ITVR20000045A1 - HIGH AERODYNAMIC YIELD MILL. - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo: Description of the invention having as title:
" MULINO AD ELEVATA RESA AERODINAMICA " "MILL WITH HIGH AERODYNAMIC PERFORMANCE"
CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION
La presente invenzione riguarda un mulino ad elevata resa aerodinamica impiegabile per assorbire energia dal movimento naturale di un fluido. The present invention relates to a mill with a high aerodynamic yield which can be used to absorb energy from the natural movement of a fluid.
Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad un mulino che possieda una struttura tale da potersi ben adattare al flusso di fluido secondo direzioni non preferenziali assorbendo energia facilmente convertibile in energia elettrica soprattutto in luoghi difficilmente raggiungibili da normali linee ad alta tensione. More particularly, the present invention relates to a mill that has a structure such as to be able to adapt well to the flow of fluid according to non-preferential directions, absorbing energy that can be easily converted into electrical energy, especially in places that are difficult to reach by normal high voltage lines.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
E’ noto che un mulino a vento o ad acqua presenta un albero, solitamente ad asse orizzontale, supportato da appositi cuscinetti e interessato ad una sua estremità da pale o elementi ad ampia superficie in grado di offrire adeguata resistenza al flusso di un fluido e riceverne energia grazie alla variazione di quantità di moto di moto nell'impatto con tali pale. It is known that a wind or water mill has a shaft, usually with a horizontal axis, supported by special bearings and interested at one end by blades or large surface elements capable of offering adequate resistance to the flow of a fluid and receiving it. energy thanks to the variation of momentum of motion in the impact with these blades.
L'albero è cinematicamente collegato ad un dispositivo che impiega l'energia assorbita dal mulino convertendola in energia meccanica rotativa impiegabile per gli usi più opportuni, ad oggi quasi esclusivamente per la produzione di energia elettrica. The shaft is kinematically connected to a device that uses the energy absorbed by the mill, converting it into rotary mechanical energy that can be used for the most appropriate uses, currently almost exclusively for the production of electricity.
A seconda della configurazione geologica della zona vengono normalmente disposti dispositivi eolici che comprendono un traliccio di sostegno per un gruppo elica in grado di assorbire energia dal vento, a tal riguardo l'ENEL sviluppò studi in regioni, per esempio la Sardegna, particolarmente esposte all'azione eolica così da poter sfruttare fonti di energia alternativa e soprattutto pulita. Depending on the geological configuration of the area, wind devices are normally arranged which include a support pylon for a propeller unit capable of absorbing energy from the wind.In this regard, ENEL developed studies in regions, for example Sardinia, which are particularly exposed to the wind power so as to be able to exploit alternative and above all clean energy sources.
Sono noti aeromotori ad asse orizzontale a singola pala e multipala, in ogni caso tali aeromotori possono essere a portanza con vento frontale quando le pale sono orientate contro il verso del flusso d'aria oppure sottovento se le pale sono orientate equiverse rispetto a tale flusso, oppure a resistenza tipo il mulinello trasversale e il Savonius orizzontale che offrono una cospicua superficie investita dal flusso d'aria. Single-blade and multi-blade horizontal axis air motors are known, in any case these air motors can be lifted with a front wind when the blades are oriented against the direction of the air flow or downwind if the blades are oriented equiverse with respect to this flow. or with resistance such as the transverse reel and the horizontal Savonius which offer a large surface hit by the air flow.
Ad oggi sono inoltre utilizzati aeromotori ad asse verticale a resistenza prevalente che possono essere a pale oppure di tipologia Savonius, ad asse verticale a portanza prevalente quali per esempio il Darrieus ed il Giromill costituiti da incastellature girevoli a configurazione sferica ο prismatica destinate a supportare superficì sagomate preposte ad assorbire energia eolica, ad asse verticale misti quali per esempio il Magnus ed il Savonius eccentrico che riassumono le caratteristiche e le conformazioni degli aeromotori ad asse verticale precedentemente descritti. To date, vertical axis air motors with prevailing resistance are also used which can be blades or Savonius type, with vertical axis with prevailing lift such as for example the Darrieus and the Giromill consisting of rotating frames with spherical or prismatic configuration intended to support shaped surfaces designed to absorb wind energy, with mixed vertical axis such as for example the eccentric Magnus and Savonius which summarize the characteristics and conformations of the vertical axis aircraft previously described.
Un inconveniente è rappresentato dal fatto che tali dispositivi funzionano principalmente sfruttando il contributo cinetico del fluido e conseguentemente convertendo immediatamente l'energia cinetica di questo in energia meccanica per "azione". In tal modo l'apporto del fluido è decisamente dovuto alla sua velocità che necessariamente deve essere elevata, quindi situazioni atmosferiche di venti non particolarmente intensi portano allo scarso utilizzo di tali dispositivi eolici rendendoli spesso ben poco efficienti. A drawback is represented by the fact that these devices work mainly by exploiting the kinetic contribution of the fluid and consequently immediately converting its kinetic energy into mechanical energy by "action". In this way the contribution of the fluid is definitely due to its speed which necessarily must be high, therefore atmospheric conditions of not particularly intense winds lead to the scarce use of these wind devices, often making them very inefficient.
Un altro inconveniente è rappresentato dal fatto che i mulini presentano una scarsa inerzia necessitando in continuo del movimento del fluido poiché in caso contrario rallentano fino a fermarsi. Another drawback is represented by the fact that the mills have a low inertia requiring continuous movement of the fluid since otherwise they slow down until they stop.
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invenzione si propone di mettere a disposizione un mulino ad elevata resa aerodinamica in grado di eliminare o significativamente ridurre gli inconvenienti sopra lamentati. The present invention proposes to provide a mill with a high aerodynamic yield capable of eliminating or significantly reducing the drawbacks mentioned above.
La presente invenzione si propone inoltre di fornire un mulino in grado di adattarsi a fluido qualsiasi sia la direzione di provenienza di questo. The present invention also proposes to provide a mill capable of adapting to a fluid whatever its direction of origin.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un mulino in grado di funzionare anche con un flusso minimo di fluido. Another object of the present invention is to provide a mill capable of operating even with a minimum flow of fluid.
Ciò è ottenuto mediante un mulino ad elevata resa aerodinamica avente le caratteristiche descritte alla rivendicazione principale. This is achieved by means of a high aerodynamic yield mill having the characteristics described in the main claim.
Le rivendicazioni dipendenti delineano forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione. The dependent claims outline advantageous embodiments of the invention.
Il mulino ad elevata resa aerodinamica secondo l'invenzione comprende un'intelaiatura, incernierata ad un piano fisso in corrispondenza di un suo asse verticale e costituita da anelli periferici trasversali collegati da dei montanti, destinata a supportare pale girevoli attorno ad un rispettivo asse sostanzialmente parallelo a detto asse verticale oltre a supportare elementi convogliatori sporgenti da detta intelaiatura stessa in direzione non radiale rispetto a detto asse verticale. The mill with high aerodynamic performance according to the invention comprises a frame, hinged to a fixed plane at one of its vertical axes and consisting of transverse peripheral rings connected by uprights, intended to support blades rotating around a respective substantially parallel axis to said vertical axis as well as supporting conveying elements projecting from said frame itself in a direction not radial with respect to said vertical axis.
Conformemente all'invenzione i cardini delle pale girevoli sono posti su detti montanti colleganti dei raggi dell 'intelaiatura la quale presenta dei fermi preposti a far compiere alle pale medesime escursioni angolari comunque minori di un angolo piatto e tali da occupare un unico settore compreso tra due raggi consecutivi. According to the invention, the hinges of the revolving blades are placed on said uprights connecting the spokes of the frame which has stops designed to make the blades perform the same angular excursions in any case smaller than a flat angle and such as to occupy a single sector between two consecutive rays.
L'intelaiatura dispone di guide perimetrali insediabili scorrevolmente in una rispettiva sede fissa mentre gli elementi convogliatori presentano inclinazioni equiverse e dello stesso valore angolare in modo da poter contribuire uniformemente al trascinamento del mulino. The frame has perimeter guides that can be slidably installed in a respective fixed seat while the conveyor elements have equal inclinations and of the same angular value so as to be able to contribute uniformly to the dragging of the mill.
Tali elementi convogliatori assorbono energia dal fluido in movimento soprattutto per portanza e quindi per effetto cinetico garantendo un minimo di energia rotazionale al mulino. These conveyor elements absorb energy from the moving fluid mainly by lift and therefore by kinetic effect, guaranteeing a minimum of rotational energy to the mill.
Nel caso che il flusso del fluido assuma direzione ortogonale alle pale girevoli, queste ruotano attorno al proprio asse raggiungendo una posizione di massima apertura consentendo al fluido stesso di attraversare il mulino senza ostacolarne la rotazione. In the event that the flow of the fluid assumes a direction orthogonal to the rotating blades, these rotate around their own axis reaching a position of maximum opening allowing the fluid itself to pass through the mill without hindering its rotation.
Il verso di rotazione delle pale è concorde con quello del mulino in modo da contribuire con un ulteriore momento della quantità di moto al fine di mantenere energia rotazionale aumentando l'inerzia del mulino stesso, in queste condizioni l'intelaiatura è in grado di ruotare anche con un minimo flusso di fluido. The direction of rotation of the blades is in agreement with that of the mill in order to contribute with a further moment of momentum in order to maintain rotational energy by increasing the inertia of the mill itself, in these conditions the frame is able to rotate even with minimal fluid flow.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS
Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente di una forma di realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l'ausilio dei disegni illustrati nella tavola allegata, in cui: Other characteristics and advantages of the invention will become evident upon reading the following description of an embodiment of the invention, provided by way of non-limiting example, with the aid of the drawings illustrated in the attached table, in which:
la figura 1 è una vista in alzato -.frontale del mulino secondo l'invenzione; Figure 1 is a front elevation view of the mill according to the invention;
la figura 2 rappresenta una vista in sezione dal basso presa lungo la traccia II-II della figura 1; e Figure 2 is a bottom sectional view taken along the line II-II of Figure 1; And
la figura 3 illustra una vista in alzato frontale di una pala girevole. Figure 3 illustrates a front elevation view of a rotating blade.
DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT
Nelle figure, il numero di riferimento 10 indica generalmente un mulino ad elevata resa aerodinamica, nel caso di specie un mulino 10 che comprende un'intelaiatura 11 presentanti un anello perimetrale inferiore 12 ed uno superiore 13 ciascuno collegato ad un perno centrale 14 mediante dei raggi 15. In the figures, the reference number 10 generally indicates a mill with high aerodynamic efficiency, in this case a mill 10 which comprises a frame 11 having a lower perimeter ring 12 and an upper one 13 each connected to a central pin 14 by means of spokes 15.
I raggi 15 dell'anello inferiore 12 sono collegati ai rispettivi raggi 15 dell'anello superiore 13 mediante dei montanti intermedi 16 e dei montanti periferici 17 questi ultimi posti in corrispondenza degli anelli 12 e 13 medesimi. I montanti 16 e 17 sono sostanzialmente paralleli al perno centrale 14. The spokes 15 of the lower ring 12 are connected to the respective spokes 15 of the upper ring 13 by means of intermediate uprights 16 and peripheral uprights 17, the latter placed in correspondence with the rings 12 and 13 themselves. The uprights 16 and 17 are substantially parallel to the central pin 14.
In tal modo l'intelaiatura 11 presenta una configurazione rotorica a gabbia, preferenzialmente cilindrica, delimitata dagli anelli 12 e 13 oltre che dai montanti periferici 17 e dai raggi 15, irrobus ita dalla presenza dei montanti intermedi 16. In this way the frame 11 has a cage-like rotor configuration, preferentially cylindrical, delimited by the rings 12 and 13 as well as by the peripheral uprights 17 and by the spokes 15, irrobus ita by the presence of the intermediate uprights 16.
Il perno centrale 14, che può presentare la propria estremità inferiore solidale ad plinto 18 ancorato al suolo 19, è munito , in corrispondenza delle proprie estremità, di corone 20 e 21 rispettivamente fissate ai raggi 15 dell'anello inferiore 12 e ai raggi 15 dell'anello superiore 13 . The central pin 14, which can have its lower end integral with the plinth 18 anchored to the ground 19, is equipped, at its ends, with crowns 20 and 21 respectively fixed to the spokes 15 of the lower ring 12 and to the spokes 15 of the 'upper ring 13.
Tali corone sono internamente cave presentando ciascuna una sede per un rispettivo cuscinetto in modo da consentire una rotazione libera dell'intelaiatura 11 attorno al perno 14. These crowns are internally hollow, each having a seat for a respective bearing so as to allow free rotation of the frame 11 around the pin 14.
L'anello perimetrale inferiore 12 dispone di sporgenze rotoidali 22 distribuite uniformemente sul suo contorno ed affacciantesi radialmente verso l'esterno dell'intelaiatura 11. Tali sporgenze 22, in opera, sono destinate ad essere insediate scorrevolmente all'interno di una corona esterna fissa 23 vincolata a dei plinti 24 ancorati al suolo 19. The lower perimeter ring 12 has rotoidal protrusions 22 uniformly distributed on its contour and facing radially towards the outside of the frame 11. These protrusions 22, when installed, are intended to be slidably seated inside a fixed external crown 23 bound to plinths 24 anchored to the ground 19.
Ciascun plinto 24 può essere munito di una rispettiva piastra 25 ergentesi dal suolo 19 ed adiacente alla corona 23 in modo da contrastarne eventuali spinte centrifughe durante la rotazione del mulino 10. Each plinth 24 can be provided with a respective plate 25 extending from the ground 19 and adjacent to the crown 23 so as to counteract any centrifugal thrusts thereof during the rotation of the mill 10.
Ciascun montante periferico 17 ed intermedio 16 presenta, sulla propria faccia rivolta verso il perno 14, dei cardini 26 preposti ad incernierare un rispettivo telaio 27 di una pala girevole 28. Each peripheral upright 17 and intermediate 16 has, on its face facing the pin 14, hinges 26 designed to hinge a respective frame 27 of a rotating blade 28.
Quest'ultima presenta preferenzialmente un telaio 27 a configurazione rettangolare destinato a supportare una vela 29 in tessuto teso resistente agli agenti esterni. The latter preferably has a frame 27 with a rectangular configuration intended to support a sail 29 made of stretched fabric resistant to external agents.
Secondo una variante riportata nella figura 3, la vela 29 può essere ammainata per esempio svincolandola ad una sua estremità ed avvolgendola su un rispettivo tamburo 30 in corrispondenza della sua estremità opposta. According to a variant shown in Figure 3, the sail 29 can be lowered for example by releasing it at one of its ends and winding it on a respective drum 30 at its opposite end.
Nel caso di mulini 10 di dimensioni relativamente consistenti il tamburo 30 può essere motorizzato e può disporre di catene di guida, insediabili scorrevolmente sul telaio 27, destinate a trascinare la vela 29 sia durante la fase di avvolgimento che durante quella di svolgimento sul e dal tamburo 30. In the case of mills 10 of relatively large dimensions, the drum 30 can be motorized and can have guide chains, which can be slidably seated on the frame 27, designed to drag the sail 29 both during the winding phase and during the unwinding phase on and from the drum. 30.
Ciascun raggio 15 è munito, in corrispondenza di ciascun montante intermedio 16 ed in prossimità delle corone 20 e 21, di battenti 31 di riscontro per il fine corsa di chiusura di ciascuna rispettiva pala girevole 28. Each spoke 15 is provided, in correspondence with each intermediate upright 16 and in proximity of the crowns 20 and 21, with abutment flaps 31 for the closing stroke end of each respective rotatable blade 28.
Inoltre, ciascun montante periferico 17 ed intermedio 16 dispone di un fine corsa angolare 32 destinato a limitare l'escursione angolare di una rispettiva pala girevole 28 durante la fase di apertura della stessa. Furthermore, each peripheral upright 17 and intermediate 16 has an angular stop 32 designed to limit the angular excursion of a respective rotatable blade 28 during the opening phase thereof.
Il detto fine corsa angolare è generalmente predisposto in modo tale di fermare l'escursione della pala 28 ad un angolo di circa 45°. Said angular stop is generally arranged in such a way as to stop the excursion of the blade 28 at an angle of approximately 45 °.
Ciascuna pala girevole 28 può presentare un qualsiasi adatto mezzo di richiamo elastico per tornare in posizione di chiusura una volta superata la fase di primo impatto del flusso di fluido. Each rotatable blade 28 can have any suitable elastic return means to return to the closed position once the first impact phase of the fluid flow has been passed.
A ciascun montante periferico 17 è fissato un rispettivo elemento convog li atore 33 sporgente dall'intelaiatura 11 in direzione non radiale rispetto al perno centrale 14. A respective conveying element 33 protruding from the frame 11 in a non-radial direction with respect to the central pin 14 is fixed to each peripheral upright 17.
Gli elementi convogliatori 33 presentano inclinazioni equiverse e dello stesso valore angolare in modo da poter contribuire uniformemente al trascinamento del mulino 10. The conveyor elements 33 have equal inclinations and of the same angular value so as to be able to contribute uniformly to the dragging of the mill 10.
Generalmente l'inclinazione rispetto al raggio dell'anello di supporto è di circa 45°. Generally, the inclination with respect to the radius of the support ring is about 45 °.
In questo modo, allorché una pala 28 è completamente aperta fino alla posizione individuata dal proprio elemento di fermo angolare, essa risulta essere sostanzialmente parallela al convogliatore 33 ad essa associato. In this way, when a blade 28 is completely open up to the position identified by its angular stop element, it is substantially parallel to the conveyor 33 associated with it.
Come si può notare dalla figura 2, quando il fluido, per esempio l'aria, presenta un flusso secondo la direzione ed il verso indicati dalla freccia denominata con "A", un settore 34 compreso tra raggi 15 consecutivi sarà immediatamente interessato dall'impatto del fluido stesso mentre gli altri settori 35 in quel momento non avvertiranno l'effetto cinetico dell'aria. As can be seen from figure 2, when the fluid, for example air, has a flow according to the direction and the direction indicated by the arrow labeled "A", a sector 34 between consecutive rays 15 will be immediately affected by the impact of the fluid itself while the other sectors 35 at that moment will not feel the kinetic effect of the air.
Nell'ambito del settore 34, le pale girevoli 28 che risentono dei flusso sostanzialmente ortogonale alle rispettive vele 29 tendono ad aprirsi ruotando secondo il verso indicato dalle frecce denominate con "B" mentre le pale 28 dell'altro raggio 15 permangono . in posizione di chiusura grazie all'azione contrastante dei battenti 31. Within the sector 34, the rotating blades 28 which are affected by the flow substantially orthogonal to the respective sails 29 tend to open by rotating according to the direction indicated by the arrows designated by "B" while the blades 28 of the other radius 15 remain. in the closed position thanks to the contrasting action of the leaves 31.
In questo modo il raggio 15 presentante le pale 28 chiuse offre resistenza al fluido inducendo una rotazione del mulino 10 secondo il verso indicato dalla freccia denominata con. "C", nel contempo il raggio 15 successivo dispone di pale 28 aperte non ostacolando il movimento rotatorio del mulino 10 stesso. In this way the spoke 15 having the blades 28 closed offers resistance to the fluid, inducing a rotation of the mill 10 according to the direction indicated by the arrow designated by. "C", at the same time the subsequent radius 15 has open blades 28 not hindering the rotary movement of the mill 10 itself.
L'elemento convogliatore 33 solidale al raggio 15 avente pale 28 chiuse contribuisce allo rotazione del mulino 10 presentando la propria concavità al flusso del fluido mentre l'elemento convogliatore 33 solidale al raggio 15 successivo presenta la propria convessità lasciando scorrere l'aria senza esercitare azione frenante. The conveyor element 33 integral with the spoke 15 having closed blades 28 contributes to the rotation of the mill 10 by presenting its concavity to the flow of the fluid while the conveyor element 33 integral with the subsequent spoke 15 has its own convexity, letting the air flow without exerting any action braking.
L'intelaiatura 11 è costituita in materiale metallico leggero a buona resistenza meccanica ed elevata resistenza agli agenti atmosferici, per esempio può essere in alluminio . The frame 11 is made of a light metal material with good mechanical strength and high resistance to atmospheric agents, for example it can be of aluminum.
Ciascuna pala girevole 28 può presentare la rispettiva vela 29 in materiale tipicamente impiegabile per la costruzione di vele marine. Each rotatable blade 28 can have the respective sail 29 made of material typically usable for the construction of marine sails.
Il mulino 10 ad elevata resa aerodinamica secondo l'invenzione può essere impiegato con qualsiasi tipo d fluido, per esempio aria o acqua. The high aerodynamic yield mill 10 according to the invention can be used with any type of fluid, for example air or water.
L'invenzione è stata precedentemente descritta con riferimento ad una forma di realizzazione preferenziale della stessa. The invention has been previously described with reference to a preferential embodiment thereof.
Tuttavia, è chiaro che l'invenzione è suscettibile di numerose varianti che rientrano nel suo ambito, all'interno delle equivalenze tecniche. However, it is clear that the invention is susceptible of numerous variants which fall within its scope, within the technical equivalences.
A titolo di esempio, sono previste forme di realizzazione secondo le quali il mulino funziona con una pluralità di generatori. By way of example, embodiments are provided according to which the mill operates with a plurality of generators.
Inoltre, secondo un'altra forma di realizzazione, l'anello perimetrale può agire direttamente da presa di forza, tramite un accoppiamento con corona dentata o cìnghia . Furthermore, according to another embodiment, the perimeter ring can act directly as a power take-off, by means of a coupling with a toothed crown or chain.
Ancora, allo scopo di irrobustire la struttura, è possibile inserire nella base di supporto altri anelli concentrici all'anello perimetrale, di diametro inferiore a quest 'ultimo. Furthermore, in order to strengthen the structure, it is possible to insert in the support base other rings concentric to the perimeter ring, having a smaller diameter than the latter.
Secondo una ulteriore forma di realizzazione, il mulino non è provvisto di convogliatori d'aria. According to a further embodiment, the mill is not provided with air conveyors.
Infine, i cardini delle pale girevoli possono essere centrali rispetto alle pale stesse, e non disposti su un lato come nelle figure illustrate. Finally, the hinges of the rotating blades can be central with respect to the blades themselves, and not arranged on one side as in the illustrated figures.
Secondo un'ultima forma di realizzazione preferenziale, il mulino può essere dotato di una pluralità di unità sovrapposte, collegate ad un unico albero centrale According to a last preferred embodiment, the mill can be equipped with a plurality of superimposed units, connected to a single central shaft
Claims (16)
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