Brevet FR2985788A1 — publié le 20130719

-1- La présente invention concerne un dispositif permettant d'accroitre la durée de vie des roulements d'arbre de rotor des turbines de types Darrieus ou Savonius. Les turbines de type Darrieus ou Savonius sont pourvues d'un rotor captant l'énergie cinétique du flux de fluide traversant la section balayée par le rotor, quelle que soit la direction du flux dans le plan orthogonal à l'axe de rotation. Pour ces raisons, ces turbines ont des applications du type d'éolienne à axe verticale. La liaison pivot garantissant la fonction de rotation d'arbre peut être assurée par des roulements mécaniques à billes ou à rouleaux. Ces roulements sont conçus pour fonctionner avec une charge radiale minimale, de façon à garantir un rendement optimum, et une durée de vie correspondant aux calculs théoriques des roulements. Or le montage de ce type de rotor sur un axe vertical ne favorise pas cet état de pré charge. Au repos, le ou les roulements sont chargés d'une composante axiale seule. Un effort radial est introduit par les efforts de pression du fluide traversant la section balayée par le rotor. Il faut donc un certain niveau de vitesse du fluide traversant pour assurer un niveau de charge correct. Ce manque de pré charge à basse vitesse cinématique du fluide induit un vieillissement accéléré du roulement. La présente invention présente une architecture du montage du rotor sur un bâti, permettant de pré charger les roulements. Le rotor (1) est monté sur un arbre (2) de façon solidaire. L'arbre est maintenu à un bâti (3) en au moins deux points d'appui (4) et (5) décalés dans un plan vertical de telle manière que l'effort dû au poids du rotor génère un couple de basculement (5). Ce couple de basculement est compensé par des efforts de réaction à travers les points d'appuis. Les roulements, placés sur ces points d'appui, verront cet effort de réaction, orthogonal à l'axe de rotation, et donc dans le sens radial du ou des roulements. Cet effort 25 constitue une pré charge assurant un accroissement de la durée de vie du roulement. L'inclinaison du rotor dans le plan vertical induira une baisse du rendement aéraulique de la turbine. Cette baisse de rendement reste néanmoins faible : pour des angles d'inclinaison faible, le rendement théorique de la turbine ainsi incliné de l'ordre de g*(1-d*(cos((3))2) avec 30 g= rendement de la même turbine à axe vertical a= angle d'inclinaison du rotor par rapport à la verticale, en radian. 13--- angle décrit entre le vecteur vitesse V du fluide et le plan vertical d'inclinaison du rotor, tel que représenté en figure 5. -2- La variation du coefficient multiplicateur du rendement est indiquée en figure 6. Pour un angle d'inclinaison de 5°, le coefficient multiplicateur du rendement sera compris entre 0,99 et 1, en fonction de l'angle ri d'arrivée du fluide dans le plan horizontal. A contrario, la charge radiale des roulements induite par l'inclinaison du rotor pourra être supérieure à 10% du poids du rotor, pour autant que les appuis soient suffisamment rapprochés. Un angle d'inclinaison faible du rotor permet d'assurer une pré charge significative sur les roulements, sans pour autant dégrader significativement le rendement de la turbine. Selon les modes particuliers de réalisation : L'arbre (2) pourra être maintenu en plusieurs appuis sur le bâti (3). Chaque appui étant constitué d'un roulement. L'arbre (2) pourra être maintenu en un appui, réalisé par un roulement, et un second appui assuré par la génératrice, la pompe ou le réducteur lié à l'arbre (2). Plus précisément, un des roulements servant de point d'appui est un roulement de la génératrice, de la pompe ou du réducteur (8) associée au rotor. L'arbre (2) et l'arbre de la génératrice, de la pompe ou du réducteur (8) étant liés l'un à l'autre. Les dessins annexés présentent l'invention : La figure 1 représente un rotor de type Darrieus à axe vertical. La figure 2 représente l'architecture du montage su rotor selon l'invention. La figure 3 représente l'architecture du montage en coupe. La figure 4 représente une variante du montage. La figure 5 représente la mesure de l'angle 5. La figure 6 représente la baisse théorique du rendement de la turbine de type Darrieus lorsque l'axe de rotation est décalé d'un angle a faible dans un plan vertical. En référence à ces dessins, l'invention comporte un rotor (1) pourvu d'un arbre (2) lié à un bâti fixe (3) en au moins 2 points (4) et (5) via des liaisons pivot de type roulement. Le rotor pourra être de type Darrieus, Savonius ou mixte Darrieus et Savonius. L'ensemble du rotor est incliné par le bais du décalage des roulements sur un plan vertical. L'effet de couple de basculement génère un effort radial (6) et (7) sur les roulements. Les roulements se retrouvent de ce fait soumis à un effort minimum dépendant du couple de basculement. En sélectionnant l'angle d'inclinaison du rotor de telle sorte que l'effort sur les roulements corresponde à l'effort minimal requis, la perte de rendement du à l'inclinaison du rotor est réduite au minimum garantissant la durée de vie la plus longue des roulements. -3- Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux éoliennes de type Darrieus. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS1) Dispositif pour maintenir un rotor (1) de type Darrieus ou Savonius caractérisé en ce qu'il soit pourvu de deux roulements au moins, maintenant l'arbre (2) au bâti (3), décalés dans un plan vertical l'un par rapport à l'autre. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un des roulements soit un roulement de la génératrice, de la pompe ou du réducteur (8) associée au rotor. L'arbre (2) et l'arbre de la génératrice, de la pompe ou du réducteur (8) étant liés l'un à l'autre. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor soit de type mixte Darrieus et Savonius. 15 20 25 30