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Installation d'énergie électrique à plusieurs roues éoliennes réunies sur un pylône
Dans les installations d'énergie électrique à mo- teurs à vent comportant plusieurs roues éoliennes indépen- dantes les unes des autres, on sait que les difficultés principales résident dans l'accouplement de ces roues avec la génératrice de courant, ou dans le montage en parallèle des génératrices de courant appartenant aux diverses roues éoliennes. On a déjà tenté de vaincre ces difficultés en faisant travailler les diverses roues sur des compresseurs d'air séparés, par l'entremise de transmissions appropriées, et en transférant l'air comprimé, par l'intermédiaire d'un réservoir à air comprimé.plus ou moins grand, à un moteur
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à air comprimé.
Le rendement des systèmes de ce genre est toutefois peu élevé parce qu'une partie importante de l'é- nergie obtenue se convertit en chaleur de compression lors de la compression de l'air et que cette chaleur est naturel- lement aussi soumise à de fortes pertes même si les tuyaux et le réservoir à air comprimé sont calorifugés d'une ma- nière aussi parfaite que possible.
Il est en outre déjà connu de relier des roues éo- liennes distinctes par l'entremise de transmissions hydrau- liques à la génératrice de courant électrique s'y rapportant, ce qui s'obtient, par exemple, en utilisant la roue éolienne pour élever de l'eau dans un réservoir placé à une certaine hauteur et en se servant de cette eau pour entrainer une turbo-génératrice normale. Toutefois, dans ce cas, le montage en parallèle de plusieurs moteurs à vent exige des appareils de commande très importants.
La présente invention, due à Monsieur H. Geffcken, évite tous ces inconvénients et, en même temps, procure un grand nombre d'avantages très importants. Conformément à l'invention, à chacune des diverses roues éoliennes est ac- couplée une pompe hydraulique qui fonctionne avec de l'huile et qui est entraînée directement à la même vitesse que la roue motrice, et le liquide refoulé par les diverses pompes est amené, en passant en circuit fermé par un petit accumu- lateur de pression, à un moteur hydraulique commun servant à entraîner la génératrice de courant électrique, moteur dont le nombre de tours est réglé à une valeur constante par variation de son pouvoir de réabsorption.
Le système entier constitué par les diverses pompes et le moteur hydraulique commun se comporte alors comme un mécanisme de transmission hydraulique dont le rapport de transmission est progressive- ment variable et dans lequel plusieurs organes moteurs entraînent à l'aide d'accouplements élastiques un organe
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récepteur commun, la régulation du rapport de transmission s'effectuant exclusivement à cet organe récepteur. Il existe comme on le sait de nombreuses façons permettant de réaliser cette régulation dans les mécanismes de transmission hydrau- liques.
On parvient à établir des installations particuliè- rement simples et fonctionnant avec un haut rendement si, conformément à l'invention, on combine du point de vue cons- truction les pompes individuelles directement avec les roues éoliennes s'y rapportant ; on peut par exemple, dans ce but, monter directement les pistons de ces pompes dans les palet- tes des diverses roues éoliennes, à la façon des pistons d'un moteur en étoile, ou adjoindre à chacune de ces roues une pompe à disque oblique montée sur son axe fixe. Dans l'un et l'autre cas, on parvient, avec des tuyauteries inter- médiaires relativement longues et de grandes différences - correspondant à la conversion désirée du nombre de tours - entre les vitesses de rotation des pompes et du moteur, à obtenir sans difficulté des rendements de 75 à 80 %.
On expliquera l'invention ci-après plus en détail en se référant à quelques exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente la combinaison constructive d'une roue éolienne avec une pompe à pistons en étoile.
La figure 2 représente la combinaison de deux roues éoliennes avec une pompe à disques obliques à double effet.
La figure 3 est une vue en élévation du support rotatif d'une machine motrice à roues éoliennes, ce support étant combiné avec un moteur hydraulique et une génératrice de courant électrique entraînée par ce moteur.
La figure 4 est un exemple de réalisation d'un mo- teur hydraulique à débit réglable et montre les organes de
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régulation nécessaires.
Conformément à la Fig. 1, à l'intérieur des tou- rillons radiaux 1 et 2, sur lesquels sont montées de façon réglable les pales 3 et 4 de la roue éolienne supportée par l'arbre fixe 5 à l'aide du moyeu divisé 6,?, sont disposés les cylindres de pompe dont les pistons 8 et 9 sont reliés, par l'intermédiaire de bielles appropriées, à un maneton 10 disposé entre les moyeux 6, 7. Les pistons 8 et 9 travaillent; par conséquent, de la même manière que les pistons d'un mo- teur en étoile rotatif.
Les tuyaux de refoulement et d'aspi- ration 11 et 12 aboutissant aux cylindres correspondants sont dans ce cas, placés à l'intérieur de l'enveloppe entourant la construction de support prévue pour les tourillons 1,2 jusqu'aux moyeux 6, ?; ces tuyaux aboutissent, par l'intermé- diaire des chambres annulaires 13, 14 prévues à l'intérieur des moyeux 6, 7, ainsi qu'en passant par les conduits radiaux ménagés dans l'arbre 5 et débouchant dans ces chambres annu- laires, aux conduits fixes 15 et 16 pratiqués à l'intérieur de cet arbre.
Conformément à la Fig. 2, avec les roues éoliennes de sens opposés 18,19 supportées par l'arbre fixe commun 17 sont respectivement accouplés, par l'intermédiaire de paliers de butée inclinés, deux disques obliques 20,21 supportés chacun par une rotule de l'arbre 17. A ces deux disques obli- ques, qui ne peuvent pas tourner sur l'arbre fixe 17, sont articulés les pistons (coulissant suivant des axes parallè- les) d'une pompe fixe 22, dont les conduits d'aspiration et de refoulement (non représentés) sont pratiqués à l'intérieur de l'arbre creux 17.
Dans la disposition de la Fig. 1, de même que dans celle de la Fig. 2, un conduit de régulation partant des con- duits de refoulement 11 peut aboutir, en passant par un ob- turateur limiteur, à un dispositif (non représenté) servant
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à régler l'orientation des pales, ce dispositif faisant va- rier l'orientation de la pale aussitôt que la pression hy- draulique régnant dans les conduits de refoulement sus-men- tionnés dépasse une valeur donnée. Par ce moyen, on évite la nécessité de prévoir une pompe de refoulement et un régula- teur spéciaux pour le dispositif à commande par l'huile ser- vant à faire varier l'orientation des pales.
La Fig. 3 représente, monté entre les roues éolien- nes 23, le support rotatif 24 d'une machine motrice à vent, lequel support est surmonté du moteur à huile sous pression 25 et de la génératrice de courant électrique 26 actionnée par ce moteur. Les conduits d'aspiration 27 et 27a et les con- duits de refoulement 28 et 28a, qui proviennent des pompes ac- tionnées par les roues éoliennes, se réunissent sur ce support dans des pièces en forme de T 29 et 30 qui communiquent avec ' des bouteilles ou récipients accumulateurs 31 et 32.
Par un réglage approprié du volume débité par le moteur 25, on peut faire en sorte que ces récipients accumulateurs reçoivent de très petites dimensions, quoique, conformément à l'invention, on leur donne des dimensions suffisantes pour permettre de compenser l'inertie de commande du dispositif de réglage du nombre de tours prévu pour le moteur 25, de sorte que, même dans le cas où les roues à vent (Boén) seraient brusquement soumises à des variations rapides du nombre de tours, la génératrice 26 tournerait à une vitesse constante.
Conformément à la Fig. 4, les barres collectrices 33 d'un réseau alimenté par une génératrice à courant alter- natif 26 sont reliées à un relais à fréquence 34 qui, par l'intermédiaire d'un moteur de régulation 35, met en circuit une charge supplémentaire réglable -- par exemple sous forme d'un enroulement de chauffage 36 servant à chauffer un accu- mulateur de chaleur -- lorsque la fréquence augmente, et met cette charge hors circuit lorsque la fréquence diminue.
Par
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ce moyen, si la génératrice à courant alternatif est équipée avec un régulateur de tension du genre habituel, la vitesse de rotation et la tension de cette génératrice seront évi- demment maintenues constantes par l'adaptation de la charge de ladite génératrice à la charge du réseau, aussi longtemps que le moteur 25 sera capable de fournir à la génératrice à courant alternatif 26 l'énergie motrice nécessaire pour cou- vrir la charge du réseau.
Pour assurer un entraînement convenable du moteur 25 tant que la somme des puissances fournies par les roues éoliennes suffit à cet effet et faire en même temps en sorte que toute l'énergie en excès fournie par ces roues soit ap- pliquée à l'enroulement de chauffage 36, il faut que le débit du moteur 25 soit réglé de telle sorte que la surpres- sion qui se produit dans le conduit de refoulement 30 soit toujours dans un rapport constant correspondant, dans chaque cas, au maximum de puissance qu'il est possible d'obtenir à l'aide des roues éoliennes avec la vitesse du vent, malgré la constance de la vitesse de rotation du moteur 25 et en dépit du fait que la vitesse de rotation des pompes actionnées par le vent augmente avec la vitesse du vent.
A cet effet, le moteur 25 est équipé en quelque sorte à la façon d'un mécanisme de transmission Thoma à arbres inclinés, dont les deux parties sont reliées entre elles par un cardan 37. L'angle que font entre eux l'axe de rotation de l'organe d'entraînement 38, auquel les tiges de piston du bloc à cylindres 39 sont articulées d'une manière connue, et l'axe de rotation commun de la génératrice de courant alternatif 26 et dudit bloc à cylindres 39 est ré- glable à l'aide d'un cylindre distributeur 40 actionné par de l'huile. Ce cylindre communique, par l'intermédiaire d'un distributeur 41, avec le conduit de refoulement 30.
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Il est évident que plus la valeur choisie pour l'an- gle que font entre eux les arbres accouplés de l'entraîneur 38 et du bloc à cylindres 39 est grande, et plus le pouvoir de réabsorption du moteur 25, c'est-à-dire le volume de liqui- de que ce moteur peut, à chaque tour, ramener du conduit de refoulement au conduit d'aspiration des pompes est élevé, de sorte que, par le choix de dimensions convenables indépen- damment du nombre de tours que possèdent les pompes à l'ins- tant envisagé,.on peut faire passer le débit entier desdites pompes par le moteur 25 tournant à une vitesse constante, dé- terminée par la charge de la génératrice de courant 26.
Le distributeur 41 a pour rôle d'adapter automa- tiquement le susdit angle à ces conditions. A cet effet, son piston-valve est soumis, d'une part, à la pression du conduit de refoulement 30 et à la traction d'un ressort 42, d'autre part à la pression du liquide contenu dans le cylindre de dis- tribution 40 lequel liquide est lui-même soumis à la charge du piston de pompe articulé à l'entraîneur 38. Le ressort 42 est soumis, par le régulateur centrifuge 43, à une tension qui dépend de la vitesse de rotation d'un anémomètre 44 et, par conséquent, de la vitesse du vent.
Si la vitesse du vent augmente, la traction du res- sort 42 agit en antagonisme à la pression régnant dans le con- duit 30, et il se produit par conséquent d'abord une certaine augmentation de la pression dans le conduit amenant le liqui- de au moteur 25, avant que le piston-valve du cylindre 41 permette au liquide de passer du conduit de refoulement 30 dans le cylindre distributeur 40. C'est seulement à ce moment qu'il se produit une variation du débit du moteur. Cette va- riation du débit provoque, d'une part, un accroissement de la pression régnant dans le cylindre distributeur 40, d'autre part une chute de la pression régnant dans le conduit de refoulement 30, de sorte que le piston-valve du cylindre 41
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se ferme de nouveau aussitôt.
Au contraire, si la vitesse du vent diminue, la pression régnant dans le conduit de refou- lement 30 et dans le piston-valve du distributeur 41 augmente sous la pression de la quantité de liquide que contient le cylindre 40, de sorte qu'une partie de ce liquide revient dans le conduit de refoulement 30 et que l'angle des deux arbres diminue au cardan 37. En raison de la détente du res- sort 42 de l'anémomètre, il en résulte en même temps une diminution de la différence des pressions régnant dans le conduit de refoulement 30 et dans le cylindre distributeur 40, étant donné que le piston-valve du cylindre 41 se compor- te en quelque sorte comme un réducteur de pression commandé par la vitesse du vent.
On obtient par conséquent, en évitant un accroissement de pression dangereux susceptible de résul- ter du fait que le débit des pompes s'accroit lorsque la vi- tesse de rotation des roues à vent augmente, et en dépit de la constance de la vitesse de rotation du moteur, une puis- sance dudit moteur adaptée à la vitesse du vent, la conver- sion complète de cette puissance en énergie électrique étant assurée par le relais à fréquence 34. Sans l'application des moyens auxiliaires conformes à l'invention, cette action ne pourrait que difficilement être réalisée, ou ne pourrait tout au moins être obtenue que par des moyens exagérément compli- qués.
Un autre avantage de la disposition conforme à l'inven- tion réside dans le fait qu'elle permet, par des moyens par- ticulièrement simples, de régir l'orientation des machines motrices éoliennes dans le vent, pour autant que ces machines sont équipées avec au moins deux roues à vent disposées sy- métriquement par rapport à l'axe de pivotement du système rotatif, d'une manière analogue à celle représentée sur la figure 3.
Dans ce cas, on peut en effet se dispenser du gou- vernail à vent habituel et se contenter de prévoir une petite palette ou girouette de commande qui actionne sélectivement
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deux obturateurs de réglage intercalés dans les tuyayx de re- foulement prévus entre les deux pompes entraînées par les susdites roues éoliennes placées symétriquement par rapport à l'axe de pivotement et le moteur hydraulique commun. Si l'un de ces obturateurs est actionné, il impose évidemment à la pompe correspondante et à la roue éolienne qui l'entraine un supplément de charge, ce qui a pour effet qu'une poussée accrue du vent s'exerce alors sur cette roue située latérale- ment à l'axe de pivotement du système et provoque un mouvement d'orientation du support rotatif dans le vent.
Cette partie de l'installation est représentée sché- matiquement sur la figure 3a. En amont de la pièce à T 30 sont disposés dans les conduits de refoulement 28 et 28a les deux pistons-valves obturateurs 45 et 45a, qui peuvent être actionnés sélectivement par la girouette de commande 46 à l'aide du disque oblique 47. Si la girouette 46 s'écarte de sa position médiane normale, dans laquelle les deux pistons- valves 45,45a sont complètement ouverts, et vient occuper la position inclinée-représentée sur le dessin, le tuyau 28 sera étranglé par le piston-valve 45 et, par suite, la roue éolienne de droite 23 sera passagèrement soumise à une charge plus élevée, de sorte que le support rotatif 24 tournera à la suite de la girouette 46 et, par ce moyen, s'orientera de nouveau automatiquement dans le vent conformément aux prescrip- tions.
On peut bien entendu aussi provoquer de la même manière, à l'aide d'un anémomètre 48, le pivotement des roues éoliennes hors du vent lorsque la vitesse du vent devient supérieure à une valeur donnée (tempête). Dans ce but il suffit que l'ané- momètre 48 provoque la rotation du disque oblique 47 par rapport à la girouette 46 d'un angle qui dépend de préférence de la mesure dont la vitesse du vent dépasse la valeur de la charge frontale maximum admissible du vent.