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Gene Or Protein
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Etre
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Est-a
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DANS
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SENS
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Molecule
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water
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DES
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Physical
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520057A1
Family ID 8098650
Probable Assignee Chavanon Michel
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PERFECTIONNEMENT AUX AEROGENERATEURS
EN Title WIND TURBINE FOR ELECTRICITY GENERATOR OR PUMP - COMPRISES
VERTICAL AXIS ROTOR WITH CYLINDRICAL COWLING TO DIRECT INCIDENT
TOWARDS INNER SURFACE OF BLADES
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN AEROGENERATEUR AVEC TURBINE A AXE VERTICAL.
LA TURBINE 4 EST LOGEE POUR TOURNER A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE
CYLINDRIQUE 9 MENAGEE AU CENTRE D'UN ELEMENT CONCENTRATEUR D'AIR 5.
L'ELEMENT CONCENTRATEUR 5 COMPREND DES PAROIS HORIZONTALE SUPERIEURE
ET INFERIEURE ENTRETOISEES PAR DES PAROIS VERTICALES 12. LES PAROIS 12
SONT ORIENTEES DE FACON QUE L'ECARTEMENT ENTRE DEUX PAROIS SUCCESSIVES
AILLE EN SE RETRECISSANT VERS L'INTERIEUR DU CONCENTRATEUR, POUR
ACCELERER ET COMPRIMER L'AIR ADMIS, ET DE FACON QUE L'AIR ADMIS SOIT
TOUJOURS DIRIGE SUR LES PALES 8 DE LA TURBINE POUR AGIR SUR CELLES-CI
DANS LE SENS DE LEUR ROTATION.
L'AEROGENERATEUR EST DESTINE A ACTIONNER UN GENERATEUR DE COURANT
ELECTRIQUE OU UNE POMPE.
The turbine drives an electrical generator or a pump and is mounted on
a support and turns about a vertical axis. The turbine blade itself
comprises a series of curved blades lying parallel to the axis of a
spool-shaped rotor. The turbine rotates inside a cylindrical chamber
lying between two flat discs of larger diameter. The outer parts of
these two flat discs are joined by a set of plates which lie parallel
to the axis of the rotor, but inclined at an angle to the radii of the
discs. These plates define spaces between them which direct air on to
the blades of the rotor. Wind from any direction is thus funnelled on
to the rotor in the optimum direction.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne un aerogenerateur perfectionne, c'est-a-dire une
machine permettant de capter l'energie eolienne sous la forme
mecanique d'un couple sur un arbre en rotation. Cette energie est en
general destinee a actionner une generatrice produisant un courant
electrique, ou un autre appareil tel que principalement une pompe.
Plus particulierement, l'invention concerne un aerogenerateur dont
l'organe capteur est constitue par une turbine a axe vertical, connue
sous l'appellation de panemone (c'est-a-dire "a tout vent"), qui
presente l'avantage de ne pas necessiter son orientation par rapport
au vent. Toutefois, les turbines de ce genre a axe vertical ont
l'inconvenient d'etre d'un rendement mediocre en cas de faible vent.
L'invention a pour objet de remedier a cet inconvenient et~propose un
aerogenerateur qui allie, aux avantages de faible coat et de
simplicite des capteurs a axe vertical, un fonctionnement optimal par
vent faible sans risque de deterioration en cas de vent violent.
A cet effet, selon l'invention, on associe a une turbine a axe
vertical du type appele panemone un element concentrateur d'air
comprenant des parois verticales fixes disposees en couronne a la
peripherie de la turbine et presentant entre elles des orientations
dans le plan vertical telles que l'ecartement entre deux parois
consecutlves va en se retrecissant de l'exterieur vers l'interieur du
concentrateur. On comprend ainsi que l'air s'engouffrant entre les
parois a partir de l'exterieur se trouve accelere et comprime en
raison du retrecissement et, a sa sortie, il agit alors avec une plus
grande force sur la surface active des pales de la
turbine.L'orientation des parois verticales de l'element concentrateur
est de plus prevue telle que le flux d'air passant entre celles-ci
soit non seulement accelere mais de plus soit dirige uniquement sur la
face de pale de turbine permettant d'agir dans le sens de la rotation
de la turbine, en evitant tout freinage par action sur l'autre face de
la pale, et ce quelle que soit la direction du vent.
Avantageusement, l'axe vertical de la turbine est monte pour tourner,
par l'intermedSire de paliers ou de roulements de butee, dans des
prolongements centraux des faces superieure et inferieure de l'element
concentrateur.
Pour permettre l'echappement de l'air comprime et accelere applique
sur la face active de chaque pale de turbine, afin de ne pas former
entre les pales des coussins d'air freinant la rotation des pales et
d'assurer la continuite d'arrivee du courant d'air neuf, on prevoit la
realisation d'ouvertures dans les deux plateaux horizontaux
constituant les prolongements centraux des faces superieure et
inferieure de l'element concentrateur. En variante, l'echap- pement de
l'air peut etre assure au moyen de Jours menages vers le centre de
chaque pale.
L'aerogenerateur selon l'invention peut etre realise, soit totalement
en matiere plastique, soit partiellement en bois ou en tole (en ce qui
concerne l'element concentrateur fixe) et partiellement en matiere
plastique ou alliage leger (pour ce qui concerne la turbine).
L'obtention d'un maximum de legerete pour la turbine presente
l'avantage, en reduisant l'inertie, de permettre un demarrage facile
par vent faible.
La pose de l'aerogenerateur, en un emplacement convenable et a une
hauteur bien ventee, par exemple en haut d'un pylone, d'une tour ou
d'un chateau d'water, est particulierement aisee puisqu'il suffit de
poser et fixer a cet endroit la face inferieure de l'element
concentrateur.
A l'arbre vertical de la turbine peut etre accouplee, pour la
production de courant electrique directement utilisable ou pouvant
etre stocke, une generatrice de courant (dynamo ou alternateur)
eventuellement par l'intermediaire d'un dispositif surmultiplicateur
tel par exemple qu'un Jeu de pignons, une ou plusieurs courroies, ou
bien encore un systeme a friction. A l'arbre vertical peut egalement
etre accouplee, en alternative, une pompe classique pour extraction de
l'water.
De ce qui precede, on comprend que la structure de l'aerogenerateur
selon la presente invention apporte de nombreux avantages parmi
lesquels on citera particulierement
- une grande simplicite de fabrication, donc un cotit tres reduit en
particulier par rapport aux systemes existants a helice susceptibles
d'assurer des performan ces du meme ordre,
- une tres faible perte de puissance puisque, l'axe etant vertical et
les pales de turbine tournant dans un plan horizontal, l'ensemble
travaille toujours dans la direction de l'axe qui n'est maintenu en
position seulement que par deux roulements,
- une orientation permanente optimale obtenue pour l'appareil, quelle
que soit la direction du vent, en raison de la disposition etudiee des
panneaux verticaux de l'element concentrateur,
- l'excellent fonctionnement de l'ensemble quelle que soit la force du
vent, ce fonctionnement etant maximum par vent faible alors que, en
cas de vent violent, la fiabilite est totale puisque d'une part la
turbine a tendance a spauto-freiner et que, d'autre part, sa struc
ture lui permet de resister a une vitesse de rotation tres elevee
pourvu toutefois que son equilibrage soit bien realise,
- une grande facilite de. pose puisqu'il suffit de fixer la face
inferieure de l'element concentrateur en haut de l'emplacement choisi.
Selon une caracteristique supplementaire avantageuse mais non
obligatoire de l'invention, on peut assurer une regulation automatique
de la rotation de la turbine en adaptant sur celle-ci un systeme de
masselottes disposees a proximite du centre de la turbine et concue
pour se deplacer radialement vers l'exterieur, sous l'effet de la
force centrifuge, lorsque la vitesse de rotation de la turbine
augmente.
Ainsi, lors du demarrage ou lorsque le vent est faible, les
masselottes se trouvent au centre et l'inertie est donc pratiquement
nulle. Par vent moyen ou fort les masselottes stecartent
automatiquement de l'axe et leur inertie a alors un resultat benefique
en incitant la turbine a poursuivre sa rotation en cas de baisse de
puissance du vent et en evitant alors une reduction brutale de la
vitesse de rotation.
Selon une autre caracteristique supplementaire non obligatoire de
l'invention on peut aussi prevoir, pour ameliorer les performances de
la turbine, d'equiper l'extre- mite des parois verticales de l'element
concentrateur les plus proches de la turbine de volets transversaux
fixes qui servent d'appui a l'air injecte entre deux pales successives
et permettent un effet de reaction dans le sens de rotation des pales.
Pour bien faire comprendre la structure de l'aerogenerateur selon
l'invention on en decrira ci-apres, a titre d'exemple sans caractere
limitatif, une forme d'execution preferee en reference au dessin
schematique annexe dans lequel la figure 1 est une vue perspective
montrant l'aerogenerateur selon l'invention fixe en position de
fonctionnement en haut d'un pylone la figure 2 est une vue perspective
de l'element concentrateur de l'aerogenerateur de l'invention, avec
son couvercle central represente en position retiree la figure 3 est
une vue perspective de la turbine de l'aerogenerateur selon
l'invention la figure 4 est une vue en coupe horizontale de
l'aerogenerateur; et la figure 5 est une vue perspective d'une pale de
turbine avec montage d'une masselotte de regulation de la vitesse de
rotation.
A la figure 1, on a represente en 1 un pylone a l'extremite superieure
duquel est solidement fixee, par exemple par boulonnage, la face
inferieure horizontale 2 de l'aerogenerateur 3 selon l'invention.
Comme on le voit mieux en reference aux figures 2 a 4,
l'aerogenerateur 3 est constitue par l'assemblage de deux elements
comprenant une turbine 4 et un concentrateur 5. La turbine 4, du type
generalement appele panemone, comporte un moyeu central 6 solidaire en
son centre d'un arbre vertical 7 qui fait saillie a ses deux
extremites. Du moyeu 6 s'etendent deux plateaux horizontaux 24, 25
relies et tenus par des pales verticales 8 (au nombre de huit dans
l'exemple represente sans que ce nombre ne soit en rien limitatif)
realisees par exemple en une matiere plastique et presentant en
section une forme convexe et reliees au moyeu 6 en porte a faux par
rapport a l'arbre 7.La turbine 4 est destinee a etre placee a
l'interieur d'une chambre cylindrique 9 menagee au centre de l'element
concentrateur 5 realise par exemple en tole, qui presente une paroi
inferieure circulaire pleine 2, constituant la paroi inferieure de
l'aerogenerateur, et une paroi superieure circulaire 10 parallele a la
paroi inferieure 2 et de meme diametre. La paroi superieure 10
comprend en son centre une decoupe circulaire Il d'un diametre
legerement superieur au diametre exterieur de la turbine 4.
Les parois inferieure 2 et superieure 10 du concentrateur sont reliees
ensemble par des parois verticales 12 formant entretoises, au nombre
de sept dans l'exemple represente sans que ce nombre soit en rien
limitatif. Ces parois verticales 12, qui s'etendent entre le bord
exterieur des parois superieure 10 et inferieure 2 et le bord
interieur decoupe de la paroi superieure 10, menagent centralement la
chambre cylindrique 9. Les parois 12 sont orientees deux a deux de
facon que leurs extremites exterieures 13 soient plus ecartees que
leurs extremites interieures 14, en formant ainsi un passage qui va en
se retrecissant de l'exterieur vers l'interieur du concentrateur
5.L'orientation des parois verticales 12 est de plus choisie de facon
que, lorsque la turbine 4 est disposee a l'interieur de la chambre
cylindrique 9 comme represente a la figure 4, le vent qui s'engouffre
entre les parois 12 soit dirige uniquement sur la face interieure
d'une pale 8 en agissant ainsi toujours sur celleci dans le sens de la
rotation, donc sans jamais provoquer un freinage, et cela quelle que
soit la direction du vent.
Lors de la disposition de la turbine 4 a l'interieur de la chambre
cylindrique centrale 9 du concentrateur 5, la partie inferieure de
l'arbre vertical 7 est maintenue par l'intermediaire d'un roulement 15
dans un puits 16 menaiTE au centre de la paroi inferieure 2. Un
couvercle circulaire 17, d'un diametre correspondant pratiquement a
celui de la decoupe centrale 11 de la paroi superieure 10, vient
s'appuyer sur un epaulement peripherique 18 de la paroi 10 de facon a
venir a fleur de celle-ci et ce couvercle presente en son centre un
puits 19 servant au maintien de l'extremite superieure de l'arbre 7
par l'intermediaire d'un roulement 20.
Des lumieres 21 sont menagees dans le couvercle 17 et dans la partie
centrale de la paroi inferieure 2, de meme que dans les plateaux 24,
25 de la turbine, de facon comme on l'expliquera plus loin a permettre
l'echappement de l'air retenu entre les pales 8 de la turbine. En
variante, comme on le voit a la figure 3, au lieu d'utiliser des
lumieres 21, l'echappement peut s'effectuer par des jours 22 menages a
la partie la plus centrale des pales 8.
Le fonctionnement du dispositif se comprend immediatement d'apres la
description qui precede. En effet, l'aerogenerateur ayant ete fixe en
haut d'un pylone comme represente a la figure 1, on comprend (voir en
particulier la figure 4) que le vent qui s'engouffre entre les parois
verticales 12 du concentrateur 5 se trouve, en raison du
retrecissement du passage forme par ces parois, comprime et accelere
de sorte qu'il agit avec une force accrue sur la face interne des
pales 8 de la turbine pour les entratner en rotation (dans le sens des
aiguilles d'une montre dans l'exemple represente), sans exercer aucune
action antagoniste sur les faces exterieures des pales susceptibles de
produire un freinage.L'air comprime ainsi injecte entre les pales,
apres sa detente participant a la rotation de la turbine, s'echappe
par les lumieres 21 (ou en variante par les jours 22) de facon a
eviter la creation a l'arriere de chaque pale dun coussin d'air qui
tendrait a freiner la rotation des pales et a gener la continuite
d'arrivee du courant d'air neuf. Ainsi, grace aux proprietes du
concentrateur consistant a accelerer l'air fourni a la turbine et a
empecher toute action de freinage du vent sur les pales de la turbine,
quelle que soit la direction du vent, on comprend que l'aerogenerateur
selon ltinvention permet d'exploiter de facon optimale l'energie
fournie par un vent faible ou modere.
De facon avantageuse, mais non obligatoire, l'action de l'air
s'engouffrant entre les parois verticales 12 sur la face interieure
des pales 8 de la turbine peut etre encore amelioree en prevoyant, a
l'extremite interieure X4 d'au moins certaines des parois verticales
12, un volet transversal fixe 23 permettant un effet de reaction de
cet air sur la pale de turbine.
Egalement, on peut adapter a la turbine 4 un dispositif de regulation
de sa vitesse de rotation. Ainsi, comme represente a la figure 5,
l'extremite exterieure de chaque pale 8 peut etre reliee au moyeu 6
par une tige 26 inclinee vers le moyeu 6 et le long de laquelle peut
coulisser une masselotte 27. On comprend que, au demarrage de la
turbine ou par vent faible et en raison de l'inclinaison de la tige
26, la masselotte 27 est disposee au centre et son inertie est
pratiquement nulle. Lorsque la vitesse de rotation augmente, la
masselotte 27 coulisse vers l'exterieur sous effet de la force
centrifuge et elle agit alors pour entretenir la vitesse de rotation.
Un tel dispositif de regulation automatique pourrait presenter toute
autre forme convenable, par exemple celle de masselottes reliees au
moyen de la turbine par un systeme de trapeze a ressort ou par une
tige articulee.
On notera que la description ci-dessus a ete donnee a simple titre
d'exemple, sans caractere limitatif, et que des adjonctions ou des
modifications constructives pourraient y etre apportees sans sortir du
cadre de l'invention definie par les revendications qui suivent. On
comprendra en particulier qu'a l'extremite inferieure libre de l'arbre
vertical 7 pourra etre associee, directement ou par l'inter- mediaire
d'un systeme surmultiplicateur de la vitesse de rotation, une
generatrice de courant electrique, une pompe a water ou un appareil
similaire a entrainement rotatif.
Claims
_________________________________________________________________
R E V E N D I C A T I O N S.
1. Aerogenerateur comprenant une turbine tournant dans un plan
horizontal et dont l'axe vertical fournit une energie d'entrainement
pour un appareil rotatif tel qu'un generateur de courant electrique ou
une pompe, caracterise par un element concentrateur de flux d'air (5)
presentant une chambre cylindrique centrale (9) a l'interieur de
laquelle la turbine (4) est montee en rotation libre, ledit element
concentrateur (5) etant constitue de deux elements horizontaux (2, 10)
entretoises par des parois verticales (12) disposees autour de la
chambre cylindrique centrale (9) et joignant chacune le bord exterieur
desdits elements horizontaux (2, 10) au bord de ladite chambre (9),
lesdites parois verticales (12) etant orientees d'une part de facon
que ltecartement entre deux parois successives aille en se
retrecissant dubord exterieur du concentrateur (5) vers la chambre
cylindrique centrale (9) et, d'autre part, de facon que l'air
s'engouffrant entre ces parois soit toujours dirige vers la face
interieure des pales (8) de la turbine (4) pour agir dans le sens de
la rotation de celle-ci.
2. Aerogenerateur selon la revendication 1, caracterise par le fait
que l'arbre (7) de la turbine (4) est maintenu a sa partie inferieure,
par l'intermediaire d'un roulement (15), a l'interieur d'un puits (16)
de l'element inferieur (2) du concentrateur (5) alors que son
extremite superieure est maintenue, au moyen d'un roulement (20), dans
un puits (19) menage dans un couvercle (17) destine, apres
introduction de la turbine (4) a l'interieur du concentrateur (5), a
obturer une decoupe centrale (11) de l'element superieur (10) du
concentrateur.
3. Aerogenerateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caracterise par le fait qu'il comporte des lumieres d'echappement
d'air (21) reliant a l'atmosphere, a son extremite superieure et/ou a
son extremite inferieure, chaque chambre delimitee par l'espace entre
deux pales (8) successives de la turbine.
4. Aerogenerateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caracterise par des douros d'echappement d'air (22) menages dans les
pales (18) de la turbine pres du centre de celle-ci.
5. Aerogenerateur selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise par le fait qu'une au-moins desdites parois
verticales (12) du concentrateur (5) presente, a son extremite la plus
proche de la turbine (4), un volet transversal fixe (23) permettant un
effet de reaction pour l'air injecte derriere la pale (8) la plus
voisine.
6. Aerogenerateur selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise par des masselottes associees a la turbine
(4) pour etre disposees au centre de celle-ci lorsque la turbine est
arretee ou tourne au ralenti et pour s'ecarter radialement, sous
l'action de la force centrifuge, lorsque la vitesse de rotation
augmente pour assurer une regulation de la rotation de la turbine.
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