FR2472678A1 - Eolienne a regulation de vitesse par la vitesse meme du vent et dispositif de mise en oeuvre d'une telle eolienne - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE EOLIENNE A REGULATION DE VITESSE PAR LA VITESSE DU VENT ET SON DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE. L'EOLIENNE COMPREND, FIXEES A UN AXE VERTICAL 1 DEUX CROIX 3, 12 SUR LES EXTREMITES DESQUELLES SONT MONTEES, PIVOTANT PAR DES AXES 28, DES AUBES 16, 17, 18, 19 RELIEES PAR DES BIELLETTES 34 A UN CROISILLON LIBRE 32. DES RESSORTS 40 TENDENT A RAPPELER ELASTIQUEMENT LES AUBES EN POSITION OUVERTE ALORS QUE L'ACTION DU VENT 52 TEND A REFERMER LESDITES AUBES 16, 17, 18, 19 D'AUTANT PLUS QU'ELLE EST PLUS ENERGIQUE, PRODUISANT L'AUTO-REGULATION. REFERMEES, LES AUBES 16, 17, 18, 19 N'OFFRENT PLUS AU VENT QUE LEUR SURFACE LATERALE CYLINDRIQUE. LE DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE EST CONSTITUE D'UN PYLONE 60 FORME D'ELEMENTS MODULAIRES 62, 63 RECEVANT DES EOLIENNES 70 COUPLEES A UN GENERATEUR 72. L'INVENTION PEUT SERVIR A LA PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE.

Description

L'invention a pour objet une éolienne du type transformant l'énergie fournie par le vent en énergie utilisable, en particulier électrique, ou encore mécanique, etc... L'invention a également pour objet le dispositif de mise en oeuvre d'une telle éolienne caractérisé par l'emploi d'éléments modulaires d'un pylône support, chaque élément modulaire comportant par exemple une éolienne ou un générateur.

Les éoliennes actuellement connues, à axe horizontal ou vertical, comportent généralement des hélices bipales ou tripales, ou encore, des rotors du type turbine ou à coupelles, ces derniers présentant une certaine ressemblance avec les anémomètres à rotation.

Dans les éoliennes à axe vertical, des dispositifs (queue de girouette, dérive, par exemple) sont prévus destinés à maintenir le plan de rotation des hélices ou rotors perpendiculaire à la direction du vent. De tels dispositifs ne sont pas nécessaires dans les éoliennes à axe horizontal, mais pour les deux types d'éoliennes on doit employer des mécanismes, qui se révèlent le plus souvent compliqués et peu fiables, indispensables pour obtenir unréglage et un contrôle de leur vitesse de rotation en fonction de la vitesse du vent (hélices à pas variable), des systèmes de freinage également très complexes étant prévus, destinés à intervenir par exemple dès qu'un vent particulièrement fort, ou même tempétueux, risque d'emballer l'éolienne et ainsi de l'endommager gravement.

Encore, on remarque que la plupart des éoliennes connues sont de peu d'efficacité par vent faible, c'est-à-dire que, dans ces conditions, l'énergie fournie à partir du vent n'est pratiquement pas utilisable.

Egalement, les éoliennes connues doivent être installées sur des pylônes ou analogues de très grande hauteur pour obtenir un rendement acceptable et leur transformation, par exernple pour augmenter la quantité d'énergie fournie par-py- lône ou analogue, est pratiquement impossible.

L'éolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent et le dispositif de mise en oeuvre d'une telle éolienne conformes à l'invention se proposent de remédier à ces inconvénients de manière simple et efficace en mettant à la disposition des utilisateurs un appareillage particulièrement fiable et par ailleurs peu coûteux.

Selon un mode préféré de réalisation de linvention, l'éolienne proprement dite est à axe vertical, axe recevant deux croix superposées dans l'intervalle desquelles sont montées articulées sur les extrémités de bras de croix quatre aubes présentant leur concavité vers l'axe d'éolienne, chaque aube étant formée de la surface latérale d'un cylindre limitée par deux secteurs circulaires fermant la partie inférieure et la partie supérieure de chaque aube. La portion de surface latérale de chaque aube est telle qu'elle corresponde au quart de la surface latérale de cylindre formé par les quatre aubes lorsque les cordes de chaque secteur d'aube sont perpendiculaires à un diamètre passant par l'axe d'éolienne.A l'intérieur et à la partie inférieure des aubes est monté libre sur l'axe un croisillon à quatre bras égaux, les extrémités de chacun des bras étant reliées par des biellettes de même longueur, biellettes articulées chacune par une de leurs extrémités sur un axe de chaque secteur inférieur d'aube.Sur deux bras opposés du croisillon, entre l'axe d'éolienne et l'axe d'extrémité de biellette du bras correspondant, est placé un attache-ressort destiné à recevoir l'extrémité d'un ressort de rappel accroché par son autre extrémité à un attacheressort placé sur le secteur inférieur de l'aube opposée à celle sur laquelle s'articule l'extrémité de biellette tourillonnant sur l'extrémité de bras de croisillon porteur de 11 attache-ressort. Ces ressorts, d'un tarage approprié, tendent, en exerçant une traction sur le croisillon et, par là, sur les aubes, à faire pivoter lesdites aubes de manière à ce qu'elles offrent la prise la plus importante possible au vent.

Cependant, lorsque le vent s'engouffre dans la concavité d'une aube et glisse sur la convexité de l'aube diamétralement opposée, l'éolienne étant ainsi entralnée en rotation, une résultante se produit, ayant pour effet de faire pivoter chaque aube dans un sens antagoniste de celui de la force de rappel exercée par les ressorts, pivotement tendant à soustraire l'aube à l'action du vent d'autant plus que ladite action du vent est énergique. A la limite, les quatre aubes de l'éolienne seront refermées de manière à ce qu'elles ne présentent plus sensiblement que les surfaces latérales et de secteurs de bases d'un cylindre, l'éolienne se trouvant ainsi, pour un vent de force théorique infinie, entièrement soustraite à l'action d'entrainement en rotation provenant dudit vent.Dans ces conditions, on voit que le choix judicieux de la force de traction des ressorts de rappel permettra d'obtenir une stabilisation automatique de la vitesse de rotation de l'éolienne pour une très large fourchette de forces de vent, l'éolienne se soustrayant d'autant plus à l'action d'entralnement en rotation du vent que la force de ce dernier est grande et, inversement, cédant d'autant plus, dans la fourchette considérée, à l'action d'entrainement en rotation du vent que la force dudit vent est faible.

Conformément à l'invention, le dispositif de mise en oeuvre de l'éolienne sera constitué par un pylône formé de l'empilage d'éléments modulaires de même hauteur, seule la hauteur de l'élément constituant le pied de pylône étant plus importante de manière à permettre la mise hors de portée des parties tournantes constitutives de l'éolienne proprement dite et du générateur, par exemple, électrique, entrainé par ladite éolienne. Dans l'intervalle entre les bases supérieure et inférieure de chaque élément modulaire sera disposé, soit une éolienne, soit un générateur, un accouplement étant prévu entre l'axe d'éolienne ou de générateur d'un élément modulaire et l'axe d'éolienne ou de générateur de l'élément modulaire immédiatement supérieur ou inférieur. Des paliers seront par ailleurs prévus, dans les éléments modulaires, de guidage et de retenue des axes d'éolienne et de générateur. Selon un mode particulier de réalisation conforme à l'invention, on pour ra disposer l'éolienne au-dessus de la base supérieure d'élément modulaire terminal, le générateur se trouvant à l'intérieur, dans la hauteur dudit élément modulaire.

Conformément à l'invention, si l'utilisateur d'une éolienne selon l'invention et du dispositif de mise en oeuvre d'une telle éolienne veut augmenter la puissance recueillie, il pourra augmenter le nombre d'éléments modulaires porteurs chacun d'une éolienne, le générateur disposé par ailleurs dans un des éléments modulaires de pylône étant alors changé pour mettre sa puissance en accord avec celle recueillie par les éoliennes.Selon des particularités de l'invention, des oyes, tels que s4es griffes, pourront être disposés sur l'é lement de base de pylône, destinés à empêcher une éventuelle escalade dudit pylône i de même, des perçages pourront être effectués dans les aubes d'éolienne et/ou les plaques de base d'éléments modulaires, de manière à éviter une éventuelle accumulation d'eaux pluviales ; encore, l'éolienne pourra être constituée de matériaux suffisamment lourds pour que sa rota- tion s'accompagne d'un effet de volant tendant à éliminer les variations de vitesse ou à diminuer l'amplitude de ces variations si, en dépit du caractère auto-régulateur de l'éolienne, de telles variations venaient à se produire, par exemple, du fait d'un mauvais choix de la force des ressorts de rappel d'aubes.

il est encore évident que chaque éolienne pourra comporter un nombre d'aubes autre que quatre, par exemple, trois, six, etc..., les croix, croisillon, biellettes, etc..., étant mis en accord avec ce nombre. On remarque également que du fait de la transmission de l'action de rappel des ressorts par le croisillon et les biellettes, on pourrait ne disposer par éolienne qu'un seul ressort de rappel exerçant son action sur le croisillon, le ou les ressorts de rappel d'une éolienne considérée étant en outre susceptibles de porter un moyen de réglage de leur tension permettant par-là même un réglage de a vitesse de rotation de l"éolienne dans une fourchette de forces de vent donnée.

L'invention sera du reste mieux comprise en se reportant à la description qui va suivre en référence au dessin schématique annexé, donnant, à titre d'exemple et non limitativement, un mode de réalisation d'éolienne et plusieurs dispositifs de mise en oeuvre d'une telle éolienne conformes à l'invention.

La fig. i est une vue en perspective d'une éolienne représentée partiellement brisée pour en faciliter la compréhension.

Les fig. 2, 5, 4 et 5 montrent en vue de dessus la partie inférieure de l'éolienne selon fig. 1 représentée respectivement tout d'abord ouverte puis en cours de fermeture et enfin complètement ferrée.

Les fig. 6, 7 et 8 montrent en perspective des variantes de dispositif de mise en oeuvre de l'éolienne selon fig. 1.

La fig. 9 est une vue en perspective d'un détail d'accouplement d'une éolienne avec une seconde éolienne ou avec un générateur.

Dans les fig. 1 à 5, et plus particulièrement en fig. 1, on voit l'éolienne comportant, sur un axe vertical 1, une croix supérieure 9 formée de deux bras de croix perpendiculaires 4 et 5 assemblés par des vis 7 sur une douille supérieure 6 daxe 1. Une croix inférieure 12 est disposée correspondante à la croix 3, sur la partie inférieure de l'é- olienne, croix formée des bras 13 et 14 perpendiculaires. Aux extrémités des bras 4 et 5 de croix 3 supérieure et 13 et 14 de croix 12 inférieure sont montées, pivotant sur des visaxes 28, des aubes 16, 17, 18 et 19 tournant leur concavité vers l'axe I d'éolienne.

Chaque aube est formée d'une portion 20 de surface latérale de cylindre, lesdites aubes étant limitées à leur partie supérieure par des secteurs 22 et à leur partie inférieure, les aubes 16 et 17, par des secteurs 24 identiques aux secteurs 22, et les aubes 18 et 19, par des secteurs 25 également sensiblement identiques aux secteurs 22, mais comportant chacun, vers l'intérieur de l'aube, un attache-ressort 42.La portion de surface latérale de chaque aube correspond sensiblement au quart de la surface latérale de cylindre formé par les quatre aubes lorsque les cordes de chaque secteur 22, 24 et 25 d'aube sont perpendiculaires à un diamètre passant par l'axe 1 d'éolienne ; seul sera ménagé un jeu de fonce tionnement entre les aretes verticales des aubes, de maniere à ce que, en position refermée desdites aubes, les arëtes d'une aube n'entrent pas en contact avec les arêtes des aubes voisines.A l'intérieur et à la partie inférieure des quatre aubes est monté libre sur l'axe 1 un croisillon 32 à quatre bras d'équerre, chaque extrémité de bras présentant un axe 36 destiné à recevoir l'extrémité d'une biellette 34, biellette articulée par son autre extrémité sur un axe 57 solidaire des secteurs inférieurs 24 ou 25 d'aubes, une rondelle 38 étant interposée entre la biellette et le secteur d'aube considéré pour permettre le rattrapage de l'épaisseur du croisillon ; il est à noter que les quatre biellettes 34 sont de même longueur.Sur deux bras opposés du croisillon 32, entre l'axe 1 d'éolienne et l'axe 36 de biellette, est placé un attache-ressort 41 recevant l'extrémité d'un ressort 40 retenu par son autre extrémité à un attache-ressort 42 placé sur le secteur inférieur 25 d'aubes 18 et 19 entre l'axe 28 d'aube et l'axe 37 de biellette. Le ressort 40 est un ressort de traction à boudin choisi d'une force telle qu'il provoque le rappel des aubes en position ouverte (fig. 2).On remarquera que deux ressorts 40 sont disposés pour une simple raison de symétrie, mais on pourrait tout aussi bien, en 1 'équi- librant, ne disposer qu'un seul ressort 40, ou encore, au lieu du ou des ressorts 40, disposer sur l'axe 1 par exemple un seul ressort d'enroulement retenu par une de ses extrémités audit arbre 1 et par son autre extrémité au croisillon 52, ce dernier ressort tendant à entraîner le croisillon par rapport à l'axe 1 dans un meme sens de rotation que celui adopté sous l'action du vent par l'éolienne.

L'éolienne étant soumise aux intémpéries, on effectue sur les secteurs 22, 24 et 25 d'aubes des perçages 45, au voisinage des axes 28 d'aubes, perçages permettant l'écoule- ment des eaux mode de même, sur les secteurs inférieurs 24 et 25 d'aubes, au voisinage de la jonction de ces secteurs avec la portion de surface latérale de cylindre de chaque aube, on exécute des perçages 49 permettant l'écoulement des eaux. De même encore, des perçages 46 et 48 sont effectués aux memes fins au voisinage des arêtes supérieure et inférieure de portions de surface latérale de cylindre d'aubes.

L'éolienne est entraînée en rotation selon 55 par le vent agissant selon 52 sur la face d'intrados 5n d'aube, ici, d'aube 19, le vent glissant sur l'extrados de l'aube 18 correspondante. L'action du vent selon 52 sur l'aube 19 aura tendance à refermer d'autant plus cette aube selon 54 que la dite force sera grande ; ce faisant, l'intrados 55 sera de plus en plus soustrait à l'action du vent et on obtiendra ainsi une régulation de la vitesse de rotation de l'éolienne.

Le basculement selon 54 de l'aube 19 produit à la fois un armage des ressorts 40 et un basculement équivalent, par l'intermédiaire des biellettes 54 et du croisillon 52, des autres aubes 16, 17 et 18. On voit également que le tarage des res sorts de rappel 40 et leur éventuel réglage de force de rappel permettront de stabiliser la vitesse de rotation de l'éolienne dans une vaste fourchette de forces du vent.

Le dispositif de mise en oeuvre de l'éolienne selon fig.

6 montre un pylône 60 recevant une éolienne 70 montée sur un axe 69. Le pylône est constitué d'éléments modulaires 62, 63 et 64 fixés les uns aux autres, le dernier, 64, constituant le pied 65 de pylône. Chaque élément modulaire comporte une plaque sommitale, respectivement 66, 67 et 68, l'éolienne 70 étant montée au-dessus de la plaque sommitale 66 tandis que sous cette plaque, dans l'élément modulaire 62, est placé le générateur 72, accouplé à l'axe 69 d'éolienne. Des griffes 73 anti-escalade sont placées à la périphérie de la plaque sommitale 68 d'élément modulaire 64 pour éviter l'escalade du pylône.

En fig. 7, le pylône 60 comporte les mêmes éléments constitutifs que celui selon fig. 6, mais ici, deux éoliennes 70 sont disposées accouplées à un méme axe à l'intérieur des éléments modulaires 62, respectivement 65, le générateur 72 étant placé au-dessus de la plaque sommitale 66.

Le pylône 70 représenté en éclaté selon fig. 8 comporte les memes éléments modulaires et les mêmes plaques sommitales que le pylône 60 des fig. 6 et 7 ; cependant, un élément modulaire sommital 76 est ajouté comportant la plaque supérieure 77 et un bouchon 78 de sommet. Dans ce mode de réalisation du dispositif, l'élément modulaire 76 reçoit intérieurement une éolienne 70 couplée avec l'éolienne 70 disposée à l'intérieur de l'élément modulaire 62, elle-même couplée avec le générateur 72 monté dans l'élément modulaire 65.

La fig. 9 montre un détail d'accouplement entre deux éoliennes ou entre une éolienne et un générateur ; dans cette vue, une tête 82 à tenon 84 est montée à l'aide d'une vis 86 sur un axe 80, par exemple d'éolienne, tandis qu'une tête 85 à rainure 85 est montée à l'aide d'une vis 86 sur l'axe 81, par exemple, d'un générateur.

La constitution des pylônes en éléments modulaires permettra de modifier la puissance recueillie par une installation considérée, en ajoutant, par exemple, aux éléments modulaires initiaux, d'autres éléments modulaires comportant chacun une éolienne.

On ne sortira pas du cadre de l'invention quels que soient les systèmes d'accouplement choisis entre éolienne et éolienne ou générateur, de même, quels que soient les paliers d'axe d'éolienne et/ou de générateur adoptés, de même encore, quel que soit le nombre d'aubes d'une éolienne considérée, les croix et croisillon d'éolienne comportant autant de bras, de biellettes, etc... que d'aubes.

Claims (11)

REVENDC A T IONS

1 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent, caractérisée par le fait que son axe est solidaire de deux groupes de bras support correspondants, l'un supérieur, l'autre inférieur, une aube étant disposée articulée parallélement à l'axe d'éolienne, entre les extrémités d'un bras supérieur et du bras inférieur correspondant, chaque aube présentant la forme d'une portion de surface latérale de cylindre de concavité tournée vers l'axe d'éolienne, limitée en haut et en bas par deux secteurs circulaires égaux portant les articulations aux bras, les bras des groupes étant de même répartition angulaire par rapport à l'axe d'éolienne.

2 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent, selon la revendication 1, caractérisée. par le fait que les aubes sont articulées sur les bras d'éolienne de manière à ce qu'en position fermée l'éolienne se présente sous la forme sensiblement d'un cylindre, des moyens élastiques de rappel des aubes en position ouverte étant prévus, les aubes offrant alors un maximum de prise au vent.

5 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent, selon la revendication 2, caractérisée par le fait que plus la pression successive du vent dans l'intrados de chaque aube, entrainant la rotation de l'éolienne, est élevée, plus chaque aube tend à se refermer en armant son moyen élastique de rappel, diminuant sa prise au vent et permettant ainsi l'auto-régulation de la vitesse de rotation de l'éolien- ne pour une large fourchette de vitesses du vent.

4 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse mme du vent, selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les aubes sont couplées entre elles en position, par l'intermédiaire de biellettes les reliant à un croisillon axial monté libre sur l'axe d'éolienne et répartissant la force de rappel élastique des aubes.

5 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les aubes comportent des perforations sur les secteurs circulaires les limitant, perforations destinées à empêcher la stagnation des eaux pluviales.

6 - Eolienne à régulation de vitesse par la vitesse même du vent, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les aubes comportent des perforations sur leur portion de surface latérale de cylindre, perforations destinées à empêcher la stagnation des eaux pluviales.

7 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'éolienne proprement dite est disposée au moins à l'unité, dans un élément modulaire dont une pluralité constitue un pylône.

8 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'éolienne proprement dite est disposée à la partie supérieure de l'élé- ment modulaire sommital de pylône.

9 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'une éolienne est disposée à l'intérieur d'un élément constitutif du pylône.

10 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'au moins un générateur est disposé à l'intérieur d'un élément modulaire constitutif du pylône et couplé à au moins une éolienne.

11 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le générateur est disposé à la partie supérieure de l'élément modulaire sommital de pylône et couplé à au moins une éolienne.

12 - Dispositif de mise en oeuvre d'une éolienne selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'élément modulaire inférieur de pylône comporte des défenses telles que des griffes destinées à s'opposer à son escalade.