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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2518180A1
Family ID 17861926
Probable Assignee Inst Gidrodinamiki Sibirskogo
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title AEROMOTEUR
EN Title WIND TURBINE DRIVING AIR COMPRESSOR - USES CAM DRIVEN BY
BLADES TO SET UP OSCILLATORY MOTION IN OPERATING ARM OF AIR PUMP
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE L'UTILISATION DE L'ENERGIE DU VENT.
L'AEROMOTEUR FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE COMPORTANT UN
BATI SUR LEQUEL EST MONTE UN ARBRE 2 AUQUEL SONT ASSEMBLEES DES AUBES
4 FORMANT UNE TURBINE 3 MUNIE, POUR SA LIAISON AU CONSOMMATEUR, D'UN
ENTRAINEMENT MECANIQUE COMPRENANT UN GUIDE CIRCULAIRE 6 DISPOSE SUR LA
TURBINE 3 AUTOUR DE L'ARBRE 2, ET AU MOINS UN GALET 7 COMPORTANT UN
ELEMENT DE SORTIE 29 ET COOPERANT AVEC LEDIT GUIDE, ET EST CARACTERISE
EN CE QUE LE GUIDE CIRCULAIRE 6 EST REALISE SOUS FORME D'UNE CAME DONT
LA SURFACE PROFILEE PRESENTE DES PARTIES CONVEXES ET CONCAVES
ALTERNEES, LE GALET 7 ETANT MONTE DE FACON A POUVOIR TOURNER PAR
RAPPORT A L'ELEMENT DE SORTIE 29 ET OSCILLER AVEC CE DERNIER PAR
RAPPORT AU BATI 1.
L'AEROMOTEUR EN QUESTION EST UTILISE NOTAMMENT POUR L'ENTRAINEMENT DES
POMPES A water.
The turbine is suited to driving air compressors to store the energy
extracted from the wind. The turbine is mounted on a frame with its
horizontal shaft carrying multiple blades which form the turbine
wheel. A circular guide which supports the blades is fitted over the
shaft and a wheel coupled to an output shaft runs on the guides. The
guide is shaped as a cam with peaks and troughs spaced at equal angles
around its periphery. The wheel runs on the cam surface and rises and
falls with the changing radius of the cam. The oscillatory motion of
the output shaft can be used to operate an air pump to permit storage
of the energy gathered. The turbine has a high longevity since there
is no rolling friction between the cam and its support.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne le domaine de l'energie du vent et a
notamment pour objet un aeromoteur a entrainement mecanique.
Il est plus rationnel d'employer l'aeromoteur revendique pour
entrainer les pompes a air.
L'air comprime produit par un ou plusieurs groupes aeromoteurs
(aeromoteur et pompe pneumatique) peut etre utilise dans les commandes
sans reducteur des generateurs electriques; dans les commandes des
pompes hydrauliques, par exemple pour monter les water souterraines
d'un puits (irrigation, elevation de l'water aux paturages, etc.),
pour la dessalaison de l'water mineralisee par la methode de l'osmose
inverse, c'est-a-dire par filtration sous pression aux membranes
polymeres, pour la coupe des materiaux durs par des Jets de haute
pression, pour l'alimentation des reservoirs d'water des centrales
hydrauliques permettant d'accumuler de l'energie pour une periode
prolongee, et pour l'aerage des bassins d'water.
L'aeromoteur revendique peut se brancher directement sur les organes
operatoires d'appareils tels que scie a bois, hache-paille, etc.
On connait un groupe aeromoteur oonstitue par un aeromoteur et quatre
pompes a membranes pneumatiques. Ces dernieres sont disposees en croix
par rapport a l'arbre de turbine qui presente une came sous forme d'un
excentrique cooperant successivement avec les poussoirs-tiges des
pistons des pompes a membranes (cf., par exemple, l'ouvrage de Ya.I.
Shefter, "Application de l'energie du vent", Moscou, 1975, pages 83 a
90).
La vitesse de mouvement des poussoirs depend de la vitesse
peripherique de la came, c'est-a-dire' des dimensions de cette
derniere. Les dimensions de la came realisee sur l'arbre de la turbine
sont relativement petites, et de cSe fait, la vitesse des poussoirs
est relativement faible. Pour cette raison, pour eviter les fuites
importantes de l'air comprime a travers les joints d'etancheite des
pistons des pompes pneumatiques, on a ete force de monter dans le
groupe aeromoteur connu des membranes qui separent d'une facon etanche
les volumes utiles des volumes situes derriere les pistons dans les
cylindres des pompes pneumatiques, les pistons etant montes avec un
ecartement par rapport aux parois des cylindres et la varia tion des
volumes utiles etant due a la flexion des mem branes.
Cependant, les pompes a membranes ne sont pas economiques a cause de
la courte duree de vie des membranes subissant des deformations de
flexion importantes.
On connait des aeromoteurs dans lesquelsun bati supporte un arbre qui
porte une turbine formee d'aubes raccordees a cet arbre et munie d'un
entrainement mecanique pour l'accouplement au consommateur, qui
comprend un guide circulaire a surface cylindrique ronde sur laquelle
roule au moins un galet de friction dont l'arbre constitue ltele- ment
de sortie de l'entrainement mecanique. Cette construc tion comporte un
ressort qui serre le-galet de friction con tre le guide avec unie
force relativement grande servant a provoquer un frottement entre ces
elements et gracie auquel le couple moteur de la turbine est transmis
au galet de fric tic n.
Les aeromoteurs a entrainement mecanique ayant la construction decrite
sont de preference destinee a entre re lies a des generateurs
electriques. Dans ce cas, l'element de sortie (l'arbre du galet de
friction) est relie directement au rotor du generateur electrique (cf.
- brevet Etats
Unis NO 4150301i.
Dans l'aeromoteur considere, le galet de friction s'use rapidement, ce
qui est dA a 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 compliquee la construction-du
materiel.
On s'est donc propose de creer un aeromoteur a entrainement mecanique,
dont la construction permettrait l'accouplement direct entre
l'aeromoteur et le consommateur, de preference une pompe a air, dont
l'organe operatoire doit effectuer un mouvement de va-et-vient a une
frequence et une vitesse relativement elevees.
Ce probleme est resolu du fait que l'aeromoteur dans le bati duquel
est monte un arbre auquel sont reliees des aubes formant une turbine
qui est munie, pour sa liaison avec le consommateur, d'un entrainement
mecanique comprenant un guide circulaire situe sur la turbine autour
de l'arbre, et au moins un galet a etement de sortie cooperant avec
ledit guide, est caracterise, suivant l'invention, en ce que le guide
circulaire est realise sous forme d'une came dont la surface profilee
presente des parties concaves et convexes qui alternent, et que le
galet est monte de facon a pouvoir tourner par rapport a i'elenient de
sortie et osciller avec ce dernier par rapport au bati.
Il est rationnel que la came soit constituee de sections distinctes
placees entre les aubes voisines et fixees a leurs extremites.
Ceci facilite la fabrication et l'assemblage de la came sur la
turbine.
Il est aussi rationnel de realiser la surface profilee sur le cote
interieur de la came.
Une telle realisation permet de dimineur la contrainte de compression
aux elements de la turbine.
Il est egalement avnatageux de realiser l'element 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'element de
sortie pouvant osciller par rapport au bati.
L'aeromoteur conforme a la presente invention peut etre relie
directement au consommateur dont l'organe operatoire doit etre anime
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 operatoire du consommateur. La came
circulaire, situee a a peripherie dela turbine et ayant une surface
profilee comprenant des parties concaves et convexes qui alternent,
peut assurer une frequence et une vitesse de mouvement du piston
relativement grandes, associees a une compression rapide de l'air et
son aspiration lente, ce qui est recher che dans le cas d'une pompe
pneumatique.
De plus, l'aeromoteur revendique a une longevite elevee 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, details et avantages
de celle-ci apparaitront mieux a la lumiere de la description
explicative qui va suivre d'un mode de realisation donne uniquement a
-titre d'exemple non limitatif, avec references aux dessins non
limitatifs annexes dans lesquels
- la figure 1 represente une vue d'ensemble de cote de l'aeromoteur
conforme a l'invention (par souci de simplification, on nta represente
sur la figure que l'un des galets a levier et l'une des aubes de la
turbine);
- la figure 2 represente le galet a levier et la pompe pneumatique
reliee a 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 represente);
- la figure 4 represente une aube de turbine reliee a son arbre;
- la figure 5 represente l'ensemble A de la figure 1, servant a la
fixation des sections de la came a l'aube de la turbine (couple
suivant V-V de la figure 6);
- la figure 6 represente 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'aeromoteur comprend un bati 1 (figure 1) sur lequel est monte un
arbre 2 portant une turbine 3 constituee par des aubes 4 assemblees a
l'arbre 2. La turbine 3 est munie d'un entrainement mecanique pour la
liaison avec les pompes a piston pneumatiques 5 (-figure 2).
L'entraSne- ment mecanique comporte un guide circulaire 6 sur lequel
roulent des galets 7 (figure 3). Le guide 6 est realise sous forme
d'une came designee par ce meme chiffre de reference. De l'interieur,
la came 6 presente une surface profilee 8 a parties convexes 8a
alternant avec des parties concaves 8b. La came 6 est composee de
sections 9 placees entre les aubes 4 voisines et fixees a leurs
extremites.
Chacune des aubes (figure 4) de la turbine 3 est reliee a l'arbre 2 au
moyen d'une ferme 10 ayant la forme d'une pyramide triangulaire a
partir du sommet de laquel- le une tige creuse 11 passe a l'interieur
de l'aube 4 le long de son axe longitudinal et est reliee a cette aube
et a une extremite de l'arbre 2; deux autres tiges creuses 12 et 13
partant de ce meme sommet sont reliees au moyeu 14 monte sur l'autre
extremite de l'arbre 2.La ferme 10 est assemblee a des fermes
analogues portant les aubes 4 voisines par l'intermediaire de tiges 15
et 16.
Des supports 17 sont montes aux extremites 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) constitues par des plaques
courbees sont soudes des goussets 18 de renforcement et un etrier 19
pour l'assemblage des tiges 12, 13, 15 et 16. La tige creuse 11 est
fermee a sonextremite par un bouchon lIa dans lequel est visse un
boulon 20 reliant le support 17 a la tige Il passant~a travers l'aube
4. Les tiges 12, 13, 15 et 16 sont reunies a l'etrier 19 au moyen de
vis 21 visses a leurs extremites (figure 7).
Des Joints 22 sont intercales entre les pieces a fixer mentionnees
(support 17, etrier 19 et tiges 11, 12, 13', 15 et 16) afin de
permettre le reglage au cours de l'assemblage.
Les sections 9 de la came 6 sont des plaques et les galets 7 roulent
sur leur surface laterale etroite 8.
La solution decrite permet de fabriquer de la maniere la plus simple
la came a surface profilee. Les sections 9 de la came 6 sont soudees
aux plaques 23 vissees aux sqp- ports 17 a l'aide de vis 24 et
d'ecrous 25; afin de permettre le reglage au cours de l'assemblage,
les orifices 26 pratiques dans les supports 17 sont realises avec un
diametre legerement superieur a celui des vis 24, et des
Joints 27 sont intercales entre les plaques 23 et les supports 17.
Les galets 7 (figure 1) sont montes sur des paliers 28 portes par des
leviers 29 constituant leurs elements de sortie. Les axes 30 des
leviers 29 sont loges dans des biellettes 31 soudees au tube 32 reuni
au bati 1 par des montants 33 et-cintre suivant la forme de la partie
peripherique inferieure de la turbine et passant le long de cette
derniere-. Ainsi, les galets 7 sont montes de facon a pouvoir tourner
par rapport aux leviers 29 (elements de sortie) et osciller (balancer)
avec ces derniers par rapport au bati 1. Les leviers 29 sont lies aux
dispositifs 34 (figure 1) qui maintiennent les galets 7 en contact
avec la surface profilee 8 de la came 6. Les bielles 35 relient,-par
l'intermediaire des articulations 36 et 37, les leviers-29 aux pistons
38 des pompes pneumatiques 5 qui sont fixees sur le bati 1.Les
dispositifs 34 servant a maintenir les galets 7 en contact avec la
surface profilee 8 de la came 6 sont des ressorts pneumatiques 39 dans
lesquels les tiges 40 des pistons 41 sont articulees sur les leviers
29. Le role des dispositifs 34 maintenant les galets 7 en contact avec
la came 6 peut etre aussi assume par des poids fixes sur les leviers
29 a proximite de leurs axes 50 d'oscillaton. Les pompes pneumatiques
5 comportent des cylindres 42 munis de plateaux 47 et de colliers 44
serres a'aide de gouJons 45. Dans les plateaux 43 sont menages des
canaux 46 reliant les volumes utiles 47 des pompes pneumatiques 5 au
reservoir (non represente) et a ltair libre par l'intermediaire des
cla- pets de retenue 48 et 49.Les soupapes 50 et 51 servent a separer
les volumes utiles 47 des pompes pneumatiques 5 et des ressorts
pneumatiques 39 de reservoir d'air et a les relier a l'atmosphere.
L'aeromoteur fonctionne de la facon suivante.
Sous l'action d'une charge du vent (sa direction est indiquee par la
fleche B sur la figure 1) sur les aubes 4, la turbine 3 se met en
rotation en imprimant le mouvement a la came circulaire 6 quelle
porte. En roulant sur la surface profilee 8, comprenant des parties
convexes 8a et concaves 8b, de la came 6, les galets 7 effectuent un
mouvement d'oscillation (balancement) avec les eviers 29 et, par
l'intermediaire 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 a l'axe de
l'arbre 2-et la valeur de la course des galets 7 est egale a H
(figures1, 3).Les ressorts pneumatiques 39 maintiennent les galets 7
en contact avec la came 6 en interdisant uniquement leur separation
des parties convexes Ba de la surface profilee 8 afin de prevenir les
chocs des galets 7 contre la came 6.
L'air comprime par les pompes pneumatiques 5 est refoule dans le
reservoir d'air (non represente) en vue de son utilisation ulterieure.
Pour lier l'une des pompes pneumatiques 5 a la turbine 3 et pour l'en
separer, on ferme les soupapes 50 et on ouvre les soupapes 51, ce qui
permet de separer les volumes utiles47dela pompe pneumatique 5 et du
ressort pneumatique 39 du rdservoir d'air et de les relier a
l'atmosphere. Ensuite, le levier 29 tourne sur l'axe 30
Jusqu'a ce que le contact entre le galet 7 et les parties convexes 8a
de la surface profilee 8 de la came 6 soit completement exclu (les
mecanismes de rotation et de fixation du levier 29 ne sont pas
representes sur les figures du fait qu'il est possible de les realiser
par tous les moyens connus). L'autre procede de separation de l'une
des pompes pneumatiques 5 d'avec la turbine 3 consiste a relier son
volume utile 42 a l'air libre tout en conservant le contact entre le
galet 7 et la came 6.Le fait relier et de separer une partie des
pompes pneumatiques 5 de la turbine 3 permet de regler la valeur du
couple moteur de la turbine 3 tout en maintenant une pression
constante dans le reservoir d'air. Pour chaque valeur de la vitesse du
vent on a une valeur optimale determinee du couple moteur de la
turbine 3, pour laquelle l'aeromoteur developpe une puissance
maximale.
Pour accoupler l'aeromoteur aux pompes pneumatiques 5, il faut que
toutes les sections 9 de la came 6 occupent des positions
rigoureusement identiques par rapport a l'arbre 2 de la turbine 3.
Dans le cas contraire, les positions extremes des pistons 38 des
pompes pneumatiques 5 ne seront pas toujours les memes, ce qui
aboutira a des pertes d'energie.
Il est possible de donner a la came un profil permettant aux galets
d'effectuer les mouvements d'oscillation dans des directions orientees
parallelement ou sous un angle par rapport a l'axe de l'arbre 2.
La construction revendiquee permet de regler 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'aeromoteur revendique est couple directement aux pompes
pneumatiques0 De plus, la construction reven diquee assure, grace 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 present aeromoteur a une longevite elevee du fait qu'il n'existe
qu'un frottement de roulement entre les galets et la came,
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Aeromoteur dans lequel est monte surunbati(1) un arbre (2) auquel
sont assemblees des aubes (4) formant une turbine (3) munie, pour sa
liaison au consommateur (5), d'un entrainement mecanique comprenant un
guide circulaire (6) dispose sur la turbine (3) autour de l'arbre et
au moins un galet (7) comportant un dement de sortie (29) et cooperant
avec ledit guide, caracterise en ce que le guide circulaire (6) est
realise sous forme d'une came dont la surface profilee (8) presente
des parties convexes (8a) et concaves (8b) alternees, le galet (7)
etant monte de facon a pouvoir tourner par rapport a l'element de
sortie (29) et osciller avec ce dernier par rapport au bati (1).
2. Aeromoteur selon la revendication 1, caracterise en ce que la came
(6) est composee de sections distinctes (9) placees entre les aubes
(4) voisines et fixees a leurs extremites.
3. Aeromoteur selon l'une des revendications 1 et 2, caracterise en ce
que la surface profilee (8) est realisee sur la face interieure de la
came (6).
4. Aeromoteur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caracterise en
ce que l'element de sortie (29) consiste en un levier a axe (30) monte
sur le bati (1)o
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