Brevet FR2291382A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne certains récepteurs du vent et moteurs actionnés par le vent, ces moteurs formés comme turbines éoliennes, entrée et sortie du vent radiales,tangentielles, axiales, combinées et le vent pouvant traverser un rotor. Sont considérés également comne dispositifs nouveaux diverses installations, l'implantation variée d'une ou de plusieurs turbines, la position diverse de leur axe, horizontale, inclinée ou verticale, l'automatisme complet de leur fonctionnement éventuellement commandé par régulateurs ou autres moyens, selon une program mation, concernant en outre certains modes de réservation et restitution automatique d'une part de l'énergie fournie,les installations de diverses machines consonnatrices à divers niveaux ou em@acements relatifs à la position des turbines. Dans l'état actuel de la technique, les réalisations des récepteurs éoliens modem m,me comme prototypes sont assez rares et expérimentent des pales longues, aèrodynaniques, mais peu nombreuses et-relativement lourdes. J'emploie des pales plus nombreuses, plus courtes, plus légères, mais se formant eventuellement aérodynamiquement semblables aux voiles ou l'aile d'avion. Ainsi le diamètre du rotor et son inertie , mieux répartie, seront diminu- ées, permettant à démarrer et tourner plus rapidement mème par vents plus faibles. Eu égard au fait des changements des forces des vents, l'on a tout intérêt à "ni veller", stabiliser, dans certains cas des régimes des vents, à réaliser une péré quation des puissances successives et vitesses de rotations rendues proches, par des aménagements automatiques de variation des diabtres d'impact des poussées. "e rotor peut comporter deux, trois ou multiples "aubes ou pelles de roues" dont chacune pourra porter une ou plusieurs pales par intermédiaire de cadres-rayons fixés au xat.Ces rayons peuvent ètre reliés dans le sens du mât ou éventuellement par des jantes ou disques. Deux sortes de variabilité des "aubes" et de leurs parties sont réalisées:leur géométrie variable* en formes, et en leurs positions et/OU situations relatives entre elles.Suivant les cas, les cadres et/ou les pales pour ront ètre élastiquement déformables, gonflables, enroulables, plates ou courbés dans le trois dimensions, par exemple bombées ou en hélice a' courbures variables soit automatiquement sous l'effet des vents, soit par des régulateurs à poids à force centrifuge, soit commandées par cames ou autres moyens connus, y joignant pour leur rappel des ressorts ou contrepoids.La variabilité des positions, glissements, pivotements,etc. ou de déplacements parallèles ou perpendiculaires au est réalisée par des actions et réactions semblables avec la possibilité d'une programmation plus détaillée par des cames, s'il le faut dans des cas spéciaux. En général une gouverne s'orientera dans le sens dn vent, portant des cames. Le stator peut te constitue' d'une ou plusieurs trémies solidaires ou non avec la gouverne. Dans ce dernier cas des trémies stables, non amovibles, fixé, pourront néanmoins comporter des parties orientables. Les trémies en général pourront ètre munies de con duits, de cloisons, des obturateurs, de tuyères de soufflage, des trois amovibles et leur commande par le vent plus fort, rompant l'équilibre existant avec un contrepoi@@ La ou les trémies d'entrée du vent seront convergentes avec un effet multiplicateur en rapport direct de sections d'entree et de sa sortie sur les pales du roter, en souf fle renforcé des vents faibles.Mois il pourrait avoir lieu de la nécessité d'aSpli- q7ler des trémies divergentes pour atténuer des vents trop forts, au cas échéant Des liaisons appropriées entre la gouverne et les trémies d'entrée et de sortie pourront former pivot ou collier sur le mitt, ètre formées en came circulaire reposant sur des supports du palier du mât et glissant dessus tout en y étant retenue.D'autre came de programmation peut ètre pre vue pour les changements des formes et positions des pales, mais étant fixée sur les dits supports ou d'autres parties fixez de l'implanta- tison. Des aubes composées de plusieurs pales pourront ètre manoeuvré@s par transmissions à friction, à poulies et cou@roies commandées par les cames.Une section d'une pale large ressemblant à une section d'aile d'avion pourra ètre rapprochée ou éloignée,fojmant une fente variable, à une autre section de pale plus petite ressemblant à un volet FOWLER. Ce dispositif ou d'autres semblables pourront doubler la pression de l'air soufflé,sur tout le pourtour du rotor par un stator muni de types bien réparties tout autours assu- rant ainsi une sorte de hypersustentation bien connue en aviation. Une large gamme de tous puissances, allant de petites-aux grandes et de divers types de turbines éoliennes et leurs installations, trouveront leur implantation à beau coup de sites où le régime des vents soit mème peu favorable.Des relevés existants de vitesses plus ou moins fréquentes des vents dans l'année permettent une base de l'appréci ation. Les besoins actuels et futurs d'une énergie presque gratuite sont très répandus dans tous les domaines,particuliers, communes, exploitations. Par ailleurs, la très grande économie en premier investissement tirée de la sup pression des constructions hautes, métalliques et de leur fondation, très onéreuses,généralement nécessaires à bâtir pour les récepteurs éoliens, assure un emploi très trépan du à mes turbines lesquelles sont peu exigeantes pour leur implantation: elles ne demandont qu'une plate-forme non abrité et accessible de quelques mètres de diamètre, sur les terrasses( et mène aux étages) d'immeubles,sur des flancs de coteaux, sur coteaux d'eau, phares, élevateurs, etc. En général, ces turbines fourniront de la force motrice pogF ma- chines de toutes sortes, par exemple :concasseurs,as@enseurs,élévateurs,machines outils, générateurs électriques, pompes et compresseurs. Ces dernier es fourniront l'électricité, l'eau, l'air comprimé (et chaud) pouvant être stocké comme réserves utilisables à maints usages et endroits, soit pour la distribution de l'eau et l'air sous pression pour outils, soit pour l'éclairage, pour chauffage à air chaud, etc,La restitution des énergies stockées tis. pourra se faire par moteurs rotatifs à eau ou a air,éventuels pompes ou compresseurs Les divers types de turbines présentés sur les dessins annexes ne sont considérés que cosse exemples très schématisés y compris quelques possibilités non exclusives des dispositifs d'installation employant ces turbines, régulateurs et d'autres moy- ens nouveaux, c-we par exemple la programmation par cames et transmissions. 'a Fig. I montre en élevation la même turbine que la Fig.2 par une vue en plan, installée sur le dessus d'un château d'eau n 31 prévu avec un conduit central d'ac ces de cette plate-forme et servant cosse réservoir d'énergie stockée en réserve. I1 n'y a que quatre"aubes" figurées avec leurs deux rayons en fer U sous n 2, ces aubes pouvant être de nombre supérieur. Les rayons 2 inclinés sont soudés sur le mftt @ n n I, en tube d'acier de grand diamètre pour des fortes puissances è cause du porte- à-àux existsnt dessus de son palier I6. Des montants 3 relient les rayons et dans certains variantes peuvent avoir des genouillères à leur deux bouts, comme tes. les deux rayons à leur fixations au mât dans ce cas. Je ne figure point ces varian @es Chaque aube porte un mentant tubulaire 4 de petit diamètre, coulissant dans les U en bas et U renverse en haut, par des patins fixés,sais élastiques ou munis de galets. les cadres complets des pales,ou appelés 3/4 cadres 5 laissant leur quatrième coté 8 que légèrement encadré comme bord de fuite des pales, sont fixés pivotant sur le montant 4. Ces fixations, leur butée, des ressorts de réaction n'empèchant pas la mise es draies des 3/4 cadres 5 en cas du vent excessivement fort, seront dessinés ) en détail sur une planche suivante.Le coulissement du 3/4 cadre 5 est actionné par un bout d'un levier 6 replié et glissant dans une rainure du montant tubulaire 4 L'axe de fixation sur une face de rayon 2 permet è l'autre bras 7 du même levier è pivoter seus la force centrifuge d'un peids y attaché, entrainant le bras 6 et le nontant 4 saLas géner les pessibilités des pivotement du 3/4cadre et ses psles, dans les deux sens. Bien entendu sur la gauche de la Fig.I ces dispositifssymétriques ne sont pas figurés, ils ne seraient que de fastidieuses répétitions.Les pales seront en matières plastiques ou non, légères, élastiques, gonflables si doublées, par ex. toile de voile imperméabilisée éventuellement renforcées par des nervures élastiques, plâues en Nylon, Tergal ou aluminium, etc. Leur bord de fuite peut ètre doublé en9 comme étant celui dtun volet FOWLER placé sur un axe de petit poulie 9, volet tenu vertisalement et pivotant très au ralenti autour de cet axe 9 par l'action de deux transmissiens venue d'une came 10 fixée au stator 11 et d'une came 14 fixée sur le support 15 du palier supérieur 16 du mât I tournant du rotor; ma@ @souten@mt un collier 30 en anneau qui est solidairement orientable avec des liaisons II des diverses parties du stator, à savoir: la gouverne 13 et la trémie convergente 12 et des trémies d'entrée et sortie divergentes, non figurées.La trémie convergente a deux parois en têle ,latéralement on I2, prolongée è gauche par un un masque protégeant certaines aubes inopérantes momentan@ment et à droite par une partie en segment de cercle pour l'effet de soufflage,et de côté droite par une paroi latérale en deux parties 21 et 22 pivotant ensemble autour d'un axe vertical non figuré,sous un vent fort. Par le pivotement la oi 21 augmente la section soufflante et diminue l'effet multiplicateur de la trémie, laissant même dévier du rotor une partie de 1' air soufflé avant que la vitesse de rotation augmente,et et empèchant ou retardant ainsi la rentrée en action du régulateur 6 et 7. Plus tard si le vent se renforçait, ce gulateur déplacera et soulèvera le 3/4 cadre 5, faisant écharper les pales de la zo ne du soufflage renforcé. De cette façon le diamètre d'impact sur les pales diminue, par ra par vent fort la puissance fournie est diminuée relativement en comparaison à la puissance augmentée par le souff@ge de la trémie aux cas des vents faibles. Cette poréquation des puissances est utile pour stabiliser la rotation du rotor et la partie de l'énergie b mettre en réserve pendant les W-coups du vent. En outre l'on pourra se faire rapprocher, entre certaines limites choisies pro pices, les vitesses de rotation du rotor procurant par cela des vitesses de rotor tion plus grandes, souvent désirées pour les machines alimentées en force motrice. Il va de soi que les parois 21 et 22 revient à leur position initiale plus proche au périmètre extérieur des aubes 2 en ce qui concerne le bout du 21 par le rappel d'un ressort à lame fixé sur le dessus de la trémie, mais non figuré. Deux segments en cornière 23 et 24 d'inégales longueurs sont fixés sous la trémie convergent + ont le dessous est désigné 28 et sous la gouverne 24. Ces seg ments sont guidés par des galets tournants sur la tête de nombreux boulons scellés 25 en oblique dans un cercle soubaissé da la plate-forme. Les galets des boulons scellés 25permettent un certain jeu de l'ordre d'un centimètre , cependant ils em pèchent l'ensemble du stator, gouverne, trémies et liaisons de se soulever. Une partie du dess us 17 de. la trémie convergente peut pivoter vers le bas,sous l'effet de vent plus fort poussant horizontalement sur le rebord recourbé vers le bas du I7 équilibré d'ordinaire par un levier muni d'un contre-poids 18.L'axe de pivotement est en 20 et le dessus I7 prenant la position 19 sert pour obturer parti ellement la section d'entrée de la trémie.Dês que le vent ralenti,le contre-poids ou un ressort le remplaçant,tachera è ramener le dessus I7 dans sa position initi ale.Un palier de pied 26 soutient le mgt I par un roulement à rouleaux et le pro longuement du mât , un arbre 29 par un roulement è billes ou à rouleaux appelé 26 également, car ces deux paliers 26 doivent faire un ensemble résistant, fixé par des supports 27 scellés au corps du château d'eau 31, tout en laissant un passage d'accès à la plate-forse entre les branches de ce support 27. ta Fig. 3 explicite, tout en schématisant et donnant comme simple exemple,les détails de l'angle inférieur du rayon 2 et dn montant 3 et la position du patin de 4 vue d'en haut, entre les viles de fer U 2, sur -lequel il est posé coulissant. La Fig.4 montre ceci en Section À et l'angle supérieur de 2 et 3,non figuré, en Section B-B. Une rainure verticale 35 dans le montant 4 peut dépasser la butée 36 sans inconvénient. autour de 4. La Fig.5 montre la position de deux demi-colliers de fixation du 5 pivotant La Fig. 5 montre en outre les postions du ressort 34 à deux branches inegales, fixées serrées sur le montant 4 et de la butée 36 en fer plat soudée sur le 4. La Fig. 6 montre le ressort 34 à lames, dont une branche plus forte peut s'op poser activement et utilement au 3/4 cadre 5, jusque la force du vent devienne excessive et où il laissele 5 se mettre en drapeau, en butant à la butée 36 La Fig. 7 indique une position du 3/4cadre 5 s'appuyant sur la branche forte du ressort 34 à proximité du montant 4 autour duquel il a déjà pivoté activement. Une autre position du5 en traits et points est dessiné en supposant que le 5 soit élastiquement déforable- Le mème 5 presse ici sur le bout de branche forte du 34. Cependant dans les secteurs momentanément inopérants du rotor, ce 3/4 de cadre élastique ou non* stappuyera sur la branche plus faible du ressort 34. La Fig. 8 et la Fig. 9 montrent les positions respectives de la butée 36 et rainures 35 du montant 4, avec le bras 6 du levier cintré pour coulisser dans ces rainures, et l'axe de pivotement du levier double 6-7 fixé entre les ailes de fer U renversé, le rayon supérieur 2. Le poids appliqué sur la bianche 7 dessiné en fort raccourci pourra ètre fixé à cette branche 7 sur des distances réglables du point de l'axe de pivotement. La Fig.9 en une vue d'en haut raccourci le levier6. La Fig. 10 montre un iode simpliste de fixation du 3/4 cadre 5 Par deux demi colliers permettant son pivotement autour du mentant 4. Selon la nature ,section et matière, par exemple plastique ou aluminium, section carrée ou ronde, etc. du montant 5,d'autres modes efficaces de fixation et de pivotement seront à envisager, comme moyens connus ou nouveaux Par exemple fixation des cadres 5 par cables entou rant le montant 4. La Fig. II montre un boulon scellé 25 servant pour guider les segments en corni ères 23 ou 24 sous la gouvern@ ou sous les trémies convergente et/ou divergente. Un certain nombre minimal de ces boulons empêchera le segment en question de se soulever sous l'effet du vent. Pour que le glissement entre le 25 et 23 ou 24 se fasse sans frottement, les nombreux bouLons 25 porteront des anneaux roulants ou roulements. La Fig. I2 montre le schéma d'un autre type de turbine dessiné en coupe en élé vation et la Fig. I3 la mème turbine en vue de dessus. Les chiffres identifient les mèmes parties que celles désignées sur la Planche I des Fi g. I et 2, donc je ne rentre pas dans les détails de leur explication. Je ne mentionne que l'orifice soufflant 32 ovalisé de la trémie convergente, située en dessous des rayons 2 inclinés vers le haut, permettant au cadre 5 des pales d'échapper de la zone de soufflage, en augmen- taist le diantre d'impact, Par là la puissance aux vents forts,mais en diminuant la vitesse de rotation et en laissant se rapprocher à celle occasionnée par l'air soufflé. L'orifice 3 peut avoir tout autre section ou longueur de tuyère soufflant laquelle pourra ètre rendue facilement orientable dans tous les sens désirables, ceci par exem ple par la jonction d'un tube flexible en caoutchouc ou en mateire plastique. R E V E N D I C A T I O N S I. Turbine éolienne et dispositifs nouveaux de son installation combinée avec la disposition d'autres machines et réservoirs d'énergies alimentés par elle ou par plusieurs turbines accouplées , chacune recevant le vent par une ou plusieurs trémies convergentes ou divergentes mais même sans trémies, ni a' entrée ni à la sortie, étant entendu qu'une gouverne orientée spontanément dans le sens du vent peut faire partie du stator de la turbine, y compris ces liaisons avec les trémies. Le rotor sera un ensemble de pelles de roue, appellées "aubes" en rayons géo métriques, réalisées ou non, reliées à un mSt vertical ou à un arbre horizontal par des disques ou par des rayons matérialisés et reliés ou non reliés entre eux par des jantes. Le nombre des aubes va de un à plusieurs et chacune pourra contenir une ou plusieurs pales. Au cas échéant l'arbre pourra ètre incliné sur l'horizontal. 2. Dispositif de la turbine éolienne selon la revendication I. caracterisé par l'orientation variable dans tous les sens dans l'espace du souffle d'air renfor cé par la trémie convergente ou attenué par une trémie divergente d'entrée. Cette orientation du souffle pourra ètre radiale, tangentielle ou axiale, dirigée à tra vers du rotor par des pales rencontrées ou déviéehors du rotor au cas échéant .Les trémies pourrontre en po; ion inamovible, fixées à leur plate-f orme d'implantat tion.Leurs parois et/ou leur tuyère de soufflage pounront se déplacer sous l'effet du vent plus fort qui rompt leur équilibre soutenu par ressort ou contrepoids de rappel, ou par toute autre commande, cames , régulateurs, etc., moyens connus ou par un anémomètre modifié ayant ses pelles comme poids agissant de la façon d'un régulateur de vitesse WATT. Les parois des trémies pourront servir comme masques et/ou comme obturateurs d'entrée ou de sortie, des trémies ou masques du rotor. 3. Dispositif des pales selon les revendications I et 2, caractérisé par la géométrie variable des forpes en sections et longueurs des palesapar le changement, simultané ou successif, de leurs positions respectives sur la mème aube@ ou entre plusieurs aubes et employant les fentes variables instituées entre les pales pour en effet de multiplication de la pression du vent exercée en hypersustentation sur certains pales à tour de rtle y exposé selon le cas pivotantes automatiquement ou étant commandées par l'intermédiaire des cymes ou régulateur anémomètrique .La surface utilement exposée des pales pourra se diminuer et disparaitre par enroule Ç- ment ou mise en drapeau par effet des vents trop forts jugés excessifs, par des mc- yens automatiques ou de commande s5emblables. 4. Dispositif des pales selon les revendications I et 3, caractérisé par les déplacements des pales uniques ou de leur groupe en sens des rayons inclinés ou non ou parallèlement au mât dans l'espacement ervé entre les rayons pour ce dép tement des pales moins hautes. ( Suite de la revendication 4.) Pendant le transport des pales par ces dé placements ou/et d'autres , par exemple par pivotement on déformation des pales, une partie de leur surface est soustraite de la zone dtinfluence de l'air soufflé, correspondant à une viteese multipliée des vents faibles et l'autre partie de leur surface sera exposée à des vitesses du vent se renforçant non obligatoirement sur passant la vitesse multipliée maximale de l'air soufflé prévue pour la plus forte vitesse des faibles ventis. Par les rapports cbanj6ts des parties des surfaces des pales, une certaine stabilisation des puissances fournies aura lieu.Semblables compensations pour la stabilisation ou peréquation des effets des fréquences annu elles des diverses vitesses des vents pourront ètre - obtenues par la variation des rap ports des sections de sortie des trémies convergentes argumentées ou diminuées et des ai des sections de 1 l'entrée du vent des trémies divergentes augmentées ou diminuées, les deux trémies soufflant l'une lespectivement l'air de vitesse renforcéeet l'autre di minute ou l'une dune vitesse diminuée et l'autre une vitesse augmentée, chacune des trémies agissant sur une partie différente des pales ou sur la totalité de certains pales désignées par une programmation,et ceci - dans les positions initiales ou déjà déformées ou déplcées en formes, longueurs ou positions relatives des pales. 5. Dispositif selon la revendication I , caractérisé par l'emploi d'un ou de plusieurs régulateurs constitués par un levier d'une ou de plusieurs branches dont l'une au moins porte un poids appliqué, éventuellement coulissant pour réglages, s gissant par la force centrifuge résultante de la rotation du rotor sur lequel l'axe de pivptement du levier est fixé parallèlement ou incliné dans une sens de l'espace convenablement choisi avec ou sur la direction du tt. Les branches du levier acti onnées agissent par leurs bouts, munis de dé, galet ou ergot coulissant dans les rainures des cadres à déplae@r ou bien Par un dispositif renversé c1est elles qui sont prévues ou non de rainures, mais elles permettent le coulissement sur elles des dé galet, ergot, anneaux, etc. fixés sur les pièces, cadres, pales, axes ou cames à dé placer. Les poids de ces pièces peuvent faire revenir le levier et son poids appliqué dans leur position initiale, quand la rotation ralentit.Dans ce cas la position ul time de ce poids appliquée peut ètre encore telle Qde sa pesenteur le rappel dans sa position initiale, mais cette action pourra autre encore aidoe par un ressort de rappel. 6. Dispositif selon la revendication I , caractérisé par la mise en réserve d'une partie de l'énergie fournie pendant la rotation de la turbine soit en forme de l'eau pompée et refoulée à un niveau plus élevé et y stockée dans des réservoirs ou- verts, soit dans des réservoirs fermés oW l'air s'y trouvant sera comprimé, soit en forme de l'air comprimé et même chaud fourni dans ces réservoirs fermés par un com- presseur d'air, éventuellement rotatif comte la pompe nécessaire également. La restitution des énergies potentielles pour la distribution de l'eau etIc' de l'air sous pression p@@r pompe ou compresseur converties avantageusement en moteurs rotatifs et leur chaleur pour le chauffage,sera commandée par vannes automatquement au ralenti du rotor.