Brevet FR2491557A1 — publié le 19820409

EOLIENNI A DEPRESSION. La présente invention a pour objet une éolienne à dépression. Pour la production d 'énergie éolienne, divers types de machines anciennes ou nouvelles présentent toutes le handicap suivant: quand le vent forcit, il faut réduire l'effet de la vitesse de 1' air par des moyens qui diminuent soit la surface déployée au vent comme par exemple la diminution de toile sur les ailes des moulins à vent, soit l'effet de l'air sur la voilure en changeant l'angle d'attaque de l'hélice comme c'est souvent le cas dans les éoliennes modernes. Il reste qutil faut une intervention directe de l' homme dans le premier cas, et préméditée dans le second cas par des réglages précis et des mécanismes plus ou moins sophistiqués. Mais ces mécanismes peuvent se dérégler, et de toute manière s'usent, exposés qu'ils sont aux intempéries, et ceci peut avoir des conséquences : détérioration de la machine si la surveillance n' est pas bien réalisée. La présente invention a pour objet de supprimer tous les mécanismes délicats de réglage automatiques ou assistés, dtabriter 1' ensemble tournant, et de ne plus demander, dans le cadre de la maintenance, qu'une surveillance épisodique de la machine, en mettant en oeuvre une éolienne à dépression dont la durée et la sûreté de fonctionnement devraient être un facteur de développement de 1' énergie éolienne. A cet effet, l'éolienne à dépression comporte une voilure de toi -le en forme de tronc de pyramide polygonale tendue par une armatu re de bras élastiques et de lattes fixée à l'arrière d'une tuyère dont la forme générale serait donnée par la rotation d'une parabole très aplatie autour de l'axe des abcisses. L flux d'air s'engage par l'extrémité nue de cette tuyère, passe dans la partie resserrée où il actionne une turbine, et ressort par la partie arrière de la dite tuyère prolongée par la voilure de toile en forme de grand entonnoir.Le rôle de cette voilure, outre qu'elle sert à créer l'effet de girouette pour la machine eu égard à sa position excehtrée par rapport au pivot de l'ensemble, e* de créer une dépression sensible dans la tuyère afin d'augmenter la vitesse du flux dans la partie resserrée, à l'instar des venturies .Les avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux lors de la lecture de la description d'exemples en se référant aux dessins annexés comme suit, où dans la planche 1/3:. la figure 1 représente une silhouette détaillée de l'ensemble de la machine par vent nul ou faible, la figure 2 représente une silhouette simplifiée de l'ensemble par vent violent la figure 3 représente une coupe de la silhouette simplifiée avec localisation des points de mesures exécutées à divers endroits à 1' aide d'une maquette. La planche 2/3 représente une coupe de l'ensemble mécanique donnant une idée de la disposition des organes La planche 3/3 représente enfin dans le détail quelques points particuliers qu'il aurait été peu commode de représenter sur l'ensem- ble de la planche 2/3. Telle que représentée dans la figure 1 de la planche 1/3 , l'éolienne à dépression comporte une tuyère (1) pivotant sur un axe ver -tical (2) sur lequel viennent se fixer les mé-canismes de la machine , à savoir principalement la turbine (3) attelée à un alternateur ou tout autre dispositif(4) , selon la destination de la machi -ne. Al'arrière dans le lit du vent, une voilure (5) en forme de vaste entonnoir est fixée à la tuyère et tendue ouverte par des bras élastiques (6) et des lattes intermédiaires (7). L'ensemble peut s'orienter au vent comme une simple girouette grâce au pivot (8) suffisamment haut maintenu verticalement par un haubanage(9) ou tout autre moyen similaire. Comme on peut le voir aux figures jointes, la voilure présente l'avantage de pouvoir s'effacer au vent fort ( fig. 2 ) et de diminuer la poussée du vent sur l'ensemble sans que personne n'intervienne, les bras élastiques reprenant leur position initiale de repos dès que le vent faiblit ( fig. 1) Comme on peut le voir en figure 3 de la planche 1/3, des mesures effectuées sur une maquette de petite taille et peu raffinée dans l'exécution de la tuyère en particulier, ont'donné les résultats suivants: vitesse du vent...3.o.ç.3rn; . vitesse à l'entrée 1..3 .ffi.3 vitesse au resserrement 2 30 à 35 n vitesse à la sortie 2 oF ... Our6tllo;Xalre Ces mesures montrent une accélération sensible du flux d'air dans la partie resserrée de la tuyère. Ceci a l'avantage considérable de pouvoir diminuer le diamètre de la turbine pour obtenir la puissance voulue puisque l'or. sait en effet que la puissance est fonction du carré de la vitesse du flux. Par ailleurs, il appartiendrait de déterminer ultérieurement le meilleur profil de la tuyère ainsi que de la voilure pour obtenir le meilleur rendement de l'ensemble, et on peut inférer que plus les dimensions de la machine seront considérables, plus grand sera l'accroissement de la vitesse du flux d'air, donc plus grand le rendement de la machine. Comme on peut le voir aux figures jointes, la turbine se trouve à l'intérieur de la tuyère, donc d'un carénage, ce qui a deux avantages non négligeables, à savoir en premier lieu, il est connu que les machines éoliennes tournant à grande vitesse sont source de bruit gènant pour le voisinage; en second lieu, on voit que l'ensemble mécanique est déjà bien abrité dans son carénage. Nous pouvons en conclure: que le bruit produit par la turbine carénée sera atténué de manière sensible. que les parties mécaniques n'auront pas à subir les intempéries, source de dégradations. Le cas de la neige sera abordé en fin d' exposé. Comme on peut le voir encore, cette turbine tournant à grande vitesse eu égard à la vitesse du vent, permet d'éviter le recours à un système d'engrenages nécessaires dans la plupart des cas de production d'éne;-gie éolienne ( alternateur en particulier) lesquels engrenages grèvent toujours le rendement par l'énergie qu' ils absorbent. L'éolienne à dépression,comme représentéei dans la planche 2/3, se caractérise par une tuyère (1) de forme allongée cylindrique s'apparentant plus précisement à celle engendrée par la rotation d'une parabole treks aplatie autour le l'axe des abcisses , forme qu'il conviendrait d'étudier pour un rendement optimum. Cette tuyère présente un resserrement traversé > par un axe vertical creux (2) de rotation de l'ensemble éolien sur le plan horizontal. Sur cet axe est fixé l'ensemble du dispositif de prise d'ér^rgie cons -titué par un altvrnatour ( ou tout autre appareil) (4) couplé à une turbine (3) dont le plan de rotation se situe dans la partie la plus resserrée de la tuyère. Sur la partie évasée arrière de la tu yèr est fixée'une voilure (5) en forme de tronc de pyramide polygonale tendue par des bras élastiques (6) fixés à la tuyère. Des (7) lattes viennent coopérer à la parfaite tension de la voilure.L' ensemble pivote au vent à la manière d'une girouette, sollicitée par la position excentrée de la voilure par rapport à l'axe (2) monté sur le pivot (8) qui sert de support vertical, maintenu par des haubans (9) également répartis autour du dit pivot. Pour les unités de grandes tailles, un lest(10) situé à l'entrée de la tuyè. -re compense le poids des bras élastiques (6), de la toile de la voilure (5), des lattes intermédiaires(7) , assurant ainsi un équi -libre indifférent de ensemble longitudinalement par rapport à un axe qui serait situé justement sur le pivot.(8). Sur ces unités, toujours dans le but de maintenir cet équilibre indifférent, un réservoir(11) dont la capacité reste à déterminer, est situé à l'avant, au-dessous de la tuyère afin d'équilibrer le poids de la voilure mouillée par la pluie.Sa capacité correspond à celle de la quantité d'eau nécessaire pour mouiller intégralement toute la voilure jusqu'au ruissellement mais pas plus, compte tenu qu'il doit alors parfaitement-équilibrer cette voilure mouillée, l'eau lui étant amenée à partir de cette voilure par des petits chéneaux judicieusement placés le long des bras élastiques qui ont une position optima (12) dans ce but . Ce réservoir est muni d'un dispositif(13) qui puisse laisser s'écouler lteau qu'il contient très doucement, le temps de vidange étant calculés sur le temps que met la voilure à se sècher, et évidemment d'un trop-pleln(l4) pour ne plus emmagasiner d'eau quand la voilure,l'ayant remplit continue de ruisseler sous la pluie.Il convient de noter que si l'on veut absolument équilibrer le poids d'une grande voilure alourdie par temps humide mais ne rendant pas celle-ci ruisselante donc n'apportant pas d'eau au réservoir, un dispositif auxiliaire de remplissage du dit réservoir sera prévu éventuellement sur les très grandes unités.Enfin, sur ces unités importantes, un habillage de toile(15 ) ou tout au tre système est prévu pour envelopper la tuyère afin de faciliter le passage du flux extérieur dont la vitesse d'écoulement retentit évidemment sur la puissance de la machine Dé préférence, la tuyère est construite dans un matériau présentant une inaltérabilité,;;une élasticité, une longévité indiscutables, tels que les aciers inoxydables ou ordinaires mais ayant été traités dans ce but, les résines synthétiques armées de tissu de verre, le ferrociment . La voilure est également coupée dans des tissus résistant longtemps aux intempéries . A son égard, dû au fait qu'elle reste tendue en permanence et ne fasseye jamais, elle ne s'use pas prématurément comme les voiles des bateaux, lesquelles battent souvent dans le vent. De préférence, l'axe de rotation(2) de l'ensemble éolien est un tube habillé de manière à présenter au flux d'air traversant la tuy -ère à profil très aérodynamique dans le but de ne pas ralentir sen -siblement la vitesse du dit flux. De même l'ensemble de l'appareil -lage destiné à récupérer l'énergie est pourvu d'un carénage (16) aérodynamique dans le but de ne pas pertuber cet écoulement. De préférence, cet axe de rotation est situé assez loin en arriè -re de la turbine (3) afin de ne pas être la cause d'interférences dans l'écoulement de l'air et source de bruit supplémentaire par un effet semblable à celui appliqué dans les sirènes. De préférence, les lattes intermédiaires (7) dont le but est de maintenir la plus lisse possible la surface de la voilure lors de la flexion des bras élastiques (6) sont régulièrement distribuées sur la voilure, dans l'axe de symétrie de chaque panneau de voilure ou symétriquement à' cet axe selon leur nombre et la taille de la voilure La tuyère est échantillonnée de manière à supporter sans déforma -tion sensible les plus forts courants aériens, et particulièrement dans ce cas, les efforts dus à la flexion des bras élastiques sup-- portant la voilure. Dans ce but, la partie arrière de la tuyère est renforcée par deux anneaux périphériques (A) et (B) comme le montre en détail la planche 3/3 et où viennent se loger les ancrages(C)et (D) des bras élastiques .De ces anneaux en léger relief sur l'exté -rieur par conséquent, le plus à l'arrière (B), permet d'attacher et de fixer la voilure à cet endroit circulaire par le moyen d'gon cabre (E), cordage ou filin passé dans un ourlet (F) de la toile à la manière des nerfs de chute de certaines voiles, ou du cordon de fermeture de certains sacs de toile. Le plus à l'avant de ces anneaux (A) fixant de la même manière l'habillage de toile(15)de la tuyère à l'arrière tandis qu'à l'avant, cet habillage est tenu de la même manière par la bourrelet (G) constitué par le lest qui aura l'avantage d'être ainsi réparti à la périphérie et de ne pas pertur -ber 11 écoulement de l'air.La voilure est tendue longitudinalement sur les bras élastiques au moyen d'un ridoir (H) passé dans un oeil de pie( I) pratiqué dans la toile renforcée d'une part, et dans un crochet ou anneau ( J) fixé à l'extrémité des bras élastiques La disposition du dispositif de prise d'nergie (alternateur, pompe, ou autre appareillage ) ne sera pas décrite ici en détail puisqu'elle dépend do la ddstonation de la machine, mais sa situation est suffisamment déductible du présent exposé et des planches s'y rapportant. Le pivot sur lequel tourne l'ensemble éolien dans un plan horizontal est évidemment assez résistant pour supporter les plus fortes rafales du lieu où il est implanté, et dans ce but, sur les uni- tés d'importance le requérant, il est étayé par un haubanage ou des entretoises, à moins que son échantillonnage ne soit suffisant pour résister. Sur ces unités assez lourdes pour le requérir, le pivote nont se fera sur roulement à billes. Il est évident que l'invention peut recevoir, tant dans les proportions générales des différentes parties que dans la construction ainsi que dans le dessin nombre d'aménagements de détails, de réali -sations techniques, sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. CAS DE L'IMPLANTATION DANS UN LIEU SUCEPTIBLE D'ETRE ENNEIGE. Le cas de l'implantation dans un lieu suceptible de chutes de neige pose des problèmes dont un certain nombre pourront être résolus comme suit. On peut envisager de désarmer la station éolienne pour la saison d' hiver si les besoins en énergie peuvent être satisfaits d'une autre manière. Il convient dans ce cas d'enlever la toile, de munir la tu -yère d'une dérive afin de lui éviter des mouvements désordonnés en haut de son pylône et de démonter ou de protéger ensemble des matériels se trouvant à l'intérieur de la tuyère. Si l'on veut maintenir la production d'énergie par le moyen d' une telle machine, il convient de prendre des précautions car le poids d'une couche de neige sur la voilure pourrait avoir des résul -tats catastrophiques. On peut s'en prémunir partiellement on donnant une forme très ovalisée dans le sens de la hauteur à la voilu -re afin que la neige glisse sur les parois presque verticales,ma s un risque demeure . En cas de chute abondante en effet, si la neige ne tient pas sur la voilure , elle risque cependant de colmater partiellement ou même totalement la tuyère, ce qui n'est pas du tout souhaitable. Dans ce cas, comme dans celui de la formation de verglas d'ailleurs, il convient d'intervenir manuellement sur les petites unités si c'est possible, ou de prévoir, lors de la cons traction# un système de dégivrage partiel ou total de la machine si son fonctionnement stavère primordial. REVENDICATIONS Rlj Eolienne à dépression pour lq production d'énergie caractérisée par une tuyère ( l ) de forme appropriée pivotant par un axe verti- cal ( 2 ) situé dans son plan de symétrie longitudinaliau voisinage - de la partie étroite de la tuyère et portant le dispositif de pri se d'énergie à savoir une turbine ( 3 ) solidaire d'un alternateur ( 4 ou de tout autre appareil selon la destination de la machine, et par une voilure ( 5 ) tendue à l'aide de bras élastiques(6 ) et de lattes intermédiaires ( 7 ), le tout pivotant sur un axe ( 8 ) suffisamment haut maintenu vericalement au sol par des haubans ( 9 ) R2/ Eolienne à dépression selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'axe ( 2 ) de pivotement d'ensemble ainsi que l'ensemble des ap- pareils ( 4 ) destiné à la production d'énergie ont couverts d'un carénage dont le but est de faciliter l'écoulement de 1' air. R3/ Eolienne à dépression selon 1q revendication l et 2 caractérisée par le fait que l'axe ( 2 ) de pivotement d'ensemble est situé suffi samment loin en arrière du plan de rotation de la turbine ( 3 ) de manière à ne pas créer d'interférences avec elle dans l'écoulement du flux d'air et entrainer alors un bruit de sirène. R4/ Eolienne à dépression selon les revendications 1, 2 et 3 caractéri sée en ce que la tuyère présente à l'avant un bourrelet périphéri que extérieur contenant un lest destiné à équilibrer le poids de la voilure ( 5 ), des bras élastiques ( 6 ), et des lattes ( 7 ) dans le sens longitudinal par rapport à un axe qui serait situé sur l'axe ( 2 ). R5/ Eolienne à dépression selon la revendication 's caractorisée en ce que le bourrelet du lest sert également de fi'rat n a habillage de toile extérieur à la tuyère destiné donner une forme plus acLrodynamique. R6/ Eolienne à dépression selon les revendications : r ,1r et 5 caracté- risé en ce que l'arrière de la tuyère présente del; bovrrelets pé- riphériques extérieurs destiné à renforcer l'arrière de la dite tuyère eu égard aux efforts crs par Ses bras P asti- ques, à recevoir les ancrages des dit. bras e actt - ques et à arrenter, sur son avant, la voilure (#5) au moyen d'un cible ou filin passé dans l'ourelet pratiqué à cet effet sur la voilure, et sur son arrière l'habillage de la tuyère par le même moyen à l'instar ii cordon de tains sa- nP Qr,i .-;;7/ éolienne à dépression selon la revendication 6 caractégrisée en ce que la voilure est tenue sur l'arrière à l'extémité des bras élas tiques (6) au moyen d'un ridoir passé dans un oeil de pie pratiqué dans la voilure renforcée à l'endoit re - quis d'une part, et-dans un anneau ou crochet fixé à 1' extrémité du bras élastique d'autre part. R8/ Eolienne à dépression selon les revendications 1,2,3,4,5,6 et 7 caractérisée en ce que la tuyère supporte sous son avant un réser voir muni d'un dispos tif de vidange len te et d'un trop plein réservoir destiné à recevoir les eaux de ruissellement de la voilure au moyen de chéneaux prévus à cet effet placés de manière à conduire cette eau jusqu'au réservoir dans une position indiquée par le bras et destiné à as surer l'équilibre longitudinal de la machine par temps de pluie. R9/ Eolienne à dépression selon la revendication précédente, mais ci un dispositif supplémentaire et assisté judicieusement remplira le dit réservoir lorsque le temps humide rendra la voilure lourde eans être ruisselante afin d'assurer l'équilibre longitudinal. RlO/ Eolienne à dépression selon la-revendication 9 caracté risée par la présence d'un système de dégivrage partiel ou total permettant le fonctionnement de la machine lors des chutes de neige ou en période de formation de verglas.