<Desc/Clms Page number 1>
CENTRALE A VENT POUR LA PRODUCTION DE FORCE MOTRICE.
Cette invention a trait a une centrale à vent pour la production de force motrice, comportant une série d'aéromoteurs (moteurs à vent) montés dans un bâti porté par une plateforme tournante, de façon à exploiter au de- gré maximum la force du vent, quelles que soient- sa direction et son inten- sité. Dans ce but, la centrale est munie d'un, gouvernail pour orienter auto- matiquement le groupe de rotors à aubes dans une direction dans laquelle ils présentent une superficie utile maximum par rapport à la direction du vent.
Chaque rotor est muni d'un déflecteur pour diriger le courant d'air sur les aubes et pour obtenir ainsi l'effet utile maximum. Ces déflec- teurs sont reliés ensemble cinématiquement et ils sont controlés par un ré- gulateur, lequel, sous l'action du vent, règle l'inclinaison desdits déflec- teurs de façon à varier la lumière utile d'admission des filets fluides dans les rotors correspondant à la vélocité du vent, en vue d'obtenir une vitesse des rotors essentiellement constante, indépendemment de la direction et de l'intensité du vent.,
Tous les rotors sont reliés par une transmission appropriée, de préférence à courroies, à l'appareil utilisateur, qui peut être un généra- teur d'énergie électrique ou une autre machine opératrice.
Afin de rendre la commande automatique des déflecteurs appliqués à chaque rotor aussi sen- sible que possible aux variations, mêmes faibles, de la vélocité du vent et afin d'obtenir un réglage continu et sans sursauts, les déflecteurs de cha- que rotor sont commandés par l'intermédiaire de transmissions flexibles par une surface exposée d'une façon continue à l'action du courant fluide, en antagonisme avec une force variant selon une loi prédéterminée.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins ci- joints qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, la centrale à vent dans son complexe et dans ses détails constructifs principaux.
La figure 1 montre une centrale à vent à deux rotors vue en di- rection transversale par rapport à la direction du vent.
<Desc/Clms Page number 2>
La figure 2 montre la centrale à vent en vue frontale, privée en partie des rotors et de leurs surfaces actives, pour permettre la vi- sion des détails intérieurs.
La figure 3 est une vue en coupe transversale de l'un des rotors et des déflecteurs respectifs.
La figure 4 montre en coupe transversale la partie supérieure d'un rotor;
La figure 5 montre une commande automatique des déflecteurs ap- pliqués à une centrale selon la figure 1.
La figure 6 est une vue du côté droit de la figure 5.
La figure 7 est une vue en plan de la figure 6 limitée, étant donné la symétrie de la machine, à une moitié.
La figure 8 est un détail à plus grande échelle de la figure 5.
La figure 9 est une vue en plan de la figure 8.
La figure 10 montre une variante à quatre rotors.
La figure 11 montre un détail à plus petite échelle de la structure de la plateforme de la centrale montrée à la fig. 10.
Les figures 12 et 13 montrent en élévation et en vue en plan l'attache des montants à la structure de la plateforme.
Les figures 14 et 15 sont, respectivement, une coupe verticale et une vue en plan d'un noeud de la structure de la plateforme.
Les figures 16 et 17 sont une coupe verticale et une vue en plan de l'attache des consoles portant les gourvernails d'orientation.
La figure 18 montre un détail.
La figure 19 montre schématiquement un dispositif de contrôle des déflecteurs selon la variante montrée à la figure 10.
En se référant au dessin, la centrale à vent comporte un bâti à plateforme tournante 11 supporte par une base 13 en béton armé. Le bâ- ti 11 est supporté par un pivot central 10, à la surface inférieure 12 du- quel sont agencés les paliers destinés à supporter les poussées axiales dues au poids du bâti et les poussées.radiales dues à la résistance opposée au vent par le bâti.
La concentration des organes tournantes à la partie 12 permet d'orienter le système par un effort très limité, de manière que l'action du vent sur les gouvernails arrière 4 est suffisante pour obtenir l'orien- tation du système, en évitant ainsi l'emploi de servo-moteurs.
Pour soustraire le pivot 10 et les paliers respectifs aux efforts très élevés de flexion par effet des charges dues au complexe orientable lorsqu'il est frappé par des vents forts, on a prévu à la périphérie de la plateforme une série de rouleaux 8, lesquels, normalement lorsque la force du vent est limitée, sont soulevés dans une faible mesure, de l'ordre de 2-3 mm., du rail de guidage se trouvant au-dessous. A mesure que l'inten-. site du vent augmente par effet des faibles déformations élastiques de la structure 11, les rouleaux viennent en contact avec le rail 9, de manière qu'ils font entrer en action le nouveau système de support à très grand diamètre et, par conséquent, apte à résister à des déséquilibres de charge considérables.
Sur la plateforme 7 est monté un bâti comportant les montants 5 et 15 de support de la structure à treillis 2, 3 supportant les rotors et leurs déflecteurs respectifs, et la cabine 6 à profil aérodynamique, dans laquelle est montée la machine génératrice de l'énergie électrique, par exemple un alternateur ou une dynamo.
<Desc/Clms Page number 3>
A l'exemple représenté, la centrale à vent comporte deux paires de rotors juxtaposés, montés sur deux arbres parallèles 22, 23 déplacés en profondeur et en hauteur par rapport à la direction du vent. Il est cepen- dant clair que la centrale peut être munie d'un nombre différent de rotor.
Les filets fluides sont dirigés et amenés sur les surfaces acti- ves des rotors, qui seront décrites mieux ci-après, par des surfaces cour- bes fixes et mobiles et, en particulier, par des surfaces de l'élément dé- flecteur frontal 18, dont la surface-inférieure 17 envoie la veine fluide sur la partie inférieure du rotor inférieur 16, tandis que sa surface supé- rieure 19 et son appendice respectif 20 envoient la veine fluide immédiate- ment au-dessus contre la partie supérieure du rotor supérieur 21. Les deux rotors reçoivent en outre le courant d'air envoyé par les surfaces mobiles respectivement 14 et 1.
Chaque rotor est, comme il est visible particulièrement à la fig.
3, constitue par une roue à aubes longitudinales, dont le nombre et la con- formation peuvent varier suivant les caractéristiques spécifiques d'emploi.
Selon la réalisation montrée à la fig. 3, qui montre la partie supérieure du rotor supérieur de la centrale représentée aux figures 1 et 2, rotor qui, sauf l'inversion de l'orientation de ses aubes, est égal au rotor inférieur de la même centrale et qui peut être indiqué comme un exemple générique des rotors à employer, en nombre et disposition différents, dans les centrales à vent réalisées d'après l'invention, le rotor possède cinq aubes 24, disposées radialement autour d'un rouleau 25 supporté, à l'aide de rayons 26, sur un moyeu 27 serrant l'arbre sur lequel sont montés les différents rotors, cet- te conformation des parties pouvant être bien entendu modifiée selon des systèmes équivalents.
Le nombre des aubes de chaque rotor peut également être modifié selon les exigences d'emploi. Dans le cours d'expériences pratiques effectu- ées dans des tunnels à vent, on a déterminé que l'effet utile le meilleur et le rendement aérodynamique maximum, entendu dans le sens d'obtenir le rap- port le plus favorable entre l'incrément de la vélocité périphérique et la diminution des résistances passives, s'est manifesté en utilisant des ro- tors comportant trois à cinq aubes.
Selon une forme préférée de réalisation, qui est également le résultat d'essais expérimentaux pratiques, chaque aube présente le profil montré à la figure 4, ce profil pouvant être assimilé à la demi-section, ob- tenue sur le plan passant par son axe plus grand, d'une coquille d'oeuf. - Dans la construction, on prévoit que ces aubes soient réalisées en tôles mé- talliques 28, courbées selon le dit profil et renforcées par des nervures arrière 29 et raidies à leurs bords d'attaque et de sortie et, par des élé- ments longitudinaux, respectivement 30 et 31, en bois ou en tube métallique profila.
L'invention prévoit que les rotors compris dans la centrale à vent en cause présentent une dimension axiale assez élevée par rapport à leur diamètre, dimension qui, pratiquement, peut atteindre quatre fois la valeur dudit diamètre. Afin de raidir les aubes, qui sont ainsi de longueur considérable, on peut convenablement disposer le long du rotor des éléments structuraux discoidaux, bien visibles à la figure 2, le nombre de ces élé- ments dépendant précisément de la longueur du rotor.
La forme spécifique du profil prévu pour les différentes aubes des différents rotors et la combinaison avec la disposition des surfaces d'amenée contribuent également à augmenter le rendement des rotors et de la centrale. A la figure 3, un courant fluide 50, amené par la surface cour- be dorsale de l'appendice 20 du corps déflecteur décrit ci-dessus, frappe la partie ventrale de chaque aube 24 en donnant l'effet utile maximum lors- que le bord d'attaque 51 de ladite aube vient à peine de dépasser le bord de sortie 52 de la surface d'amenée. A ce moment, la veine fluide, en sui- vant la direction imposée par la surface de l'appendice 20, continue sa course à l'intérieur de l'aube, et l'on obtient une poussée plus efficace, en augmentant le rendement total de l'ensemble.
Des essais expérimentaux
<Desc/Clms Page number 4>
au tunnel à vent ont révélé un incrément de 7% par rapport aux rendements obtenus en utilisant des surfaces planes aux parties actives. Le même ef- fet utile se répète également à chaque autre point du même et de tout au- tre rotor à proximité du bord de sortie des surfaces d'amenée fixes ou mo- biles respectives.
Aux figures 5 à 9, on a montré le dispositif automatique de con- trôle des déflecteurs des deux rotors 16 et 21. A l'extrémité avant du dé- flecteur double fixe 18 deux paires de tiges 61 et 62 sont montées tournant autour d'un axe horizontal 60.
Les deux paires de tiges supportent deux aubes 63 et 64 qui re- çoivent la poussée de la veine fluide (par ex. par des rafales) et provo- quent, par leur oscillation, l'action du régulateur comme décrit ci-dessous.
Aux tiges 61 et 62 sont articulées, vers l'extrémité inférieure, deux paires de biellettes 64 et 65. Une paire de ces bielles est articulée à l'autre extrémité à un pivot 66 porté par un chariot comportant deux pla- ques 67, tenues ensemble par de boulons qui fonctionnent aussi comme pivots de rotation pour deux paires de rouleaux 68 supérieurs et inférieurs (figu- res 8 et 9).
D'une façon analogue, l'autre paire de bielles est articulée à un pivot 66' et à un deuxième chariot 67', également muni de rouleaux 68. Les rouleaux 68 des deux chariots tournent sur deux guides rectilignes 69, re- lies entr'eux par un arbre 70 et par un châssis extérieur 71. Sur l'arbre 70 sont montées deux poulies tournantes 72 et 73.
Les dispositifs régulateurs comportent deux surfaces profilées 74, 75, portées par un support 76, 77, articulées autour de pivots 78 et 79, parallèles aux pivots 22 et 23 des rotors 16 et 21, et désaxées par rapport à ces derniers. Des secteurs de poulies à gorge 80a, 80b, 80c, 80d et 81a, 81b sont solidaires à chaque extrémité du rotor des supports 76, 77.
Sur le secteur 80a, situé du côté extérieur, est fixée en 82a l'extrémité d'un câble métallique 83 lequel, en passant sur des poulies de renvoi 84a et 85a et sur le secteur 81a, agencé également du côté exté- rieur, auquel il est fixé à un point 86, se dirige ensuite sur les poulies 87a, 87b, 88, 73, 89, 90a, 84c et est fixé en 82c au secteur 80c.
Un deuxième cable métallique, indiqué par 80', part du pont fi- xe 82b, passe sur deux poulies 84b et 85b, sur le secteur 81b, situé du cô- té intérieur, autour des poulies 87c, 87d, 88, 73, 89, 90b et 84d et s'enrou- le sur le secteur 80, auquel il est fixé en 82d, se dirige ensuite sur la poulie de renvoi 91 et autour du disque à gorge 92, et est fixé à un point fixe 93 du disque. Le disque 92 porte un moyeu 92a, tournant autour d'un axe 93, formé par un support 94.
Une tige 95, dirigée radialement, est solidaire du moyeu 92a. Sur cette tige est monté en coulissant un contrepoids 96, muni de moyens pour sa fixation à une distance variable de l'axe.
La position angulaire de la tige 95 peut varier à partir de la position verticale, où le contrepoids 96 ne fournit aucun moment utile pour la tension du câble 83, vers des positions inclinées, où ce moment croît graduellement et, par conséquent, fait croître l'action de rappel des dé- flecteurs. Les positions angulaires de la tige sont déterminées à l'aide d'un pivot 97 qui s'engage dans des encoches 97a du disque. Ce réglage est effectué de façon à déterminer la vélocité du vent, à laquelle commence le fonctionnement des régulateurs.
La valeur de cette vélocité dépend du type de machine et des conditions locales ; parexemple, on pourra agencer la tige et le contrepoids de façon à ce que le régulateur commence à fonctionner à une vélocité du vent de 12 mètres par seconde.
En effet, à partir de la vélocité de 5 mètres par seconde jusqu'à 12 mètres par seconde, qui a été choisie comme moyenne, le générateur élec-
<Desc/Clms Page number 5>
trique supportedes variations du nombre des tours et de la puissance jus- qu'à environ 100%, tandis qu'au delà de cette limite, lorsque des dégats se produiront au générateur, le régulateur automatique entre en fonction et permet l'exploitation de vélocités du vent supérieures à 12 mètres par seconde.
Sur l'axe 93 est calé un deuxième disque 98 également à gorge, auquel est fixé à un point 99 un câble 100 ' descendant verticalement et auquel est fixée une tige 101 munie d'une tête inférieure 102. Sur la tige 101 sont montés des disques métalliques déplaçables, servant comme contre- poids, subdivisés en des groupes 103a, 103b, 103c, 103d et 103e, situés à des hauteurs différentes dans un récipient tronconique 104. Les disques 104 présentent un poids différent, ce que l'on obtient en faisant varier l'é- paisseur, le poids spécifique de la matière et leur superficie.
Les distances réciproques entre les différents groupes sont cal- culées de manière que la force antagoniste exercée par eux au mouvement du régulateur suive un diagramme se rapprochant le plus possible du diagramme de variation des efforts sur les éléments régulateurs, dus aux résistances aérodynamiques variables qu'ils offrent à leurs différentes positions angu- laires par effet des variations d'incidence.
L'oscillation des bras de support 61 et 62 produit le déplace- ment deschariots 67 et 67' et de l'axé 70, portant lespoulies 72 et 73, de manière que les cables effectuent une course à laquelle correspond la course des régulateurs 74 et 75 jusqu'à la position limite indiquée en poin- tillé à 74', 75'. Cette position correspond à l'intensité de vent maxima et dans cette position la'veine fluide n'a pratiquement plus d'effet nuisible sur les rotors, puisqu'elle est presque complètement déviée du fait que les surfaces 74 et 75 laissent le passage d'air minimum nécessaire pour le fonc- tionnement régulier à la dite vélocité.
L'aube qui, à travers le câble flexible, contrôle les régula- teurs peut comporter des surfaces concaves de forme aérodynamique, agencées de manière qu'elles forment un angle par rapport à la perpendiculaire à la direction du vent, et séparées entr'elles par un passage 'servant pour évi- ter tout tourbillon.
Selon la variante montrée aux figures 10 à 18, la plate-forme comporte une colonne centrale 105, supportée par un grain de crapaudine de la manière usuelle, et par neuf raies 106, chacune de celles-ci comportant une console à treillis fixée à la colonne. Les extrémités des raies sont unies par une couronne 107, à laquelle sont fixés les rouleaux 108 qui, com- me dans le cas '-décrit précédemment, sont écartés,. à l'état de repos ou sous l'action de vents modérés, du rail de guidage 109 fixé sur la surface supé- rieure de la base. Lorsque le vent excède la vélocité prédéterminée, à cause des déformations élastiques inévitables du bâti, les rouleaux 108 s'appuient sur le rail de guidage, évitant ainsi toute surcharge sur le pivot de rota- tion.
Sur la plateforme se dressent les montants 109, fixés à la plate- forme par le joint montré en détail aux figures 12 et 13, et comportant une plaque 110, soudée à l'extrémité inférieure des montants, et qui forme avec la contre-plaque 111 et les boulons 112 l'étrier, dans lequel sont serrés à fond les fers en double T Il), constituant les longerons s'étendant sur la plateforme dans la direction de la queue portant'les gouvernails d'orienta- tion. Des traverses 114 fixées aux raies au moyen de joints spéciaux à man- chon 115, complètent la structure de la plateforme.
Les montants sont reliés entr'eux par les traverses 116 de maniè- re qu'ils forment un bâti rigide, dans lequel sont encastrées les poutres à treillis 117, portant les consoles 118 de support des gourvernails d'orien-. tation 119.
Dans ce but, lesdites consoles, pliées de façon à donner aux gou- vernails l'inclinaison correcte par rapport à l'axe moyen de la queue (figu- res 16, 17) sont enfilées sur les extrémités des platebandes des poutres Il? et fixées rigidement en position à l'aide de couvre-joint.
<Desc/Clms Page number 6>
Sur le bâti sont montés les rotors 120, 121, 122, 123. Les axes des rotors 120, 121 et 122 sont situés sur le même plan incliné par rapport à l'horizontal; les axes des rotors 122 et 123 sont situés sur un plan in- cliné symétrique au premier par rapport à l'horizontal. Il en dérive une disposition en coin des rotors, telle qu'elle offre au courant d'air la su- perficie utile la plus grande possible.
On a trouvé qu'on améliore sensiblement le rendement de la cen- trale, si l'angle formé par le plan incliné contenant les axes des rotors par rapport au plan horizontal est compris entre 30 et 36 .
Devant le rotor d'extrémité est disposé un déflecteur double fixe 124 à profil aérodynamique, lequel dirige, par sa surface inférieure un courant d'air vers les aubes du rotor 122, tandis qu'il dirige, par son dos, un deuxième courant d'air vers les aubes du rotor 121. La dimension maximum en hauteur du déflecteur qui coopère avec chaque rotor, c.a.d. ap- proximativement la moitié de la distance h séparant le bord de sortie 125 de la surface inférieure de la surface supérieure du déflecteur, est appro- ximativement 1/5 du diamètre du rotor. La surface inférieure est avantageu- sement courbée, de façon à diriger les filets fluides contre le ventre des aubes.
Le courant d'air agissant sur chaque rotor est réglé à l'aide de dé- flecteurs mobiles 126, dont la position dépend de la vélocité du vent. Ces déflecteurs sont réglés automatiquement 'au moyen d'aubes ou d'autres élé- ments soumis à l'action du vent, comme par exemple montré à la figure 18.
En se référant à la figure 18, le dispositif de contrôle des dé- flecteurs mobiles est représenté appliqué à une centrale comportant quatre rotors 120, 121, 122 et 123. Les dits rotors présentent un déflecteur mobi- le respectivement 120', 121', 122' et 123' supporté par une structure tour- nant autour d'axes proches des axes des rotors respectifs. Pratiquement les rotors centraux 121 et 122 sont assimilables aux rotors respectivement 21 et 16 de la figure 1, et, d'une façon analogue, les déflecteurs 121' et 122' correspondent aux déflecteurs 1 et 14 de la figure 1.
Tous les déflecteurs sont reliés cinématiquement par des tiges respectivement 128, 129 et 130, de manière que chaque déflecteur est obli- gé de prendre, par rapport à son rotor respectif, une position correspondant à celle prise par tout autre déflecteur par rapport à son rotor.
La commande simultanée des déflecteurs est obtenue à l'aide du déplacement du levier à deux bras 131, 132 pivoté en 133, l'extrémité du bras plus court 132 étant reliée à la tige 128, tandis que l'extrémité'du bras plus long porte un corps 134 présentant une résistance considérable au vent qui le frappe dans la direction 135. Ce système articulé est relié à un point fixe 136 à l'aide d'un ressort 137, qui tend à déplacer tout le système dans la direction opposée au déplacement conféré au même système par le vent frappant le corps 134.
Dans le cas de vents d'intensité limitée, par effet du ressort 137 le corps 134 se maintient dans sa position 134a, laquelle correspond à la position des déflecteurs montrés à la figure 10, dans-laquelle ils pré- sentent leur surface frontale maximum d'arrivée du courant d'air dans les aubes des rotors.
A chaque incrément de la vélocité du vent, la poussée exercée par la veine fluide sur le corps 134 tend à déplacer à l'arrière ce corps en pro- voquant, en opposition au ressort 137, le mouvement du système articulé, de manière que tous les déflecteurs sont amenés simultanément à l'avant, en pro- voquant l'ouverture graduelle d'un canal libre entre les surfaces dorsales des déflecteurs et les surfaces déflectrices des rotors se trouvant à l'ar- rière, et en provoquant en même temps une réduction graduelle de l'arrivée d'air aux aubes des rotors.
Le système régulateur décrit ci-dessus accomplit la fonction tri- ple d'amener le courant fluide sur les surfaces actives des rotors, de ré- duire proportionnellement à la course du vent la quantité de courant fluide amené sur les aubes des rotors et, enfin, de diminuer également en proportion à la force du vent la poussée exercée par ce dernier sur la centrale à vent,
<Desc/Clms Page number 7>
en ouvrant des passages libres à travers le structure.
L'automaticité de cette opération s'obtient grâce à l'incrément de la résistance élastique que le ressort 137 opposé à son allongement, de manière qu'à chaque variation de vélocité du vent correspond une variation proportionnelle de la position des différents déflecteurs par rapport aux rotors respectifs.
La plateforme est munie, du côté opposé au gouvernail, d'un ca- rénage 200, qui, en déviant le courant vers les roues, évite des remous et diminue les résistances passives, en conférant une meilleure stabilité au bâti.
REVENDICATIONS. le Centrale à vent pour la production de force motrice, carac- térisée en ce qu'elle comporte un ou plusieurs rotors à aubes, montés sur un bâti orientable, des moyens étant prévus pour orienter automatiquement le groupe de rotors contre la direction du vent et pour régler l'arrivée des filets fluides aux aubes des rotors en proportion inverse à la vélocité du vent qui frappe le bâti.
2. Centrale à vent comme revendiquée sous 1, caractérisée en ce que l'arrivée des filets fluides aux aubes des rotors est réglée au moyen de déflecteurs mobiles qui sont soumis à l'action du vent et à l'action an- tagoniste d'une force variable selon une loi prédéterminée.
3. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 et 2, caractérisée en ce que les rotors sont agencées avec leurs axes parallèles sur un plan incliné par rapport à l'horizontal de 30 -36 environ.
4. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 3, caractérisée en ce que chaque rotor comporte un corps tournant ayant un tambour central es- sentiellement cylindrique et des aubes qui s'étendent radialement de ce tam- bour.
5. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 4, caractérisée en ce que la section orthogonale des aubes présente une concavité tournée vers le courant fluide qui frappe les aubes.
6. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 5, caractérisée en ce que le profil des aubes est essentiellement égal à une courbe demi-ovale.
7. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 6, caractérisée en ce que la surface des déflecteurs présente à son bord de sortie une in- clinaison dont la tangente coincide essentiellement avec la tangente du bord d'entrée de l'aube du rotor passant devant ledit bord de sortie de la surface déflectrice.
8. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 7, caractérisée en ce que les aubes de chaque rotor sont raidies par des supports d'extrêmité et intermédiaires, par des nervures dorsales et par des éléments transver- saux agencés à leurs bords d'entrée et de sortie.
9. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 8, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure de chaque aube se prolonge par une section cir- culaire faisant partie de la surface du tambour, d'où ces aubes se dirigent radialement.
10. Centrale à vent comme revendiquée sous 1 à 9, caractérisée en ce que la longueur de chaque rotor correspond environ à quatre fois son diamètre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.