Brevet FR2609506A1 — publié le 19880715

La présente invention concerne le domaine de la construction de turbines de captation d'énergie de fluides en mouvement et de mise en mouvement de ces mêmes fluides, et a pour objet une turbine multi-usage destinée à cet effet. L'utilisation de l'hélice,soit pour une captation d'énergie, soit comme moyen de traction est connue. Toutefois, l'hélice en mouvement provoque en bout de pale des perturbations spiraloïdes qui nuisent à son rendement. Dans le cas d'une captation éolienne, l'incidence des pales doit être réglée au moyen d'éléments tournants qui nécessitent l'utilisation de mécanismes fragiles et compliqués. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet une turbine multiusage caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par des pales profilées courbes formant chacune une boucle fermée et montées obliquement sur un axe de turbine suivant un angle d'attaque. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en élévation frontale et en élévation latérale d'une turbine conforme à l'invention ; la figure 3 est une vue en plan de la turbine les figures 4 et 5 sont des vues analogues à celles des figures 1 et 2 d'une variante de réalisation de l'invention ;; les figures 6 et 7 représentent des modes de réalisation des pales les figures 8 à 11 sont des vues en élévation de variantes de réalisaticn des pales les figures 12 et 13 sont des vues en plan d'autres variantes de réalisation de l'invention les figures 14 et 15 sont des vues partielles en élévation d'autres variantes de réalisation de l'inven tion , et les figures 16 et 17 représentent deux modes de montage possible des pales. Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, la turbine multi-usage est constituée par des pales profilées courbes qui forment chacune une boucle fermée et qui sont montées obliquement sur un axe de turbine 2. Les pales 1 sont paraboliques (figures 1, 2, 4 et 5) de forme circulaire (figure 8), en forme d'ellipse verticale (figure 9) ou horizontale (figure 10), ou autres (figure 11). Comme le montre la figure 6,les pales 1 peuvent être constituées chacune par une lame présentant un profil constant en section transversale. La figure 7 représente une variante de réalisation, dans laquelle la pale 1 est sous forme d'une lame profilée à section variable, à savoir décroissante à partir d'une extrémité de fixation jusqu'au milieu de la lame formant le sommet de la pale 1, puis croissante jusqu'à l'autre extrémité de fixation, ou inversement. Les pales 1 sont fixées à l'axe de turbine 2 suivant un axe formant avec ledit axe 2 un angle d'attaque i prédéterminé (figure 3). Cette inclinaison de la fixation des pales 1 provoque des réactions aérodynamiques spécifiques à cette turbine. En outre, les pales 1 sont avantageusement réalisées en un matériau rigide tel que du métal, une matière synthétique ou une matière synthétique composite armée ou non avec un tissu de verre ou de carbone. Les pales 1 peuvent également être réalisées en une matière relativement souple telle qu'une matière synthétique armée ou non, un métal flexible, ou des matériaux naturels tels que du bois, etc... L'utilisation de tels ma tériaux souples permet, en outre, après démontage ou déploiement, un rangement aisé, à plat, des pales 1 (figures 16 et 17). La sensibilité de l'angle d'attaque d étant une caractéristique importante de la turbine conforme à l'invention, il peut être intéressant de modifier l'angle 2 par rapport à l'axe de la turbine, soit en direction de ce dernier, soit en travers de celui-ci, de manière à faire évoluer le rendement de la turbine entre zéro et un maximum ou inversement. A cet effet, et conformément à une autre caractéristique de l'invention, les pales 1 sont montées sur l'axe de turbine 2 avec possibilité de pivotement progressif de l'axe d'alignement de leurs extrémités par rapport à l'axe de turbine 2 (figures 12 et 13) , ou avec possibilité de rotation de ces pales 1 par rapport audit axe de turbine 2 (figures 8 à 10). Ainsi, l'angle d'attaque d peut être modifié par déplacement de l'un ou l'autre ou des deux points de fixation des pales 1 sur l'axe de turbine 2, et donc par pivotement définitif ou progressif de l'axe d'alignement des extrémités de pales 1 par rapport à l'axe de turbine 2, par réglage manuel, automatiquement sous l'effet de la force centrifuge, ou par une commande au moyen d'un moteur ou d'un vérin d'asservissement. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, représentée à la figure 12, les pales 1 sont fixées à une de leurs extrémités dans une partie 2' montée sur l'axe de turbine 2, indépendante de l'axe 2, et pouvant réaliser par rapport à l'axe une rotation relative, automatique sous l'effet de la force centrifuge, ou commandée par un moteur d'asservissement ou un vérin à partir d'une position initiale de mise en butée de la partie 2' par des moyens élastiques tels que des ressorts (non représentés) incorporés à l'axe de turbine 2, une masse élastique, ou des vérins (figure 12). Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, les pales 1 sont fixées à articulation sur l'axe de turbine 2, à au moins une extrémité au moyen d'une biellette ou d'un levier 3,ce levier pivotant contre l'action d'un ressort de rappel (non représenté) sous l'effet de la force centrifuge, ou étant entraîné à pivotement par un moteur ou un vérin agissant sur le levier 3 (figure 13). I1 est également possible, selon une autre variante de réalisation de l'invention, non représentée aux dessins annexés, de monter chaque extrémité de pale 1 sur un levier pivotant 3 du type précité. L'angle d'attaque g peut également être modifié par rotation des pales 1 par rapport à l'axe de turbine 2, par réglage manuel ou par une commande au moyen d'un moteur ou d'un vérin d'asservissement (figures 8 à 10). A cet effet, les pales 1 sont de forme circulaire (figure 8) ou en forme d'ellipse verticale (figure 9) ou horizontale (figure 10) et sont montées chacune sur l'axe de turbine 2 au moyen d'une vis ou d'un axe permettant leur réglage manuel, ou au moyen d'un axe 8, dont elles sont solidaires et qui est commandé en rotation par un moteur ou un vérin d'asservissement. L'asservissement des moteurs ou vérins de commande peut être effectué, par exemple, au moyen de capteurs de vitesse de rotation de la turbine ou d'écoulement du fluide déclenchant lesdits moteurs ou vérins dès atteinte d'une valeur de consigne prédéterminée et fai sant varier l'angle d'attaque i des pales 1 d'une valeur correspondante. Ainsi, il est possible de modifier à volonté le rendement de la turbine ainsi que d'éviter, notamment dans le cas de fonctionnement en éolienne, l'atteinte d'un régime critique, en particulier en cas de tempête. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, et comme le montrent les figures 14 et 15, les pales 1 peuvent être mortées mobiles à l'une de leurs extrémités sur l'axe de turbine 2 au moyen d'un levier 4 (figure 14) ou d'un élément élastique 5 (figure 15), le levier 4 ou l'élément élastique 5 agissant, sous l'effet de la force centrifuge, sur un embrayage ou un frein 6, ou analogue, ou sur un contact 7 ou un autre levier de déclenchement d'un dispositif annexe. Ainsi, il est possible de réaliser,soit une transmission de force à un dispositif de transformation d'énergie, soit une régulation automatique de la vitesse de rotation de la turbine, soit encore une commande d'un dispositif quelconque de signalisation, de sécurité, ou autre. L'axe de turbine 2 peut etre relié à un générateur ou à un moteur 9 (figure 2), ou formerune partie d'un générateur ou d'un moteur 9 (figure 5) ou être pourvu d'une prise de force pour un raccordement à un dispositif de transformation d'énergie, de signalisation, ou autre. Enfin, selon une autre caractéristique de l'invention, et comme le montrent les figures 16 et 17 des dessins annexés, dans le cas de réalisation des pales 1 en une matière relativement souple, ces dernières peuvent être montées sur l'axe de turbine 2, soit de manière Déplorable le long dudit axe 2 en position de non utilisation, l'une de leurs extrémités étant fixée sur ledit axe 2 par un dispositif faisant charnière 10 et l'autre étant fixée, en position d'utilisation, dans un crochet 11 (figure 16), ou analogue, solidaire de l'axe de turbine 2, soit de manière démontable, les deux extrémités des pales 1 étant fixées au moyen de dispositifs démontables ou déclenchables ou décrochables 12 sur l'axe de turbine 2 (fioure 17). Grâce à l'invention, il est possible de réaliser une turbine pouvant fonctionner aussi bien comme dispositif de captage d'énergie de fluides en mouvement, que comme dispositif de déplacement ou de brassage de tels fluides, que ces fluides soient liquides ou gazeux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS 1. Turbine multi-usage caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par des pales profilées courbes (1), en un matériau rigide ou relativement souple, formant chacune une boucle fermée et montées obliquement sur un axe de turbine (2) suivant un angle d'attaque (oC). 2. Turbine, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle d'attaque (O est modifié par déplacement de l'un ou l'autre ou des deux points de fixation des pales (1) sur l'axe de turbine (2)au moyen de biellettes ou leviers, par pivotement définitif ou progressif de l'axe d'alignement des extrémités des pales (1) par rapport à l'axe de turbine (2), par réglage manuel, automatiquement sous l'effet de la force centrifuge, ou par une commande au moyen d'un moteur ou d'un vérin d'asservissement, lesdits moteurs ou vérins agissant dès atteinte d'une valeur de consigne prédéterminée détectée, par exemple, par des capteurs de vitesse de rotation de la turbine ou d'écoulement du fluide. 3. Turbine, suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'une extrémité des pales est fixée sur l'axe de turbine (2) et l'autre extrémité est fixée sur une partie (2') montée sur ce même axe de turbine (2), la partie (2') pouvant réaliser une rotation relative, automatique sous l'effet de la force centrifuge, ou commandée par un moteur d'asservissement ou un vérin à partir d'une position initiale de mise en butée des parties (2') par des moyens élastiques tels que des ressorts incorporés à l'axe de turbine (2), une masse élastique, ou des vérins. 4. Turbine, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les pales (1) sont de forme circulaire ou en forme d'ellipse verticale ou horizontale et sont montées chacune sur l'axe de turbine (2) au moyen d'une vis ou d'un axe permettant leur réglage manuel, ou au moyen d'un axe (8), dct elles sont solidaires et qui est commandé en rotation par un moteur ou un vérin d'asservis sement , en vue d'une modification de l'angle d'attaque (d ). 5. Turbine, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les pales (1) sont montées mobiles à l'une de leurs extrémités sur l'axe de turbine (2) au moyen d'un levier (4) ou d'un élément élastique (5), le levier (4) ou l'élément élastique (5) agissant, sous l'effet de la force centrifuge, sur un embrayage ou un frein (6), ou analogue, ou sur un contact (7) ou un autre levier de déclenchement d'un dispositif annexe. 6. Turbine, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5, caractérisée en ce que les pales (1) sont en une matière relativement souple et sont montées sur l'axe de turbine (2) , soit de manière déployable le lont dudit axe (2) en position de non utilisation, l'une de leurs extrémités étant fixée sur ledit axe (2) par un dispositif faisant charnière (10) et l'autre étant fixée, en position d'utilisation, dans un crochet (11) ou analogue, solidaire de l'axe de turbine (2), soit de manière démontable,les deux extrémités des pales (1) étant fixées sur des dispositifs démontables ou déclenchables ou décrochables (12) sur l'axe de turbine (2).