ITTO20130322A1 - Puleggia perfezionata per verricello ad alta efficienza. - Google Patents

Description

“PULEGGIA PERFEZIONATA PER VERRICELLO AD ALTA EFFICIENZAâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una puleggia perfezionata per verricello ad alta efficienza, del tipo usato per trasmettere energia meccanica per mezzo di forze di trazione applicate a funi collegate ad un carico in movimento.

Un verricello ad alta efficienza viene usato in diverse applicazioni, per sollevare o spostare un carico, tirare una fune e trasmettere energia per mezzo di una fune avvolgibile.

Recentemente, l’applicazione di argani e verricelli per la trasmissione di energia à ̈ diventata importante nel settore della gestione dell’energia eolica, in cui argani e verricelli, collegati ad alternatori ed apparati elettronici di potenza, vengono usati per estrarre l’energia cinetica del vento e per convertire l’energia meccanica prodotta in energia elettrica.

Un aspetto importante nel recupero di energia meccanica dalle funi collegate ad un carico in movimento à ̈ rappresentato dall'efficienza del verricello di manovra, per cui: piccole percentuali di perdita di energia comportano un elevato riscaldamento delle pulegge conduttrici e della fune.

Un processo di estrazione di energia dal vento comporta l’uso di funi ad alta resistenza. La tensione delle funi à ̈ generata dalla portanza di un aquilone in volo con vento traversale. La puleggia o il tamburo, su cui à ̈ avvolta la fune, ruota grazie alla forza di svolgimento indotta dalla fune stessa. La potenza meccanica viene generata dalla combinazione della tensione meccanica nella fune e la velocità con la quale la fune si distende, srotolandosi dalla puleggia.

La puleggia o il tamburo, su cui à ̈ avvolta la fune, ruota grazie alla forza di svolgimento indotta dalla fune stessa. Durante questo processo l'energia cinetica del vento viene dapprima convertita in energia meccanica, per effetto dell’attrito tra la fune e la superficie di contatto della puleggia o il tamburo; viene quindi convertita in energia elettrica mediante alternatori collegati al verricello.

Durante la conversione si verificano perdite di energia sotto forma di calore il quale riscalda la superficie di contatto della puleggia ed aumenta la temperatura interna della fune compromettendone le proprietà meccaniche per effetto del surriscaldamento.

Argani e verricelli convenzionali non sono adatti per trasmettere una grande quantità di energia a causa della loro bassa efficienza. Quando si tratta di un verricello di elevata potenza munito di funi ad alta resistenza, anche una parte relativamente piccola di potenza persa potrebbe risultare critica. Ad esempio, un verricello con un rendimento del 97%, usato per manipolare una potenza di 1,5 MW, genera un flusso termico di 45 kW che deve essere adeguatamente dissipato per non surriscaldare la fune. Accanto alle perdite generate dai cuscinetti degli elementi rotanti, il flusso di calore viene principalmente generato dalle forze di attrito tra la fune e la puleggia.

L’attrito all'interno della fune à ̈ generato da spostamenti relativi e deformazioni di fili e trefoli diversi, costituenti la fune e geometricamente disposti in modo da sfregarsi reciprocamente. D’altra parte, l’attrito tra la fune e la puleggia costituisce l’ingrediente necessario per permettere al verricello di estrarre energia dalla fune, mentre l’attrito dipendente da qualsiasi spostamento relativo tra la fune e la puleggia deve essere ridotto al minimo.

L’architettura di un verricello o di un argano ad alta efficienza deve sottostare a due concetti: la fune che percorre il verricello à ̈ soggetta ad un gradiente di tensione associato ad un gradiente di deformazione dipendente dalla natura del materiale costitutivo della fune stessa; la fune avvolta su una puleggia per più di un giro, assunto che la puleggia ruoti rispetto al proprio asse longitudinale, deve necessariamente traslare perpendicolarmente alla direzione della forza principale di trasmissione, per esempio lungo l’asse longitudinale della puleggia, al fine di evitare la sovrapposizione di tratti di fune di diversa curvatura.

La domanda di brevetto WO2011121272 descrive un’applicazione riguardante il primo concetto, finalizzata a rendere più uniforme il gradiente di deformazione rendendo la fune meno sollecitata e sottoposta ad effetti di degrado. Questo problema viene affrontato con due pulegge compenetranti, ognuna delle quali definisce una superficie discontinua del contatto tra la fune ed il tamburo.

Il brevetto FR1105165 descrive un layout di un verricello riguardante il secondo concetto, comprendente pulegge con scanalature cilindriche il cui diametro gradualmente diminuisce o aumenta adattandosi al diverso stato di deformazione lungo la fune, in modo che la scanalatura con il diametro maggiore sia in contatto con il tratto di fune soggetto ad uno stato di tensione elevata e viceversa.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo una puleggia perfezionata per verricello ad alta efficienza, a favore di una maggiore produttività energetica e di una riduzione delle perdite di potenza dovute a fenomeni di attrito, e a favore di una ridotta usura delle funi.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un puleggia perfezionata come quella descritta nella rivendicazione 1 a contatto con un tratto di fune, compreso tra un capo collegato ad un carico utile ed un altro capo collegato ad un carico resistente, comprendente una pluralità di supporti periferici reagenti elasticamente rispetto ad almeno un proprio asse principale d’inerzia. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la FIG. 1, mostra una vista in assonometria di una puleggia secondo la presente invenzione collegata ad una fune;

- le FIGG. 2 e 3 mostrano delle viste in assonometria di componenti appartenenti a ciascun supporto periferico collegato alla puleggia della FIG. 1;

- la FIG. 4 mostra una vista frontale della puleggia della FIG. 1;

- la FIG. 5 mostra una vista in sezione, secondo un piano passante per la linea V-V della FIG. 4;

- la FIG. 6 mostra un particolare VI ingrandito appartenente alla FIG. 4;

- la FIG. 7 mostra un particolare VII ingrandito appartenente alla FIG. 5;

- la FIG. 8 mostra diverse configurazioni a, b, c, secondo un piano X-Z della FIG. 5, di una connessione tra elementi appartenenti a ciascun supporto periferico collegato alla puleggia della FIG. 1;

- la FIG. 9 mostra uno schema delle configurazioni a, b, c della FIG. 8; e

- la FIG. 10 mostra un sistema combinato di diverse pulegge del tipo riportato nella FIG. 1.

Con riferimento alla FIG. 1, almeno un tratto di una fune 1, compreso tra un tratto di ingresso 11 ed un tratto di uscita 12, Ã ̈ avvolto per una frazione di giro su una puleggia 2.

La puleggia 2 à ̈ costituita da un disco 21 munito di un foro centrale 22 usato per il centraggio e l’unione con un albero (non mostrato) collegato ad un verricello ad alta efficienza (non mostrato).

I tratti di ingresso 11 e di uscita 12 della fune 1 sono collegati rispettivamente ad un carico utile (non mostrato) ed un dispositivo di immagazzinaggio (non mostrato) o altro carico resistente, secondo un gradiente di tensione che stabilisce un valore massimo di tensione al tratto di ingresso 11 ed un valore minimo o nullo al tratto di ingresso 12.

Il disco 21 sostiene un tratto di fune 1 per mezzo di una pluralità di supporti periferici 3 distribuiti uniformemente lungo una circonferenza di tale disco 21.

Con riferimento alle FIGG. 2 e 3, ciascun supporto periferico 3 Ã ̈ formato da:

- almeno un puntone 31, rastremato in modo da risultare snello e flessibile rispetto ad un primo proprio asse inerziale, tozzo e rigido rispetto ad un secondo proprio asse inerziale, munito alle estremità di fori 311 (nascosto) e 312;

- almeno un inserto prismatico 32, comprendente una scanalatura trasversale 321 ed un foro cieco 322, avente una superficie dorsale 323 opportunamente rastremata.

Con riferimento alle figure da 4 a 7, ciascun supporto periferico 3 à ̈ solidale alla periferia del disco 21 attraverso il puntone 31. Il puntone 31 à ̈ collegato al disco 21 mediante un perno 33 inserito nel foro 311 ed in un foro 23 praticato sulla parete esterna circonferenziale del disco 21 (così come mostrato, per esempio nella FIG. 5). L’inserto prismatico 32 à ̈ collegato al puntone 31 attraverso un perno 34 inserito nel foro 312 e nel foro 322 (così come mostrato, per esempio nella FIG. 7).

La fune 1 Ã ̈ avvolta per una frazione di giro sulla puleggia 2 attraverso il contatto con la superficie dorsale 323 di ciascun inserto prismatico 32.

Con riferimento alle FIGG. 8 e 9, ciascun supporto periferico 3 à ̈ realizzabile rispettivamente con un incastro flessibile a, un incastro rigido b, un meccanismo c, a seconda del modo con cui vengono uniti il puntone 31 e l’inserto prismatico 32.

La pluralità di supporti periferici 3, realizza un contatto discontinuo tra la fune 1 e la puleggia 2 in grado di discretizzare il gradiente di tensione lungo il tratto di fune 1 compreso tra le estremità 11 e 12.

La puleggia 2, abbinata alla pluralità di supporti periferici 3, raggiunge lo scopo dell’invenzione avendo discretizzato il gradiente della tensione della fune 1 avvolta sulla periferia della puleggia 2.

In particolare la soluzione adottata permette di annullare il gradiente di tensione lungo ciascun tratto di fune privo di contatto con il supporto periferico 3.

Secondo una principale variante della presente invenzione, ciascun supporto periferico 3 viene elasticamente collegato ai due supporti adiacenti attraverso molle cilindriche elicoidali 35 e 36 (così come mostrato, per esempio nella FIG. 2), alloggiate in rispettive pareti di ciascun inserto prismatico 32, agenti tangenzialmente in un piano X-Y ortogonale all’asse di rotazione della puleggia 2 (così come mostrato, per esempio nella FIG. 4), realizzando una puleggia 2 munita di una catena elastica di supporti periferici 3.

Vengono di seguito descritte ulteriori soluzioni considerate varianti della soluzione inventata.

Il profilo radiale di ciascun supporto periferico 3, misurato in un piano X-Z (così come mostrato, per esempio nella FIG. 5), sottostà ad una funzione esponenziale per adattarsi al gradiente di tensione variabile lungo la fune 1.

La superficie dorsale 323 di ciascun inserto prismatico 32, in contatto con un tratto di fune 1, ha un profilo, misurato in un piano X-Y (così come mostrato, per esempio nella FIG. 4), di forma arrotondata circonferenzialmente (non mostrata).

La superficie dorsale 323 di ciascun inserto prismatico 32 à ̈ munita di almeno una scanalatura circonferenziale 327 per la guida della fune 1 (così come mostrato, per esempio nella FIG. 7).

Ciascun supporto periferico 3 Ã ̈ abbinato ad una cella di carico che misura lo stato di deformazione e ne calcola la linea di carico indotta dalla fune 1.

Il comportamento elastico, indotto dai supporti periferici 3 sulla puleggia 2, à ̈ sfruttato in un argano comprendente un dispositivo (non mostrato) capace di immagazzinare e rilasciare rapidamente, durante il tensionamento, una certa quantità della fune 1 dalla parte 11, alta tensione, oppure dalla parte 12, bassa tensione.

Tale comportamento elastico à ̈ sfruttato in un argano comprendente un dispositivo (non mostrato) capace di regolare e limitare la tensione della fune 1 dalla parte 11, alta tensione, oppure dalla parte 12, bassa tensione.

Un argano, composto da almeno una puleggia 2 munita di supporti periferici 3, sostiene e guida una fune 1 avvolta per un giro, tale fune 1 essendo immagazzinata in uno stato di bassa tensione.

Un argano à ̈ composto da n-pulegge 2 munite di supporti periferici 3, di cui almeno due pulegge sono motorizzate.

Un argano à ̈ composto da quattro pulegge 2 motorizzate, munite di supporti periferici 3, dette pulegge 2 essendo disposte ai vertici di un rettangolo ideale (così come mostrato, per esempio nella FIG. 10).

Un argano à ̈ composto da quattro pulegge 2 motorizzate, munite di supporti periferici 3, dette pulegge 2 essendo disposte secondo assi di rotazione non paralleli reciprocamente.

Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Puleggia perfezionata (2) per verricello o argano, a contatto con almeno un tratto di fune (1) compreso tra un tratto di ingresso (11) collegato ad un carico utile ed un tratto di uscita (12) collegato ad un carico resistente, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di supporti periferici (3) reagenti elasticamente rispetto ad almeno un proprio asse principale d’inerzia.
2. 2. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun detto supporto periferico (3) comprende almeno un puntone (31) rastremato in modo da risultare snello e flessibile rispetto ad un primo proprio asse inerziale, tozzo e rigido rispetto ad un secondo proprio asse inerziale.
3. 3. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto puntone (31) di ciascun detto supporto periferico (3) ha un primo proprio asse inerziale parallelo ad un asse di rotazione di detta puleggia (2).
4. 4. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che un tratto di detta fune (1) Ã ̈ collegato radialmente a detto puntone (31) attraverso almeno un inserto prismatico (32).
5. 5. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascun detto supporto periferico (3) Ã ̈ collegato tangenzialmente a due detti supporti adiacenti attraverso elementi elastici (35, 36) in modo da formare una catena elastica.
6. 6. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detti elementi elastici (35, 36) sono molle cilindriche elicoidali.
7. 7. Puleggia perfezionata (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che un profilo radiale di ciascun detto supporto periferico (3), misurato in un piano X-Z parallelo a detto asse di rotazione di detta puleggia (2), sottostà ad una funzione esponenziale per adattarsi ad un gradiente di tensione variabile lungo detta fune (1).
8. 8. Puleggia perfezionata (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che una superficie dorsale (323) di ciascun detto inserto prismatico (32) in contatto con un tratto di detta fune (1) ha un profilo, misurato in un piano X-Y perpendicolare a detto asse di rotazione di detta puleggia (2), di forma arrotondata circonferenzialmente.
9. 9. Puleggia perfezionata (2) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta superficie dorsale (323) di ciascun detto inserto prismatico (32) Ã ̈ dotata di almeno una scanalatura circonferenziale (327).
10. 10. Puleggia perfezionata (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascun detto supporto periferico (3) Ã ̈ abbinato ad una cella di carico che misura uno stato di deformazione e ne calcola una linea di carico indotta da detta fune (1).