Brevet FR2518180A1 — publié le 19830617

La présente invention concerne le domaine de l'énergie du vent et a notamment pour objet un aéromoteur à entraînement mécanique. Il est plus rationnel d'employer l'aéromoteur revendiqué pour entrainer les pompes à air. L'air comprimé produit par un ou plusieurs groupes aéromoteurs (aéromoteur et pompe pneumatique) peut être utilisé dans les commandes sans réducteur des générateurs électriques; dans les commandes des pompes hydrauliques, par exemple pour monter les eaux souterraines d'un puits (irrigation, élévation de l'eau aux pâturages, etc.), pour la dessalaison de l'eau minéralisée par la méthode de l'osmose inverse, c'est-à-dire par filtration sous pression aux membranes polymères, pour la coupe des matériaux durs par des Jets de haute pression, pour l'alimentation des réservoirs d'eau des centrales hydrauliques permettant d'accumuler de l'énergie pour une période prolongée, et pour l'aérage des bassins d'eau. L'aéromoteur revendiqué peut se brancher directement sur les organes opératoires d'appareils tels que scie à bois, hache-paille, etc. On connaît un groupe aéromoteur oonstitué par un aéromoteur et quatre pompes à membranes pneumatiques. Ces dernières sont disposées en croix par rapport à l'arbre de turbine qui presente une came sous forme d'un excentrique coopérant successivement avec les poussoirs-tiges des pistons des pompes à membranes (cf., par exemple, l'ouvrage de Ya.I. Shefter, "Application de l'énergie du vent", Moscou, 1975, pages 83 à 90). La vitesse de mouvement des poussoirs dépend de la vitesse périphérique de la came, c'est-à-dire' des dimensions de cette dernière. Les dimensions de la came réalisée sur l'arbre de la turbine sont relativement petites, et de cSe fait, la vitesse des poussoirs est relativement faible. Pour cette raison, pour éviter les fuites importantes de l'air comprimé à travers les joints d'étanchéité des pistons des pompes pneumatiques, on a été forcé de monter dans le groupe aéromoteur connu des membranes qui séparent d'une façon étanche les volumes utiles des volumes situés derrière les pistons dans les cylindres des pompes pneumatiques, les pistons étant montés avec un écartement par rapport aux parois des cylindres et la varia tion des volumes utiles étant due à la flexion des mem branes. Cependant, les pompes à membranes ne sont pas économiques à cause de la courte durée de vie des membranes subissant des déformations de flexion importantes. On connaît des aéromoteurs dans lesquelsun bati supporte un arbre qui porte une turbine formée d'aubes raccordées à cet arbre et munie d'un entrainement mécanique pour l'accouplement au consommateur, qui comprend un guide circulaire à surface cylindrique ronde sur laquelle roule au moins un galet de friction dont l'arbre constitue ltelé- ment de sortie de l'entrainement mécanique. Cette construc tion comporte un ressort qui serre le-galet de friction con tre le guide avec unie force relativement grande servant à provoquer un frottement entre ces éléments et gracie auquel le couple moteur de la turbine est transmis au galet de fric tic n. Les aéromoteurs à entrainement mécanique ayant la construction décrite sont de préférence destinée à entre re liés à des générateurs électriques. Dans ce cas, l'élément de sortie (l'arbre du galet de friction) est relié directement au rotor du générateur électrique (cf. - brevet Etats Unis NO 4150301i. Dans l'aéromoteur considéré, le galet de friction s'use rapidement, ce qui est dA à son frottement relative ment grand contre le guide. L'emploi du dispositif serrant le galet de fric tion contre le guide avec une force relativement grande rend compliquée la construction-du matériel. On s'est donc proposé de créer un aéromoteur à entraînement mécanique, dont la construction permettrait l'accouplement direct entre l'aéromoteur et le consommateur, de préférence une pompe à air, dont l'organe opératoire doit effectuer un mouvement de va-et-vient à une fréquence et une vitesse relativement élevées. Ce problème est résolu du fait que l'aéromoteur dans le bati duquel est monté un arbre auquel sont reliées des aubes formant une turbine qui est munie, pour sa liaison avec le consommateur, d'un entraînement mécanique comprenant un guide circulaire situé sur la turbine autour de l'arbre, et au moins un galet à etément de sortie coopérant avec ledit guide, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que le guide circulaire est réalisé sous forme d'une came dont la surface profilée présente des parties concaves et convexes qui alternent, et que le galet est monté de façon à pouvoir tourner par rapport à i'élénient de sortie et osciller avec ce dernier par rapport au bati. Il est rationnel que la came soit constituée de sections distinctes placées entre les aubes voisines et fixées à leurs extrémités. Ceci facilite la fabrication et l'assemblage de la came sur la turbine. Il est aussi rationnel de réaliser la surface profilée sur le côté intérieur de la came. Une telle réalisation permet de dimineur la contrainte de compression aux éléments de la turbine. Il est également avnatageux de réaliser l'élément de sortie sous forme d'un levier dont l'axe d'oscillation se situe sur le bati. Ceci constitue la solution constructive la plus simple de l'élément de sortie pouvant osciller par rapport au bâti. L'aéromoteur conforme à la présente invention peut être relié directement au consommateur dont l'organe operatoire doit être animé d'un mouvement de va-et-vient. La came peut avoir n'importe quel profil requis assurant pratiquement toute loi de mouvement de va-et-vient de l'orga- ne opératoire du consommateur. La came circulaire, située à a périphérie dela turbine et ayant une surface profilée comprenant des parties concaves et convexes qui alternent, peut assurer une fréquence et une vitesse de mouvement du piston relativement grandes, associées à une compression rapide de l'air et son aspiration lente, ce qui est recher ché dans le cas d'une pompe pneumatique. De plus, l'aéromoteur revendiqué a une longévité élevée du fait que l'intersection des galets avec la came ne provoque qu'un frottement de roulement. L'invention sera mieux comprise et-d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à -titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble de côté de l'aéromoteur conforme à l'invention ( par souci de simplification, on nta représenté sur la figure que l'un des galets à levier et l'une des aubes de la turbine); - la figure 2 représente le galet à levier et la pompe pneumatique reliée à celui-ci;; - la figure 3 est un? vue en coupe suivant III III de la figure 1 (le bati portant la turbine n'est-pas représenté); - la figure 4 représente une aube de turbine reliée à son arbre; - la figure 5 représente l'ensemble A de la figure 1, servant à la fixation des sections de la came à l'aube de la turbine (couple suivant V-V de la figure 6); - la figure 6 représente le meme ensemble, en coupe suivant VI-VI de IL figure 5; - la figure 7 est uae vue en coupe suivant VII VIT de la figure 5. L'aéromoteur comprend un bati 1 (figure 1) sur lequel est monté un arbre 2 portant une turbine 3 constituée par des aubes 4 assemblées à l'arbre 2. La turbine 3 est munie d'un entraînement mécanique pour la liaison avec les pompes à piston pneumatiques 5 (-figure 2). L'entraSne- ment mécanique comporte un guide circulaire 6 sur lequel roulent des galets 7 (figure 3). Le guide 6 est réalisé sous forme d'une came désignée par ce même chiffre de référence. De l'intérieur, la came 6 présente une surface profilée 8 à parties convexes 8a alternant avec des parties concaves 8b. La came 6 est composée de sections 9 placées entre les aubes 4 voisines et fixées à leurs extrémités. Chacune des aubes (figure 4) de la turbine 3 est reliée à l'arbre 2 au moyen d'une ferme 10 ayant la forme d'une pyramide triangulaire à partir du sommet de laquel- le une tige creuse 11 passe à l'intérieur de l'aube 4 le long de son axe longitudinal et est reliée à cette aube et à une extrémité de l'arbre 2; deux autres tiges creuses 12 et 13 partant de ce même sommet sont reliées au moyeu 14 monté sur l'autre extrémité de l'arbre 2.La ferme 10 est assemblée à des fermes analogues portant les aubes 4 voisines par l'intermédiaire de tiges 15 et 16. Des supports 17 sont montés aux extrémités des aubes 4 afin de permettre la fixation des sections 9 de la came 6 sur la turbine 3. A chacun des supports 17 (figures 5,6 et 7) constitués par des plaques courbées sont soudés des goussets 18 de renforcement et un étrier 19 pour l'assemblage des tiges 12, 13, 15 et 16. La tige creuse 11 est fermée à sonextrémité par un bouchon lIa dans lequel est vissé un boulon 20 reliant le support 17 à la tige Il passant~à travers l'aube 4. Les tiges 12, 13, 15 et 16 sont réunies à l'étrier 19 au moyen de vis 21 vissés à leurs extrémités (figure 7). Des Joints 22 sont intercalés entre les pièces à fixer mentionnées (support 17, étrier 19 et tiges 11, 12, 13', 15 et 16) afin de permettre le réglage au cours de l'assemblage. Les sections 9 de la came 6 sont des plaques et les galets 7 roulent sur leur surface latérale étroite 8. La solution décrite permet de fabriquer de la manière la plus simple la came à surface profilée. Les sections 9 de la came 6 sont soudées aux plaques 23 vissées aux sqp- ports 17 à l'aide de vis 24 et d'écrous 25; afin de permettre le réglage au cours de l'assemblage, les orifices 26 pratiqués dans les supports 17 sont réalisés avec un diamètre légèrement supérieur à celui des vis 24, et des Joints 27 sont intercalés entre les plaques 23 et les supports 17. Les galets 7 (figure 1) sont montés sur des paliers 28 portés par des leviers 29 constituant leurs éléments de sortie. Les axes 30 des leviers 29 sont logés dans des biellettes 31 soudées au tube 32 réuni au bâti 1 par des montants 33 et-cintré suivant la forme de la partie périphérique inférieure de la turbine et passant le long de cette dernière-. Ainsi, les galets 7 sont montés de façon à pouvoir tourner par rapport aux leviers 29 (éléments de sortie) et osciller (balancer) avec ces derniers par rapport au bâti 1. Les leviers 29 sont liés aux dispositifs 34 (figure 1) qui maintiennent les galets 7 en contact avec la surface profilée 8 de la came 6. Les bielles 35 relient,-par l'intermédiaire des articulations 36 et 37, les leviers-29 aux pistons 38 des pompes pneumatiques 5 qui sont fixées sur le bâti 1.Les dispositifs 34 servant à maintenir les galets 7 en contact avec la surface profilée 8 de la came 6 sont des ressorts pneumatiques 39 dans lesquels les tiges 40 des pistons 41 sont articulées sur les leviers 29. Le rôle des dispositifs 34 maintenant les galets 7 en contact avec la came 6 peut être aussi assumé par des poids fixés sur les leviers 29 à proximité de leurs axes 50 d'oscillaton. Les pompes pneumatiques 5 comportent des cylindres 42 munis de plateaux 47 et de colliers 44 serrés à'aide de gouJons 45. Dans les plateaux 43 sont ménagés des canaux 46 reliant les volumes utiles 47 des pompes pneumatiques 5 au réservoir (non représenté) et à ltair libre par l'intermédiaire des cla- pets de retenue 48 et 49.Les soupapes 50 et 51 servent à séparer les volumes utiles 47 des pompes pneumatiques 5 et des ressorts pneumatiques 39 de réservoir d'air et à les relier à l'atmosphère. L'aéromoteur fonctionne de la façon suivante. Sous l'action d'une charge du vent (sa direction est indiquée par la flèche B sur la figure 1) sur les aubes 4, la turbine 3 se met en rotation en imprimant le mouvement à la came circulaire 6 quelle porte. En roulant sur la surface profilée 8, comprenant des parties convexes 8a et concaves 8b, de la came 6, les galets 7 effectuent un mouvement d'oscillation (balancement) avec les éviers 29 et, par l'intermédiaire des bielles 35, impriment un mouvement de va-et-vient aux pistons 38 des pompes pneumatiques 5. Les directions des mouvements oscillatoires des galets 7 sont perpendicualires à l'axe de l'arbre 2-et la valeur de la course des galets 7 est égale à H (figures1, 3).Les ressorts pneumatiques 39 maintiennent les galets 7 en contact avec la came 6 en interdisant uniquement leur séparation des parties convexes Ba de la surface profilée 8 afin de prévenir les chocs des galets 7 contre la came 6. L'air comprimé par les pompes pneumatiques 5 est refoulé dans le réservoir d'air (non représenté) en vue de son utilisation ultérieure. Pour lier l'une des pompes pneumatiques 5 à la turbine 3 et pour l'en séparer, on ferme les soupapes 50 et on ouvre les soupapes 51, ce qui permet de séparer les volumes utiles47dela pompe pneumatique 5 et du ressort pneumatique 39 du rdservoir d'air et de les relier à l'atmosphère. Ensuite, le levier 29 tourne sur l'axe 30 Jusqu'à ce que le contact entre le galet 7 et les parties convexes 8a de la surface profilée 8 de la came 6 soit complètement exclu (les mécanismes de rotation et de fixation du levier 29 ne sont pas représentés sur les figures du fait qu'il est possible de les réaliser par tous les moyens connus ). L'autre procédé de séparation de l'une des pompes pneumatiques 5 d'avec la turbine 3 consiste à relier son volume utile 42 à l'air libre tout en conservant le contact entre le galet 7 et la came 6.Le fait relier et de séparer une partie des pompes pneumatiques 5 de la turbine 3 permet de régler la valeur du couple moteur de la turbine 3 tout en maintenant une pression constante dans le réservoir d'air. Pour chaque valeur de la vitesse du vent on a une valeur optimale déterminée du couple moteur de la turbine 3, pour laquelle l'aéromoteur développe une puissance maximale. Pour accoupler l'aéromoteur aux pompes pneumatiques 5, il faut que toutes les sections 9 de la came 6 occupent des positions rigoureusement identiques par rapport à l'arbre 2 de la turbine 3. Dans le cas contraire, les positions extrêmes des pistons 38 des pompes pneumatiques 5 ne seront pas toujours les mêmes, ce qui aboutira à des pertes d'énergie. Il est possible de donner à la came un profil permettant aux galets d'effectuer les mouvements d'oscillation dans des directions orientées parallèlement ou sous un angle par rapport à l'axe de l'arbre 2. La construction revendiquée permet de régler la position des supports 17 par rapport aux aubes 4 et celle des sections 9 de la came 6 par rapport aux suppats17, ce q rend possible l'utilisation d'une turbine de dimensions relativement grandes. L'aéromoteur revendiqué est couplé directement aux pompes pneumatiques0 De plus, la construction reven diquée assure, grâce au choix du profil de la came, une compression relativement rapide de l'air et son aspiration lente, qui sont rationnelles dans le cas de la pompe pneumatique. Le présent aéromoteur a une longévité élevée du fait qu'il n'existe qu'un frottement de roulement entre les galets et la came, REVENDICATIONS 1. Aéromoteur dans lequel est monté surunbati(1) un arbre (2) auquel sont assemblées des aubes (4) formant une turbine (3) munie, pour sa liaison au consommateur (5), d'un entraînement mécanique comprenant un guide circulaire (6) disposé sur la turbine (3) autour de l'arbre et au moins un galet (7) comportant un dément de sortie (29) et coopérant avec ledit guide, caractérisé en ce que le guide circulaire (6) est réalisé sous forme d'une came dont la surface profilée (8) présente des parties convexes (8a) et concaves (8b) alternées, le galet (7) étant monté de façon à pouvoir tourner par rapport à l'élément de sortie (29) et osciller avec ce dernier par rapport au bâti (1). 2. Aéromoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la came (6) est composee de sections distinctes (9) placées entre les aubes (4) voisines et fixées à leurs extrémités. 3. Aéromoteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface profilée (8) est réalisée sur la face intérieure de la came (6). 4. Aéromoteur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'élément de sortie (29) consiste en un levier à axe (30) monté sur le bâti (1)o