Brevet FR2413567A1 — publié le 19790727

L'invention concerne les turbines entraidées par courant fluide, principalement les aéromoteurs appelés aussi éoliennes, du type à axe horizontal Les aéromoteurs connus de ce type comportent gnralement un moyeu à axe de rotation horizontal et des pales encastrées sur ce moyeu perpendiculairement à l'axe; ils sont géneralement placés en amont du pylone par rapport au vent, l'orientation face au vent e- tant assurée par une girouette placée en aval . Pourtant depuis quelques années, on a réalise plusieurs aéromoteurs placés en aval du pylone, mais on n'a pas innové sensiblement par rapport à l'éo- lienne de Grandpa's Knob (Etats-Unis), qui a fonctionné de I94I à I945 .Cette éolienne se caractérisait non seulement par la posi tion de la turbine en aval du pylone, mais aussi par les particu laités suivante: premièrement, l'axe de rotation était relevé vers l'aval; deuxièmement, un mécanisme de variation de pas, analogue au servo-moteur à huile des turbines Kaplan, limitait la vites se de rotation lorsque la vitesse du vent augmentait; troisième ment, les pales, sous l'effet de rafales, pouvaient s'incliner vers 1 'aval jusqutà 20 ders, freinées dans leur recul par des cylin dres amortisseurs particuliers à chaque pale .Chaque pale était conçue comme un levier d'un genre où l'action, qui est la rdsul- tante aérodynamique, et la réaction, exerce par le cylindre amor tisseur, se trouvent du même coté du point d'appui, qui est l'ar ticulation . Les mécanismes de variation de pas et les cylindres amortisseurs étaient donc distincts Le relèvement de l'axe de rotation vers l'aval prdsente un double intérêt . Le premier est de permettre le rapprochement de la turbine et du pylone et par suite un allgement de la construction Le deuxième est d'écarter du sol, qui le gêne,l'dcoulement du fluide, et de le diffuser vers le haut, où il est entrain par une vitesse du vent généralement plus élevée .Ceci est mis en évidence en comparant les figures I et 2, où lfécoulement, qui passe de la vitesse V1 par une section SI, à l'infini amont, à la vitesse V2 par une section S2 à l'infini aval,traverse la surface S, balayée par les pales de l'aéromoteur, avec une vitesse V, intermédiaire entre VI et V2 . L'établissement de la formule de Betz montre que la section S2 est supérieure à S, elle-même supérieure à SI . La figure I reprdsente schématiquement l'écoulement à travers une turbine à axe strictement horizontal .La figure 2 représente l'écoulement à travers une turbine dont l'axe est relevé vers l'aval L'invention propose de perfectionner en les simplifiant les turbines caractérisées par une ou plusieurs des particularités suivantes: turbine située en aval du pylone ou du support, axe de rotation relevé vers l'aval, pas variable en fonction de la vitesse du vent, recul des pales vers l'aval sous l'éffet de rafales Les figures 3 et 4 représentent, suivant l'invention, le dispositif qui permet le recul des pales sous l'effet d'une rafale ou d'un vent plus fort . Les axes I d'articulation des pales sont solidaires du moyeu 2 . Chaque pale est prolongée vers l'axe du moyeu par un oras de levier 3, qui agit sur un dispositif élastique axé sur le moyeu 2 .A titre d'exemple, cet ensemble élastique, int4- rieur au moyeu, comprend un piston de guidage 4 et des ressorts métalliques qu'on peut adapter à la régulation d'efforts qu' on veut obtenir . On peut combiner rert hélicoïdal tel que 5 et rondelles Bellevile 6, celles-ci ayant d'ailleurs l'avantage de produire un amortissement par frottement . L'ensemble élastique pourrait aussi inclure un amortisseur hydropneumatique ; le choix du système élastique n'est pas du domaine de l'invention .Ce qui caractérise l'invention, c'est quei d'une part chaque pale est conçue comme un levier du genre où le point d'appui, qui est l'axe d'articulation I, se trouve entre l'action Fv, qui est la résultante aérodynamique, et la réaction F r opposée par l'appareil élastique axé sur le moyeu; d'autre part l'appareil élastique est commun à toutes les pales En outre il faut remarquer que le recul de la pale sous la force du vent entraine une augmentation du pas, comme le montre la figure 5 . Elle représente la section d'une pale vue de dessus et la mê- me pale vue de côté sans inclinaison; la pale inclinée vers l'aval est représentée en traits mixtes .La construction graphique de la section de la pale inclinée montre que le bord de fuite recule plus que le bord d'attaque, donc que le pas a augmenté La figure 6 montre, comme caractéristique supplémentaire de lin- vention, la position particulière de l'axe d'articulation I qui permet une augmentation supplémentaire du pas lorsque la pale s'încli- ne vers l'aval sous l'effet de la force du vent .Pour cela, l'ex traité de l'axe d'articulation de chaque pale qui est du côté du bord d'attaque est écarté de l'axe de rotation de la turbine comme le montre la vue de l'aval sur cette figure, et de plus avancé vers l'amont comme le montre la vue de dessus de la figure 7 La figure 8 montre en vue de dessus la te disposition de l'axe d'articulation, avec en outre un calage supplémentaire de la pale par rapport à son axe d'articulation . La variation de pas est alors différente de celle obtenue par la disposition de la figure 7 . Le calage pourrait être en sens inverse de celui représenté La figure 9 montre, comme caractéristique supplémentaire de l'in -vention , dans le cas d'une turbine en aval du pylone, la position des pales pour une faible vitesse du vent, avec les extrémités des pales 7 inclinées vers l'amont . Cette disposition a pour effet d'entre en conformité avec la divergence de la veine fluide et d'améliorer le rendement aux faibles vitesses du vent L'invention peut dtre utilisée pour régulariser les efforts, les vitesses de rotation et les puissances utiles malgré les variations de la vitesse du fluide, principalement pour des turbines éoliennes et, éventuellement, pour des turbines hydrauliques du type au fil de 1'ee.u REVENDICATIONS r . Dispositif permettant de faire varier le pas des pales et le diamètre d'une turbine > caractérisé par le. fait que les pales sont articulées sur le moyeu et que chaque pale est prolongée, entre son axe d'articulation et l'axe du moyeu, par un bras de levier qui agit sur un dispositif osazun C toutes les pales, dont l'élas- licité fait varier L'inclinaison dea pales en fonction de la vitesse du fluide 2 . Dispositif selon la revendication I, caractdrisdé par le fait que l'axe d'articulation de chaque pale est incliné, par rapport à l'axe de rotation de la turbine 7 . Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque pale est disposée avec un angle de calage par rapport à l'axe d'articulation 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les pales sont inclinés vers l'amont pour une faible vitesse du fluide 5 , Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les pales sont inclinées vers l'amont pour une faible vitesse du fluide 6 . Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que les pales sont inclinées vers l'amont pour une faible vitease du fluide