Brevet FR2286955A1 — publié le 19760430

La presente invention concerne les appareils du type éolienne ou turbine permettant d'intercepter l'énergie d'un fluide en mouvement sensiblement recti / cas du vent ou d'un cours d'eau ligne par exemple, les appareils baignant totalement dans ce fluide. Dans les appareils connus de ce genre, les pales, voilures, aubes ou godets ont, pendant une révolution, une position fixe par rapport au rotor (abstraction faite bien entendu de possibilités de réglage pour changer de régime ; dans ce cas, toutes les pales subissent la meme variation). Dans ces conditions, ou bien les appareils doivent avoir un axe de rotation parallèle au courant, l'énergie étant recueillie par une hélice ou une turbine axiale, ou bien le fluide doit etre guidé dans la machine où il a, à un moment ou à un autre, une trajectoire xialeIl en résulte pour ces appareils des dispositifs annexes qui augmentent le poids l'encombrement et le prix tels que tubulures d'amenée, girouettes ou autres. L'appareil suivant l'invention est un appareil simple - susceptible d'être auto régulé contre les survitesses par la définition de ses dimensions géométriques, - insensible aux variations de direction du fluide moteur dans le plan perpendiculaire à l'axe du rotor, - permettant, en cas d'utilisation en éolienne par exemple, de mettre la machine réceptrice à l'intérieur d'un b timent, le rotor seul étant sorti sur le toit. L'appareil suivant l'invention permet d'intercepter une énergie notable d'un fluide en mouvement tout en étant d'un prix de revient et d'installation économique. Pour clarifier l'exposé du principe de fonctionnement nous admettrons une utilisation de l'appareil en éolienne (Le nonbre de pales, la forme, les dimen- sions, la vitesse de rotation maximale etc... peuvent varier grandement suivant le fluide utilisé et sa vitesse moyenne). L'appareil se compose d'un rotor solidaire d'un axe vertical tournant dans des paliers fixes, il peut être complété d'un système de guidage des voilures par une came montée sur une girouette comBe il sera vu plus loin. Seul le principe est exposé ci-dessous, la géométrie de l'appareil, son nombre de pales etc... ne pourront être définis,qu'après essais et mises au point sur prototypes. Le rotor comporte (figures I et 2) : un arbre A, 2 disques D et D' solidaires de l'arbre A ; ces disques comportent les paliers des pivots P et P' des différentes voilures V et les butées avec amortisseurs O et O' dont on verra l'utilité ultérieurement. En présence du vent 9, les voilures, libres sur leurs pivots, prennent une position telle que celle montrée sur la figure 2, les voilures Vi et V2 venant en position"ouvertes" en appui sur les butées 01, 0'1 et 02, 0'2, la voilure V3 en position intermédiaire et la voilure V4 en position "fermée" en appui sur la voilure V3. La poussée du vent sur les voilures V1 et V2 crée un couple tendant à la rotation du rotor dans le sens de la flèche R, la poussée sur V3 et V4 crée un couple opposé mais très inférieur au couple Vi et V2. il en résulte une rotation du rotor dans le sens de la flèche R. La voilure V4 arrivant dans le quart WN basculera autour de son pivot P4 pour venir en position ouverte en appui sur ses butées 04 et 0'4 prenant ainsi la place de la voilure Vi et ainsi de suite. Les poussées subies par les voilures sont analogues aux portances des ailes d'avion et il est connu que la portance reste positive pour une incidence nulle. I1 est donc possible de rendre la poussée du vent motrice meme lorsque l'incidence devient nulle sur une voilure, ce qui permet de rendre motrice une partie importante de la trajectoire (W.N.E.S à la limite). Pour ce faire, il peut etre utilisé soit des ressorts sollicitant les voi ment lures dans une position entrouverte optimale, soit un dispositif de positionnel optimum des voilures tout au long de leur trajectoire. Une réalisation possible pour un tel dispositif serait (voir figures 3 et 4) que l'axe-pivot dechaque voilure soit solidaire de celle-ci et traverse le disque D par exemple, qu'une biellette B soit solidaire de cet axe de voilure et que l'extrémité de cette biellette soit assujettie à une came C montée sur girouette (la biellette B pourrait etre souple ce qui permettrait, aux vitesses de rotation élevées, à la force centrifuge d'écarter les voilures V3 et V4 malgré le guidage afin d'augmenter la composante de freinage). La girouette serait constituée d'une dérive D axée sur l'arbre A. Sur la figure 4 on constate que la came peut maintenir les voilures en position motrice sur la trajectoire W.N.E.S ; d'autre part, cette came pourrait etre telle qu'elle provoque le basculement des voilures pendant la trajectoire SW , la biellette B prenant par exemple appui sur un épaulement K de la came dans cette partie de la trajectoire. On voit sur la figure 3 les positions successives de la voilure V4 : V4-1, V4-2, V4-3 où la biellette B "enveloppe" l'épaulement K de la came C. Cette dernière disposition éviterait d'ailleurs l'à coup au basculement de la voilure sous l'effet du vent et permettrait de la rendre motrice des la position W. A noter que l'accouplage de deux rotors ou plus est possible et que dans ce cas le déport entre les axes des rotors et l'arbre transmettant l'énergie permet de supprimer la dérive : la trainée globale des rotors plaçant ceuxci sous le vent de l'arbre de transmission, ce dernier constituant également l'ancrage de l'appareil. Il peut être également étudié la pose de déflecteurs F, F' (figure 4) montés sur la girouette afin de dévier une partie du flux B dans la zone de freinage et d'augmenter le flux dans la zone W.N.E. Remarques 1) Il faut noter que la vitesse du vent augmentant, la vitesse de rotation augmentera également ; compte tenu de la situation du centre de gravité G de chaque voilure par rapport à son axe de rotation P P', les biellettes B étant souples, il se produira une force centrifuge tendant à ouvrir toutes les voilures et par conséquent à augmenter l'effet de freinage des voilures traversant le secteur ESW. Comme d'autre part les voilures travaillant au freinage auront par rapport au vent une vitesse relative supérieure à celle des voilures motrices les conditions sont remplies pour définir une vitesse de rotation limite. 2) Les disques D et D' principalement formant "parapluie" la solution des problèmes d'étanchéité est simplifiée. 3) Les divers paramètres de construction permettent de choisir la vitesse limite de l'appareil et éventuellement d'obtenir, pour un vent de force moyenne, une vitesse en charge très proche de la vitesse limite ; ceci permet en cas d'accouplage à un alternateur, d'obtenir une fréquence stable (+ x Z)pour tous les vents supérieurs à une valeur choisie. 4) Bien entendu, les figures et les dispositifs mentionnés ne correspondent pas à un projet d'exécution mais seulement à une visualisation facile des fonctions remplies par les dispositifs pour faciliter l'explication des principes de fonctionnement. 5) Des études hydro et aérodynamiques, cinétiques, de facilité d'usinage et de fabrication conduiront aux plans d'exécution et il est probable que des dispositifs complémentaires stavereront utiles et que des variantes plus écono- miques pourront être définies en utilisant le revue principe de surfaces a effacement dissyBetrique (par exemple voilures en plastique a flexion dissy étrique directement solidaires de l'arbre : voir figure 5. REVENDICATIONS I) Appareil simple et économique permettant de capter l'énergie d'un fluide en mouvement dans lequel il baigne, caractérisé par le fait que les pales interceptant l'énergie ont une certaine liberté soit de défornation soit de mouvement par rapport au rotor sur lequel elles sont articulées, et que l'axe de rotation de ce rotor (et par conséquent l'arbre transrpettant l'énergie recueillie) est perpendiculaire au courant du fluide. 2) Appareil suivant la revendication 1 Caractérisé par l'utilisation, en supplement, d'un dispositif monté sur girouette entrainant un positionnesent optimum des pales par rapport au rotor en vue d'une meilleure captation d'éner- gie et d'une plus grande souplesse de fonctionnement, et/ou, éventuellement, utilisation de déflecteursfixesmontéssur cette girouette améliorant les perforlances de l'appareil.