WO2012177110A2 - Eolienne a axe vertical, convertible, autoregule, combinant une savonius et une darrieus, a pale escamotable - Google Patents

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Definitions

  • the present patent relates to a new vertical axis turbine configuration shown in FIG. 4 ', this device has important advantages in terms of the operating range in speed as well as in the power output, which are greater than those other vertical axis wind turbines, this device with several advantages, which can be summarized in three points:
  • the self - regulation provided by the transformation device which can be linked to a mechatronic control system, to refine the regulation.
  • the proposed turbine is a transformable variable geometry device combined with a system that ensures this transformation, passing from one configuration to another depending on the air flow rate and external conditions.
  • a turbine is a device for capturing the kinetic energy conveyed by the flows.
  • the present invention generally retains the field of aeraulic and hydraulic turbines for wind and tidal applications, this device allows the transformation of the energy conveyed by a aerodynamic or hydrodynamic flow into exploitable mechanical energy, for driving rotating devices, either for the production of electricity, if it is combined with a generator, or a direct mechanical operation for pumping or training applications in general.
  • This device consists of a rotor (1) movable in rotation about a main axis (2), the rotor is composed of at least two vanes (3), each blade is composed in turn of several blocks of vane (4), having the geometric characteristics of being able to constitute once assembled, an aerodynamic profile (5) as shown in Figure D, the transformation allows a completed faith, the formation of a blade (6) with a compound aerodynamic profile Blading blocks, the shape of each blade in its initial configuration is shown in Figure C.
  • the geometrical shape (5) must be the closest to the aerodynamic profile GOE225, this profile configuration gives a better performance, as last is characterized by the advantage of being able to produce a greater torque (lift, drag), pure a better transformation of the power during the recovery, during the process of transformation.
  • the blading blocks are manufactured in such a way that the weight is distributed one way on the different blading blocks as follows:
  • assembly elements (13) will be used to ensure a mechanical connection with a degree of freedom in plane support mode guided by the groove (18) on the two supports of the structure of the turbine, so in terms of the structure (1).
  • V v the speed of V flow.
  • centrifugal force is equal to:
  • the device is assembled in such a way that the blading represents an inter-axis greater than the radius of the main axis (R), knowing that the center distance is the distance separating the main axis of the turbine , and the fictitious axis of the blade (14) in the open initial position as shown in Figure C.
  • the structure (1) (rotor) on which the bladed and fixed, will be fixed to another fixed bearing structure (stator) which will allow the turbine its fixation and also the drive of the system of use (generator: to produce l electricity, pump or compressor: for pumping or compressing a fluid or simply to drive any mechanical system).
  • the change in the wind speed produces a proportional change in the speed of rotation of the turbine, this change is due to the aerodynamic interactions of the turbine with the wind flow, initially the device is in an initial configuration of the type Savonius, the flow of the wind around the blade produces a drag-type force, the distribution of the force on the surface of the blade exerts a pressure on this surface, this pressure having the same meaning as that of the flow, the turbine starts its cycle of rotation.
  • FIGS E, F, G, H and I show the progress of the transformation process.
  • This device has the advantage of being able to exploit the two forces resulting from the flow, the drag and the lift, through the transformation device which makes it possible to switch between two Savonius or Darrieus configurations, thus combining the advantage of the two configurations, the transformation is done in operation of the speed of the flow, in a first case the turbine is in its default configuration (the Savonius figure J) as the speed of the flow increases, the turbine tends to increase its speed of rotation.
  • the device ensures a transformation of the turbine of a Savonius configuration to a Darrieus figure L, to arrive at the profile of the desired configuration.
  • Figures J, K, L, and M shows the two initial and final configurations of the turbine, in front view and tri-metric view in longitudinal section.
  • figure S represents the characteristic curves of the different wind turbine configurations, this figure allows us to see the interest of the combination of the two Darrieus and Savonius configuration, as well as the complementarity that this combination represents.
  • the Savonius and Darrieus wind turbines have the advantage of being able to exploit very weak winds (from 0.5m / S) that the other configurations can not exploit, and their domain in speed is complete, once the Savonius wind turbine between in the extinction range, the Darrieus resumes the relay and starts in turn, which is shown in Figure O.
  • the device disclosed in the patent represents another advantage over other combined turbine configurations (Fig. P) due to the fact that the transformation process provides continuity in power recovery (Fig.

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Abstract

L'invention consterne un dispositif de transformation de l'énergie cinétique véhiculé par un écoulement aérodynamique ou hydrodynamique, en énergie cinétique exploitable, ce dispositif combine les deux configurations classiques Savonius et Darrieus, le dit dispositif est transformable, à géométrie variable, utilisant un aubage escamotable, et combiné à un système mécanique qui assure cette transformation, en passant d'une configuration à une autre selon la vitesse d'écoulement de l'air et les conditions externes, ce qui fait qu'elle exploite les efforts aérodynamiques de type portance et traînée, qui présentent des complémentarités à plusieurs niveaux.

Description

EOLIENN E A AXE VERTICAL, CONVERTIBLE, AUTOREG U LE, COM BINANT UNE SAVONIUS ET UNE DARRIEUS, A PALE
ESCAMOTABLE
Descriptif du dispositif;
Le présent brevet concerne une nouvelle configuration de turbine à axe vertical présenté sur la figure A', ce dispositif présente d'important avantages du point de vue du domaine de fonctionnement en vitesse ainsi qu'au niveau de la puissance produite, plus importants que celles des autres éoliennes à axe vertical, ce dispositif à plusieurs avantages, qui peuvent être résumés en trois points :
L'auto-adaptation aux conditions externes, liée au fait que ce dispositif change automatiquement de configuration.
L' autorégulation assurée par le dispositif de transformation qui peut être lié a un système de contrôle mécatronique, pour raffiner la régulation.
La continuité dans la production de l'énergie quelque soit le sens de l'écoulement et la vitesse du vent.
Ces avantages sont du au fait qu'elle combine les deux configurations classiques Savonius et Darrieus, ce qui fait qu'elle exploite les efforts aérodynamiques de type portance et traînée, qui présentent des complémentarités à plusieurs niveaux.
La turbine proposée est un dispositif transformable à géométrie variable combiné à un système qui assure cette transformation, en passant d'une configuration à une autre selon la vitesse d'écoulement de l'air et les conditions externes.
Applications :
Production d'énergie électrique, pneumatique, hydraulique, pompage
Une turbine est un dispositif de captation de l'énergie cinétique véhiculé par les écoulements, La présente invention conserve en générale, le domaine des turbines aérauliques et hydrauliques pour des applications éoliennes et hydroliennes, ce dispositif permet la transformation de l'énergie véhiculé par un écoulement aérodynamique ou hydrodynamique en énergie mécanique exploitable, pour entraîner des dispositifs rotatifs, soit pour la production de l'électricité, si elle est combinée à une génératrice, ou une exploitation mécanique directe pour des applications de pompage ou d' entraînement en générale.
Ce dispositif est constitué d'un rotor (1) mobile en rotation autour d'un axe principal (2), le rotor est composé d'au moins deux aubes (3), chaque aube est composé à son tour de plusieurs blocs d'aubage (4), ayant la caractéristiques géométrique de pouvoir constituer une fois assembler, un profil aérodynamiques (5) comme présenté sur la figure D, la transformation permet une foi achevé, la formation d'une pale (6) avec un profil aérodynamique composé des blocs d'aubage, la forme de chaque aube dans sa configuration initiale est présenté dans la figure C.
La forme géométrique (5) doit être la plus proche au profil aérodynamique GOE225, cette configuration de profil donne un meilleur rendement, vue que se dernier se caractérise par l'avantage de pouvoir produire un couple (portance ; traînée) plus important, pur assurer une meilleur transformation de la puissance lors de la récupération, durant le processus de transformation.
Les blocs d'aubage sont fabriqué d'une tel façon a se que le poids se distribue d'une façon sur les différents blocs d'aubage comme de suite :
mBa i < mBa i- 1
7-1
et : mBa j < ^ mBa y
i
Pour que l'effort centrifuge génère un déplacement successif des blocs d'aubages, en fonction de la vitesse de rotation.
Un système permettant la fixation du bloc d'aubage 6 par liaison de type encastrement sur la structure (1), pour évité son déplacement par rapport a la structure.
Sur Les blocs d'aubages 1, 2, 3, 4 et 5, des éléments d'assemblage (13) seront utilisé pour permettre d'assurer une liaison mécanique avec un degré de liberté en mode appuis plan guidé par la rainure (18) sur les deux supports de la structure de la turbine, donc sur le plan de la structure (1).
La liberté de déplacement des aubages (des blocs d'aubages par rapport à la structure (1)) sera conditionnée par un système d'attache élastique (19) (ressort, fil élastique, ...) qui permet d'attaché l'extrémité du bloc d'aubage 1 à un point (20) de la structure (1), ce système d'attache élastique doit être caractérisé par une raideur spécifique, égale au rapport de l'effort centrifuge minimum à partir du quel la transformation doit se déclenché et de la déflexion résultante.
1^ ^centrifuge min
x
^centrifuge — Tïl Cù R
Sachant que : R■ rayon, distance séparant le point (20)de l'axe principal E 'centrifuge ■ ' Rendement de la turbine
m: la masse de l'aubage (des deux semi
— aubes et des axes de l'aubage)
Et la vitesse de rotation est égale à :
ϋ
Sachant que :
ω■ la vitesse de rotation
ϋ · Rendement de la turbine
Vv: la vitesse de V écoulement.
Et la force centrifuge est égale à :
k = m—
R x
Et vue que la masse des blocs mobil variera durant la transformation :
j
mTj = mBa j
1
En peut déduire que la raideur durant les différent processus de transformation
Et au fure et à mesure que le processus de transformation avance le point (21) - qui représente l'extrémité bord de fuite du bloc d'aubage 1 se déplace sur la rainure de forme circulaire (cercle base de la rainure (22)). Donc la valeur de R sera variable :
R =
sin2 Θ— cos2 Θ
Avec : 6: un angle qui varie entre (π et -)
Le dispositif est assemblé, d'une façon à ce que l'aubage représente un entre-axe supérieur au rayon de l'axe principale (R), sachant que l'entre-axe est la distance séparant l'axe principale de la turbine, et l'axe fictif de l'aubage (14) en position initiale ouverte comme présenté sur la figure C.
La structure (1) (rotor) sur laquelle l'aubage et solidaire, sera fixé à une autre structure porteuse fixe (stator) qui permettra à la turbine sa fixation et aussi l'entraînement du système d'utilisation (génératrice : pour produire l'électricité, pompe ou compresseur : pour le pompage ou la compression d'un fluide ou tout simplement pour entraîner un système mécanique quelconque).
Le changement de la vitesse du vent produit un changement proportionnel de la vitesse de rotation de la turbine, ce changement est dû aux interactions aérodynamiques de la turbine avec l'écoulement du vent, dans un premier temps le dispositif est dans une configuration initiale de type Savonius, l'écoulement du vent autour de l'aube produit un effort de type traînée, la distribution de l'effort sur la surface de l'aube exerce une pression sur cette surface, cette pression ayant le même sens que celui de l'écoulement, la turbine commence son cycle de rotation.
Au fure et à mesure que l'écoulement est plus important (la vitesse du vent augmente), la vitesse de rotation augmente aussi, un effort centrifuge est exercé sur le bloc d'aubage, due au changement au niveau du pois de ces dernier.
Une fois l'effort centrifuge deviens plus important que la raideur de l'élément d'attache (19), il entraine un déplacement successif des éléments d'aubage sur la rainure guide (18), jusqu'à ce que tous les éléments de rejoigne, et les blocs d'aubage 6 freine le déplacement des autres blocs.
Les figures E, F, G, H et I montre le déroulement du procédé de transformation.
Ce dispositif à l'avantage de pouvoir exploité les deux efforts résultants de l'écoulement, la traîné et la portance, à travers le dispositif de transformation qui permet de basculer entre deux configurations Savonius ou Darrieus, donc de combinée les avantage des deux configuration, la transformation se fait en fonctionnement de la vitesse de l'écoulement, dans un premier cas la turbine se trouve dans sa configuration par défaut (la Savonius figure J) au fur-et-à-mesure que la vitesse de l'écoulement augmente, la turbine à tendance d'augmenté sa vitesse de rotation.
et avec l'augmentation de la vitesse de rotation, le dispositif assure une transformation de la turbine d'une configuration Savonius à une Darrieus figure L, pour aboutir au profil de la configuration recherchée.
Les figures J, K, L, et M montre les deux configurations initiale et final de la turbine, en vue frontale et vue tri-métrique en coupe longitudinale.
Après étude des dispositions et configurations des éoliennes, on peut constater que les configurations Savonius et Darrieus représentent des complémentarités au niveau du domaine de fonctionnement et aussi au niveau de la puissance récupérée, la figure S représentes les courbes caractéristiques des différentes configurations de turbine éoliennes, cette figure nous permet de voir l'intérêt de la combinaison des deux configuration Darrieus et Savonius, ainsi que la complémentarité que représente cette combinaison.
Les éolienne Savonius et Darrieus ont l'avantage de pouvoir exploité des vents très faibles (a partir de 0,5m/S) que les autres configurations ne peuvent pas exploiter, et leurs domaine en vitesse se complète, une fois l'éolienne Savonius entre dans le domaine d'extinction, la Darrieus reprend le relais et démarre a son tour se qui est présenté sur la figure O.
Donc l'avantage le plus important des turbines combinées (figure P)est au niveau du domaine de fonctionnement en vitesse, qui est plus large par rapport aux autres configurations.
Le dispositif présenté dans se brevet représente un autre avantage par rapport aux autres configurations de turbine combinées (figure P), du au fait que le processus de transformation assure une continuité au niveau de la récupération de la puissance (figure
Q).

Claims

Revendications :
1. Dispositif de transformation d'écoulement de fluide (gazeux ou liquide), composé d'aubage transformable, par un processus d'escamotage de l'aubage, exploitant les deux efforts aérodynamiques portance et traînée, contrôlé par un système exploitant l'effort centrifuge comme acteur de la transformation.
2. Dispositif selon la revendication (1), exploitant un système de guidage des aubes par rainure.
3. Dispositif selon les revendications (1) et /ou (2), avec un processus de transformation rotatif. D'un aubage composé et escamotable.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, exploitant un système d'attache comme système de rappel et de régulation.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la configuration géométrique présenté dans le descriptif, caractérisé par un aubage en matériau composite, plastique, ferrique ou autre matériau offrant des caractéristiques similaires à ceux décrit précédemment.
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