ITTE20130005A1

ITTE20130005A1 - WIND AXLE GENERATOR WITH VERTICAL AXIS ADJUSTABLE EXTERNAL SHELL WITH EFFICIENCY AND SAFETY OPTIMIZATION FUNCTION.

Info

Publication number: ITTE20130005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Armando Petrocelli; Fabrizio Zonetti
Original assignee: Armando Petrocelli; Fabrizio Zonetti
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-19

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo "generatore eolico ad asse verticale con guscio esterno orientabile con funzione di ottimizzazione di efficienza e sicurezza" Description of the invention entitled "Vertical axis wind generator with orientable outer shell with the function of optimizing efficiency and safety"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un generatore di energia elettrica eolico ad asse verticale. Più dettagliatamente, l'invenzione riguarda un generatore eolico ad asse verticale dotato di un guscio esterno orientabile che ne migliora l'efficienza di funzionamento e che, insieme all'introduzione di altri apparati, garantisce una maggiore sicurezza nell'utilizzo rispetto ai generatori eolici ad asse verticale attualmente presenti sul mercato. The present invention relates to a vertical axis wind power generator. More specifically, the invention relates to a vertical axis wind generator equipped with an adjustable outer shell which improves its operating efficiency and which, together with the introduction of other apparatuses, guarantees greater safety in use compared to wind generators with vertical axis currently on the market.

Uno dei problemi tipici dei generatori eolici è quello della sicurezza: in caso di vento molto forte infatti, è possibile che il generatore, o parti di esso, si rompano sotto l'azione del vento e costituiscano un pericolo per le cose o le persone. Questo problema spesso non permette l'installazione del generatore in determinate zone o richiede la stipulazione di costose polizze assicurative. One of the typical problems of wind generators is that of safety: in the event of very strong wind, in fact, it is possible that the generator, or parts of it, break under the action of the wind and constitute a danger to things or people. This problem often does not allow the installation of the generator in certain areas or requires the stipulation of expensive insurance policies.

Grazie al guscio esterno proposto in questa invenzione invece, è possibile contrastare l'azione degli agenti esterni. Thanks to the outer shell proposed in this invention, on the other hand, it is possible to counteract the action of external agents.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una configurazione che prevede una girante con tre pale, un guscio esterno di forma molto semplice ed altri componenti definiti in modo da illustrare il funzionamento del sistema. È possibile avere giranti di forme diverse, con più o meno pale, o gusci esterni di forma diversa, possibilmente con un'aerodinamica molto curata, e con aperture, portelloni e pinne per l'orientamento di forme e dimensioni differenti. Le stesse considerazioni valgono per tutti gli altri componenti, inclusi quelli di derivazione commerciale, che sono qui rappresentati in forma semplificata, con l'unico scopo di illustrare il funzionamento del sistema. The present invention will now be described, by way of illustration, but not of limitation, according to a configuration which provides for an impeller with three blades, an outer shell with a very simple shape and other components defined so as to illustrate the operation of the system. It is possible to have impellers of different shapes, with more or less blades, or external shells of different shapes, possibly with very accurate aerodynamics, and with openings, hatches and fins for the orientation of different shapes and sizes. The same considerations apply to all the other components, including those of commercial derivation, which are represented here in simplified form, with the sole purpose of illustrating the operation of the system.

La potenza che il sistema può generare è variabile, e dipende dalle dimensioni dei suoi componenti. The power that the system can generate is variable, and depends on the size of its components.

creare dei generatori eolici che eroghino potenze basse, per usi domestici, o potenze medioalte, per usi commerciali o industriali. create wind generators that deliver low power, for domestic use, or medium-high power, for commercial or industrial use.

In figura 1 e 2 sono riportate delle rappresentazioni del sistema in vista isometrica, da due differenti angolazioni, mentre in figura 3 è rappresentata una vista isometrica sezionata, per mettere in evidenza tutte le componenti del sistema. Figures 1 and 2 show representations of the system in isometric view, from two different angles, while figure 3 shows a sectioned isometric view, to highlight all the components of the system.

I componenti principali del generatore sono i seguenti: The main components of the generator are as follows:

1. Girante 1. Impeller

2. Guscio esterno girevole ruotante attorno all'asse della girante 2. Rotating outer shell rotating around the impeller axis

3. Portellone di sicurezza 3. Security hatch

4. Anemometro direzionale 4. Directional anemometer

5. Supporto base 5. Basic support

6. Sistema di ancoraggio di girante e guscio esterno al supporto base 6. Anchoring system of impeller and external shell to the base support

7. Alternatore 7. Alternator

8. Sistema per la movimentazione del guscio tramite un dispositivo di controllo 8. System for handling the shell by means of a control device

In figura 4 è riportato un esploso del sistema, in cui sono rappresentati gli elementi principali del generatore eolico. Figure 4 shows an exploded view of the system, which shows the main elements of the wind generator.

Una funzione del guscio esterno girevole è quella di indirizzare il vento verso la girante, regolarizzandone il flusso e aumentandone la velocità. One function of the rotating outer shell is to direct the wind towards the impeller, regulating its flow and increasing its speed.

II guscio infatti è dotato di un sistema di orientamento (nell'illustrazione dell'invenzione si è ipotizzata una pinna, senza con ciò voler limitare la possibilità di utilizzare altri metodi) che permette il suo orientamento (il guscio ruota attorno all'asse della girante) in modo che l'apertura per l'ingresso deH'aria sia sempre nella posizione ortogonale alla direzione del vento, garantendo quindi lo sfruttamento massimo della fonte di energia. In tal modo il vento entra sempre in contatto con la girante in direzione quasi ortogonale all'asse di rotazione della stessa. Il vento viene incanalato nella parte frontale del guscio esterno e quindi assume velocità, direzione e regolarità del flusso in maniera tale da accedere alla girante in condizioni ottimali per trasferire la sua energia al generatore. The shell is in fact equipped with an orientation system (in the illustration of the invention a fin was hypothesized, without thereby limiting the possibility of using other methods) which allows its orientation (the shell rotates around the axis of the impeller ) so that the opening for the air inlet is always in the orthogonal position to the wind direction, thus guaranteeing the maximum exploitation of the energy source. In this way the wind always comes into contact with the impeller in a direction almost orthogonal to the axis of rotation of the same. The wind is channeled into the front part of the outer shell and therefore assumes the speed, direction and regularity of the flow in such a way as to access the impeller in optimal conditions to transfer its energy to the generator.

In figura 5 è rappresentato il principio di funzionamento della girante: il vento, rappresentato dalle frecce più grandi, trasferisce la sua energia alla girante, che in tal modo ruota attorno al suo asse. L'alternatore, collegato all'asse della girante, produce energia elettrica. Figure 5 shows the operating principle of the impeller: the wind, represented by the larger arrows, transfers its energy to the impeller, which thus rotates around its axis. The alternator, connected to the impeller shaft, produces electricity.

Grazie alla presenza del guscio esterno, è possibile orientare la direzione del vento e gestirne le direzioni di impatto sulla girante e di allontanamento dalla stessa. L'aria, indicata nella figura da frecce, entra nel sistema dall'apertura presente sul guscio esterno con un certo orientamento, e ne esce con una nuova direzione, dopo aver ceduto energia alla girante. L'energia del vento viene trasferita alla girante grazie alla deviazione del flusso d'aria, e non, come nei sistemi attualmente presenti sul mercato, per effetti aerodinamici. Thanks to the presence of the outer shell, it is possible to orient the direction of the wind and manage the directions of impact on the impeller and away from it. The air, indicated in the figure by arrows, enters the system from the opening on the outer shell with a certain orientation, and exits with a new direction, after having transferred energy to the impeller. The wind energy is transferred to the impeller thanks to the deviation of the air flow, and not, as in the systems currently on the market, due to aerodynamic effects.

La forma della girante determina il regime di funzionamento del sistema, così come il numero di pale può influenzarne il rendimento. Come già scritto in precedenza, l'invenzione è qui descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, quindi si possono avere giranti di forme e dimensioni differenti, con più o meno pale. The shape of the impeller determines the operating regime of the system, just as the number of blades can influence its efficiency. As previously written, the invention is described here for illustrative but not limitative purposes, therefore it is possible to have impellers of different shapes and sizes, with more or less blades.

In figura 6 sono riportate due rappresentazioni in vista isometrica e con il guscio esterno in trasparenza allo scopo di illustrare le funzioni di questo componente. Figure 6 shows two representations in isometric view and with the external shell in transparency in order to illustrate the functions of this component.

Qualora il vento dovesse cambiare direzione, grazie al sistema di orientamento di cui il sistema è dotato, il guscio esterno ruoterà in maniera da ritrovarsi con l'apertura per l'ingresso dell'aria perpendicolare alla direzione del vento. If the wind changes direction, thanks to the orientation system the system is equipped with, the outer shell will rotate so as to find itself with the opening for the air inlet perpendicular to the wind direction.

A titolo illustrativo, ma non limitativo, in figura 7 è rappresentato un possibile sistema elettromeccanico per la gestione della rotazione del guscio esterno: l'anemometro legge la direzione del vento e questa informazione viene elaborata da un PLC che aziona un motore elettrico (indicato con il n. 9 in figura 7) fino a che il guscio non si trova in posizione con l'apertura di ingresso del vento perpendicolare alla direzione del vento stesso. Altri metodi possono essere utilizzati per raggiungere lo stesso scopo. For illustrative but not limitative purposes, figure 7 shows a possible electromechanical system for managing the rotation of the outer shell: the anemometer reads the wind direction and this information is processed by a PLC that drives an electric motor (indicated with n.9 in figure 7) until the shell is in position with the inlet opening of the wind perpendicular to the direction of the wind itself. Other methods can be used to achieve the same goal.

Un'altra importantissima funzione del guscio esterno è quella di impedire che il vento vada a frenare il moto della girante dissipando buona parte dell'energia prodotta, rendendogli impossibile il contatto con le pale della girante che stanno ruotando in senso contrario a quello del vento. Another very important function of the outer shell is to prevent the wind from slowing down the motion of the impeller by dissipating a large part of the energy produced, making it impossible for it to make contact with the impeller blades which are rotating in the opposite direction to that of the wind.

Uno dei problemi dei generatori eolici ad asse verticale presenti attualmente sul mercato è infatti quello di avere una perdita di efficienza dovuta al fatto che le pale, ruotando attorno all'asse del generatore, quando si muovono in direzione opposta a quella del vento, vengono frenate dal vento stesso causando quindi una riduzione della velocità di rotazione con conseguente di efficienza del sistema. One of the problems of vertical axis wind turbines currently on the market is in fact that of having a loss of efficiency due to the fact that the blades, rotating around the axis of the generator, are braked when they move in the opposite direction to that of the wind. from the wind itself, thus causing a reduction in the rotation speed with consequent efficiency of the system.

Il guscio esterno girevole, impedendo che il vento vada a colpire le pale che ruotano in direzione contraria a quella del vento stesso, porta ad avere un miglioramento dell'efficienza del generatore. The rotating outer shell, preventing the wind from hitting the blades that rotate in the opposite direction to that of the wind itself, leads to an improvement in the efficiency of the generator.

Il guscio esterno girevole può essere applicato a qualsiasi generatore eolico ad asse verticale, dimensionandolo opportunamente in funzione della geometria e delle caratteristiche del generatore. The rotating outer shell can be applied to any vertical axis wind generator, dimensioning it appropriately according to the geometry and characteristics of the generator.

Un'altra importante funzione del guscio esterno girevole riguarda la sicurezza del sistema. In caso di vento troppo forte, misurato da un anemometro o altro strumento analogo presente sul guscio esterno o in prossimità del sistema, viene attivata la chiusura, totale o parziale, a seconda della velocità del vento, del portellone di sicurezza, evitando che la girante ruoti troppo rapidamente, che possa danneggiarsi o uscire dalla propria sede. Another important function of the rotating outer shell relates to the security of the system. In case of too strong wind, measured by an anemometer or other similar instrument present on the external shell or near the system, the total or partial closure of the safety door is activated, depending on the wind speed, preventing the impeller rotates too quickly, which could be damaged or come out of its seat.

Ciò permette di utilizzare il sistema anche in condizioni di vento molto forte. This allows the system to be used even in very strong wind conditions.

Il guscio e la girante sono ancorati, tramite appositi sistemi di ritenzione, al supporto base del sistema. Questi sistemi, pur garantendo la libera rotazione del guscio attorno all'asse di rotazione della girante allo scopo di catturare il vento (con il n. 12 in figura 8 è rappresentato un possibile metodo per permettere la libera rotazione del guscio esterno), ne impediscono il distacco dalla base di appoggio. The shell and the impeller are anchored, by means of special retention systems, to the base support of the system. These systems, while ensuring the free rotation of the shell around the axis of rotation of the impeller in order to capture the wind (with the n.12 in figure 8 is represented a possible method to allow the free rotation of the outer shell), prevent it detachment from the support base.

A titolo illustrativo ma non limitativo si è ipotizzato, per spiegare questa importante innovazione riguardante la sicurezza del sistema, che il guscio esterno sia vincolato alla girante tramite incastri in verticale (la libera rotazione tra girante ed il guscio esterno girevole può essere garantita da cuscinetti o altri sistemi). For illustrative but not limiting purposes, it has been hypothesized, to explain this important innovation concerning the safety of the system, that the outer shell is bound to the impeller by means of vertical joints (the free rotation between the impeller and the revolving outer shell can be guaranteed by bearings or other systems).

In figura 8 e figura 9 sono mostrati alcuni dettagli. In figure 8 and figure 9 some details are shown.

La girante (indicata con il n. 1 in figura 8), a sua volta, è vincolata verticalmente al supporto base (n. 5 in figura 8) che, essendo fissato con viti o tasselli chimici o altri sistemi adeguatamente dimensionati ad un basamento fisso (a titolo di esempio, il tetto di un'abitazione, un basamento in cemento armato o una struttura in acciaio ancorata al suolo o su altro supporto), vincola nella direzione dell'asse di rotazione sia la girante che il guscio esterno girevole. A titolo illustrativo ma non limitativo, in figura 8 è rappresentato un possibile sistema di ritenzione che, pur permettendo a guscio e girante di ruotare liberamente, evita che essi possano staccarsi dal supporto base. The impeller (indicated with n.1 in figure 8), in turn, is vertically constrained to the base support (n.5 in figure 8) which, being fixed with screws or chemical anchors or other suitably sized systems to a fixed base (for example, the roof of a house, a reinforced concrete base or a steel structure anchored to the ground or other support), constrains both the impeller and the rotating outer shell in the direction of the rotation axis. For illustrative but not limitative purposes, Figure 8 shows a possible retention system which, while allowing the shell and impeller to rotate freely, prevents them from detaching from the base support.

All'interno del supporto base è fissata una guida (dettaglio n. 6 in figura 9) nella quale viene inserita una speciale ruota, denominata dispositivo di sicurezza (indicata con il n. 6), che ha lo scopo di bloccare eventuali traslazioni della girante e del guscio lungo la direzione dell'asse di rotazione. Sull'asse della girante sono infatti incastrati degli anelli (indicati con il n. 10 in figura 8) la cui posizione lungo l'asse è regolabile (sono stati rappresentati in modo che siano facilmente visibili nel disegno) che, facendo funzione di fermi, impediscono all'asse di passare attraverso la ruota. Ciò impedisce quindi qualsiasi traslazione accidentale lungo l'asse di rotazione. Analoghi sistemi di bloccaggio possono essere utilizzati per impedire la traslazione verso l'alto del guscio esterno. Inside the base support there is a guide (detail n.6 in figure 9) in which a special wheel is inserted, called safety device (indicated with n.6), which has the purpose of blocking any translation of the impeller. and of the shell along the direction of the rotation axis. On the axis of the impeller there are in fact some rings (indicated with the n.10 in figure 8) whose position along the axis is adjustable (they have been represented in such a way that they are easily visible in the drawing) which, acting as stops, prevent the axle from passing through the wheel. This therefore prevents any accidental translation along the axis of rotation. Similar locking systems can be used to prevent the upward translation of the outer shell.

Oltre a quanto sopra descritto, per ulteriore sicurezza, si è ipotizzato di utilizzare anche dei perni (indicati con il n. 11 in figura 8) che impediscano, in casi estremi, la fuoriuscita della ruota dal supporto base. In addition to what has been described above, for further safety, it has been hypothesized to also use pins (indicated with the n. 11 in figure 8) that prevent, in extreme cases, the wheel from coming out of the base support.

Quello illustrato è solo uno dei possibili sistemi utilizzabili per garantire la sicurezza e vincolare al supporto di base sia la girante che il guscio esterno. Altri metodi sono utilizzabili per raggiungere lo stesso fine. The one shown is only one of the possible systems that can be used to ensure safety and to constrain both the impeller and the outer shell to the base support. Other methods can be used to achieve the same end.

Claims

Claims of the invention having as title "vertical axis wind generator with orientable outer shell with efficiency and safety optimization function" CLAIMS 1. The adjustable outer shell allows for the management of the inlet and outlet directions of the wind from the impeller: in this way the transfer of energy from the wind to the generator occurs due to the change in wind direction and not only for aerodynamic effects; 2. The adjustable outer shell can rotate in such a way that the wind reaches the impeller, through a special opening on the outer shell, always in an optimal way, orienting and optimizing the air flow to have the maximum possible efficiency; 3. The adjustable outer shell channeling the air flow that acts on the impeller prevents the wind from braking the impeller itself, affecting the blades that move in the opposite way to the direction of the wind and thus reduces energy losses : the efficiency of the generator will therefore be better than the generators currently on the market; 4. The adjustable outer shell is equipped with an automatic partial or total closure system of the wind inlet duct, in order to optimize the speed of the air flow on the impeller or to avoid damage to the impeller itself in the event of excessive wind. loud. The safety of the generator will therefore be considerably better than the systems currently on the market; 5. The adjustable outer shell and the impeller are firmly fixed, by means of special safety systems, to a base, which is in turn securely fixed to the generator application site: in this way, in the event of catastrophic atmospheric events, it is considerably increased the safety of the generator compared to traditional generators currently on the market.