LA FORMA DEL ROTORE

Come si è visto nel calcolo della potenza erogata dalla turbina si è impostato che il rotore deve presentare le seguenti dimensioni:

- altezza utile delle pale : 10 m; - raggio del rotore: 5 m;

Per quel che riguarda le pale si è impostato: - numero di pale per livello: 3;

- corda della pala: 1 m; - altezza singola pala: 2,5 m.

Il rotore (Fig. 3.3.11) perciò sarà costituito da quattro livelli di 2,5 m ciascuno. Le pale devono essere 3 per livello, quindi la forma dei pali di sostegno sarà ovviamente quella di un triangolo.

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Fig. 3. 3.11: Il rotore dimensionato

Per collegare i bracci si è pensato di adottare dei componenti di forma opportuna ottenuti per fusione, che mediante l’accoppiamento con viti tenessero il tutto assemblato. Questi componenti non sono stati pensati tutti uguali per il rotore, infatti, quelli inferiori sono stati realizzati in un sol pezzo (Fig. 3.3.12), mentre quelli superiori sono stati divisi in due parti (Fig. 3.3.13), per diversi motivi: tale configurazione permette il montaggio del meccanismo di apertura delle pale anche a rotore assemblato e consente di poter effettuare operazioni di manutenzione ai vari meccanismi, infatti se non fossero divisi in due, la pala che si trova immediatamente sopra impedirebbe l’apertura della giunzione. Come si può notare dalla figura 3.3.12, una faccia è stata spianata mediante fresatura per consentire l’alloggiamento della guida fissa. Al centro sono presenti diversi fori, i due in alto servono per bloccare l’alloggiamento dei cuscinetti, quelli con il profilo rialzato contengono i perni (accoppiati con interferenza) che supportano il meccanismo di apertura, l’asola è stata realizzata per consentire la traslazione del perno solidale alla pala. Tutti i fori rimanenti sono tutti quelli filettati per consentire l’accoppiamento.

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Fig. 3.3.12: Componente inferiore che consente la giunzione dei bracci

Ad entrambi i componenti, sia quelli inferiori che quelli superiori, sono state saldate delle piastre opportunamente sagomate per consentire l’alloggiamento dei perni dei tiranti, ciò lo si può vedere bene nella figura 3.3.14.

Occorre sottolineare che a loro volta gli ultimi componenti in cima al rotore e in fondo sono diversi dagli altri, infatti i primi non necessitano il fatto di essere divisi in due e perciò sono stati realizzati in un sol pezzo, i secondi siccome sono accoppiati con il componente che supporta i generatori sono stati irrobustiti e dotati di quattro fori filettati per l’accoppiamento.

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Fig. 3.3.13: Componenti superiori che consente la giunzione dei bracci

Infine per irrobustire la struttura si è fatto un largo impiego di tiranti di tipo nautico (Fig. 3.3.16), realizzati con una fune spiroidale avente un diametro di 14 mm. Come si può notare dalla tabella (Fig. 3.3.17), tale fune resiste fino a ben 180 KN.

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3.4 IL SISTEMA DI AVVIAMENTO

E’ stato già accennato nei capitoli precedenti come il maggior difetto, che ha impedito fino ad ora che le turbine Darrieus fossero sufficientemente concorrenziali sul mercato rispetto le turbine ad asse verticale, sia l’incapacità delle stesse di raggiungere automaticamente una velocità tale per cui si possa sviluppare una portanza che autoalimenti il moto di rotazione della turbina senza ricorrere a soluzioni che sfruttano l’energia elettrica .

Infatti solo per considerevoli velocità del vento la turbina potrebbe avviarsi, ma a volte neppure un vento forte sarebbe in grado di vincere le resistenza dovute alle vorticosità che si generano sul profilo e si propagano anche sui profili seguenti.

Fig.3 .4.1: Schema del principio che sta alla base del meccanismo di avviamento

Si è studiato così un particolare sistema completamente automatico (Fig.3.4.1, 3.4.2, 3.4.3) costituito da due mezzi profili alari NACA incernierati nel bordo di attacco, tale sistema permette di avere un funzionamento a resistenza nelle fasi iniziali che poi si trasforma in un funzionamento a portanza a regime. Infatti in avviamento i due mezzi profili si vuole che siano totalmente aperti, per avere una notevole superficie intercettata

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dal vento, in questo modo le fasi iniziali della rotazione della turbina sono garantite dalla forza resistente.

All’aumentare della velocità di rotazione, i due mezzi profili invece devono chiudersi facendo in modo che la pala assuma la forma classica del profilo NACA 0018 adottato, garantendo così un funzionamento non più per resistenza ma per portanza.

Fig. 3.4.2: Funzionamento iniziale, con pale aperte dalla forza centripeta data dalle molle

Fig. 3.4.3: Funzionamento a regime, con pale chiuse dalla forza centrifuga agente sulle pale

Risulta necessario ricordare che il rotore non presenta il palo centrale, quindi ogni meccanismo utilizzato per la movimentazione del sistema di avviamento è stato posto all’interno dei bracci di collegamento delle pale che non sono totalmente radiali come nella soluzione precedente, ma presentano un’ angolo di 60° (Fig. 3.4.4). Per di più, per soddisfare i vincoli di progetto, ogni singolo palo (Fig. 3.4.5) è stato pensato come l’unione, mediante viti, di tre altri sottocomponenti, per consentirne così un più facile trasporto (Fig. 3.4.6).

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Fig. 3.4.4: Uno dei piani del rotore con la caratteristica forma a triangolo

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Fig. 3.4.6: Uno dei tre componenti del braccio

Il meccanismo interno ai bracci (Fig. 3.4.7, Fig. 3.4.8, Fig. 3.4.9), realizzato per ogni mezzo profilo palare, fornisce attraverso delle molle opportunamente dimensionate una forza in direzione centripeta, quindi opposta alla forza centrifuga che si genera a causa dell’accelerazione del rotore

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Fig.3.4.8: Sistema di apertura delle pale

Fig.3.4.9: Sistema di apertura delle pale, vista superiore

Tale forza dovrà essere calibrata in modo tale che si ottenga la chiusura dei profili nei tempi e nei modi voluti, quindi quando la velocità è sufficiente per generare portanza,

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altrimenti non si raggiungerebbero i rapporti di TSR adeguati per produrre la potenza per cui la turbina è stata progettata.

Il meccanismo per ogni pala è costituito da quattro guide, due fisse e due mobili, quattro biellette, due molle e due tenditori.

Le guide fisse sono fissate mediante viti ai bracci di sostegno delle pale, su di esse traslano le guide mobili che attraverso le due biellette permetto il movimento dei mezzi profili. La prima bielletta, che nel mezzo presenta una cava per la traslazione del perno solidale con il mezzo profilo alare, risulta ad un’estremità incernierata ad un perno solidale alla struttura di sostegno delle pale, mentre all’altra estremità è accoppiata alla seconda bielletta che a sua volta è collegata alla guida mobile ( Fig. 3.4.10).

Fig. 3.4.10: Particolare in cui si vedono le due biellette mobili e il sistema di bloccaggio di tutti i perni medianti semplici anelli elastici

Le due guide mobili che agiscono per ogni mezzo profilo sono accoppiate alle estremità con le due molle che forniscono la forza centripeta necessaria (Fig. 3.4.11). Il precarico delle molle viene regolato attraverso dei semplici tenditori che sono collegati ai bracci di sostegno. Il perno filettato di collegamento tra il tenditore e la guida mobile è stato dotato di un inserto esagonale per consentirne il montaggio e il bloccaggio in fase di regolazione del precarico.

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Fig.3.4.11: Guida mobile inferiore con relativo sistema di regolazione del precarico

L’ultimo dei tre sotto-componenti che costituiscono il braccio di sostegno (Fig. 3.4.12), quello che contiene il meccanismo di apertura, è stato pensato come l’unione di dei pezzi distinti, questo per favorirne il montaggio su quello inferiore dei vari meccanismi. Il pezzo superiore (Fig. 3.4.13) è stato dotato invece di un coperchio fissato con viti, che può essere aperto in caso di operazioni di manutenzione o per regolazione del precarico.

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Fig.3.4.13: Pezzo superiore del primo componente a cui è stato temporaneamente rimosso il coperchio per operazioni di manutenzione.