IT201800004645A1 - Macchina cinetica modulare per la produzione di energia da correnti fluide - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per Titolo: MACCHINA CINETICA MODULARE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA CORRENTI FLUIDE

RIASSUNTO

Oggetto della presente invenzione è una macchina cinetica modulare (M) per la produzione di energia elettrica da correnti fluide, sia unidirezionali che bidirezionali, funzionante a diversi regimi di velocità.

La macchina (M), illustrata in figura 1, è costituita da una o più turbine (Ti con i = 1,2,…, n) di tipo open center coassiali; un sistema di galleggiamento/posizionamento (F); un sistema di connessione tra macchina ed ancoraggio al terreno.

Ogni singola turbina, prevede un rotore palettato (R), uno statore (S) ed un generatore sincrono integrato (G). Pertanto, nelle configurazioni della macchina con più turbine, queste ultime risultano essere strutturalmente, meccanicamente ed elettricamente indipendenti.

Il sistema di galleggiamento/posizionamento (F), prevede un galleggiante (11), un'ala di posizionamento (12) e un sistema di connessione macchina-galleggiante (13) ed integra le funzioni di controllo delle rotazioni intorno agli assi di rollio, beccheggio ed imbardata della macchina, della posizione della macchina rispetto alla costa e alla superficie del fluido previste dal progetto.

Le prestazioni risultano migliorate, attraverso un'opportuna configurazione geometrica e un più idoneo posizionamento dei cuscinetti.

La resa energetica è ottimizzata attraverso un opportuno dimensionamento del rapporto tra diametro interno e diametro esterno (Di/De) del foro centrale.

La completa modularità della macchina ed, in particolare, l’impiego di turbine indipendenti, consente soluzioni progettuali più flessibili e vantaggiose in funzione delle specifiche progettuali e dell’applicazione (produzione energetica, costi e caratteristiche del sito), mantenendo CAPEX (CAPital EXpenditur) e OPEX (OPeration EXpenditur) al di sotto di quelli medi della concorrenza, nonché resa energetica minima anche in caso di guasto.

DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente invenzione afferisce al campo delle turbine o dei sistemi di turbine fluido cinetiche flottanti, a singolo e/o doppio rotore, del tipo “open center” (prive di albero centrale), cioè al campo delle turbine dotate di sistema di posizionamento galleggiante ed idonee alla produzione di energia elettrica da correnti fluide, sia unidirezionali che bidirezionali, con diversi regimi di velocità.

In particolare, l’invenzione riguarda la turbina, il sistema di galleggiamento - controllo delle rotazioni intorno agli assi (imbardata, rollio e beccheggio) e controllo del posizionamento della macchina rispetto alla corrente e alla costa.

Stato anteriore della tecnica

E’ noto realizzare turbine SintEnergy per produrre energia elettrica sfruttando le correnti di marea. Si tratta di macchine cinetiche con le parti mobili deputate alla generazione di energia, completamente immerse in acqua ed ancorate alla costa mediante una corda sollecitata a trazione e pilotata mediante un’asta rigida (tecnologia on-shore). Il principio di funzionamento è simile a quello di un aquilone: la macchina è in equilibrio nell’acqua e non cambia posizione durante il funzionamento; essa è, inoltre, in grado di autoregolare la propria posizione al variare del verso e dell'intensità della corrente, mantenendo il piano di rotazione sempre perpendicolare al flusso.

Una turbina SintEnergy tipo ha una configurazione cava (open center) ed è dotata di due rotori coassiali controrotanti, di un solo statore realizzato in un unico pezzo, due generatori sincroni incorporati indipendenti, un deflettore (altrimenti detto ala di posizionamento) installato al centro dello statore ed un galleggiante.

Ciascun generatore è costituito da due anelli di acciaio, uno solidale al rotore (anello rotorico) ed uno solidale allo statore (anello statorico). Detti anelli servono a supportare, rispettivamente i magneti permanenti ed i corrispondenti avvolgimenti. I due rotori, funzionalmente vincolati dallo statore, risultano, pertanto, completamente indipendenti da un punto di vista elettrico. Quando la corrente fluida investe i rotori, essi ruotano con il generatore all’interno dello statore producendo energia elettrica. Detta rotazione è favorita dalla presenza di sfere che scorrono, a distanza predeterminata costante, lungo piste ricavate lungo i fianchi dei rotori.

Il galleggiante e il deflettore centrale servono, rispettivamente, a gestire parzialmente, ed in maniera adattativa, il posizionamento della macchina rispetto alla superficie dell’acqua e alla costa.

Un inconveniente della citata tecnica convenzionale è la non corretta gestione dei transitori durante la fase di avvio della macchina e quando la corrente cambia verso. In particolare, la soluzione sopra descritta non consente, a parere del richiedente, la completa gestione del controllo delle rotazioni (imbardata, rollio, beccheggio), che possono innescare oscillazioni tali da compromettere la stabilità e l’equilibrio in acqua della macchina stessa, oltre che il corretto funzionamento ai fini della produzione di energia.

Ulteriori fattori critici sono rappresentati da:

- costi di produzione elevati, legati alla complessità dei processi di lavorazione che implica l’impiego di appropriati centri di lavorazione per la realizzazione in un unico pezzo dello statore;

- arresto dell’intera macchina, anche in caso di guasti o interventi di manutenzione a carico di un solo rotore, in quanto i due rotori sono funzionalmente vincolati tra loro dallo statore;

- impiego di un deflettore a basso allungamento alare (minore o uguale ad 1), a causa delle ridotte dimensioni del foro centrale, con conseguente bassa efficienza del deflettore stesso;

- elevati costi di costruzione, ridotta area percorribile ai fini della navigazione e problemi di gestibilità dell’intera macchina dovuti ai sistemi di ancoraggio molto lunghi impiegati per posizionare la macchina a distanza ottimale dalla costa, cioè al di fuori dello strato limite (cfr. S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents selfbalancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015) 715– 727);

- complessità costruttiva legata al posizionamento del deflettore al centro del rotore, che rende necessario prevedere un complesso sistema per poter invertire la posizione della macchina con il verso della corrente;

- efficienza globale della turbina ridotta, per effetto dei fenomeni turbolenti addizionali, indotti dal deflettore centrale;

- ridotto rendimento meccanico complessivo della macchina in posizione di funzionamento (con superficie bagnata frontale al flusso della corrente), a causa dei rotori che, attraverso le sfere, scaricano il peso proprio sullo statore, inducendo sollecitazioni di taglio che determinano un aumento dell’attrito di rotolamento e della velocità minima di inizio rotazione, con conseguente riduzione della produzione energetica.

Tutto ciò considerato è ragionevole la necessità delle imprese del settore d’individuare delle soluzioni innovative ed in grado di superare i problemi poc’anzi rilevati.

Presentazione dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è superare tutti gli inconvenienti connaturati alle varie configurazioni di macchine fluido cinetiche per la produzione di energia elettrica già acquisite allo stato della tecnica più vicino (closest prior art).

Obiettivo principale della presente invenzione, secondo le caratteristiche di cui alle annesse rivendicazioni, è fornire una macchina cinetica per la produzione di energia da correnti fluide comprendente un modulo costituito da una o più turbine strutturalmente, meccanicamente ed elettricamente indipendenti, reciprocamente collegate con attacchi a sistemi filettati o scatto/pressione, con generatore sincrono integrato al fine di ridurre i tempi di fermo macchina e le perdite di resa energetica in caso di guasto di una o più turbine.

Un secondo obiettivo della presente invenzione è realizzare una macchina cinetica per la produzione di energia da correnti fluide di tipo modulare, ottenibile per assemblaggio dei singoli componenti, al fine di semplificare i processi di lavorazione, di ridurre al minimo le operazioni di assemblaggio e manutenzione off shore con conseguente riduzione dei rischi connessi, dei tempi e dei costi di produzione e gestione.

Un terzo obiettivo della presente invenzione, che dipende dal precedente, è la realizzazione di moduli componibili e diversificati a seconda delle diverse esigenze funzionali legate, anche, alle caratteristiche del sito e del carico esterno.

Un quarto obiettivo della presente invenzione è fornire una macchina con caratteristiche di resistenza strutturale e chimico-fisico-meccanica ottimali in funzione dell’ambiente operativo, garantita dalla forma e dalla natura dei materiali impiegati e che sono diversificabili in funzione della specifica applicazione.

Un quinto obiettivo della presente invenzione è il corretto e completo controllo del posizionamento della macchina, anche durante i transitori, ottenibile attraverso la collocazione dell’ala di posizionamento esternamente alla turbina ed una opportuna progettazione e modellazione del galleggiante.

Un sesto obiettivo della presente invenzione è aumentare la resa energetica riducendo gli attriti meccanici a carico dei rotori.

Un settimo obiettivo della presente invenzione è ottimizzare la resa energetica della macchina tenuto conto dei risultati di un'analisi comparativa CFD (Computational Fluid Dynamic).

Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è inserire nella macchina cinetica tipo tutti i sistemi di costruzione, assemblaggio, accoppiamento specifici e particolari che sono già noti, come, a titolo esemplificativo ma non limitativo, viti, morsetti, cavi per la connessione meccanica ed elettrica dei diversi moduli di una stessa macchina o tra diverse macchine o per l’interfacciamento con l’utenza.

In base all’invenzione, la macchina fluido-cinetica innovativa esplica la propria funzione (che è quella di generare elettricità da correnti fluide in movimento come quelle di marea, di fiumi o simili) in modo più efficace e vantaggioso rispetto a quanto acquisito allo stato della tecnica, prevedendo, rispetto ad una macchina cinetica convenzionale:

- una o più turbine, oltre che elettricamente, anche strutturalmente e meccanicamente indipendenti, che conferiscono un carattere di completa modularità alla macchina; - un sistema di galleggiamento/posizionamento che integra le funzioni di controllo delle rotazioni di rollio, beccheggio ed imbardata della macchina, nonché della posizione della stessa rispetto alla costa ed alla superficie del fluido;

- un foro centrale libero da ingombri e dimensionato, utilizzando la modellazione CFD, in modo da ottimizzare la resa energetica della macchina, ridurre i fenomeni di turbolenza a valle di essa ed anche l'impatto ambientale.

A titolo esemplificativo, ma non limitativo, si descrive la presente invenzione secondo due forme di realizzazione preferite, con l’ausilio delle figure in cui:

- la figura 1 è una vista assonometrica, illustrativa, di una macchina tipo secondo l’invenzione;

- la figura 2 è una vista assonometrica della turbina a palettato esterno (T1), sezionata con un piano diametrale ortogonale al piano di rotazione della macchina;

- la figura 3 è una vista assonometrica della turbina a palettato interno (T2), sezionata con un piano diametrale ortogonale al piano di rotazione della macchina;

- la figura 4 è una vista laterale del sistema di galleggiamento e di posizionamento (F) della macchina;

- la figura 5 illustra le più vantaggiose possibilità di ancoraggio offerte dal trovato rispetto all’arte nota;

- la figura 6 è una vista frontale della doppia turbina così come assemblata;

- la figura 7 è una vista assonometrica, illustrativa, di una variante a singola turbina della macchina (M) secondo l'invenzione;

- la figura 8 è una vista assonometrica del generatore (G1) sezionato con un piano diametrale ortogonale al piano di rotazione della macchina, integrato nella turbina (T1);

- la figura 9 è una vista assonometrica del generatore (G2) sezionato con un piano diametrale ortogonale al piano di rotazione della macchina, integrato nella turbina (T2).

La macchina tipo secondo il trovato, genericamente indicata con (M) in figura 1, è di tipo flottante cioè sospesa in acqua e non ancorata al fondo, connessa soltanto alla costa con un sistema che bilancia la forza di trascinamento esercitata su di essa dalla corrente fluida.

La macchina (M) secondo l’invenzione è composta da due turbine coassiali controrotanti, una a palettato esterno (T1) ed una a palettato interno (T2); un sistema di galleggiamento/posizionamento (F); un sistema di connessione tra macchina ed ancoraggio al terreno (il cui principio di funzionamento è illustrato in figura 5).

La turbina (T1), mostrata in dettaglio in figura 2, prevede un rotore palettato (R1), uno statore (S1) ed un generatore sincrono (G1).

Il rotore (R1), di forma circolare, è ottenuto per assemblaggio di quattro anelli (1a, 1b, 1c, 1d). Esso ruota all’interno dello statore (S1) e alloggia sul perimetro esterno il palettato (5).

Le pale (5), di profilo aerodinamico opportuno e basso allungamento (minore di due), sono caratterizzate da una rastrematura con corda al piede maggiore o uguale di quella all’apice. L’attacco della pala al rotore è in corrispondenza della sezione a corda maggiore.

Lo statore (S1) è un involucro a forma di toro ottenuto per assemblaggio di quattro anelli (2a, 2b, 2c, 2d).

Il generatore (G1), illustrato in figura 8, prevede un anello di supporto in metallo (14), alloggiato all’interno del rotore (R1), sul quale sono montati dei magneti permanenti (15) ed un anello di supporto in metallo (16), alloggiato all’interno dello statore (S1), sul quale sono montati degli avvolgimenti in filo di rame (17), in numero corrispondente a quello dei magneti rotorici.

Il numero di pale del rotore, dei magneti rotorici e degli avvolgimenti statorici può variare in funzione delle specifiche di progetto.

La rotazione del rotore (R1) all’interno dello statore (S1) è assicurata riducendo l’attrito tra rotore e statore attraverso l’impiego di una serie di elementi rotanti (4) di forma sferica o cilindrica o qualsiasi altra forma opportuna. Tali elementi, in numero variabile in funzione delle specifiche di progetto, scorrono lungo piste circolari, ricavate in parte nel rotore, in prossimità dell'attacco delle pale, e in parte nello statore (come illustrato in figura 2); essi sono, inoltre, mantenuti a distanza reciproca opportuna mediante un distanziale (3). In una alternativa configurazione realizzativa, agli elementi rotanti è possibile, a seconda dell’applicazione, sostituire o abbinare sistemi che sfruttano altri fenomeni fisici (come, a titolo di esempio non limitativo, la sostentazione magnetica) per ridurre l’attrito.

La turbina (T2), mostrata in dettaglio in figura 3, prevede un rotore palettato (R2), uno statore (S2) ed un generatore sincrono (G2).

Il rotore (R2), di forma circolare, è ottenuto per assemblaggio di quattro anelli (6a, 6b, 6c, 6d). Esso ruota all’interno dello statore (S2) ed alloggia sul perimetro interno il palettato (10).

Le pale (10), di profilo aerodinamico opportuno, sono caratterizzate da una rastrematura con corda al piede minore o uguale di quella all’apice. L’attacco della pala al rotore (R2) è in corrispondenza della sezione a corda minore.

Lo statore (S2) è un involucro a forma di toro ottenuto per assemblaggio di sei anelli (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f).

Il generatore (G2), illustrato in figura 9, prevede un anello di supporto in metallo (18), alloggiato all’interno del rotore (R2), sul quale sono montati dei magneti permanenti (19) ed un anello di supporto in metallo (20), alloggiato all’interno dello statore (S2), sul quale sono montati degli avvolgimenti in filo di rame (21), in numero corrispondente a quello dei magneti rotorici.

Il numero di pale del rotore, dei magneti rotorici e degli avvolgimenti statorici può variare in funzione delle specifiche di progetto.

La rotazione del rotore (R2) all’interno dello statore (S2) è assicurata riducendo l’attrito tra rotore e statore attraverso l’impiego di una serie di elementi rotanti (9) di forma sferica o cilindrica o qualsiasi altra forma opportuna. Tali elementi, in numero variabile in funzione delle specifiche di progetto, scorrono lungo piste circolari, ricavate in parte nel rotore, in prossimità dell'attacco delle pale, e in parte nello statore (come illustrato in figura 3); essi sono, inoltre, mantenuti a distanza reciproca opportuna mediante un distanziale (8). In una alternativa configurazione realizzativa, agli elementi rotanti è possibile, a seconda dell’applicazione, sostituire o abbinare sistemi che sfruttano altri fenomeni fisici (come, a titolo di esempio non limitativo, la sostentazione magnetica) per ridurre l’attrito.

Il sistema di galleggiamento/posizionamento (F), illustrato in figura 4, prevede un galleggiante (11), un'ala di posizionamento (12) e un sistema di connessione macchinagalleggiante (13).

Il funzionamento sinergico dei su citati componenti (11) (12) e (13), consente di controllare la posizione della macchina, mantenendola alla prestabilita distanza di progetto dal pelo libero dell'acqua e dalla costa, come illustrato in figura 5.

In particolare:

- il galleggiante (11), opportunamente dimensionato e modellato, serve a garantire il posizionamento della macchina alla profondità ottimale e a stabilizzarne il comportamento durante i transitori al fine di ottimizzarne la resa energetica (cfr.: S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents self-balancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015) 715–727);

- l’ala di posizionamento (12), permette di controllare il posizionamento della macchina rispetto alla costa (cfr.: Barbarelli S., Amelio M., Castiglione T., Florio G., Scornaienchi N. M., Cutrupi A., Lo Zupone G., Analysis of the equilibrium conditions of a double rotor turbine prototype designed for the exploitation of the tidal currents, Energy Conversion and Management, 2014, Vol.87, pp.1124-1133 - doi:10.1016/j.egypro.2014.11.1005).

- il sistema di connessione macchina-galleggiante (13), prevede una o più aste o qualsiasi altro supporto o struttura atto allo scopo ed è dimensionato in modo da garantire il posizionamento della macchina alla profondità ottimale, quella in corrispondenza della quale si verifica la massima velocità di flusso coerentemente con le specifiche di progetto.

Gli aspetti innovativi del trovato secondo la presente invenzione, rispetto alla closest prior art, riguardano i seguenti aspetti

Modularità del trovato

L'indipendenza strutturale, meccanica ed elettrica delle turbine, che rende la macchina completamente modulare, risulta vantaggiosa sia ai fini della fabbricazione dei componenti che dell'assemblaggio e della manutenzione della macchina. In particolare, la realizzazione modulare permette di ridurre i tempi di fermo macchina, di isolare la o le turbine oggetto di manutenzione o riparazione lasciando in funzione la o le restanti che continuano a produrre energia anche se in quantità ridotta.

Sistema di galleggiamento/posizionamento del trovato

Il sistema di galleggiamento/posizionamento (F) integra le funzioni di controllo delle rotazioni di rollio, beccheggio ed imbardata della macchina (M), grazie alla configurazione e alle caratteristiche innovative del sistema (F). La sua configurazione, secondo il trovato, risulta particolarmente vantaggiosa in quanto, come illustrato nella figura 1, la macchina (M) si comporta come un pendolo fisico incernierato intorno ai propri assi di rollio A’ e di beccheggio B’ (a seconda dei piani in cui si considera la rotazione); mentre il controllo della rotazione intorno all'asse di imbardata C è controllato dalla forma del galleggiante (11) e dalle prestazioni aerodinamiche dell’ala di posizionamento (12). In particolare:

o il volume del galleggiante (11), determinato in funzione del volume di fluido spostato dalla macchina immersa, è atto ad evitare che la macchina affondi; mentre la forma, definita in funzione delle specifiche esigenze fluidodinamiche ed illustrata nelle figure a puro scopo indicativo, è tale da consentire il riposizionamento della macchina durante le piccole oscillazioni intorno agli assi A' e B';

o l’ala di posizionamento (12), collocata esternamente alla turbina, consente che essa possa essere dimensionata con un allungamento alare maggiore di 1, al fine di poter lavorare con angoli di posizionamento maggiori e con sistema di tenuta macchina-costa più corto, come illustrato in figura 5 (cfr. S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents selfbalancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015) 715–727); o la lunghezza "l" del componente (13), misurata dall’asse di rotazione A della turbina come da figura 1, determina il periodo di oscillazione della macchina, una volta calcolati massa e momento di inerzia della stessa.

Foro centrale del trovato

Il dimensionamento ottimale del foro centrale si basa su un’analisi comparativa, condotta utilizzando la modellazione CFD, con riferimento ad una turbina convenzionale con mozzo centrale, una turbina open center singolo rotore secondo il trovato e una turbina doppio rotore secondo il trovato, dimostrano che quest’ultima comporta un vantaggio in termini di resa energetica della macchina.

E' noto infatti che le prestazioni, in termini di resa energetica, dipendono, a parità di altri parametri, dal Coefficiente di Potenza Cp e dalla superficie captante S.

I risultati mostrano che, all'aumentare del diametro del foro centrale, indicato con Di, in figura 6, a parità di diametro esterno della turbina (T1), indicato con De, in figura 6, una turbina open center è caratterizzata da un Cp maggiore rispetto a quello di una turbina convenzionale (con mozzo centrale). Tuttavia, la produzione energetica risulta inferiore, nel caso open center, in quanto la superficie captante si riduce all'aumentare del diametro del foro centrale.

Un giusto compromesso tra i vantaggi offerti dalla tecnologia tradizionale e quelli offerti dalla tecnologia open center, in base ai risultati ottenuti, si ottiene adottando la tecnologia open center con doppio rotore, garantendo una produzione energetica soddisfacente in termini di vantaggio competitivo della nuova tecnologia (cfr.: Giacomo Lo Zupone, Mario Amelio, Silvio Barbarelli, Gaetano Florio, Nino Michele Scornaienchi, Antonino Cutrupi LCOE evaluation for a tidal kinetic self balancing turbine: Case study and comparison Applied Energy 185 (2017) 1292–1302) alla base della presente invenzione.

Infatti, tale soluzione consente di ottenere, a fronte di una minore superficie captante, un incremento sia di Cp che di produzione energetica rispetto a quelli relativi alla tecnologia convenzionale, con evidenti vantaggi economici (cfr.: Giacomo Lo Zupone, Mario Amelio, Silvio Barbarelli, Gaetano Florio, Nino Michele Scornaienchi, Antonino Cutrupi LCOE evaluation for a tidal kinetic self balancing turbine: Case study and comparison Applied Energy 185 (2017) 1292–1302).

Inoltre, è noto che la presenza del foro centrale riduce l'impatto sulla fauna e, come dimostrato ulteriormente dai risultati CFD, si riducono i fenomeni di turbolenza a valle della turbina (wake).

La figura 7 mostra un ulteriore esempio di pratica realizzazione del trovato che utilizza i principi della presente invenzione. Detta configurazione a singola turbina risulta più performante, in termini di Coefficiente di Potenza Cp, rispetto alla macchina a doppia turbina precedentemente descritta e, pertanto, si presta ad essere vantaggiosamente impiegata per applicazioni a basso costo, per piccole utenze.

Tale soluzione risulta, inoltre, particolarmente vantaggiosa in applicazioni che richiedono l’impiego di più turbine installate su una stessa struttura, comprensiva di sistemi di galleggiamento/posizionamento, opportunamente progettata.

Quelle descritte sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta nel ramo per realizzare il trovato, di conseguenza in concreta applicazione, potranno essere introdotte variazioni e/o modifiche senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo e senza uscire dal relativo ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni allegate.

Legenda:

M macchina

T1 turbina a palettato esterno

T2 turbina a palettato interno

F sistema di galleggiamento/posizionamento

A asse di rotazione della turbina

B asse di beccheggio della turbina

C asse di imbardata

A' asse di rollio della macchina

B' asse di beccheggio della macchina

l lunghezza sistema di connessione macchina-galleggiante R1 rotore 1

1a anello 1

1b anello 2

1c anello 3

1d anello 4

S1 statore 1

2a anello 1

2b anello 2

2c anello 3

2d anello 4

3 distanziale sfere

4 sfere

5 pale

G1 generatore turbina a palettato esterno

14 anello rotorico del generatore

15 magnete

16 anello statorico generatore

17 avvolgimento in rame

R2 rotore 2

6a anello 1

6b anello 2

6c anello 3

6d anello 4

S2 statore 2

7a anello 1

7b anello 2

7c anello 3

7d anello 4

7e anello 5

7f anello 6

8 distanziale sfere

9 sfere

10 pale

G2 generatore turbina a palettato interno

18 anello rotorico del generatore

19 magnete

20 anello statorico generatore

21 avvolgimento in rame

11 galleggiante

12 ala di posizionamento

13 sistema di connessione macchina-galleggiante 22 prior art

23 nuovo trovato oggetto della presente invenzione 24 lunghezza elemento di ancoraggio prior art 25 lunghezza elemento di ancoraggio nuovo trovato 26 punto di ancoraggio

27 strato limite

28 costa

Di Diametro interno

De Diametro esterno

RIVENDICAZIONI

1) Macchina cinetica modulare (M) per la produzione di energia elettrica da correnti fluide, flottante, del tipo "open center", con superficie captante totalmente immersa e disposta frontalmente alla corrente fluida, costituita da una o più turbine (Ti con i=1, 2,.....n) con integrati generatori (Gi con i=1, 2,.....n), un sistema di galleggiamento/posizionamento (F) caratterizzata dal fatto che ciascuna turbina è costituita da un rotore palettato, uno statore e un generatore integrato ed è strutturalmente, meccanicamente ed elettricamente indipendente.

2 ) Macchina cinetica modulare (M), secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun rotore e relativo statore sono costituiti da più elementi con centro sull'asse di rotazione (A) della macchina stessa, con conseguente riduzione di errori di forma e di concentricità tra le parti in moto rotatorio relativo.

3 ) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, caratterizzata dal fatto che il numero di pale (5) e (10) utilizzate sia massimizzato compatibilmente con le dimensioni e le prestazioni della macchina, al fine di ridurre il carico per singola pala con conseguente possibilità di utilizzo di materiali a bassa resistenza strutturale e riduzione del peso complessivo della macchina e dei costi.

4 ) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzata dal fatto che in ciascuna turbina la rotazione del rotore (R1) e (R2) all’interno del rispettivo statore (S1) e (S2) è assicurata dall’impiego di una serie di elementi rotanti (4) e (9) che scorrono lungo piste circolari ricavate in parte nel rotore, in prossimità dell'attacco delle pale, e in parte nello statore; e dove il numero di detti elementi rotanti varia in funzione delle specifiche di progetto.

5) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4 caratterizzata dal fatto che il foro centrale è opportunamente dimensionato, attraverso il rapporto diametro interno e diametro esterno Di/De, allo scopo di massimizzare la resa energetica.

6 ) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5 caratterizzata dal fatto che detto sistema di galleggiamento/posizionamento (F) è costituito almeno da un galleggiante (11), un'ala di posizionamento (12) e un sistema di connessione macchina-galleggiante (13); e dove detto galleggiante (11) è opportunamente dimensionato e modellato per garantire il posizionamento della macchina alla profondità ottimale e stabilizzarne il comportamento, attraverso il controllo delle rotazioni intorno agli assi di rollio, beccheggio e imbardata, durante i transitori; e dove detta ala di posizionamento (12) è posizionata esternamente alla turbina (11) ed è connessa al modulo turbine da una o più aste o qualsiasi altro supporto (13) atto allo scopo, per garantire la corretta distanza della macchina dalla costa o dal punto di ancoraggio.

7) Macchina cinetica modulare (M), come da tutte le precedenti rivendicazioni caratterizzata dalla presenza di una sola turbina per applicazioni a basso costo, alto Coefficiente di Potenza Cp, destinate a soddisfare piccole utenze.

8 ) Macchina cinetica modulare (M), come da tutte le precedenti rivendicazioni caratterizzata dall’impiego di più turbine installate su una stessa struttura, comprensiva di sistemi di galleggiamento/posizionamento, opportunamente progettata.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Macchina cinetica modulare (M) per la produzione di energia elettrica da correnti fluide, flottante, del tipo "open center", con superficie captante totalmente immersa e disposta frontalmente alla corrente fluida, costituita da una o più turbine (Ti con i=1, 2,.....n) con integrati generatori (Gi con i=1, 2,.....n), un sistema di galleggiamento/posizionamento (F) caratterizzata dal fatto che ciascuna turbina è costituita da un rotore palettato, uno statore e un generatore integrato ed è strutturalmente, meccanicamente ed elettricamente indipendente.
2. 2) Macchina cinetica modulare (M), secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascun rotore e relativo statore sono costituiti da più elementi con centro sull'asse di rotazione (A) della macchina stessa, con conseguente riduzione di errori di forma e di concentricità tra le parti in moto rotatorio relativo.
3. 3) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, caratterizzata dal fatto che il numero di pale (5) e (10) utilizzate sia massimizzato compatibilmente con le dimensioni e le prestazioni della macchina, al fine di ridurre il carico per singola pala con conseguente possibilità di utilizzo di materiali a bassa resistenza strutturale e riduzione del peso complessivo della macchina e dei costi.
4. 4) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, caratterizzata dal fatto che in ciascuna turbina la rotazione del rotore (R1) e (R2) all’interno del rispettivo statore (S1) e (S2) è assicurata dall’impiego di una serie di elementi rotanti (4) e (9) che scorrono lungo piste circolari ricavate in parte nel rotore, in prossimità dell'attacco delle pale, e in parte nello statore; e dove il numero di detti elementi rotanti varia in funzione delle specifiche di progetto.
5. 5) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4 caratterizzata dal fatto che il foro centrale è opportunamente dimensionato, attraverso il rapporto diametro interno e diametro esterno Di/De, allo scopo di massimizzare la resa energetica.
6. 6) Macchina cinetica modulare (M), secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5 caratterizzata dal fatto che detto sistema di galleggiamento/posizionamento (F) è costituito almeno da un galleggiante (11), un'ala di posizionamento (12) e un sistema di connessione macchinagalleggiante (13); e dove detto galleggiante (11) è opportunamente dimensionato e modellato per garantire il posizionamento della macchina alla profondità ottimale e stabilizzarne il comportamento, attraverso il controllo delle rotazioni intorno agli assi di rollio, beccheggio e imbardata, durante i transitori; e dove detta ala di posizionamento (12) è posizionata esternamente alla turbina (11) ed è connessa al modulo turbine da una o più aste o qualsiasi altro supporto (13) atto allo scopo, per garantire la corretta distanza della macchina dalla costa o dal punto di ancoraggio.
7. 7) Macchina cinetica modulare (M), come da tutte le precedenti rivendicazioni caratterizzata dalla presenza di una sola turbina per applicazioni a basso costo, alto Coefficiente di Potenza Cp, destinate a soddisfare piccole utenze.
8. 8) Macchina cinetica modulare (M), come da tutte le precedenti rivendicazioni caratterizzata dall’impiego di più turbine installate su una stessa struttura, comprensiva di sistemi di galleggiamento/posizionamento, opportunamente progettata.