Brevet FR2487440A1 — publié le 19820129

La présente invention se rapporte à une turbine atmosphérique axiale horizontale destinée au captage de la puissance du vent, et elle concerne plus particulièrement un nouvel appareil conçu pour transformer l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique ou électrique. Ce qu'il ne faut pas oublier c'est que le vent est une puissance en apparence, mais faible en utilisation, car c'est un courant qui se déplace dans une formidable pression qui est l'atmosphère, c'est pour cela que ctest une turbine atmosphérique0 Eh conséquence ltobået principal de la présente invention est un générateur de puissance d'un type nouveau qui soit capable de produire avec l'énergie du vent une puissance bien supérieure à celle d'un moulin à vent classique, dont le cercle de rotation décrit par les extrémités des pales aurait le mssme diamètre.Elle est conçue pour donner le maximum de puissance aveo un minimum de diamètre, de manière à s'in oorporer dans un ensemble de maisons sans pour autant défigurer l'envi- ronnement car le orne, l'anneau, la turbine, et le mât de support vertical peuvent titre peints de oouleur qui s'harmonise aveo le paysagee Les moulins à vent sont connus et utilisés depuis des siècles comme générateurs de puissance et on les utilise de manière caracté- ristique pour pomper l'eau et moudre le grain.Parce que l'énergie du vent est gratuite et qu'elle ne pollue pas, en plus l'océan aérien est partout Cependant la puissance que peut produire un moulin à vent du type classique ou à hélioe est directement proportionnelle au carré du diamètre du cercle décrit par la rotation des extrémités des pales et au cube de. la vitesse du vent. Donc l'énergie cinétique du vent étant naturelle, irrégulière et de force en moyenne pluitt faible, c'est pour cela que ltétude aérodynamique de cette turbine en apparence très simple, qu'elle est un engin évolué de haute technicité. La principale caractéristique de l'invention dans cette turbine atmosphérique Fig I réside dans ses pales 3 d'un type nouveau formées par des lignes courbes 5 et 6 ce qui leur donne le nom de pales curvilignes. Avec oes pales on obtient un très haut rendement ce qui permet de réduire des deux tiers le diamètre d'un moteur à vent classique tout en conservant la mye puissance. Pour ce genre de pales 3 Fig 2 il faut qu'elles soient inclinées I9 sur l'axe I4 de la turbine vers l'amont du flux. Par cette iinolinaison 19 le flux qui agit en produisant son effet sur toute la longueur des pales 3, se trouve évacué par le centre de la turbine sous la partie intérieure 6 des pales 3 et non par la partie extérieure et le bord de fuite des pales courantes ce qui est le cas, ainsi que la cause de perte de puissance des moulins à vent et aéromoteurs. Ce qui permet cette évacuation, sous la courbe 6, par le centre c'est la dépression qui se produit derrière chaque pale 3. Car entre le bord de fuite 7 d'une pale 3 et le bord d'attaque 4 de l'autre pale 3 il se produit un goulet 13 qui est dû à l'incidence des pales 3 Fig 2 et dans ce goulet I3 il y a succion, cet ensemble d'inclinaison 19 de goulet I8 de dépression et de succion font que la trainée des pales est pres que nulle. C'est pour cela que, malgré toute la surface des pales 3 qui accupent toute la circonférence intérieure de la turbine, le rendement est excellent. L'angle d'inclinaison 19 des pales 3 sur l'axe I4 de la turbine vers l'amont du flux est compris entre 9 et 21 degrés selon la largeur des pales. Leur incidence pour la mise en rotation va de 8 à 27 degrés selon la largeur et la longueur des pales. Cette turbine atmosphérique a un très bon rendement sans collecteur 2 d'entrée pour canaliser le flux. Pour avoir un rendement un peu supérieur, pour protéger le rotor des intempéries on monte un collecteur 2 dont la forme est un ctne tron quel3. L'angle d'entrée du cone tronqué peut être variable suivant 19in- cidence de rotation et la largeur des pales 3. Il ne doit pas filtre inférieur à l'angle qui est caractérisé par le sommet du bord d'attaque 4 et du bord de fuite 7 en bout des pales. Un certain espace entre le ctne tronqué 15 et la partie extérieure 5 des pales 3 est nécessaire. Fig I Vu de face les pales 3 ont une forme curviligne, un bord d'attaque 4 droit, la partie extérieure 5 et inférieure 6 est formée par des courbes pour se terminer par un bord de fuite 7 droit0 Fig 3. Les profils 8, 9 et 10 des pales varient avec l'épaisseur décroissante des pales. L'intrados II a unn surface plane, cette surface plane a une incidence qui part de la partie extérieure 5 vers la partie intérieure 6 de la pale 3. L'extrados 12 est formé par l'angle aigu du bord d'attaque 4 qui se prolonge par la partie extérieure 5 de la pale 3 sur une profondeur de un quart de la largeur de la pale jusqu'au boit de fuite 7.L'angle du bord d'attaque 4 varie suivant la grandeur et l'épaisseur des pales, les autres trois quart te l'exRra- dos 12 ont une surface plane sans incidences Fig 30 Représente en 8 la coupe du profil du bord d'attaque 4 en 9 la coupe du profil de la pale dans sa partie médiane 8 et 10 vu du profil du bord de fuite 7. La régularisation de la vitesse de rotation de la turbine atmosphé rique est faite par le vent lui méme en agissant sur la surface des pales 3, ce qui a pour effet que plus le vent souffle fort plus les pales se mettent dans le lit du vent, car elles pivotent sur leur axe I6 de fixation et par un peu de biellettes et de ressorts (non représentés) leur redonne leurs incidences une fois la fafale passées La turbine atmosphérique selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle s'oriente d'elle m8me dans le lit du vent car la fixation sur son support vertical se fait dans le cône droit I en avant de la turbine ainsi que lZ montage de la dynamo ou le renvoi par engrenages de la puissance de la turbine vers des machines mécaniques.Le diamètre et la longueur du cône droit I n'interviennent pas pour le rendement dans ce genre-de turbine. Son diamètre devra notre le plus petit possible, quant à la longueur elle servira à équilibrer la turbine sur son support vertical. Il est possible de grouper plusieurs turbines atmosphériques selon l'-invention en une unité de production de grande puissance. Nais dans la réalisation de ce montage il est nécessaire de laisser une circulation du flux autour de chaque turbine; car toutes les turbines assemblées les unes (non représenté) à c8té des autres auraient pour résultat de réduire le rendement de ensemble des turbines en ce sens que cela ferait un mur avec des zones tourbillonnaires d'où diminution du rendement des turbines.Tandis que l'espace laissé autour de chaque turbine permet à l'écoulement du flux autour des enveloppes des turbines(non représenté) de contribuer au rendement même pour des turbines n'ayant pas d'enveloppes Il est possible dans une unité de production de plusieurs turbines atmosphériques de réunir leurs puissances sur un arbre de transmission dans le sol (non représenté) La puissance de ces turbines étant ainsi trans mise vers le sol par l'intermédiaire d'engrenages à un arbre de trans- mission passant sous plusieurs turbines et au bout de cet arbre un alternateur (non représenté). Ce qui ferait un seul alternateur au lieu d'avoir un alternateur par turbine. Cette installation est d'usage commun quand on voit la mécanique d'aujourdi, Cela conviendrait très bien.en mer à quelques kilomètres des cotes, sur des bateaux ou des chalands con çus pour ce genre de travail. Dans les montagnes où il est possible d'installer des centrales de turbines atmosphériques. RETEWDICATIONS I - Turbine atmosphérique axiale horizontale pouvant transformer l'énergie cinétique du vent en une énergie électrique ou mécaniquee Elle peut comporter un anneau de la forme d'un c8ne tronqué dont l'axe est orienté suivant la direction du vent pour augmenter le rende- ment et protéger la turbine des intempéries. Nais elle peut aussi ne pas avoir de ozone tronqué et garder un bon rendement. 2 - Turbine selon I est caractérisée parce qu'elle ne comporte qu'un seul rotor avec un minimum de trois pales. Le nombre de pales par rotor dépend du diamètre extérieur de la turbine. Ces pales sont formées par des lignes courbes ce qui leur donne le nom de pales curvilignes. 3 - Turbine selon 2 est caractérisée parce qu'elle comporte des pales inclinées sur l'axe de la turbine vers l'amont du flux. Par cette inclinaison le flux qui agit sur toute la surface des pales se trouve évacué par le centre de la turbine et non pas par la partie extérieure et le bord de fuite des pales ce qui est le cas et ainsi que la cause des pertes de puissance sur tous les autres genres de moulins à vent et aéromoteurs. 4 - Turbine selon 3 est caractérisée en oe qui permet cette Eva- cuation par le centre de la turbine0 C'est la dépression qui se produit derrière chaque pale. Car entre le bord de fuite d'une pale et le bord d'attaque d'une autre pale il se produit un goulet. Dans oe goulet il y a succion, c'est cet ensemble d'inclinaison de goulet, de dépression et de succion qui font que la trainée des pales est presque nulle. C'est pour cela que malgré toute la surface des pales qui occupent toute la circonférence intérieure de la turbine que le rendement est excellent. Ce qui permet de réduire des deux tiers le diamètre d'un moteur à vent ordinaire tout en conservant la mtme puissance 5 - Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes 3 ou 40 Les pales ont une forme curviligne, un bord d'attaque droits leurs parties exterieures et inférieures sont formées par des courbes pour se terminer par un bord de fuite droit. Les profils varient avec les courbes, les intrados ont une surface plane; cette surface plane a une ino; idence qui part de la partie citérieure vers la partie inférieure des pales, pour faciliter l'évacuation du flux.; les extrados sont formés dans la partie extérieure des pales par la continuité de l'angle aigu du bord d'attaque sur un quart de la largeur des pales, et qui se prolonge jus gu'au bord de fuite. Le reste de l'extrados c'est-à-dire les trois quart de la largeur est une surface plane sans incidence. 6 - Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes I est caractérisée en ce qu'elle comporte un anneau qui a une forme de ctne tronqué et dont l'angle d'ouverture ne peut être inférieur à l'angle formé par l'incidence et l'inclinaison des pales sur l'axe de la turbine, il peut titre supérieur. Un certain espace entre le cône tronqué et la partie extérieure des pales est nécessaire. 7 - Turbine I selon l'une quelconque des revendications précédentes s la turbine atmosphérique s'oriente d'elle méme dans le lit du vent sa fixation sur son support vertical se fait dans le cône droit central en avant de la turbine. 8 - Turbine I selon l'une quelconque des revendications précédentes : La génératrice de courant électrique où les engrenages destinés à retransmettre la puissance de la turbine sur une machine quelconque se trouveront dans la partie avant du c8ne droit situé au centre de la turbine. 9 - Turbine I est caractérisée en ce qui selon les revendications précédentes : Pour grouper plusieurs turbines en une unité de production de grande puissance il est nécessaire de laisser une circulation du flux autour de chaque turbine, méme pour les turbines n'ayant pas d'enveloppes. Car une turbine atmosphérique avec ou sans enveloppes a toujours besoin de deux courants de vent. Le courant primaire, celui qai pénètre dans la turbine et le courant secondaire celui qui fable la partie extérieure de l'enveloppe. Cette enveloppe étant munie à l'arrière d'un déflecteur dont l'incidence est à la périphérique l'extérieur de l'enveloppe. Ce courant secondaire crée une dépression derrière le turbine ce qui facilite l'écoulement du flux donc augmentation de la puissance. IO - Turbine I et 9 selon l'une quelconque des revendications précédentes : est caractérisée parce qu'elle peut titre installée sur terre ou en mer, en unités de production et que la puissance de ces turbines atmosphériques soit retransmise vers le sol par ltintermédiaire d'arbres de transmission et d'engrenages pour etre accouplées à un arbre de transmission passant: sous chaque turbine. Au bout de cet arbre un alternateur pour produire de l'électricité ou une machine quelconque pour produire un travail.