ITTO20090928A1 - Gru a torre dotata di generatore eolico. - Google Patents

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Description

Gru a torre dotata di generatore eolico Tower crane provided with wind generator
DESCRIZIONE
Settore della Tecnica
La presente invenzione ha per oggetto una gru a torre dotata di generatore eolico.
Più particolarmente, l’invenzione ha per oggetto una gru a torre del tipo con rotazione e contrappesatura in alto, dotata di generatore eolico.
Arte Nota
Come noto, le gru a torre con contrappesatura in alto sono in genere costituite da una base zavorrata che poggia al suolo, alla quale à ̈ fissata una torre o colonna verticale che sostiene, fissati sostanzialmente perpendicolarmente ad essa, un braccio di lavoro ed un controbraccio con contrappeso, girevoli. Il controbraccio, provvisto di un contrappeso, serve a bilanciare il peso del braccio di lavoro e del suo carico quando la gru à ̈ in esercizio. Tale contrappeso à ̈ di norma costituito da una serie di blocchi di cemento.
GB665013 descrive un esempio di gru del tipo suddetto. Negli anni più recenti, la pressante necessità di ridurre l’inquinamento in genere e di ottenere un risparmio energetico, ha portato allo sviluppo di gru dotate di sistemi per la produzione di energia elettrica, che sfruttano fonti naturali come il vento e l’irraggiamento solare. La notevole altezza raggiunta da una gru a torre consente infatti di migliorare l’efficienza di questi sistemi di produzione di energia elettrica basati, rispettivamente, su generatori eolici e pannelli solari, in particolare di tipo fotovoltaico.
Da JP2003246586 à ̈ ad esempio noto equipaggiare una generica gru con un generatore eolico, un pannello solare, una batteria, un motore elettrico ed un motore diesel. La batteria à ̈ caricata durante la notte utilizzando il generatore eolico e durante il giorno utilizzando il pennello solare. Il motore elettrico della gru à ̈ utilizzato per sollevare e spostare carichi, fintanto che la batteria non si esaurisce e quando la batteria à ̈ scarica, viene avviato il motore diesel.
Un metodo perfezionato per la gestione di una gru a torre equipaggiata con un generatore eolico, un pannello solare ed una batteria, finalizzato alla riduzione della potenza del motore diesel necessaria per comandare la gru à ̈ descritto in EP 2 065 331. Secondo l’insegnamento di questo documento, la batteria à ̈ ospitata nella base della gru in cui sono disposti anche il motore diesel, il motore elettrico ed un generatore per la ricarica della batteria comandato dal motore diesel.
Un primo problema che si incontra nella realizzazione di una gru a torre dotata di generatore eolico, à ̈ determinato dalla criticità di collocazione del generatore.
Infatti, a causa della rotazione del braccio della gru, che come noto varia a seconda della posizione di lavoro e della direzione del vento quando la gru non à ̈ utilizzata, l’efficienza del generatore può risultare notevolmente ridotta.
Gli esempi noti citati in precedenza non affrontano questo problema e non forniscono pertanto una soluzione soddisfacente.
Un primo scopo dell’invenzione à ̈ pertanto quello di provvedere una gru a torre, che consenta di risolvere il problema suddetto.
Un altro problema che si incontra nella realizzazione di gru a torre equipaggiate con sistemi che sfruttano il vento o l’irraggiamento solare per la produzione di energia elettrica, à ̈ rappresentato dalla difficoltà di individuare una corretta collocazione per le batterie e gli altri dispositivi elettrici ed elettronici che governano il sistema di produzione ed accumulo di energia elettrica, in particolare a causa del loro ingombro, del loro peso, della loro fragilità e della necessità di ridurre i cablaggi per ragioni di sicurezza e contenimento delle perdite.
US 2002/0102911 insegna ad esempio a disporre batterie elettriche all’estremità del contro-braccio di una gru a torre, in modo da sfruttarne il peso come contrappeso.
Nel caso di gru a torre dotate di generatore eolico tuttavia, a causa della complessità del sistema di produzione di energia elettrica, questa disposizione non consente di risolvere completamente il problema suddetto.
Uno scopo ulteriore dell’invenzione à ̈ pertanto quello di provvedere una gru a torre dotata di generatore eolico, che consenta di risolvere questo ulteriore problema dell’arte nota.
Non ultimo scopo dell’invenzione à ̈ quello di provvedere una gru a torre del tipo suddetto, che risulti di semplice ed economica realizzazione.
Descrizione dell’Invenzione
I suddetti ed altri scopi sono ottenuti con la gru a torre dotata di generatore eolico come rivendicato nelle unite rivendicazioni.
Vantaggiosamente, grazie al fatto che l’asse di rotazione del generatore eolico à ̈ disposto sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale del braccio girevole, à ̈ possibile sfruttare l’orientamento naturale della gru, per mantenere costantemente elevata l’efficienza di produzione di energia elettrica da parte del generatore eolico.
Vantaggiosamente, la disposizione del generatore eolico a sbalzo, posteriormente rispetto al contrappeso previsto in coda al controbraccio, consente maggiore facilità di montaggio e di ridurre al minimo i cablaggi fra le varie unità che costituiscono il sistema di produzione e immagazzinamento dell’energia elettrica, con conseguente maggiore sicurezza di esercizio e riduzione delle perdite.
Vantaggiosamente, inoltre, secondo l’invenzione à ̈ previsto che la batteria o il pacco di batterie ed i dispositivi elettrici ed elettronici, quali ad esempio un controller ed un inverter, sostituiscano in tutto o in parte il contrappeso sospeso e siano preferibilmente ospitati nella gabbia prevista per detto contrappeso insieme alle batterie, con ciò evitando di aumentare il peso complessivo della gru. Descrizione Sintetica delle Figure
Alcune forme di realizzazione date a titolo esemplificativo e non limitativo saranno descritte nel seguito con riferimento alle figure annesse in cui:
- la Figura 1 mostra una prima forma di realizzazione della gru a torre secondo l’invenzione;
- la Figura 2 mostra una seconda forma di realizzazione della gru a torre secondo l’invenzione;
- la Figura 3 mostra una terza forma di realizzazione della gru a torre secondo l’invenzione;
- le Figure 4, 5 e 6 mostrano corrispondenti forme di realizzazione del circuito di collegamento del sistema di produzione di energia elettrica.
Descrizione di alcune forme preferite di realizzazione
Con riferimento alla Figura 1 à ̈ illustrata una prima forma di realizzazione della gru a torre secondo l’invenzione la quale à ̈ stata complessivamente indicata con il riferimento 11.
La gru 11 comprende una torre 13 ed un braccio girevole comprendente una porzione di lavoro 15 ed una porzione di controbraccio 21.
La porzione di lavoro 15 e la porzione di controbraccio 21 sono sostanzialmente allineate lungo un asse longitudinale “S†generalmente perpendicolare all’asse verticale della torre 13.
Secondo tecnica nota, alla porzione di lavoro 15 Ã ̈ associato un carrello scorrevole 17 per il sollevamento e la movimentazione dei carichi. Il braccio 15,21 Ã ̈ inoltre girevole rispetto alla torre 13 grazie ad un gruppo di rotazione 19 motorizzato, montato in testa alla torre 13.
Alla porzione di controbraccio 21 Ã ̈ associata una gabbia 23 o una simile struttura di contenimento per collocare un contrappeso 25, che controbilancia il peso dei carichi movimentati con il carrello 17.
Secondo l’invenzione, detto contrappeso 25 comprende almeno una batteria 27.
La corrente elettrica fornita da detta batteria 27 può vantaggiosamente essere utilizzata per alimentare utenze associate al funzionamento della gru 11, quali ad esempio il gruppo di rotazione 19, quando questo à ̈ dotato di motore elettrico, oppure per alimentare altre apparecchiature anche non direttamente associate al funzionamento della gru, come ad esempio una lampada per l’illuminazione.
Sempre secondo l’invenzione, detta batteria 27 à ̈ preferibilmente alimentata da un generatore eolico 29 dotato di pale eoliche 31.
Grazie all’altezza della gru il generatore eolico 29 consente di produrre energia elettrica in modo efficiente sfruttando il vento presente nei luoghi in cui la gru à ̈ installata. E’ noto infatti che più in alto à ̈ posizionato il generatore eolico, più à ̈ di solito veloce il vento e quindi maggiore à ̈ la potenza ottenibile.
Come noto, una gru à ̈ soggetta a due condizioni di vento principali, che vengono definite nel gergo del settore come “vento in fase di esercizio†e “vento in fase di fuori esercizio†o “di tempesta†. La prima condizione definisce il vento che interviene durante la fase di esercizio della gru, cioà ̈ quando la gru à ̈ operativa. In condizioni di esercizio, il vento colpisce la gru in punti che variano a seconda della posizione in cui questa si viene a trovare nei confronti della direzione del vento, vale a dire ora lateralmente, ora frontalmente, ora posteriormente. La seconda condizione definisce invece il vento che interviene sulla gru in condizioni di fuori esercizio, cioà ̈ quando la gru non lavora. In condizioni di vento fuori esercizio, una gru secondo l’arte nota à ̈ libera di ruotare passivamente orientandosi nella direzione del vento in modo da prenderlo “in coda†, cioà ̈ posteriormente al contrappeso previsto all’estremità libera del controbraccio, e da esporre la minor resistenza possibile.
Nell’esempio illustrato, il generatore eolico 29 à ̈ del tipo con rotore ad asse di rotazione “G†orizzontale ed à ̈ montato rigidamente sulla porzione di lavoro 15 del braccio girevole, sostanzialmente in corrispondenza del gruppo di rotazione 19. Inoltre, secondo questa forma di realizzazione dell’invenzione, le pale 31 del generatore eolico sono disposte in modo tale che il rotore del generatore eolico risulti puntato verso il vento quando il braccio girevole 15,21 à ̈ orientato in condizioni di “vento fuori esercizio†cioà ̈ in modo tale che l’asse di rotazione “G†del rotore risulti sostanzialmente parallelo all’asse “S†del braccio girevole 15,21 e, conseguentemente, sostanzialmente parallelo alla direzione del vento quando la gru à ̈ a riposo e ruota passivamente sotto l’effetto del vento.
Con riferimento alla Figura 2 à ̈ illustrata una seconda forma di realizzazione dell’invenzione, in cui il generatore eolico 29 à ̈ montato rigidamente in coda al controbraccio 21 con l’asse di rotazione “G†del rotore sostanzialmente coincidente con l’asse longitudinale “S†del braccio 15,21.
Con riferimento alla Figura 3 à ̈ illustrata una terza forma di realizzazione dell’invenzione, in cui il generatore eolico 29 à ̈ dotato di banderuola 33 ed à ̈ montato girevole rispetto ad un albero di supporto verticale 35, fissato rigidamente al braccio della gru e disposto sostanzialmente parallelo alla torre 13. In alternativa, il generatore 29 à ̈ fissato rigidamente all’albero di supporto 35 il quale a sua volta à ̈ associato girevolmente al braccio 15,21 della gru. Secondo questa disposizione la forza del vento, che agisce sulla banderuola 33, determina la rotazione dell’asse G del generatore 29 in modo da portarsi parallelo alla direzione del vento. In tal modo, le pale 31 del generatore eolico risultano sempre disposte su un piano sostanzialmente perpendicolare alla direzione del vento e ottimale per lo sfruttamento dell’energia eolica al fine di produrre energia elettrica.
Questa disposizione consente il vantaggio di ottenere una produzione di energia elettrica costante, anche durante le fasi di lavoro della gru, in cui la rotazione della gru à ̈ comandata dall’operatore per movimentare i carichi.
Nell’esempio illustrato, l’albero di supporto 35 à ̈ montato verticale sulla porzione di lavoro 15 del braccio girevole 15,21, in corrispondenza del gruppo di rotazione 19. Sempre secondo l’invenzione, à ̈ possibile prevedere che il supporto 35 sia montato in altre posizioni lungo il braccio girevole 15,21, ad esempio corrispondenza della gabbia 23.
Riferendoci alle Figure da 4 a 6 sono illustrare altrettante forme di realizzazione del circuito di collegamento del sistema di produzione di energia elettrica associato al generatore eolico 29.
Detto sistema sarà preferibilmente dotato di controller 41 per convertire la corrente alternata dell’alternatore del generatore eolico in corrente continua e per frenare il generatore in caso di venti molto forti o a raffiche e di inverter 43 per convertire la tensione a frequenza variabile del generatore eolico in tensione alternata conforme alla rete.
In particolare, in Figura 4 Ã ̈ illustrata una prima forma di realizzazione di detto circuito elettrico in cui il generatore eolico 29 Ã ̈ collegato, mediante cablaggi 45, ad un controller 41 per alimentare, tramite cablaggi 47, un pacco di batterie 27 alloggiate nella gabbia 23. Cablaggi 49 collegano le batterie 27 ad un inverter 43 che alimenta, tramite cablaggi 51, ad esempio le varie utenze della gru quali il motore del gruppo di rotazione o il motore che movimenta il carrello 17 o il motore per il sollevamento dei carichi.
Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il generatore eolico, il pacco di batterie 27, il controller 41, l’inverter 43 e, conseguentemente i rispettivi cablaggi 45,47,49, sono ospitati nella gabbia 23 e sostituiscono almeno parzialmente le masse, generalmente in cemento, del contrappeso 25 ivi previsto.
Con riferimento alla Figura 5 à ̈ illustrata una seconda forma di realizzazione del circuito di collegamento del sistema di produzione di energia elettrica associato al generatore eolico 29, in cui il controller 41 à ̈ direttamente collegato all’inverter 43 mediante cablaggi 53.
Anche in questo caso, vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il generatore eolico, il pacco di batterie 27, il controller 41, l’inverter 43 e, conseguentemente i rispettivi cablaggi 45,47,53, sono ospitati nella gabbia 23 e sostituiscono almeno parzialmente le masse, generalmente in cemento, del contrappeso 25 ivi previsto.
In Figura 6 à ̈ illustrata una terza forma di realizzazione del circuito di collegamento del sistema di produzione di energia elettrica associato al generatore eolico 29 in cui il generatore eolico 29 à ̈ collegato direttamente all’inverter mediante cablaggi 55 e l’inverter 43 à ̈ collegato mediante cablaggi 61 ad un contatore bidirezionale 57 collegato mediante cablaggi 63 alla rete di distribuzione elettrica 59.
Vantaggiosamente, secondo questa forma di realizzazione, la rete elettrica 59 viene utilizzata per alimentare le utenze associate alla gru, quando la produzione di energia elettrica da parte del generatore eolico 29 à ̈ insufficiente, mentre può ricevere ed eventualmente remunerare, l’energia elettrica prodotta dal generatore eolico 29, quando questa à ̈ prodotta in eccesso rispetto alle necessità di utilizzo della gru.
E' evidente che quanto descritto à ̈ dato a titolo di esempio non limitativo e che ulteriori varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione, come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gru a torre (11) dotata di generatore eolico (29) ad asse di rotazione orizzontale (G), comprendente una torre (13), un braccio girevole dotato di porzione di lavoro (15) alla quale à ̈ associato un carrello scorrevole (17) per il sollevamento e la movimentazione dei carichi, e di porzione di controbraccio (21), caratterizzata dal fatto che l’asse di rotazione (G) di detto generatore eolico (29) à ̈ disposto sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale (S) del braccio girevole della gru.
  2. 2. Gru a torre secondo la rivendicazione 1, in cui l’asse di rotazione (G) del generatore eolico (29) à ̈ sostanzialmente coincidente con l’asse longitudinale (S) del braccio girevole (15,21).
  3. 3. Gru a torre secondo la rivendicazione 1, in cui il generatore eolico (29) Ã ̈ associato alla porzione di lavoro (15) di detto braccio girevole (15,21).
  4. 4. Gru a torre secondo la rivendicazione 1, in cui detto generatore eolico (29) Ã ̈ associato alla porzione di controbraccio (21).
  5. 5. Gru a torre secondo la rivendicazione 4, in cui detto generatore eolico (29) Ã ̈ associato alla porzione di controbraccio (21), in corrispondenza di un contrappeso (25), che controbilancia il peso dei carichi movimentati con il carrello (17).
  6. 6. Gru a torre secondo la rivendicazione 5, in cui detto generatore eolico (29) Ã ̈ associato al controbraccio (21) posteriormente e a sbalzo rispetto al contrappeso (25).
  7. 7. Gru a torre secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il generatore eolico (29) à ̈ dotato di banderuola (33) ed à ̈ montato girevole rispetto ad un albero di supporto verticale (35), detto albero di supporto essendo fissato rigidamente al braccio della gru e disposto sostanzialmente parallelo alla torre (13).
  8. 8. Gru a torre secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il generatore eolico (29) à ̈ dotato di banderuola (33) ed à ̈ fissato rigidamente ad un albero di supporto verticale (35), detto albero di supporto essendo associato girevolmente al braccio (15,21) della gru e disposto sostanzialmente parallelo alla torre (13).
  9. 9. Gru a torre secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui il braccio girevole (15,21) della gru à ̈ girevole rispetto alla torre (13) grazie ad un gruppo di rotazione (19) motorizzato, montato in testa alla torre (13) ed in cui l’albero di supporto (35) del generatore eolico à ̈ montato verticale sulla porzione di lavoro (15) del braccio girevole (15,21), in corrispondenza di detto gruppo di rotazione (19).
  10. 10. Gru a torre secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto controbraccio comprende una sede (23) per un contrappeso ed in cui detto contrappeso comprende almeno una batteria (27) e dispositivi elettrici ed elettronici (41,43) del sistema di produzione di energia elettrica associato al generatore eolico (29).
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