forma geometrica può avere delle variabili, anche se contenute entro i limiti imposti dalla sua velocità e dalla possibilità di rotazione sul proprio asse, in particolare su anelli ellissoidi, dove é prevista una naturale precessione derivante dall'aumento di velocità alle due estremità contrapposte . Therefore the typology of the satellite mass, as well as its geometric shape, can have variables, even if contained within the limits imposed by its speed and by the possibility of rotation on its axis, in particular on ellipsoid rings, where a natural precession deriving from the speed increase at the two opposite ends.
Ne segue che l'anello guida ellissoidale é l'anello guida a maggiore gradiente di velocità di fuga, pertanto il più idoneo allo sviluppo di notevoli forze centrifughe raddrizzate; It follows that the ellipsoidal guide ring is the guide ring with the greatest escape velocity gradient, therefore the most suitable for the development of considerable straightened centrifugal forces;
- avvolgimenti statorici 14 con spazzole statiche disposte radialmente in numero di 8 o 16 a seconda della potenzialità della pila. Gli avvolgimenti statorici captano la corrente nella fase di scarica da inviare alla fonte e caricano la massa inerziale della pila fluidodinamica nella fase di carica con i campi magnetici indotti fino al raggiungimento della velocità di sincronismo delle masse rotanti. - stator windings 14 with static brushes arranged radially in number of 8 or 16 according to the potential of the pile. The stator windings capture the current in the discharge phase to be sent to the source and charge the inertial mass of the fluid dynamics cell in the charging phase with the induced magnetic fields until the synchronism speed of the rotating masses is reached.
Alla velocità di sincronismo ogni coppia di masse satellitari fornirà una forza centrifuga raddrizzata 4Fc sull'asse y; corrispondente alle due masse satellitari che ad ogni periodo si presentano 4 volte nello stesso punto. At the synchronism speed each pair of satellite masses will provide a straightened centrifugal force 4Fc on the y axis; corresponding to the two satellite masses that occur 4 times in the same point at each period.
Avendo la possibilità pratica di aumentare la velocità di sincronismo e cioè la frequenza, aumentando il numero di giri del corpo inerziale, ci troviamo di fronte una nuova situazione dinamica dove le masse satellitari si troveranno nella condizione di essere presenti sul punto doppio d'incontro con una maggiore frequenza e pertanto di sviluppare più forze per unità di tempo; Having the practical possibility of increasing the synchronism speed, that is the frequency, by increasing the number of revolutions of the inertial body, we are faced with a new dynamic situation where the satellite masses will find themselves in the condition of being present on the double point of meeting with a greater frequency and therefore to develop more forces per unit of time;
- spazzole rotanti magnetiche 15 disposte radialmente in numero di otto o sedici a seconda della potenzialità della pila fluidodinamica; - magnetic rotating brushes 15 radially arranged in number of eight or sixteen according to the potential of the fluid dynamic stack;
- piatto 16 porta guide magnetiche calettato sull'elemento inerziale rotorico e confinato da guide magnetiche, questo piatto o disco é l'elemento di centraggio dell'intero sistema inerziale; - plate 16 carrying magnetic guides keyed on the rotor inertial element and confined by magnetic guides, this plate or disk is the centering element of the entire inertial system;
- guide 17 a campi magnetici per ottimizzare la centratura dinamica del pacco inerziale in funzione dei vari carichi dinamici variabili a cui é sottoposto il pacco inerziale; - magnetic field guides 17 to optimize the dynamic centering of the inertial pack as a function of the various variable dynamic loads to which the inertial pack is subjected;
cuscinetti magnetici attivi 18 di confinamento delle parti in movimento, albero 19 di trasmissione e centratura; active magnetic bearings 18 for confinement of the moving parts, transmission and centering shaft 19;
- asse volanico 20 calettato sulla parte centrale del corpo inerziale; - flywheel shaft 20 keyed to the central part of the inertial body;
involucro esterno 22 in materiali adatti alla pressione atmosferica esterna e pertanto senza porosità e trasudi, ad alto assorbimento di energia cinetica nel caso di malfunzionamento del corpo inerziale o di compressione proveniente dall'esterno per cause accidentali di tipo diverso. external casing 22 made of materials suitable for external atmospheric pressure and therefore without porosity and sweat, with high absorption of kinetic energy in the event of malfunction of the inertial body or compression coming from the outside due to accidental causes of a different type.
L'impianto per la trasformazione dell'energia cinetica e potenziale sopra descritto é chiaramente esemplificativo di una classe di impianti che lavorano con fluidi di vario tipo ma che possono impiegare lo stesso principio di base: sono esempi immediati le applicazioni in ambito idraulico, quali le dighe o gli sbarramenti in generale di fiumi che dispongono la trasformazione dell'energia potenziale associata alle acque. E' possibile utilizzare il procedimento della pala chirale, sia monopala che bipala, con bulbo periferico, in acqua, per ottenere gli stessi effetti che si sono riscontrati in aria. La tipologia impiantistica non cambia nella sostanza, ciò che cambia sono le velocità di rotazione in rapporto alla velocità del flusso idraulico. The plant for the transformation of kinetic and potential energy described above is clearly an example of a class of plants that work with various types of fluids but which can use the same basic principle: immediate examples are applications in the hydraulic field, such as dams or river barriers in general that provide for the transformation of the potential energy associated with water. It is possible to use the chiral blade procedure, both single-blade and double-blade, with peripheral bulb, in water, to obtain the same effects that have been found in air. The type of plant does not change in substance, what changes are the rotation speeds in relation to the speed of the hydraulic flow.
Anche in questo caso la pala può essere zavorrata con il motore centrifugo - inerziale. Also in this case the blade can be ballasted with the centrifugal - inertial motor.
Comunque in considerazione della notevole massa del flusso idraulico e delle relative basse velocità di deflusso, le potenze in gioco sono molto elevate e tali da consentire un impianto relativamente semplice, utilizzando cioè solo la pala chirale. However, in consideration of the considerable mass of the hydraulic flow and the relative low flow velocities, the powers involved are very high and such as to allow a relatively simple installation, ie using only the chiral blade.
L'impianto proposto é ben utilizzabile in particolare per flussi di marea a notevole gradiente idrostatico ed in particolare per siti fluviali con grandi canali di deflusso. The proposed plant is well usable in particular for tidal flows with a considerable hydrostatic gradient and in particular for river sites with large outflow channels.
In figura 5 viene riportata un'ulteriore configurazione di un apparato secondo la presente invenzione, tenendo conto che a numero uguale corrisponde parte costitutiva funzionalmente equivalente alla parte costitutiva delle figure precedenti, cosi' come pure i versi di rotazione A e B sono indicativi del moto rotatorio composto di due sistemi rotanti. In esso un impianto eolico di tipo intubato a singola pala chirale rotante si differenzia da quello precedentemente descritto perche' e' inserito in una struttura di contenimento pèriferico, circolare, su guide esterne con mozzo 1 porta pala rotante 8 strutturato in funzione delle sollecitazioni dinamiche e statiche derivanti dalla rotazione e traslazione sia del mozzo stesso 1 sia della pala rotante 8, con l'uso di cuscinetti attivi o altri sistemi di rotolamento. Tale mozzo porta pala 1 svolge la funzione del mozzo centrale negli impianti precedentemente descritti e rimangono di fatto inalterate le funzioni fisiche e dinamiche del bulbo chirale. Inoltre il bulbo 8 e' ridotto, rispetto alle strutture precedenti, ad una particolare zona periferica di massima velocita', eliminando lo stelo di sostegno della pala ed il relativo riduttore di velocita' ai quali sono sempre associati dei rendimenti molto minori di uno. Tale bulbo 8 può' ripetersi collocato simmetricamente sulla circonferenza esterna a seconda della particolare realizzazione attuata. Figure 5 shows a further configuration of an apparatus according to the present invention, taking into account that the constituent part functionally equivalent to the constituent part of the previous figures corresponds to the same number, as well as the directions of rotation A and B are indicative of the motion rotary system composed of two rotary systems. In it, a wind turbine of the ducted type with a single rotating chiral blade differs from the one previously described because it is inserted in a circular, peripheral containment structure on external guides with hub 1 rotating blade holder 8 structured according to the dynamic stresses and static resulting from the rotation and translation of both the hub 1 and the rotating blade 8, with the use of active bearings or other rolling systems. Said blade bearing hub 1 performs the function of the central hub in the previously described systems and the physical and dynamic functions of the chiral bulb remain unaltered. Furthermore, the bulb 8 is reduced, with respect to the previous structures, to a particular peripheral area of maximum speed, eliminating the blade supporting rod and the relative speed reducer to which efficiencies much lower than one are always associated. This bulb 8 can be repeated symmetrically located on the external circumference according to the particular embodiment implemented.
Con tale tecnica le forze presenti sono scaricate direttamente sulle guide magnetiche circolari di contenimento che vengono a costituire di fatto un motore-generatore lineare. With this technique, the forces present are discharged directly onto the circular magnetic containment guides which in fact constitute a linear motor-generator.
In questa realizzazione il bulbo sia esso chirale o a cilindri diviene in pratica esso stesso un generatore di corrente elettrica di tipo lineare e come per il bulbo chirale monopala o bipala di forma allungata questo caso costruttivo può' essere ottimizzato con appositi cuscinetti attivi 5 di centratura ed equilibratura della massa rotante. Eliminando l'interconnessione dei riduttori di velocita', che come detto offrono un basso rendimento, e disponendo l'impianto in un sistema a ciclo chiuso con pala chirale, in serie che sfrutti la energia cinetica residua ad ogni passaggio del gruppo chirale, in ultima analisi, si ricavano il massimo delle prestazioni con rendimenti molto al di sopra di quelli forniti da macchine tradizionali. L' impianto e la tecnica secondo la presente invenzione vengono posti al servizio di mezzi mobili come accumulatori di energia cinetica quali autovetture, camion, autobus, autotreni, aeromobili, stazioni orbitanti spaziali, navi, motori marini, e tale servizio di accumulazione di energia cinetica e potenziale permette il massimo risparmio energetico e il minimo inquinamento da parte dei fluidi o delle composizioni impiegate. In this embodiment, the bulb, whether it be chiral or cylindrical, becomes in practice itself a generator of linear electric current and as for the elongated single-blade or two-blade chiral bulb this constructive case can be optimized with suitable active centering and centering bearings 5. balancing of the rotating mass. Eliminating the interconnection of the speed reducers, which as mentioned offer a low efficiency, and arranging the plant in a closed loop system with chiral blade, in series that exploits the residual kinetic energy at each passage of the chiral group, analysis, maximum performance is obtained with yields far above those provided by traditional machines. The plant and the technique according to the present invention are placed at the service of mobile vehicles such as kinetic energy accumulators such as cars, trucks, buses, lorries, aircraft, orbiting space stations, ships, marine engines, and this kinetic energy storage service and potential allows maximum energy savings and minimum pollution by the fluids or compositions used.
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