ITTN20090006A1 - Turbina idraulica ad immersione funzionante con salto prevalentemente cinetico, correlata di generatore elettrico coassiale periferico e sospesa tramite sistema a rotolamento esterno - Google Patents

Description

di supporto dell'intero sistema. L'intera macchina elettrica ? predisposta per un funzionamento ad immersione. Per l'abbinamento a questa particolare macchina elettrica, il trovato non presenta sistemi di trasmissione del moto, i quali costituirebbero una fonte di perdita organica, nonch? ostacolo per il fluido di attraversamento .

Il movimento di rotazione tra rotore e statore viene consentito attraverso dei sistemi di rotolamento, costituiti ciascuno da una ripetizione polare di corpi volventi che insistono su un anello di rotolamento. Tali sistemi di supporto vengono installati su rotore e telaio presso la bocca di ingresso e bocca di uscita della macchina. Questo sistema di rotolamento permette di non invadere la sezione di passaggio del flusso con mozzi e/o supporti invasivi per il fluido in attraversamento.

Il trovato, oltre a manifestare un impatto ambientale ridotto data la sua posizione di funzionamento sotto alveo, garantisce la salvaguardia della fauna ittica, incrementando ulteriormente la compatibilit? ambientale rispetto alle tradizionali macchine di generazione idroelettrica.

Descrizione annessa alla domanda di brevetto per invenzione industriale , avente per titolo:

"Turbina, idraulica a immersione funzionante con salto prevalentemente cinetico, correlata di generatore elettrico coassiale periferico e sospesa tramite sistema a rotolamento esterno"

Il presente trovato si colloca nella categoria delle macchine idrauliche, che hanno come fine la conversione dell'energia idraulica in energia elettrica. La macchina di seguito descritta presenta un funzionamento ad immersione sotto alveo e si caratterizza per l'estrema facilit? ed economicit? di installazione. Essa trova applicazione come sistema di micro-generazione di energia idroelettrica .

Il suo impiego riguarda alcune applicazioni non permesse dalle tradizionali turbine utilizzate per la generazione dell'energia idroelettrica. Questa tipologia di macchina ? stata concepita per un recupero prevalentemente o esclusivamente del carico cinetico , legato direttamente ad una portata d'acqua, senza che la velocit? del fluido venga ottenuta dalla conversione del carico piezometrico*;;Stato attuale della tecnica ;;Sono note le classiche macchine idrauliche di generazione di energia idroelettrica, funzionanti tramite la trasformazione dell'energia piezometrica in energia meccanica all'albero. Pertanto esse trovano impiego laddove vi sia a disposizione un salto idraulico minimo, diverso da zero. ;Ciascuna presenta un campo di applicazione pi? idoneo, a seconda del rapporto tra saito idraulico e portata idraulica. ;Tali tipologie di macchine necessitano di un sistema di convogliamento forzato dell'acqua, che costituisce parte fondamentale dell'impianto, caratterizzata da complicazioni costruttive e notevoli costi, spesso di entit? maggiore rispetto a quelli della macchina idraulica stessa . ;E' noto l'impatto ambientale che tali strutture civili e idrauliche comportano, maggiore quanto pi? sono le dimensioni dell'impianto. ;Un altro aspetto marginale ma non trascurabile risulta la tutela della fauna ittica. Specie nei mini e micro impianti risulta importante garantire la piena compatibilit? ambientale e ci? molto spesso risulta una barriera per promuoverne l'applicazione. ;Il presente trovato si propone lo scopo di eliminare gli inconvenienti precedentemente descritti e estenderne il campo di applicazione, attraverso una turbina a semplice immersione, adatta per un utilizzo anche dove non vi sia la disponibilit? di un salto idraulico. Questo aspetto comporta una semplificazione dell'impianto che non necessita della realizzazione di opere ausiliarie alla macchina, se non un sistema di vincolo lungo il passaggio della corrente d'acqua. ;Descrivendo invece le macchine pi? simili, ne esistono alcuni esemplari che sfruttano l'energia del moto della corrente e sono caratterizzate da un rotore aperto montato su un albero centrale. Da tale albero il moto viene convertito in energia elettrica attraverso una macchina elettrica posta esternamente che riceve il moto attraverso un sistema di trasmissione intrusivo per il flusso di attraversamento della macchina. In casi estremi pu? succedere che il sistema di trasmissione venga danneggiato da oggetti sospesi presenti nella corrente. Inoltre la parte di generazione elettrica non pu? funzionare a contatto con acqua, quindi nell'impianto deve essere previsto un sistema che segua il livello della corrente. Il trovato rispetto a tali concezioni di macchine prevede una disposizione coassiale periferica della macchina elettrica, rendendo 1'intero sistema compatto e completamente immerso. ;;Testo della descrizione ;;La turbina a flusso assiale ad immersione ? realizzata con le caratteristiche costruttive sostanzialmente descritte, con particolare riferimento alle allegate rivendicazioni . ;La seguente descrizione a scopo semplificativo e non limitativo verr? meglio compresa con riferimento alle unite tavole, di cui: ;-la TAVOLA 1 mostra la vista prospettica della macchina idraulica completa, corredata di generatore elettrico, in una prima forma di realizzazione. La vista si riferisce al lato di ingresso del fluido; ;-la TAVOLA 2 mostra la vista prospettica della macchina idraulica completa rappresentata nella TAVOLA 1, in riferimento al lato di uscita del fluido; ;-la TAVOLA 3 mostra la vista in sezione della macchina idraulica rappresentata nella TAVOLA 1, rispetto ad un piano longitudinale; ;-la TAVOLA 4 mostra la vista prospettica di una parte componente del trovato, rappresentato nella TAVOLA 1; ;-la TAVOLA 5 mostra la vista esplosa della macchina idraulica ad immersione, rappresentata nella TAVOLA 1; ;;Gli aspetti salienti che caratterizzano il trovato sono i seguenti: ;-rotore di tipo a eocl?a ?) in camera chiusa ad uno o pi? principi, con sezione di efflusso crescente; ;-abbiilamento con una macchina elettrica calettata direttamente sulla periferia del rotore, in modo coassiale, che si presta ad un funzionamento ad immersione; ;-il rotore viene alloggiato? su un telaio e sospeso attraverso un sistema di rotolamento descritto in seguito, che insiste sulla parte esterna al rotore, quindi remoto rispetto alla sezione di attraversamento del flusso; ;-per non innescare fenomeni vorticosi del flusso In attraversamento alla macchina, essa risulta predisposta di un convergente in ingresso e un diffusore allo scarico* Le principali caratteristiche precedentemente elencate identificano una macchina idraulica, il cui flusso che la attraversa non incontra ostacoli dovuti a sistemi di supporto del rotore e/o sistemi di trasmissione della coppia.

La macchina di seguito descritta pu? essere considerata a livello di struttura un derivato della cocl?a idraulica, la quale rappresenta una macchina molto semplice ed economica adatta a micro-applicazioni con salti ridotti (0,0-lOm) e portate pari a circa 0,5-5 m<3>/s. Tuttavia il principio della turbina a cocl?a risuta diverso, sfruttando l'energia potenziale della massa d'acqua che 1'attraversa.

Nel caso del seguente trovato, vengono sfruttate le caratteristiche cinetiche dell'acqua in relazione alla portata con cui la macchina viene alimentata, partendo quindi dalle leggi applicate alle turbine eoliche. Da questi principi, si ottiene una quantit? di energia non trascurabile, che ne permette oggi un avvicinamento dell'interesse per parecchie applicazioni.

La macchina ? costituita da un rotore (7) ad asse parallelo alla direzione di marcia del corso d'acqua; tale rotore ? costituito da una sezione di attraversamento dell'acqua crescente (TAVOLA 3}, che ne permette il recupero energetico di una frazione cinetica dell'acqua, rallentandone il decorso. Da ci? ne deriva un aumento della sezione di passaggio, dovendo rispettare il principio di conservazione della portata in massa.

La palettatura (16), fissata ad un mozzo retorico (18) viene contenuta da un involucro chiuso (17) che pu? essere a t?tolo di esempio di forma cilindrica (TAV0LA4). L'abbinamento di queste tre parti di rivoluzione, costituisce il rotore che presenta una sezione crescente di attraversamento. L'elemento esterno di rivoluzione (17), ha la funzione di contenimento del fluido, oltre ad avere la funzione strutturale per i vari principi d'elica. Esso evita pertanto il rigurgito della portata di fluido dalla macchina tipica delle ruote idrauliche a cocl?a aperte.

L'elemento rotore pu? essere realizzato tramite assemblaggio di particolari realizzati tramite carpenteria metallica o tramite processi fusori utilizzando materiali metallici o materiali polimerici per costituire un prodotto di facile ed economica producibilit? in serie. Le caratteristiche geometriche del rotore (passo elica, angolo elica, diametro, numero di principi), possono variare a seconda dell'applicazione, migliorando il rendimento in funzione delle condizioni di utilizzo.

Claims (1)

1. Il trovato presenta un sistema di generazione elettrica costituito da una macchina periferica a flusso assiale. Esternamente al rotore (7), viene calettata una ralla(15) che permette il fissaggio delle parti elettriche rotoriche (14). Esse costituiscono la parte rotante della macchina elettrica ad immersione che equipaggia la macchina idraulica , Questa ralla, durante l'assemblaggio dell'intera macchina, consente il calettamento e la registrazione delle part? elettriche rotoriche, rispetto alla parte statorica della macchina elettrica stessa, rappresentata qui a titolo di esempio attraverso il componente (1). Lo statore elettrico (1), che costituisce parte essenziale della macchina elettrica, viene reso solidale al telalo della macchina (11,5) attraverso il fissaggio tramite distanziali (9} e bulloni (19) che ne permettono un corretto posizionamento rispetto alle parti rotoriche. L'intero sistema di rotazione della macchina avviene attraverso una serie polare di corpi volventi (2) situati sulla parte esterna del rotore e vincolati in parte al telaio attraverso dei perni (10) di fissaggio e regolazione. Le parti rotanti dei corpi volventi insistono su almeno una coppia di ralle di rotolamento (3,4) che ne determinano una movimentazione relativa, costituendo un sistema di supporto e rotazione del rotore (7) esterna alla sezione di attraversamento del fluido. Il telaio di supporto(5,8,11} pu? essere in un pezzo unico oppure ricavato come a titolo di esempio attraverso l'unione di pi? parti. Esso costituisce elemento di sostegno dell'intera macchina e ne permette il fissaggio al sito di applicazione. Per consentire un ingresso della corrente nel componente rotore(7), il telaio viene munito di un sistema di convergenza del fluido{12). Esso recupera completamente la quantit? d'acqua presente nella sezione trasversale totale della macchina, portandola ad una velocit? in ingresso al rotore maggiore rispetto a quella della corrente a monte del convergente stesso. Nella sezione di uscita al rotore, pu? esservi un sistema a divergente (6) che permette un ritorno graduale della portata elaborata, nel canale o corso d'acqua in cui la macchina viene posizionata . Per evitare che materiale disperso nella corrente si interponga tra convergente (12) e rotore(7), ? prevista l'installazione di una guarnizione (13) che costituisce uno schermo protettivo. Il trovato qui descritto manifesta una maggiore compatibilit? ambientale rispetto alle tradizionali macchine idrauliche atte alla produzione di micro energia idroelettrica, rendendola un sistema di produzione di energia pulita a impatto architettonico/ambientale quasi nullo. I vantaggi si evidenziano nella semplificazione notevole delle opere di installazione essendo la macchina completamente ad immersione e funzionante sfruttando il carico cinetico della corrente. Il trovato inoltre costituisce quindi un investimento economico a ridotto tempo di ammortamento. Naturalmente, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, cosi come definita nelle rivendicazioni che seguono.