Brevet FR2514833A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne une éolienne dont la pu@s- sance est directement liéo à l'effet tuyère et dont les pales classiques sont remplacées par une ou @@usieurs couronnes sup- portant des ailettes, du même type que celles employées dans une turbine de réacteur. I)ans les éoliennes connues à ce jour, mis à part les d@@- férents types d'aéromoteurs éoliens à @@e @orizontal ou vertical, aucirne ne fait appel à l'utilisation de l'ëffet de tuyère. De ce fait, et particulièrement pour les éoliennes à aéromoteur horizontal du type hélice à 2 ou 3 pâle, dont les résul- tats sur le plan énergétique sont les meille@@ 3 à ce jour, le principal problème, qui a provoqué dans @@ piupart des cas l'abandon des projets, est la rupture des pâles. il faut dire que le diamètre décrit en bout de pâle est en moyenne de 30, voire 50 m dans les réalisations de puissance (100 à 1000 KW). De ce fait, les contraintes au niveau du pied des pales sont énormes et les amorces de cassures obligent plus souvent à abandonner le projet. La puissance maximale récupérable est définie par la limite de Betz, qui est : Pw = 0,37 SV3 (S = surface en m V = vitesse du vent en m/s, 0,37 = constante). On constate tout de suite que la puissance est proportionnelle au cube de la vitesse du vent. La formule donnant la puissance maximale récupérable par un aér@moteur constitué d'une hélice de diamètre D est égale à : Pw = 0,29 (0,29 = constante, D = diamètre hélice, V = vitesse du vent, Pw = puissance en W). On constate que cette puissance est proportionnelle : au carré du diamètre, au cube de la vitesse du vent. Dans tous les cas, on constate que la puissance est proportionnelle au cube de la vitesse tu vent. l'éolienne, objet de 1' invention, a pour but de pallier aux inconvénients des hélices de grand diamètre avec les risques de rupture que l'on connaît. De plus, l'usage d'une tuyère permet d'acoroître la vitesse de déplacement de l'air et de ce fait, de diminuer le diamètre de l l'hélice dans de grandes proportions, cela à puissance égale, voire supérieure. - L'éolienne, objet de l'invention, est constituée d'un tronc de cône d'entrée d'air convergent ou collecteur d'ad mission. Ce tronc de cône est relié a une partie cylindrique dans laquelle sont pla@es, concentriquement à celle-ci, une hélice du type turbine et un générateur. A l'arrière le la partie cylindrique, @ de cône divergent sert à l'écoulement aérodynamique de l'air. - Dans le tronc de cône convergent ou collecteur d'admis sion, des volets permettellt, en cas de coups tie vents ou de vitesses de -nts trop erai..ìes, de limiter la pression au fond du tronc de cône ou collecteur d'ad mission et, par là même, de pouvoir régler la vitesse de rotation de la tur @@e. - L'ensemble tronc de cône convergent (collecteur d'admis sion), partie cylindrique, pl@s tronc de cône divergent, constitue une tuyère. - Le volume d'air récup@@é par le tronc de cône convergent ou collecteur d'admission étant très important par rap port à la section de la partie cylindrique, il s'e@suit un accroissement de la vites@e d'écolilement de l'air dans cette partie cylindrique. Dans la partie cylindrique situe au fond du tronc de cône convergent, la vitesse d'écoulement de l'air est tres supérieure > la vitesse initiale à l'entrée du cône ; le facteur de multiplication pouvant atteindre 6, voire le dépasser. Cela est dû au fait que la surface de la section circulaire (où se t -uve l'aéromo@eur) eJt réduite dans un rapport pouvant atteindre 6 et meme le dépasser par rapport à la surface de la section de lten- trée du tronc de cône convergent. De ce fait, l'hélice tant placée, non à l'entrée du tronc de cône co@vergent, mais dans la partie cylindri que placée en sortie de ce tronc de cône, c'est donc la sur' ce de cette section qui entrera dans le calcul de la puissance de l'aérogénérateur. La vitesse d'écoulement de l'air ne sera pas celle à l'entrée du tronc de cône convergent (vitesse du vent) qui sera prise en considération, mais la vitess @ au ni veau de la partie cylindrique (vitesse augmentée d'un facteur de multiplication pouvant atteindre 6). Comme La puissance est directement proportionnelle au cube de la vitesse, on voit touL de suite l'intérêt d'accroStre celle-ci. - L'ensemble tuyère-aérogénérateur devant être orienté face au vent, cette orientation peut être obtenue, soit par une commande directe à partir d'une dérive verticale, soit par un ensemble moteur-réducteur électrique commandé électroniquement. - L'ensemble de la structure de l'éolienne est monté sur une couronne circulaire ; celle-ci, munie de roues, per met la meilleure orientation au vent. L'ensemble étant articulé sur un axe pivot. - La structure de l'ensemble de l'éolienne peut être réa lisée en treillis métallique ; le revêtement de ce treil lis étant, soit en polyester, soit en tôle, voire en tis sus enduits, du type tissu nylon ou polyester enduit p.v.c. ou polyuréthane. li n'est pas exclu de réaliser l'ensemble en stratifié verre-résine, ou mieux en sand wich verre-résine et mousse polyuré hane ou balsa, ou les deux à la fois. La réalisation entièrement en béton armé peut être égale ment envisagée pour de très grosses puissances. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation d'une éolienne à tuyère, représentée schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins annexés dans lesquels Planche 1-4 Eolienne à tuyère placée sur une falaise avec (3) représentant la tuyère orientable. (ó) La dérive servant à l'orientation de l'ensemble (4) les flèches matérialisant le vent en amont de l'éolienne (5) en aval. (1) la falaise. (2) la mer. Planche 2-4 Coupe d'une éolienne à tuyère dans laquelle on distingue (4) les flèches matérialisant le vent. (3) le tronc de cône convergent ou tronc de cône d'admission. (7) la partie cylindrique avec son aéroge'ne,rateur équipé de sa turbine. (8) le tronc de cône divergent ou de sortie. (9) le bloc pivot servant à l'orientation de l'ensemble. (6) la dérive permettant une orientation face au vent de l'éolienne. (11) la structure treillis métallique. (10) les roues support permettant l'orientation (12) le sol du site. Planche 3-4 Vue schématique d'une éolienne à tuyère (3) tronc de cône convergent ou d'admission de l'air. (7) aérogénérateur avec ses pales, placé dans la partie cylindrique de la tuyère. (8) tronc de cône divergent servant à l t évacuation de l'air avec le meilleur écoulement aérodynamique. (6) plan de dérive verticale servant à ltorientation de l'.en- semble de l'éolienne. (13) les volets de délestage permettant, en fonction de la vitesse du vent, de limiter le volume de l'air entrant dans la partie cylindrique et, par là même, la poussée due au vent sur l'ensemble de la structure. Ces volets peuvent également etre placés sur les paroies latérales du tronc de cone d1admission. La masse volumi que d'air passant dans la partie cylindri;ue et action nant les pales, est limitée et toujours fonction de la vitesse du vent, donc de la puissance. (9) pivot d'orientation de l'ensemble. (10) ensemble du train de roulement permettant à la structure de pivoter sur le sol. Planche 4-4 : Vue de face d'une éolienne à tuyère avec (3) tronc de cône convergent ou d'admission du vent. (7) partie cylindrique de la tuyère avec son aérogénérateur équipé de ses pales. (6) plan de dérive verticale permettant ltorientation de l'ensemble de l'éolienne. (14) structures de renfort, tant verticales qu'horizontales. (15) limite entre la partie fixe et mobile. (16) béquet permettent aux vents de sol d'être récupérés par le tronc de one d'admission et de ce fait enpé- chant l'air de passer sous la structure. L'éolienne à tuyère, objet de l'in@ention, trouve son application dans tous les cas où, pour différentes raisons, on fait appel à l'énergie éolienne : production d'électricité, pompage, etc... et tout particulièrement pour la production de grande puissance électrique, plusieurs mégawatts. Toutefois, des modèles de puissan e moy@@ne destinés à des utilisations particulières, sont plus avantageux que les éoliennes elassiques. I)es applications pa@@iculières, en tan t que centra te de production d'énergie pour une commune, une région, ou un couplage de plusieurs éoliennes a tuyères au réseau, permettent la récupération (i'une énergie gratuite e@ inépuisable. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, a partir. desquels on pourra prévoir d autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) éolienne à tuyère consti tuée par un tronc de cône convergent (3) ou d'admission1 d'une partie cylindrique (7) dans laquelle l'aérogénérateur est plais concentriquement avec sa turbine constituée de pales, et d'un tronc de cône divergent (8) destiné à favoriser l'écoulement aérodynami qe de l'air, caractérisée par le fait que des volets (13) de délestage, permettent la régulation de vitesse de la turbine et limitent la pression de l'air dans le tronc de cône convergent (.3). L'ensemble est monté sur un axe pivot (9) servant à l'orientation face au vent.Une dérive (6) verticale sert à l'o@@entation de ltéolienne. L'ensemble de l'éolienne à tuyère est monté sur un train de roulement (10) permettant à la structure de pivoter sur le sol. 20) Eolienne à tuyère, conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que la tuyère est constituée d'un tronc de cône convergent (3) ou d'admission, d'une partie cylindrique (7) comportant l'aérogénérateur et d'un tronc de cône divergent (8) pour l'écoulement aérodynamique de l'air. 30) Eolienne à tuyère conforme aux revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le tronc de cane convergent (3) dispose sur le haut et les côtés, de volets (13) servant au délestage dudit tronc de cône à partir d'une certaine vitesse du vent et, sitar là même, à la regulation de vitesse de la turbine de l'aérogénérateur. 4 ) Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'augmentation de vitesse d'écoulement de l'air au niveau de la turbine de l'aérogénérateur, est obtenue par l'effet de tuyère. 5 ) Eolienne à tuyère selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que la variation des sections de passage de l'air, entre l'entrée du tronc de cône convergent (3) et de la partie cylindrique (7), permet une augmentation de la vitesse d'écoulement de l'air. 60) éolienne à tuyère, selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de l'éolienne est monté sur un axe pivot (9) qui permet l'orientation face au vent. 70) Eolienne à tuyère, selon la revendication i, carac @érisée en ce qu'un plan de dérive (6) permet son orientation face au vent. 80) Eolienne à tuyère, selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'ensemble de éolienne repose sur un train de roulement (10) lui permettant de pivoter autour de l'axe pivot (9) pour son orientation 90) Eolienne à tuyère, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la puissance étant directement proportionnelle au cube de la vitesse d'écoulement de l'air, l'effet de tuyère permet, outre un accroissement de puissance, d'utiliser une turbine de faible diamètre et non une hélice de plusieurs dizaines de mètres de diamètre.