ITVR20130105A1 - Turbina eolica - Google Patents

Description

TURBINA EOLICA

La presente invenzione riguarda una turbina eolica del tipo ad asse di rotazione orizzontale e cioà ̈ in cui le pale eoliche della turbina sono in grado di girare, per effetto delle correnti d’aria circostanti la turbina stessa, attorno ad un asse di rotazione sostanzialmente ortogonale a quello di un montante di supporto della turbina.

Lo sfruttamento dell’energia eolica per la produzione di energia elettrica ha conosciuto negli ultimi anni un rapido sviluppo. Come à ̈ noto, una turbina eolica tradizionale comprende un montante o torretta di supporto per un gruppo generatore di corrente elettrica connesso a sua volta ad un gruppo rotore eolico composto da una pluralità di pale eoliche destinate ad essere trascinate in rotazione dalle correnti d’aria circostanti la turbina. Il gruppo generatore di corrente elettrica à ̈ solitamente alloggiato in una carcassa o navicella di alloggiamento che lo protegge ed isola dall’ambiente esterno. Le pale del gruppo rotore eolico sono generalmente montate angolarmente sfalsate tra loro in un medesimo piano di giacitura con le rispettive estremità prossimali fissate ad un mozzo comune, girevole attorno ad un asse sostanzialmente ortogonale al montante di supporto della turbina e solidale al rotore del gruppo generatore di corrente elettrica. Nelle turbine tradizionali, il rotore del gruppo generatore di corrente elettrica à ̈ alloggiato all’interno di una parte esterna fissa o statore del generatore.

Come à ̈ noto, la trasformazione dell’energia eolica in energia elettrica avviene per effetto del trascinamento in rotazione del gruppo rotore eolico da parte delle correnti di aria circostanti la turbina. Il gruppo rotore eolico a sua volta trascina in rotazione il rotore del gruppo generatore di corrente generando così corrente elettrica. L’energia elettrica erogata dal gruppo generatore di corrente viene immessa in rete dopo essere stata adeguatamente trasformata mediante un adatto trasformatore. Il rendimento della trasformazione tra energia meccanica ed elettrica delle turbine tradizionali può essere migliorato.

Si avverte inoltre l’esigenza di realizzare turbine eoliche aventi configurazioni alternative rispetto alle turbine eoliche tradizionali.

Scopo principale, quindi della presente invenzione à ̈ quello di fornire una turbina eolica che abbia una configurazione alternativa rispetto a quella delle turbine tradizionali.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica che consenta di ottenere un elevato rendimento nella trasformazione dell’energia meccanica prodotta dal gruppo rotore eolico in energia elettrica.

Un altro scopo ancora della presente invenzione à ̈ quello di fornire una turbina eolica che sia sicura anche in condizioni climatiche particolarmente estreme.

Non ultimo scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione una turbina eolica che sia facile da realizzare a costi competitivi.

Questi ed altri scopi ancora della presente invenzione sono raggiunti da una turbina eolica comprendente:

- un montante di supporto avente asse longitudinale B-B;

- almeno un gruppo generatore di corrente elettrica supportato da tale montante di supporto e comprendente almeno uno statore ed almeno un rotore; - almeno un gruppo rotore eolico, connesso a tale almeno un rotore di tale almeno un gruppo generatore di corrente elettrica, tale almeno un gruppo rotore eolico essendo trascinabile in rotazione attorno ad un proprio asse di rotazione A-A dalle correnti d’aria che lo circondano e preposto trascinare a sua volta in rotazione, lungo il medesimo asse, tale almeno un rotore di tale almeno un gruppo generatore di corrente elettrica ad esso solidale;

caratterizzata dal fatto che

tale almeno un rotore à ̈ montato girevole attorno a tale almeno uno statore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di realizzazione attualmente preferiti, illustrati a titolo puramente esemplificativo e non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la Figura 1 mostra una vista prospettica anteriore, leggermente dall’alto, del gruppo rotore eolico e del generatore elettrico della turbina secondo la presente invenzione;

la Figura 2 à ̈ una vista prospettica posteriore, leggermente dall’alto, del gruppo rotore eolico e del generatore elettrico della turbina di Fig.1;

la Figura 3a mostra una vista in sezione trasversale, in scala ingrandita, della turbina di Fig. 1, presa lungo la traccia III-III con particolare riferimento al gruppo generatore di corrente elettrica;

la Figura 3b mostra una vista in sezione trasversale, in scala ingrandita, della turbina di Fig. 1, presa lungo la traccia III-III, con particolare riferimento al gruppo rotore eolico;

la Figura 3c, Ã ̈ una vista laterale, in scala ingrandita, con parti asportate e particolari in sezione presi lungo la traccia III-III della turbina di Fig. 1, con particolare riferimento al un gruppo di posizionamento delle pale eoliche;

la Figura 4 illustra una vista in sezione trasversale del gruppo rotore eolico illustrato in Fig.3a, presa lungo la traccia IV-IV;

la Figura 5 Ã ̈ una vista in sezione trasversale con parti asportate della turbina di Fig. 1, presa lungo la traccia V-V, dotata di sistema di raffreddamento del gruppo generatore di corrente;

la Figura 6 mostra lo schema elettrico della turbina secondo la presente invenzione; e

la Figura 7 illustra lo schema idraulico della turbina secondo la presente invenzione.

Negli uniti disegni, parti o componenti uguali o simili sono stati contraddistinti con i medesimi numeri di riferimento.

Con riferimento dapprima alle Figure 1 e 2, si noterà come una turbina eolica secondo la presente invenzione sia indicata con il numero di riferimento 1 e comprenda un montante di supporto 2, solitamente rastremato verso l’alto e di sezione preferibilmente circolare o poligonale, ad esempio ottagonale, portante una struttura di supporto 3 per un gruppo generatore 4 di corrente elettrica. Il gruppo generatore 4 di corrente elettrica à ̈ a sua volta connesso ad un gruppo rotore eolico 5 comprendente una o più pale eoliche 6 ed à ̈ destinato a convertire in energia elettrica, l’energia meccanica trasmessa, in uso, dal gruppo rotore eolico 5. Il gruppo rotore eolico 5 à ̈ trascinabile in rotazione attorno ad un asse di rotazione A-A sostanzialmente ortogonale all’asse longitudinale del montante di supporto, per effetto delle correnti d’aria che interessano la zona circostante la turbina.

La struttura di supporto 3 per il gruppo generatore 4 di corrente elettrica à ̈ supportata dal montante di supporto 2 girevole attorno all’asse longitudinale B-B del montante stesso e comprende una piastra di base 3a, dalla quale sui erge una piastra o parete di connessione 3b per il supporto a sbalzo del gruppo generatore 4. La struttura di supporto 3 del gruppo generatore 4 di corrente à ̈ vantaggiosamente irrigidita da fiancate laterali 3d e da una coppia di staffe 3c previste ergentisi dalla piastra di base 3a accostate posteriormente e simmetricamente alla piastra o parete di connessione 3b.

Vantaggiosamente, il gruppo generatore 4 di corrente elettrica (si faccia particolare riferimento alla Fig. 3a) comprende un motore a magneti permanenti, preferibilmente sincrono, dotato di uno statore 7 connesso posteriormente, ad esempio imbullonato, alla piastra o parete di connessione 3b della struttura di supporto 3, mediante adatti mezzi di impegno. Tali mezzi di impegno comprendono, vantaggiosamente, una flangia posteriore di connessione 7b tra la struttura di supporto 3 ed una piastra o parete posteriore dello statore 7c. Tra la flangia posteriore di connessione 7b e la parete posteriore 7c dello statore resta delimitata una sede di alloggiamento 7d, per l’alloggiamento, come si dirà meglio in seguito, di mezzi di supporto del rotore 8. In corrispondenza di un proprio fronte anteriore, rivolto verso il gruppo rotore eolico 5, lo statore presenta una piastra o parete anteriore 7e.

Lo statore 7 si estende lungo l’asse di rotazione A-A del gruppo rotore eolico 5 e presenta un’apertura passante 7a lungo l’asse A-A stesso. In asse con tale apertura passante 7a, sulla parete di connessione verticale 3b della struttura di supporto 3 à ̈ prevista una corrispondente apertura passante 3e. Dell’apertura passante 7a e dell’apertura passante 3e si dirà meglio in seguito.

Attorno allo statore 7 del gruppo generatore 4 di corrente elettrica della turbina eolica 1 secondo la presente invenzione à ̈ supportato girevole, in corrispondenza delle piastre o pareti anteriore e posteriore 7c e 7e, un rotore 8 provvisto di magneti permanenti sulla propria faccia interna 8a.

Il rotore 8 del gruppo generatore di corrente elettrica à ̈ supportato posteriormente dallo statore 7 mediante mezzi di supporto comprendenti una pluralità di cuscinetti di supporto posteriori 9a, alloggiati nella sede di alloggiamento 7d di cui sopra. Più in particolare, il rotore 8 resta posteriormente supportato dalla pluralità di cuscinetti di supporto posteriori 9a in corrispondenza di una propria flangia di supporto posteriore 8c, ad esempio ad esso imbullonata, la quale, tra l’altro coopera, come si dirà meglio in seguito, con un gruppo frenante del generatore 4 di corrente. Il rotore 8, che comprende anche una flangia di supporto anteriore 8b à ̈ supportato anteriormente dallo statore 7 in corrispondenza della piastra anteriore 7e dello stesso, mediante una pluralità di cuscinetti di supporto anteriori 9b. Tali cuscinetti di supporto 9b sono previsti alloggiati in una sede di alloggiamento delimitata tra la piastra anteriore 7e dello statore 7 e la flangia di supporto anteriore 8b del rotore opportunamente connessa, ad esempio imbullonata, al rotore stesso.

Il rotore 8, in uso, gira esternamente attorno allo statore 7 ed attorno all’asse A-A di rotazione del gruppo rotore eolico 5 della turbina 1 secondo la presente invenzione. Come si noterà, il rotore 8 à ̈ permanentemente connesso al gruppo rotore eolico 5 mediante la flangia anteriore 8b. La connessione diretta tra il rotore 8, del gruppo generatore 4 di corrente elettrica, ed il gruppo rotore eolico 5 consente di massimizzare il rendimento della turbina.

Il gruppo rotore eolico 5 della turbina eolica 1 secondo la presente invenzione, si faccia in particolare riferimento alle Figure 3b e 4, comprende un corpo scatolare 10, di sezione trasversale ad esempio poligonale, la cui parete di base à ̈ fissata, ad esempio imbullonata, alla flangia anteriore 8b del rotore e presenta un’apertura passante posteriore 10b (Fig.3b). Sulla parete opposta alla parete di base, il corpo scatolare 10 presenta una corrispondente apertura passante anteriore 10a (Figg. 3b e 4). Entrambe le aperture passanti 10a e 10b sono ricavate in asse con l’asse di rotazione A-A.

Sulla parete laterale 11 del corpo scatolare 10 sono inoltre previste tante aperture passanti 11a (Fig. 3b) quante sono le pale eoliche 6 da esso portate, preferibilmente uniformemente angolarmente distanziate tra loro attorno all’asse di rotazione A-A. In corrispondenza di ciascuna delle aperture passanti 11a à ̈ esternamente connesso alla parete laterale 11, ad esempio ad essa imbullonato, un elemento a boccola 12, destinato a supportare in rotazione, ad esempio mediante adatti cuscinetti a rulli conici 12a, un albero di connessione 13 con una rispettiva pala eolica 6. Ciascun albero di connessione 13 à ̈ fissato, ad esempio imbullonato, all’estremità prossimale di una rispettiva pala eolica 6.

Il gruppo rotore eolico 5 (si veda la Fig. 4) comprende inoltre una piastra anteriore 15 connessa alle estremità 13a di ciascun albero di connessione 13, mediante un rispettivo leverismo 14, e traslabile lungo l’asse di rotazione A-A su uno o più alberi di guida 16 montati nel corpo scatolare 10 paralleli all’asse A-A e fissati internamente al corpo scatolare stesso.

Ciascun leverismo 14 (si faccia riferimento in particolare alla Figura 4) comprende, almeno un primo braccio di leva 14a articolato, in corrispondenza di una sua prima estremità 14a1 sulla piastra anteriore 15 e, in corrispondenza dell’altra sua estremità 14a2 all’estremità di un secondo braccio di leva 14b a sua volta fissato, da banda opposta, in 17, all’estremità 13a girevole del rispettivo albero di connessione 13. Con una tale configurazione, una traslazione della piastra anteriore 15 lungo l’asse di rotazione A-A del gruppo eolico si traduce in una corrispondente e simultanea rotazione di ciascuna pala 6 attorno al proprio asse longitudinale C-C.

Con una tale configurazione appare chiaro che la traslazione della piastra anteriore 15 consente di regolare il passo delle pale eoliche 6 e cioà ̈ la loro disposizione rispetto alle correnti di aria su di esse incidenti.

La traslazione della piastra anteriore 15 e la rispettiva rotazione delle pale eoliche 6 attorno al loro asse longitudinale C-C sono controllate da un primo gruppo di posizionamento 18 (Si faccia particolare riferimento alle Fig. 3b e 3c), comprendente un albero di regolazione 19, ad esempio cavo, disposto lungo l’asse di rotazione A-A della turbina ed alloggiato in una rispettiva sede di alloggiamento delimitata dall’apertura 7a dello statore 7, dalle aperture passanti anteriore 10a e posteriore 10b del corpo scatolare 10, nonché da un’apertura passante 15a prevista nella piastra anteriore 15 del gruppo rotore eolico. Nella piastra anteriore 15 sono ricavate a tale scopo una pluralità di sedi di alloggiamento per rispettivi cuscinetti di supporto 15c, rivolte verso l’apertura 15a (Fig. 3b) . L’albero di regolazione 19, infatti, resta supportato in corrispondenza dalla piastra anteriore 15 del gruppo rotore eolico 5, dai cuscinetti di supporto 15c.

Vantaggiosamente, in corrispondenza di una propria estremità anteriore 19a (come illustrato in fig. 3b e 3c), l’albero di regolazione 19 presenta inoltre sezione trasversale leggermente ridotta ed inseribile a misura nell’apertura passante 15a ricavata sulla piastra 15, cosicché ad una traslazione dell’albero 19 lungo l’asse A-A verso il gruppo rotore eolico 5 corrisponde ad una rispettiva traslazione della piastra anteriore 15 sui rispettivi alberi di guida 16. Sulla porzione terminale dell’estremità 19a dell’albero 19, accostata alla piastra di connessione 15, à ̈ inoltre previsto un adatto mezzo di impegno, ad esempio una ghiera 19b, preposta a vincolare la piastra 15 all’albero di regolazione 19 in modo che una traslazione dell’albero di regolazione 19, lungo l’asse A-A, nel verso opposto e cioà ̈ verso il gruppo generatore 4 di corrente elettrica, si traduca in una corrispondente traslazione della piastra anteriore 15 verso il generatore 4 lungo le rispettive guide 16. Da qui, una corrispondente e simultanea rotazione delle pale eoliche 6, in un senso o nell’altro, ciascuna attorno al proprio asse longitudinale C-C.

L’albero di regolazione 19 del primo gruppo di controllo 18 à ̈, a sua volta, controllabile da mezzi attuatori 20 (Figg.3b e 3c) attivabili da un rispettivo gruppo moto-riduttore 21, preferibilmente del tipo reversibile. I mezzi attuatori 20 ed il gruppo motore reversibile - riduttore 21 sono supportati posteriormente dalla struttura di supporto 3, in particolare da una staffa 3f all’uopo prevista in corrispondenza dell’apertura passante 3e e comprendono un carrello 22, ad esempio un pattino a ricircolo di sfere, traslabile lungo l’asse A-A su di una rispettiva guida o rotaia 22a supportata dalla staffa 3f. Il gruppo moto-riduttore 21 à ̈ supportato dal carrello 22 ed à ̈ destinato a comandare una vite a ricircolo di sfere 23 connessa in modo noto all’albero di regolazione 19 in corrispondenza dell’altra sua estremità 19c. Come si comprenderà, l’attivazione del gruppo motoriduttore 21 causa la rotazione della corrispondente vite a ricircolo di sfere 23 e, conseguentemente, una traslazione dell’albero di regolazione 19 lungo l’asse A-A..

La turbina eolica 1 secondo la presente invenzione comprende vantaggiosamente anche un primo gruppo di sicurezza 24 del gruppo rotore eolico 5 (si faccia riferimento alla Figura 7), attivabile in assenza di corrente elettrica erogata dal generatore 4 di corrente e preposto a disporre le pale eoliche 6 del gruppo rotore eolico 5 in una posizione angolare di riposo, rispetto al loro asse longitudinale C-C, nella quale non vengono trascinate in rotazione dalle correnti d’aria circostanti la turbina.

Tale primo gruppo di sicurezza 24 ( Fig. 7) à ̈ vantaggiosamente di tipo olio-dinamico o pneumatico e comprende un accumulatore di fluido in pressione 25, preferibilmente olio, posto in comunicazione di fluido con una centralina fluidodinamica di controllo 26 di un tipo adatto qualsiasi, e con un gruppo valvolare 27. Il gruppo valvolare 27 à ̈ a sua volta posto in comunicazione di fluido con una o più unità cilindro-pistone 28 (nell’esempio di realizzazione della presente invenzione due), preferibilmente a doppio effetto, ciascuna destinata ad impegnare i mezzi attuatori 20 del primo gruppo di posizionamento 18 ed in particolare il carrello 22 solidale all’albero di regolazione 19 e traslabile sulla guida o rotaia 22a lungo l’asse A-A. La centralina di controllo 26, in presenza di corrente elettrica erogata dal gruppo generatore di corrente elettrica 4, mantiene elettricamente commutato il gruppo valvolare 27 in una prima posizione di lavoro illustrata in Fig. 7. Quando, invece, la corrente elettrica erogata del gruppo generatore 4 viene meno, il gruppo valvolare 27 commuta dalla prima alla seconda posizione di lavoro o di sicurezza.

In seguito all’attivazione meccanica del gruppo valvolare 27, la o le unità cilindro-pistone 28, per effetto della maggior pressione del fluido contenuto nelle rispettive camere di mandata o di scarico, rispettivamente 28a e 28b, spingono il carrello 22 del primo gruppo di posizionamento 18 sulla rispettiva guida 22a in una posizione predefinita tale da consentire una traslazione dell’albero di regolazione 19 lungo l’asse A-A e, conseguentemente, una corrispondente rotazione delle pale eoliche 6 attorno al loro asse longitudinale C-C nella loro posizione di riposo.

La turbina eolica 1 secondo la presente invenzione comprende vantaggiosamente un gruppo di raffreddamento 30 del gruppo generatore 4 di corrente elettrica, illustrato in Figura 5. Il gruppo di raffreddamento 30 comprende un carter di convogliamento aria 31, di lunghezza sostanzialmente pari alla lunghezza del generatore elettrico 4 lungo l’asse A-A, supportata dalla struttura di supporto 3 attorno al gruppo generatore 4. Tale carter di convogliamento aria 31 comprende una parete piana di base 31a, a partire dalla quale si erge una parete ricurva 31b di sezione trasversale sostanzialmente a “U†rovesciata connessa alla parete di base 31a in corrispondenza delle estremità laterali della stessa. Nella parete di base 31a à ̈ ricavata almeno un’apertura passante di ingresso 31c ed almeno un’apertura passante di uscita 31d cosicché l’aria circostante la turbina, per effetto della rotazione del rotore 8 del gruppo generatore 4 attorno all’asse di rotazione A-A, viene richiamata ad entrare dall’apertura di ingresso 31c del carter di convogliamento aria 31 e ad uscire dall’apertura passante di uscita 31d.

Il carter di convogliamento aria 31 del gruppo di raffreddamento 30 della turbina secondo la presente invenzione, comprende inoltre un elemento concavo 32, previsto tra la parete di base 31a ed il rotore 8 del gruppo generatore 4, destinato a favorire il convogliamento dell’aria in ingresso ed in uscita dalle rispettive aperture 31c e 31d.

Con una tale configurazione del carter di convogliamento 31, l’aria in ingresso dall’apertura 31c viene forzata verso la sommità del carter stesso attorno al rotore 8 e poi verso il basso in uscita dall’apertura 31d (si vedano le frecce in fig.5).

Vantaggiosamente, per aumentare il ricircolo di aria nel generatore elettrico 4 e favorire, quindi, il raffreddamento dello stesso, nel rotore 8 , prevalentemente in corrispondenza delle sue estremità anteriore e posteriore, à ̈ ricavata una pluralità di aperture passanti 8d ciascuna delle quali à ̈ ottenute angolarmente distanziate dalle altre attorno all’asse A-A e prevista per porre in comunicazione di fluido l’esterno del rotore con lo statore 7. Lo statore 7 à ̈ a sua volta dotato di almeno un’apertura passante longitudinale 7f, preferibilmente una pluralità, ricavata attorno all’asse di rotazione A-A. Tali aperture passanti longitudinali 7f, oltre ad alleggerire la struttura stessa dello statore 7, consentono il passaggio di aria al suo interno.

Tornando alle aperture passanti 8d previste sul rotore 8, esse si estendono radialmente in esso secondo un angolazione tale da consentire il convogliamento di parte del flusso d’aria dal rotore 8 verso lo statore 7, soprattutto in corrispondenza dell’apertura passante di ingresso 31c del carter di convogliamento 31, e, viceversa, dallo statore 7 verso il rotore 8, soprattutto in corrispondenza dell’apertura passante di uscita 31d.

Sul rotore 8, in corrispondenza di ciascuna apertura passante 8d, à ̈ inoltre prevista un’aletta 8e ergentesi radialmente dalla superficie del rotore stesso secondo un angolo tale da agevolare il convogliamento del flusso di aria nella rispettiva apertura passante 8d verso lo statore 7, soprattutto in corrispondenza dell’ingresso 31c del carter di convogliamento aria 31. Sempre per favorire il raffreddamento del rotore 8 ed al fine di massimizzarne la dispersione del calore, si prevedono sulla superficie esterna del rotore, in un suo tratto sostanzialmente centrale, una pluralità di alette di raffreddamento 8f, estendentisi radialmente a partire dalla superficie del rotore 8 e destinate, in uso, ad essere raffreddate dal flusso di aria in ingresso al carter di convogliamento aria 31.

Come si comprenderà facilmente, l’aria in ingresso dall’apertura 31c, sarà in parte convogliata verso lo statore 7 del gruppo generatore 4 ed in parte fluirà tra il rotore 8 ed il carter di convogliamento 31 verso l’estremità posteriore del generatore stesso. Dall’estremità posteriore del gruppo generatore 4 l’aria potrà uscire attraverso l’apertura 31d. L’aria in ingresso dall’apertura 31c potrà inoltre fluire nelle aperture passanti 7f dello statore verso la sua estremità posteriore. Opzionalmente, poi, il flusso di aria attraverso il carter di convogliamento 31 ed in particolare lo statore 7 può essere forzato mediante adatti mezzi di richiamo forzato di aria, ad esempio comprendenti una ventola od altro dispositivo adatto qualsiasi (non illustrato nei disegni) supportato posteriormente al generatore 4, ad esempio in corrispondenza dell’apertura passante 3e della piastra di connessione della struttura di supporto 3 (Vedi fig.3b).

Tornando alla struttura di supporto 3 della turbina eolica secondo la presente invenzione, essa, come sì à ̈ detto sopra, à ̈ montata girevole attorno all’asse longitudinale B-B del montante di supporto 2 (si faccia in particolare riferimento alle Figure da 1 a 3c). Allo scopo di controllare tale rotazione, il montante 2 supporta in sommità un secondo gruppo di posizionamento 40 (Fig. 3a) comprendente mezzi attuatori 41 controllabili da rispettivo gruppo motoriduttore 42, preferibilmente del tipo reversibile, attivabile elettricamente e destinato ad azionare i mezzi attuatori 41 connessi alla struttura di supporto 3 onde ottenerne una corrispondente rotazione attorno all’asse B-B.

I mezzi attuatori 41 comprendono preferibilmente una vite senza fine impegnata ad una rispettiva ruota dentata elicoidale (non illustrate nei disegni), a sua volta connessa alla piastra 44 di connessione con la parete di base 3a della struttura di supporto 3. Il gruppo moto-riduttore 42 comprende preferibilmente un motore brushless con encoder abbinato ad un riduttore epicicloidale.

In alternativa, i mezzi attuatori 41 possono comprendere una ralla a ricircolo di sfere 43 , accoppiata ad una piastra 44 di connessione con la parete di base 3a della struttura di supporto 3. L’attivazione di tali mezzi attuatori può essere controllata da un gruppo moto-riduttore 42 del tipo sopra descritto.

Come si comprenderà, il controllo della rotazione della struttura di supporto 3 della turbina eolica à ̈ di fondamentale importanza per consentire di controllare la turbina stessa in condizioni di lavoro e/o climatiche critiche. Per massimizzare il rendimento della turbina eolica à ̈, ad esempio, fondamentale che le pale eoliche 6 siano sempre disposte controvento. In condizioni avverse, tuttavia, ad esempio quando il vento supera determinate velocità à ̈ necessario invece portare le pale eoliche 6 sottovento e ciò può essere ottenuto in una turbina eolica secondo la presente invenzione mediante un duplice intervento, mediante cioà ̈ una rotazione delle pale eoliche 6 attorno al loro asse longitudinale C-C, controllata dal primo gruppo di posizionamento 18 e mediante una rotazione della struttura di supporto 3 attorno all’asse longitudinale B-B con il secondo gruppo di posizionamento 40.

La turbina eolica 1 secondo la presente invenzione comprende inoltre un secondo gruppo di sicurezza 50 (Fig. 7), attivabile in assenza di corrente elettrica erogata dal gruppo generatore elettrico 4, preposto a bloccare la rotazione della struttura di supporto 3 attorno all’asse longitudinale B-B del montante 2 al verificarsi di determinate condizioni critiche.

Il secondo gruppo di sicurezza 50 comprende, a tale scopo, un gruppo frenante 51, ad esempio uno o più freni (non illustrati nei disegni), previsti impegnabili con la piastra 44 di connessione in corrispondenza di una sua flangia esterna 44a all’uopo prevista. Il freno o i freni del gruppo frenante 51 vengono mantenuti elettricamente in una rispettiva posizione di apertura, durante il normale funzionamento della turbina eolica 1 non interferendo, quindi, con la flangia 44a della piastra di connessione 44, che resta così libera di ruotare attorno all’asse B-B del montante 2. In assenza di corrente erogata dal gruppo generatore 4 di corrente elettrica, il freno od i freni del gruppo frenante 51 commutano in una rispettiva posizione di chiusura, in cui interferiscono con la flangia 44a bloccando la rotazione della piastra 44 di connessione e, conseguentemente, della struttura di supporto 3 ad essa solidale.

Lo spostamento di ciascuno dei freni del gruppo frenante 51 avviene mediante un rispettiva unità cilindro-pistone 52 attuabile da un circuito idraulico, preferibilmente oleodinamico, ad esempio del tipo descritto con riferimento al primo gruppo di sicurezza 24. Il secondo gruppo di sicurezza 50 (si faccia riferimento alla Figura 7) comprende, infatti, un accumulatore di fluido (preferibilmente olio) in pressione 25, tanto in comune quanto separato da quello previsto per il primo gruppo di sicurezza 24 di cui sopra. Tale accumulatore 25 à ̈ posto in comunicazione di fluido con una centralina idraulica o preferibilmente olio-dinamica di controllo 26, e con un secondo gruppo valvolare 53. Il gruppo valvolare 53 à ̈ a sua volta posto in connessione di fluido con la o le unità cilindropistone 52 (nell’esempio di realizzazione della presente invenzione una sola a singolo effetto) ciascuna destinata a portare il rispettivo freno in posizione di chiusura come sopra descritto, impedendone, così, la rotazione.

La centralina di controllo 26, in presenza di corrente elettrica prodotta dal gruppo generatore 4 della turbina, mantiene elettricamente il gruppo valvolare 53 in una prima posizione di lavoro in cui ciascuna unità cilindro-pistone 52 à ̈ a riposo e pertanto il rispettivo freno si mantiene a distanza dalla piastra 44 di connessione. In assenza di corrente elettrica erogata dal gruppo generatore di corrente 4, il gruppo valvolare 53 commuta meccanicamente causando lo spostamento della o delle unità cilindro-pistone 52 dalla posizione di riposo ad una posizione di lavoro in cui il freno od i freni vengono portati a serrarsi sulla flangia 44a della piastra 44 di connessione.

Secondo una variante del sistema di sicurezza 50 della turbina eolica secondo la presente invenzione, la commutazione del freno o dei freni nella rispettiva posizione di serraggio attorno alla flangia 44a può avvenire mediante un’unità cilindro-pistone 52 a singolo effetto comandabile elettromeccanicamente e comprendente mezzi di caricamento elastico per la commutazione, in assenza di corrente erogata dal gruppo generatore 4, tra la prima posizione di riposo, mantenuta invece elettricamente, in cui il freno od i freni del gruppo frenante 51 non interferiscono con la piastra di 44 connessione, e la posizione di lavoro, in cui il freno od i freni si serrano sulla flangia 44a della piastra 44 di connessione.

La turbina eolica 1 secondo la presente invenzione comprende inoltre un gruppo frenante 60 del generatore 4 di corrente elettrica, si faccia riferimento all fig.3a, destinato a bloccare la rotazione del rotore 8 del generatore 4 in condizioni di lavoro critiche, ad esempio quando, a causa del forte vento, le pale 6 del gruppo rotore eolico 5 vengono trascinate in fuga e la loro velocità di rotazione deve pertanto essere ridotta, oppure in caso di cortocircuito o malfunzionamento di qualche componente della turbina. Il gruppo frenante 60 à ̈ illustrato nelle figure da 1 a 3c e comprende almeno un mezzo di serraggio, nel caso illustrato in Fig.1 tre freni 61, preferibilmente del tipo a ceppo, montati sulla piastra o parete di connessione 3b della struttura di supporto, previsti per interferire, quando attuati, con la flangia 8c del rotore 8, bloccandone la rotazione. Tali freni a ceppo 61 sono comandabili magneticamente per mantenere ciascuno una rispettiva posizione di riposo, nella quale restano distanziati rispetto alla flangia 8c, quando il gruppo generatore 4 di corrente elettrica funziona correttamente producendo corrente. In assenza di corrente erogata dal gruppo generatore 4, essi commutano meccanicamente in una rispettiva posizione di lavoro o di serraggio. Il serraggio dei freni a ceppo 61 sulla flangia 8c del rotore avviene mediante mezzi passivi, ad esempio, a caricamento elastico all’uopo previsti sui freni stessi.

La turbina eolica 1 secondo la presente invenzione comprende inoltre un’unità di controllo a programma 70 (si faccia riferimento alla Figura 6), alimentabile elettricamente dal gruppo generatore 4 di corrente, previa adeguata trasformazione in corrente ed in tensione.

La turbina eolica secondo la presente invenzione prevede, a tale scopo, a valle del generatore 4 di corrente elettrica, un gruppo di trasformatore di corrente 71 da continua ad alternata, ad esempio comprendente un inverter sensorless. La corrente alternata in uscita dal gruppo trasformatore 71 à ̈ alta tensione, ad esempio circa 400V per essere immessa nella linea di distribuzione deve essere ulteriormente trasformata mediante un ulteriore trasformatore di tensione o di corrente 71a di tipo noto. Parte della corrente ad alta tensione viene impiegata per alimentare tutti i dispositivi elettrici previsti nella turbina eolica tra i quali, il moto–riduttore 21 del gruppo di posizionamento 18, la centralina idraulica 26 , il gruppo moto–riduttore 42 del secondo gruppo di posizionamento 40, nonché, l’unità di controllo a programma 70 previa adeguata trasformazione in tensione mediante un gruppo trasformatore di tensione 72.

L’unità di controllo a programma 70 della turbina eolica secondo la presente invenzione à ̈ atta ad inviare e ricevere segnali da una pluralità di sensori (non illustrati nei disegni) disposti nei vari gruppi della turbina eolica e preposti a rilevarne, in modo noto, le condizioni di funzionamento. La pluralità di sensori comprende, ad esempio, mezzi sensori della velocità e della direzione del vento (accelerometri), mezzi sensori della posizione dei mezzi attuatori 22-23 e 40 rispetto ad una posizione di riferimento predefinita, mezzi rilevatori della velocità angolare di rotazione delle pale eoliche 6 del gruppo rotore 5, mezzi rilevatori della velocità di rotazione del rotore 8 del gruppo generatore 4, ecc. Sulla base dei segnali ricevuti in ingresso da tale pluralità di sensori, e sulla base dell’elaborazione successiva degli stessi l’unità di controllo a programma rileva e controlla continuamente lo stato di funzionamento della turbina.

Così ad esempio, nel caso in cui si rilevi un cambiamento della direzione del vento circostante la turbina, l’unità di controllo a programma 70 provvederà a comandare il gruppo di posizionamento 18 ed il gruppo di posizionamento 40 onde ottenere il riposizionamento delle pale eoliche 6 della turbina 1 controvento, ottimizzando così il rendimento 4 del generatore di corrente elettrica.

La turbina eolica ed il funzionamento della stessa sopra descritti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti entro l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni che seguono.

Così ad esempio, in alternativa alla vite a ricircolo di sfere 23, nel primo gruppo di posizionamento 18, si può utilizzare un attuatore elettro-meccanico od idraulico adatto qualsiasi.

Ancora, secondo una variante del gruppo frenante 60 della turbina eolica secondo la presente invenzione, i freni a ceppo 61, sono previsti per mantenere idraulicamente la rispettiva posizione di riposo, mediante adatti mezzi di controllo idraulici all’uopo previsti.

Analogamente, i freni del gruppo frenante 51 del gruppo di sicurezza 50 sono previsti per mantenere elettricamente la rispettiva posizione di apertura e meccanicamente la rispettiva posizione di chiusura in assenza di corrente elettrica erogata dal generatore di corrente.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI 1. Turbina eolica ad asse orizzontale comprendente: - un montante di supporto (2) avente asse longitudinale (B-B); - almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica supportato da detto montante di supporto (2) e comprendente almeno uno statore (7) ed almeno un rotore (8); - almeno un gruppo rotore eolico (5), connesso a detto almeno un rotore (8) di detto almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica, detto almeno un gruppo rotore eolico (5) essendo trascinabile in rotazione attorno ad un proprio asse di rotazione A-A dalle correnti d’aria che lo circondano e preposto trascinare a sua volta in rotazione, lungo il medesimo asse, detto almeno un rotore (8) di detto almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica ad esso solidale; caratterizzata dal fatto che detto almeno un rotore (8) à ̈ montato girevole attorno a detto almeno uno statore (7).
2. 2. Turbina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica à ̈ supportato da detto montante di supporto (2) mediante una struttura di supporto (3) montata girevole in sommità a detto montante (2) attorno all’asse di rotazione (B-B) di detto montante (2).
3. 3. Turbina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta struttura di supporto (3) comprende una piastra di base (3a), dalla quale si erge una piastra di connessione (3b) per detto almeno un gruppo generatore (4).
4. 4. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detto statore (7) di detto gruppo generatore (4) di corrente elettrica à ̈ supportato da detta struttura di supporto (3) lungo detto asse di rotazione (A-A).
5. 5. Turbina secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto statore (7) Ã ̈ fissato a sbalzo a detta struttura di supporto (3) in corrispondenza di una propria flangia posteriore (7b) di connessione tra detta struttura di supporto (3) ed una parete posteriore (7c) di detto statore.
6. 6. Turbina secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che tra detta flangia posteriore (7b) e detta parete posteriore (7c) di detto statore (7) resta delimitata una sede di alloggiamento (7d) per mezzi di supporto posteriore di detto rotore (8).
7. 7. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto che detto statore (7) presenta almeno un’apertura passante (7a) in corrispondenza di detto asse di rotazione (A-A).
8. 8. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che in detto almeno uno statore (7) à ̈ ricavata almeno un’apertura passante longitudinale (7f) attorno a detto asse di rotazione (A-A).
9. 9. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che detto almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica comprende almeno un motore a magneti permanenti, detti magneti permanenti essendo montati su detto rotore (8) di detto gruppo generatore (4) di corrente elettrica.
10. 10. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzata dal fatto che detto rotore (8) Ã ̈ supportato anteriormente da detto statore (7) in corrispondenza di una parete anteriore (7e) di detto statore (7) e posteriormente in corrispondenza di detta parete posteriore (7c).
11. 11. Turbina secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto rotore (8) presenta, in corrispondenza di una sua estremità anteriore, una flangia di connessione (8b) delimitante, con detta parete anteriore (7e) di detto statore, una sede di alloggiamento per una pluralità di cuscinetti per il supporto di detto rotore (8) attorno a detto statore (7).
12. 12. Turbina secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzata dal fatto che detto rotore (8) presenta, in corrispondenza di una sua estremità posteriore, una flangia di connessione (8c) con detto statore (7), detta flangia di connessione (8c) essendo supportata da detti mezzi di supporto posteriore per detto rotore (8), alloggiabili in detta sede di alloggiamento (7d) delimitata da detta flangia posteriore (7b) e detta parete posteriore (7c) di detto statore (7).
13. 13. Turbina secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto rotore (8) Ã ̈ ancorato a detto gruppo rotore eolico (5) in corrispondenza detta flangia di connessione (8b) .
14. 14. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 13,, caratterizzata dal fatto che detto almeno un rotore (8) presenta almeno una pluralità di aperture passanti (8d), detta pluralità di aperture passanti (8d) ponendo in comunicazione di fluido una regione esterna a detto almeno un rotore (8) con detto almeno uno statore (7).
15. 15. Turbina secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che ciascuna apertura passante di detta pluralità di aperture passanti (8d) si estende radialmente in detto almeno un rotore (8) secondo un’angolazione.
16. 16. Turbina secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzata dal fatto che detto almeno un rotore (8), in corrispondenza di ciascuna apertura passante di detta almeno una pluralità di aperture passanti (8d), presenta un’aletta (8e) ergentesi radialmente dalla superficie di detto almeno un rotore (8) secondo un angolo predeterminato.
17. 17. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 16, caratterizzata dal fatto che detto almeno un rotore (8) presenta sulla sua superficie esterna una pluralità di alette di raffreddamento (8f), estendentisi radialmente da detta sua superficie esterna.
18. 18. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 17, comprendente un primo gruppo di posizionamento (18) per detto almeno un gruppo rotore eolico (5) comandabile elettricamente e comprendente: - almeno un albero di regolazione (19), previsto passante in detta almeno una apertura passante (7a) di detto almeno uno statore (7) e presentante una propria estremità anteriore (19a) impegnabile con detta almeno una piastra anteriore (15) e traslabile lungo detto asse di rotazione (A-A); - mezzi di azionamento (22, 23) per detto albero di regolazione (19); e - almeno un gruppo moto-riduttore (21), attivabile elettricamente e destinato ad azionare detti mezzi di azionamento (22,23).
19. 19. Turbina secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di azionamento comprendono almeno una vite a ricircolo di sfere (23) connessa a detto albero (19).
20. 20. Turbina secondo la rivendicazione 18 o 19, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di azionamento comprendono almeno un carrello (22) supportante detto gruppo moto-riduttore (21) e traslabile su una rispettiva guida (22a) lungo detto asse di rotazione (A-A).
21. 21. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 18 a 20, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di azionamento (22, 23) e detto gruppo almeno un gruppo moto-riduttore (12) sono supportati da detta almeno una struttura di supporto (3) in corrispondenza di una staffa (3f).
22. 22. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 21, caratterizzata dal fatto di comprendere un primo gruppo di sicurezza (24) per detto almeno un gruppo rotore eolico (5), attivabile in assenza di corrente elettrica erogata da detto almeno un gruppo generatore (4).
23. 23. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 22, caratterizzata dal fatto che detto primo gruppo di sicurezza (24) à ̈ oleodinamico e comprende: - almeno un accumulatore (25) di fluido in pressione; - almeno una centralina oleodinamica (26) in comunicazione di fluido con detto accumulatore; - almeno un gruppo valvolare (27) commutabile elettro-meccanicamente ed in comunicazione di fluido con detto almeno un accumulatore (25) di fluido; - almeno un unità cilindro-pistone (28) in comunicazione di fluido con detto almeno un gruppo valvolare (27), preposta allo spostamento di detto carrello (22) lungo detta rispettiva guida (22a) in assenza di corrente elettrica erogata da detto generatore di corrente (26).
24. 24. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 23 comprendente un gruppo di raffreddamento (30) includente almeno un carter (31) di convogliamento del flusso d’aria montato attorno a detto almeno un gruppo rotore (8) e dotato di almeno un’apertura passante di ingresso (31c) e di almeno un’apertura passante di uscita (31d).
25. 25. Turbina secondo la rivendicazione 24, caratterizzata dal fatto che dettao almeno un carter di convogliamento (31) comprende una parete piana di base (31a) dalla quale si erge almeno una parete ricurva (31b) di sezione trasversale sostanzialmente a “U†rovesciata, detta parete ricurva (31b) essendo connessa a detta almeno una parete di base (31a) in corrispondenza delle sue estremità laterali.
26. 26. Turbina secondo la rivendicazione 25 caratterizzata dal fatto che detto almeno un carter di convogliamento (31) comprende almeno un elemento concavo (32) tra detto almeno un gruppo rotore (8) e detta almeno una parete di base (31a).
27. 27. Turbina secondo una qualunque delle rivendicazioni da 24 a 26, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi per il richiamo forzato del flusso di aria in detto carter di convogliamento (31).
28. 28. Turbina secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, quando dipendenti dalla rivendicazione 18 e 23 caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un’unità di controllo a programma (70), alimentabile elettricamente da detto almeno un gruppo generatore (4) di corrente elettrica ed operativamente connessa a: - detto almeno un gruppo moto-riduttore (21) di detto primo gruppo di posizionamento (18), - almeno un gruppo moto–riduttore (42) di almeno un secondo gruppo di posizionamento (40), - almeno una centralina oleodinamica (26) di detto primo e di un secondo gruppo di sicurezza (24, 50); - ad una pluralità di mezzi sensori, preposti a rilevare le condizioni di funzionamento di detti gruppi di controllo e di sicurezza (18, 24, 40, 50).