Brevet FR2811720A1 — publié le 20020118

La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nouveau, un dispositif de turbines a axe vertical utilisant la force d'éléments moteurs tel que le vent ou l'eau pour l'entraînement, principalement d'alternateurs générateurs d'électricité, ces turbines peuvent également entraîner des pompes immergées à axe vertical. Dans le cas d'alternateur l'emplacement sous les turbines permet l'emploi d'alternateurs-volant qui sont à faible vitesse de rotation ce qui permet l'accouplement direct a l'axe des turbines évitant ainsi les pertes mécaniques par l'emploi d'un multiplicateur de vitesse, inconvénients majeurs des éoliennes à axe horizontal. Dans ce dispositif, qui dans le cas de son utilisation en turbine aérienne est omnidirectionnel, deux turbines agissent en même temps sur un axe central, un double couple de pignons coniques calés au bas de l'arbre inverse le sens de rotation entre les deux turbines, la turbine concentrique à son profil de pale inversé par rapport au profil de la turbine périphérique. La courbure des pales des deux turbines présente un profil tel, que l'écoulement de l'élément moteur vent ou eau, par poussée et traînée, donne le rendement maximum. Bien qu'omnidirectionnelles on améliore le rendement des turbines, dans le cas du vent en adjoignant sur la ligne perpendiculaire au vent (7) des ailerons fixes (3) solidaire de l'armature (17) qui permettent d'obtenir la poussée du vent sur les tangentes des turbines. Pour accroître encore ce rendement les ailerons se positionnent automatiquement dans l'axe du vent ligne (6), pour obtenir l'orientation une girouette (34) détecte le sens du vent, un capteur rotatoire (36) et son asservissement commandent le moto-réducteur (26) (27) qui entraîne en rotation et en degrés voulus l'ensemble du dispositif sur un rail circulaire (11). Un alternateur auxiliaire (29) à vitesse plus élevée, que l'alternateur (28), est entraîné par un des petits pignons du couple conique (30) c'est alternateur sert d'excitation a l'alternateur principal (28). L'autre axe du petit pignon du couple (30) entraîne un régulateur à force centrifuge (31) auquel fait suite un système analogique qui permet la régulation du courant d'excitation fournit par l'alternateur (29). L'écoulement de l'air se fait par les passages (38) aux bas des turbines, c'est air suit en grande partie, la génératrice d'un cône central (5) ayant sa base (4) en haut des turbines c'est ce cône (5) qui évite que l'air résiduel ne perturbe l'arrière de la turbine, autre avantage de cette disposition la contribution de c'est air à refroidir les alternateurs (28) et (29). De part leurs principes et leurs constructions ces aéro-turbines demandent des hauteurs moins importantes, pour prendre le vent, que les dispositifs à axes horizontaux, leur mise en rotation se fait à partir de vents faibles jusqu'aux plus forts vents de tempête. Lorsque ce 2 2811720 dispositif de turbine utilise, comme élément moteur, I'eau un carter (39) que représente la fig. 1 ferme la moitié de la turbine a son aval. Tous ces avantages présentent un net progrès technique sur tout ce qui a été fait dans le domaine des turbines notamment dans le domaine des éoliennes avec axe vertical ou horizontal. La fig. 1 permet de voir les deux turbines(1) et (2) vue du dessus est dépouillée des mécanismes d'asservissement et des armatures. Dans cette vue on remarque l'axe (37) supportant les deux turbines. Le quart de turbine extérieure (1) se trouvant entre les lignes médianes (6) et (7) à droite présente les trois quarts des pales a plat face au vent les autres pales agissent par leurs profils. A gauche des lignes (6) et (7) les pales créent une force par l'action du vent sur leurs profils, des poussées identique mais inverses se situant de gauche à droite se produisent sur la turbine concentrique. (2). On retrouve des effets similaires lorsque la turbine est immergée dans l'eau. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif. En se référant aux dessins annexés décrivant le dispositif de turbine aérienne on voit fig. I la turbine concentrique (2), les ailerons (3) diamétralement opposés se situant sur la ligne médiane (7), I'axe (37) supportant les deux turbines, et le cône (5). Avec la fig.2 on voit la courbure et le profil exact des pales à conserves, toutes proportions gardées, en fabrications. La fig. 3 est une vue en coupe qui permet de voir l'ensemble du dispositif, un socle (35) en béton armé pouvant être, si nécessaire, surmonté d'une armature métallique qui supporte le rail profilé en I (11) rail sur lequel roulent les galets (16) répartis sur la circonférence de l'armature circulaire (17) ces galets (16) sont solidaires de (17) par les pièces (13) et (18) ces mêmes pièces (18) maintiennent en place les galets (12) qui roulent sous le profilé circulaire (1 1), ces galets (12) permettent le centrage de tout l'ensemble sur le rail (11) leurs profils étant tronconique, on remarque le galet (14) recouvert d'un bandage en caoutchouc (15), bandage qui permet l'adhérence sur le rail, ce galet est entraîné par le moto-réducteur (26) (27) qui est mis en action par l'ensemble détecteur (34)(36) qui se trouve au sommet des turbines sur le support (33) solidaire de l'armature. Les paliers (19) et (20) sont également solidaire de l'armature (17) ils maintiennent l'axe (37) la turbine (2) est solidaire de c'est axe. La couronne au bas du couple conique (30) ait également solidaire de c'est axe, le cône (4) (5) fait partie de la turbine (2) les paliers (21) et (22) maintiennent l'armature (8) de la turbine (1) sur l'axe (37) la couronne supérieure du couple (30) est solidaire de l'armature (8), I'écartement entre les deux couronnes s'obtient avec l'entretoise (24), le haut et le bas de la turbine(1) est entièrement fermer (9) alors que la turbine (2) est partiellement ouverte (38). Une armature (10) auxiliaire solidaire de (17) sert de plancher à l'ensemble (30) (29) (31), ce plancher supporte également la butée a billes (23). Cette butée réduit les contraintes axiales agissant sur les paliers (19) et (20). L'entrainement de l'alternateur-volant (28) se fait par l'accouplement (25). Dans I'application en turbine immergée il est bien évident que l'armature (10) prend place au dessus des turbines ainsi que les éléments (30) (24) (25) (23) (32) et (31) de même que les alternateurs (28) et (29), Le système de rail et les galets ne sont plus utilisé. Le dispositif de détection(33) (34) (36) et le moto-réducteur (26) deviennent inutiles, d'autres dispositifs pour commander l'hydraulique peuvent les remplacer Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, il constitue seulement un exemple auquel de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte de la présente invention. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 2810 1 - Dispositif de turbine a axe vertical utilisant la force d'éléments moteurs qui sont selon l'adaptation le vent ou l'eau pour l'entraînement, principalement d'alternateurs générateurs d'électricité, dans le cas d'utilisation du vent l'emplacement de l'alternateur principal sous les turbines permet l'emploi d'alternateur-volant qui sont à faible vitesse de rotation ce qui permet l'accouplement direct a l'axe des turbines réduisant ainsi les pertes mécaniques d'une surmultiplication. Ce dispositif se caractérise par deux turbines, dont une périphérique et une concentrique agissant en même temps sur un axe central commun, lors de l'utilisation en turbine immergée dans l'eau un carter ferme la moitié de l'aval de la turbine. 2 - Dispositif selon la revendication 1 se caractérisant en ce que la turbine périphérique et la concentrique tournent en sens contraire l'une de l'autre, cette inversion est obtenue par un double couple de pignons coniques (30) qui entraîne l'axe commun (37) la turbine concentrique (2) à son profil de pale inversé par rapport au profil de la turbine périphérique (1), la courbure des pales et leurs profils font que l'écoulement de l'élément moteur air ou eau donnent le rendement maximum. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 se caractérisant en ce que l'ensemble des deux turbines est omnidirectionnel on améliore encore le rendement, en adjoignant sur la ligne perpendiculaire a l'élément moteur (7), des ailerons fixes qui permettent une meilleure attaque de l'élément moteur sur la tangente des turbines, pour accroître encore le rendement est ce lorsque le dispositif fonctionne en turbine aérienne,l'armature (17) pivote sur le rail circulaire (11), pour maintenir la ligne (7) perpendiculaire au vent, le déplacement de l'armature (17) sur le rail (11) s'effectue avec le concours des galets cylindriques (16) roulant sur le rail, les galets tronconiques (12) permettent le centrage de l'armature (17) sur le rail. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes se caractérisant en ce que la disposition des turbines ainsi que le profil de leurs pales permettent de bénéficié de l'élément moteur, vent ou eau, sur 50% de la surface totale des pales des turbines, ce rendement résulte des effets suivant, le quart de turbine extérieure (1) se trouvant entre les lignes médianes (6) et (7) à droite, présente les trois quarts des pales a plat face au vent les autres pales agissent par leurs profils. A gauche des lignes (6) et (7) les pales créent une force par l'action du vent sur leurs profils, des poussées identiques mais inverses se situant de gauche à droite se produisent sur la turbine concentrique (2). On retrouve des effets similaires lorsque la turbine est immergée dans l'eau. - Dispositif selon la revendication 3 se caractérisant en ce que l'orientation de l'armature (1 7)par pivotement sur le rail (11) s'effectue par les ordres venant de l'ensemble détecteur, de direction du vent, (34)(36) qui commande un moto-réducteur (26)(27) en bout duquel se trouve le galet caoutchouté (14) entraînent par friction I'ensemble sur le rail (11). 6 - Dispositif selon les revendications 1,2 se caractérisant en ce que l'écoulement de l'élément moteur air ou eau se fait par les passages (38) aux bas des turbines, c'est écoulement est en partie possible par l'action du cône central (5) ayant sa base (4) en haut des turbines, dans le cas d'utilisation en turbine à air, l'air sortant permet le refroidissement d'auxiliaires comme l'alternateur (29) et le régulateur centrifuge (31) donnant l'excitation a l'alternateur principal (28). 7 - Dispositif selon les revendications 1,2,3,5 prises ensemble se caractérisant en ce que l'alternateur-volant (28) est posé sur le bas de l'armature (17), audessus se situe l'armature auxiliaire (10) qui supporte l'ensemble du double couple de pignons coniques (30), I'alternateur auxiliaire(29), le régulateur centrifuge (31) et leurs paliers (32). 8 - Dispositif selon les revendications 1,2,4,6 prises ensemble se caractérisant en ce que dans l'application en turbine immergée dans l'eau, un carter (39) ferme la moitié de la turbine a son aval, est en ce que les turbines (1) et (2) se trouvent sous l'armature (10) qui devient le plancher est sur lequel prennent place le couple conique (30), I'alternateur auxiliaire (29), le régulateur (31) et leurs paliers (32), ainsi que l'alternateur principal (28) qui se fixe à une armature semblable à (17) solidaire du plancher (10). 9 - Dispositif selon les revendications 1,8 se caractérisant en ce que, lors de l'utilisation en turbine immergée, le système de rail (11) avec les galets (12) et (14) non plus d'applications. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,4,6,8,9 se caractérisant en ce que lorsque la turbine fonctionne avec le vent l'ensemble repose, avec une armature métallique intermédiaire, sur un socle en béton armé (35).