Brevet FR2286954A1 — publié le 19760430

La présente invention vise des perfectionnementsaux appareils destines à capter l'énergie d'un fluide du type comportant une pluralité de pales rotatives et montées sur un axe, les pales étant poussées et entrainées en rotation par le fluide; de tels appareils constituent des turbines hydrauliques lorsque le fluide est de l'eau et lorsque le fluide est l'air atmosphérique ces appareils constituent des éoliennes L'invention s'applique plus particulièrement, mais non à titre exclusif, aux appareils entrainés par l'air atmosphérique du type éolienne. Les éoliennes du type le plus courant sont constituées par une hélice multipale montée rotative selon un axe prévu pour faire face au vent, l'hélice étant associée à cet effet à un aileron arrière de stabilisàtion formant girouette et conduisant l'hélice à se présenter face au vent. Ce type d'éolienne est notamment répandu dans les campagnes où il est utilisé principalement pour le pompage de l'eau. On connait également un second type d'éolienne, moins répandu et comportant une pluralité de pales montées selon un axe vertical; ce dernier type semble n'avoir jamais fonctionné parfaitement du fait que la poussée du vent est égale sur les pales situées en avant et sur celles situées en arrière de l'axe sur lequel elles sont fixées, ce qui fait que, théoriquement et sauf application de systèmes divers qui ne donnent pas satisfaction, cette poussée s annule d'elle meme Ce second type est pourtant, techniquement et économiquement, beaucoup plus intéressant que le premier duait que n'étant que peu limité dans sa hauteur, il pourrait fournir une puissance beaucoup plus importante. La présente invention vise à remédier à ces divers inconvénients et permet de réaliser une machine motrice apte à capter l'énergie éolienne dans des conditions d'efficacité, de rendement et de rentabilité considérablement accrues par rapport aux dispositifs antérieurs. A cet effet l'invention concerne une machine motrice soumise à l'action du vent, du type éolienne, comportant une pluralité de pales radiales équidistantes et solidaires d'un axe vertical, caractérisée en ce qutelle comporte une paroi verticale apte à occulter une partie de la turbine constituée par les pales montées sur leur axe vertical, la dite paroi étant associée à des moyens d'orientation aptes à commander le positionnement de la paroi de telle façon que cette dernière vienne occulter la mati é verticale de la turbine correspondant au retour des pales dans le sens inverse du fluide moteur. On comprend dans ces conditions qu une moitié verticale de la turbine est soumise à l'action du vent et ce dernier entraine les pales, la turbine suivant un mouvement giratoire, tandis-que dans la zone où les pales reviennent en sens inverse, face au vent, elles sont soustraites à l'action de ce dernier par la paroi d'occultation. De préférence la dite paroi est constituée par une surface de déflexion disposée angulairement, l'arête frontale de ce déflecteur étant située en avant et latéralement par rapport au positionnement de la turbine, l'arête terminale étant située à proximité du parcours du bord des pales de la turbine et légèrement en avant de l'axe de la dite turbine, la surface de déflexion étant ainsi appelée à guider les filets d'air qui se présentent face à la moitié verticale de l'éolienne où les pales circulent à contre-courant, pour les diriger vers l'autre moitié verticale où les pales tournent dans le sens du vent, et sont entrainées par ce dernier. En outre le dispositif directionnel de la surface de déflexion est constitué par au moins un aileron vertical monté solidaire de la paroi de déflexion et en position diamétralement opposée par rapport à l'axe de la turbine, cet aileron formant dérive étant soumis à l'action du vent et étant positionné de façon que le couple de cet aileron soit supérieur au couple de la paroi de déflexion, l'aileron ou dérive arrière venant ainsi se positionner en arrière de la turbine par rapport au vent et commandant le positionnement du déflecteur face au vent. De préférence encore et selon une forme de réalisation de l'invention la turbine constituée par l'axe vertical munie des aubes ou pales radiales est associée à une paroi de déflexion semi-cylindrique, montée rotative sur le support de l'éolienne, cette paroi semi-cylindrique étant associée d'un côté à une surface de déflexion avant disposée en biseau, l'arête frontale de cette paroi-de défle- xion avant étant située latéralement et en avant de l'éolienne par rapport au sens du vent et l'arête terminale de cette paroi de déflexion rejoignant le défie c- teur semi-cylindrique sensiblement en avant de l'axe de la turbine, le déflecteur semi-cylindrique étant associé, en position diamétralement opposée par rapport à la surface de déflexion avant, à un aileron arrière formant dérive et commandant le positionnement de la surface de déflexion inclinée face au vent. Selon une autre forme de réalisation particulière le dispositif de déflexion constitué par la paroi semi-cylindrique et la face avant et du coté opposé la dérive arrière est monté à rotation, par l'intermédiaire de paliers à billes, sur l'arbre de la turbine2 le dispositif de déflexion reposant sur un plateau support, monté en position surélevée, par l'intermédiaire d'un palier à billes en couronne. Enfin selon une autre caractéristique de l'invention les aubes ou palettes de la turbine sont solidaires de l'axe de cette dernière par l'intermédiaire d'un organe d'amortissement élastiquement déformable. Par exemple les palettes sont montées sur le dit axe vertical par des manchons enfilés librement sur cet axe, les palettes étant solidaires radialement de l'axe ou arbre de la turbine par des ressorts hélicordaux dont une extrémité est solidaire de l'arbre, l'extrémité opposée du ressort étant solidaire de la dite palette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation particulière présentée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexes. La figure 1 représente une vue en plan d'un schema d'une éolienne conformément à l'invention. La figure 2 représente une vue en perspective de L'éolienne selon la figure 1. La figure 3 montre une vue en élévation latérale de l'éolienne montrant le raccordement du dispositif de déflexion sur le support et sur l'arbre de la turbine. La figure 4 montre une vue de détail du montage d'une palette sur l'arbre ou axe vertical. Selon l'ensemble des figures on voit que la turbine est soumise à l'action du vent dont la direction est représentée par les flèches F1, F2, F3 sur Ia figure 1 et F4 sur la figure 2. De façon connue la turbine comporte un axe ou arbre vertical I sur lequel sont montées une pluralité de palettes 2, 3, 4, 5 représentées dans l'exemple considéré avec un profil légèrement curviforme et convexe face au vent. Le dispositif de déflexion selon l'invention comporte dans cet exemple une paroi semi-cylindrique 6 associée d'un côté à une surface avant de déflexion 7 et à une dérive arrière 8; la surface avant de déflexion est constituée par une paroi en telle ou en tout matériau rigide; son arête frontale 9 se présente face au vent et légèrement latéralement par rapport au positionnement de la turbine. L'arête arrière 10 de la paroi avant de déflexion 7 rejoint la paroi semi-cylindrique 6 sensiblement en avant de l'axe 1 de la turbine. On voit ainsi que d'une part les pales 11, 12, 13 ( figure 1) qui suivent un parcours inverse au sens du vent et qui se présenteraient donc normalement à contre-courant sont soustraites à l'action du vent étant protégées par le dispositif de déflexion; dans ces conditions l'action subie par la turbine exposée au vent est essentiellement celle des filets d'air F1, F2, F3 qui viennent frapper les pales 2, 3 et 4 et les entrainer en rotation selon la flèche F5(figure 1). En outre la face avant de déflexion 7 recevant les filets de vent les dirige de par sa forme inclinée et légèrement incurvée selon les flèches F6, F7 , F8, l'air étant ainsi canalisé pour venir frapper les palettes, telle la palette 14 qui arrive au point de retournement et qui n'est pas soumise encore à l'action des filets d'air normaux mais qui reçoit alors les filets d'air F6, F7 qui sont canalisés par la paroi 7. Dans ces conditions non seulement on évite que dans la section de passage du vent correspondant au profil de la turbine une moitié de l'air annule sensiblement l'action de l'autre moitié, mais en outre on canalise la moitié des filets d'air qui viendraient à contre-courant de la rotation des pales pour récupérer leur puissance motrice. Des ailerons arrière 8 et 8'sont solidaires du système de déflexion étant diamétralement opposés par rapport à la face avant 7; les deux ailerons jumelés 8 et 8' sont raccordés au dispositif de déflexion par les entretoises supérieure 9 et inférieure 9'. Comme on le voit à la lumière de la figure 3 l'ensemble du dispositif de défle- xion est monté à rotation d'une part sur le plateau support 20 lui-meme en position surélevée grace auxpiétements 21, 21'; en outre le dispositif de déflexion est également monté à rotation sur l'arbre 1 , par l'intermédiaire des paliers supérieur 22 et inférieur 23; un palier à billesen couronne 24 permet le positionnement et la rotation du dispositif de déflexion sur le plateau support 20 en lui donnant une assise suffisante tout en permettant sa rotation sous l'action directrice du vent. Les paliers 22, 23 et 24 n'ont pas été représentés sur la figure 2 pour l'intelligence du dessin. On voit sur la figure 4 un dispositif permettant la flexion de l'aube ou pale 30 par rapport à l'arbre 1; la pale est montée sur l'arbre par l'intermédiaire des manchons 31, 31' enfilés librement sur l'arbre central 1; les ressorts hélicot- daux assurent le raccordement élastique de la pale 30 sur l'arbre 1; chacun des ressorts 32, 32' est en effet solidaire par une extrémité 33, 33' de l'arbreppar exemple, selon la figure 4 l'extrémité 33 du ressort hélicoldal est bloquée dans un logement transversal prévu sur l'arbre 1; l'extrémité opposée du ressort vient prendre appui sur la face arrière de la pale 30 et cette extrémité opposée 34 permet à l'aube ou pale 30 de jouer angulairement et élastiquement par rapport à l'arbre 1. On comprend en effet qu'un vent trop violent pouvant être néfaste et détèriorer l'éolienne, le dispositif permet une certaine souplesse des pales par rapport à l'arbre. Dans les éoliennes du type à hélice, les pales se mettent automatiquement en drapeau sous l'action du vent mais dans le cas des éolienne s verticales aucune solution satisfaisante et efficace nta été trouvée à ce jour; le dispositif de l'invention permet lors d'un"coup de vent" brutal ou d'un vent trop violent une adaptation des pales soumises à l'action du vent; il est entendu que le ressort 32, 32' est calibré pour que son action soit supérieure à la force d'un vent normal et maintienne en position correcte la pale 30; c'èst seulement sous l'action d'un vent violent que le ressort permettra la flexion de la pale 30. L'invention bien que décrite plus spécialement en rapport avec son application aux éolienne s n'est pas limitée à cette application et pourra être utilisée pour une turbine hydraulique. Enfin on précisera que sur la figure 3 les palettes n'ont pas été représentées mais seule la surface déflectrice de façon à permettre une meilleure intelligence du dessin; pareillement sur la figure 4 on a représente une seule pale 30; il est entendu que les manchons 31, 31' permettant le raccordement de la pale sur l'arbre 1 sont étagés d'une pale à l'autre pour permettre la fixation de toutes les pales sur l'arbre central avec les ressorts amortisseurs 32. On précisera que dans les dessins les dimensions de la turbine ont été volontai rement réduites par rapport au déflecteur. REVENDICATIONS 1 - Machine motrice ou turbine soumise à l'action d'un fluide moteur, comportant une pluralité de pales radiales équidistantes et solidaires d'un axe vertical, caractérisée en ce qu'elle comporte une paroi verticale apte à occulter une zone verticale de la turbine, la dite paroi étant associée à des moyens d'orientation aptes à commander le positionnement de la paroi de telle façon que cette dernière vienne occulter la moitié verticale de la turbine correspondant au retour des pales dans le sens inverse du fluide moteur. Z - Machine motrice selon 1 caractérisée en ce que le fluide moteur est l'air atmosphérique en mouvement. 3 - Machine motrice selon 1 et 2 caractérisée en ce que la dite paroi est constituée par une surface de déflexion disposée angulairement, l'arête frontale de ce déflecteur étant située en avant et latéralement par rapport au positionnement de la turbine, l'arête terminale étant située à proximité du parcours du bord des pales de la turbine et légèrement en avant de l'axe de la dite turbine, la surface de déflexion étant ainsi appelée à guider les filets d'air qui se présentent face à la moitié verticale de l'éolienne où les pales circulent à contrecourant, pour les diriger vers l'autre moitié verticale où les pales tournent dans le sens du vent, et sont entrainéés par ce dernier. 4 - Machine motrice selon 1 et 2 caractérisée en outre en ce que le dispositif directionnel de la surface de déflexion est constitué par au moins un aileron vertical monté solidaire de la paroi de déflexion et en position diamétralement opposée par rapport à l'axe de la turbine, cet aileron formant dérive étant soumis à l'action du vent et étant positionné de façon que le couple de cet aileron soit supérieur au couple de la paroi de déflexion, l'aileron ou dérive arrière venant ainsi se positionner en arrière de la turbine par rapport au vent et commandant le positionnement du déflecteur face au vent. 5 - Machine motrice selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que la turbine constituée par l'axe vertical munie des aubes ou pales radiales est associée à une paroi de déflexion semi-cylindrique, montée rotative sur le support de l'éolienne, cette paroi semi-cylindrique étant associée d'un coté à une surface de déflexion avant disposée en biseau, l'arête frontale de cette paroi de déflexion avant étant située latéralement et en avant de l'éolienne par rapport au sens du vent et l'arête terminale de cette paroi de déflexion rejoignant le déflecteur semi-cylindrique sensiblement en avant de l'axe de la turbine, le déflecteur semi-cylindrique étant associé, en position diamétralement opposée par rapport à la surface de déflexion avant, à un aileron arrière formant dérive et commandant le positionnement de la surface de déflexion inclinée face au vent. 6- Machine motrice selon 5 caractérisée en ce que le dispositif de déflexion constitué par la paroi semi-cylindrique et la face avant et du coté opposé la dérive arrière est monté à rotation, par l'intermédiaire de paliers à billes, sur l'arbre de la turbine, le dispositif de déflexion reposant sur un plateau support, monté en position surélevée, par l'intermédiaire d'un palier à billes en couronne. 7 - Machine motrice selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les aubes ou palettes de la turbine sont solidaires de l'axe de cette dernière par l'intermédiaire d'un organe d'amortissement élastiquement déformable. 8 - Machine motrice selon 7 caractérisée en ce que les palettes sont montées sur le dit axe vertical par des manchons enfilés librement sur cet axe, les palettes étant solidaires radialement de l'axe ou arbre de la turbine par des ressorts hélicoidaux dont une extrémité est solidaire de l'arbre, l'extrémité opposée du ressort étant solidaire de la dite palette. 9 - Machine motrice selon 1 caractérisée en ce que le fluide moteur est un courant d'eau, le dispositif de déflexion étant monté fixe en amont de la turbine.