WO2013014376A1 - Turbine hydraulique a trainee en bout d'aile reduite - Google Patents

Turbine hydraulique a trainee en bout d'aile reduite Download PDF

Info

Publication number
WO2013014376A1
WO2013014376A1 PCT/FR2012/051726 FR2012051726W WO2013014376A1 WO 2013014376 A1 WO2013014376 A1 WO 2013014376A1 FR 2012051726 W FR2012051726 W FR 2012051726W WO 2013014376 A1 WO2013014376 A1 WO 2013014376A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
turbine according
blades
turbine
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2012/051726
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Luc Achard
Thomas Jaquier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HYDROQUEST
Electricite de France SA
Original Assignee
HYDROQUEST
Electricite de France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HYDROQUEST, Electricite de France SA filed Critical HYDROQUEST
Publication of WO2013014376A1 publication Critical patent/WO2013014376A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/063—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301—Cross-section characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic turbomachine, or tidal turbine, transverse flow consisting of at least one column of stacked turbines, each turbine being moved by lift forces exerted on the blades.
  • TFTMP transverse flow turbines driven by lift forces
  • Each type of turbomachine is distinguished first, by the nature of the TFTMP it comprises (geometry and number of blades, nature and number of links connecting each blade to the axis of rotation).
  • the TFTMPs described in the above patent applications comprise blades in the form of free-flying V-shaped wings whose spire can vary between -45 ° and 45 ° and whose section perpendicular to the axis of rotation has the shape of any wing profile (biconvex symmetrical or asymmetrical hollow, or double curvature).
  • Each blade is connected at its central portion to the drive shaft by a rigid arm itself profiled so as to reduce the drag forces exerted thereon.
  • FIG. 1A, 1B and 1C are respectively perspective views of three classic examples of turbomachinery as described in detail in patent applications above- ⁇ tioned.
  • FIG. 1A represents a single column tower consisting of a stack of "chassis-turbine” modules.
  • FIG. 1B represents a single column tower constituted by a stack of "chassis-turbine” modules, the lateral structures of the chassis being constituted by fairings.
  • FIG. 1C represents a tower with twin columns consisting of a stack of "chassis-turbine” modules, the lateral structures of the chassis being constituted by fairings and the median structure consisting of a bow partially masking the winding up of the two turbines counter-rotating as well as an empennage.
  • turbomachines may differ in the number of elementary turbines they comprise, their holding structure, the possible presence of fairings and the type of connection with the electric generators or generatrices.
  • These turbomachines consist of one or two stacks juxta ⁇ posed modules "chassis-turbines", each module comprising:
  • a chassis 1 ensuring the rigidity of the assembly possibly comprising, in addition to lateral retaining structures, fairings,
  • Figures 2A, 2B and 2C are perspective views of three examples of TFTMP turbine in which each blade adopts on both sides of the arm a flying wing shape.
  • the lift forces that develop on each blade are the source of a motor torque that is transmitted via the arm on the shaft.
  • the drive shaft transmits the rotational movement either to a single generator associated with each column, or to a generator associated with each turbine.
  • drag forces brake the blades.
  • the increase in the performance of TFTMP turbines passes, on the one hand, by a search for the increase of the lift forces on the blades, by varying the nature of the profiles and the optimization, or even the enslavement , for example their wedging angle, and on the other hand by reducing the drag forces on the blades and the connecting elements to the shaft.
  • the reduction of drag forces relieves the foundation system of the turbomachine as a whole.
  • the drag forces on a TFTMP blade can be broken down into several categories, including induced drag at the end of the blade. This drag force results from the pressure difference that exists between the intrados (overpressure zone) and the extrados (so-called vacuum suction zone). Structures whirling dissipative ners called vortices or Tourbil ⁇ lons of the blade tip (wing for planes) engage at the blade tip and their axis is parallel to the current incident.
  • a solution for reducing the intensity of the blade tip drag is to provide fins or blade tips.
  • the blades of an axial machine often have a rope that grows radially closer to the housing to reduce the pressure difference at their end.
  • the rope of a TFTMP gains to remain substantially constant along the axis so as to avoid axial secondary flows which would lower its performances. Indeed, the incident flux on a TFTMP remains substantially uniform along its axis if the geometric obstruction that opposes the blades to the incident current is also.
  • an object of embodiments of the present invention is to limit the performance drop resulting from end-of-wing drag forces in a TFTMP delimited by upper and lower trays.
  • Another object of embodiments of the present invention is to reduce game-related cavitation phenomena between wingtips and upper and lower trays.
  • an embodiment of the present invention provides a transverse flow turbine driven by lift forces, TFTMP, integral with a shaft disposed between two plates connected by a frame, the turbine comprising profiled blades each of which is connected to the shaft by at least one arm, each blade being terminated by a flared portion in which the thickness, e, of the profile of the blade increases, its rope, c, remaining substantially constant, said flared portion extending over 5 to 10% (L ev ) of the length (L) of a half-blade.
  • the thickness, e, of the profile of the blade increases to a value e max at least 15% greater than e, with 0.12c ⁇ e ⁇ 0.25c and e max less than 0.35c.
  • the flared portion ends with a curved portion at a time along the mean line of the profile and along a line perpen ⁇ dicular thereto.
  • the curved portion consists of an insert attached to the end of each blade, this part being made of an elastic and deformable material.
  • the leading edge line is concave and the convex edge edge line on an end zone of the blade extending over at most 50% of the blade. span of a half-blade, the curvature of the blade being such that the resulting angle that forms the tangent to the line of the leading edge at its end with the plane of the trays is between 30 ° and 70 °.
  • the length of the arms is between one fifth and ten times the length of a half-blade.
  • the ends of the blades corresponding at least to the flaring zone are recessed.
  • the recesses in the blades are filled with a lighter material than the blade material.
  • the recesses, on the side of the end of the blades are plugged by a member constituting a flared portion and a domed end portion.
  • the flared ends of the blades are interconnected by a ring.
  • An embodiment of the present invention provides a turbomachine comprising a stack of turbines such as above.
  • Figures 1A, 1B and 1C are perspective views of three examples of turbine engine which may be app ⁇ c embodiments of the present invention
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are perspective views of three examples of TFTMP turbines to which embodiments of the present invention may be applied;
  • FIG. 3A is a perspective view of a right half-blade according to an embodiment of the present invention and FIG. 3B is a front view of the same right blade inserted between an upper plate and a lower plate;
  • Figures 4A and 4B illustrate a variant of the blade of Figures 3A and 3B;
  • FIGS. 5A and 5B illustrate another embodiment of blade
  • Figs. 6A and 6B illustrate another embodiment of blade
  • Figs. 7A and 7B illustrate another embodiment of blade
  • FIGS. 8A and 8B are a perspective view and a detailed view of a turbine component according to a mode realized ⁇ of the present invention.
  • Figure 9 is a perspective view of a turbine element according to an embodiment of the present invention. detailed description
  • FIG 3A is a perspective view of a right half-blade 10 mounted on an arm 11, modified with respect to the conventional right blade shown in Figure 2C.
  • the half-blade 10 has a flying wing aerodynamic profile defined in section by a rope c and a thickness e.
  • this half-blade is flared, that is to say that its profile is modified so that its rope remains substantially constant and its thickness increases to reach a value e max at least 15% greater than e.
  • a wing profile is generally designed with a relationship between thickness, e, and rope, c, such that:
  • the maximum thickness of the flare is not greater than a maximum of the order of 0.35c.
  • 3B is the front view of the right blade 10 inserted between an upper plate 2 and a lower plate 3. It will be recalled that although these trays are not repre sented ⁇ throughout the figures, they are always present in the turbines considered here.
  • Figs. 4A and 4B are representations of a blade 20 bonded to a shaft 21 similar to the representations of Figs. 3A and 3B.
  • 4A and 4B illustrate a perfection ⁇ ment that, in addition to the flaring blade tip, the blade tip instead of being cut straight, orthogonally to the axis of the blade, comprises a bending or salmon 22.
  • Such bending may be machined at the end of the blade or may consist of a reported salmon which may advantageously be made of elastic material and deformable, for example polymer. Experiments and simulations carried out by the inventors have shown that this arrangement further reduces vortices at the end of the blade and thus reduces the trailing edge component by more than 20%.
  • FIG. 5A is a perspective view of an alternative embodiment of blade.
  • thinning is observed from the median plane up to 90% of the height of the half-blade for the inverted arrow blade and a thickening from the median plane of the height of the half-blade for the positive deflection blade.
  • a common goal is aimed at the flow on the remaining part of the blade protected from the end effects by the final thickening: one seeks to deflect the current lines on the extrados of the blade of the flow incident, perpendicular to the trailing edge. The lift is increased.
  • FIGS. 7A and 7B are perspective views of two exemplary embodiments of blade tip recesses of a TFTMP, these recesses being able to be filled with a lighter material and / or closed by the salmon described previously or by Salmon set + flared end shown in Figure 7A.
  • the blade 50 mounted on an arm 51 comprises a hollow main body 53 fitted into a projection 54 integral with the arm 51.
  • the assembly of the flared portion 55 and of the curved portion 56 consists of a single piece that fits at the end of the body 53 opposite the arm 51.
  • the blade 60 mounted on an arm 61 comprises a hollow portion 63 towards its end and flares on its end portion L ev .
  • a salmon is mounted at the ends of the blade to form the aforementioned curved portion.
  • Fig. 8A is a perspective view of a straight-blade TFTMP and Fig. 8B is an enlarged view of a blade end portion of the structure of Fig. 8A.
  • the moth-eaten Extremists ⁇ expanded (widened) 71 of each blade 70 are used to hold a ring 73 which connects the ends of the blades.
  • Each ring has a substantially elliptical section, the large diameter of the ellipse being substantially in the plane of connection between the flared portion and the salmon. In this example, it is close to 0.7 times the thickness of the end-of-blade profile. Its manufacture can be considered in one piece with all the salmon and then be reported on the ends of the blades.
  • the rings 73 are more particularly adapted to operation in a liquid stream (river, river, tidal stream, ocean currents) for which the hydrodynamic drag forces (oriented during a turbine revolution sometimes inwards, sometimes to the outside) of comparable intensity combine or oppose with centrifugal forces (centrifugal forces always oriented outwards).
  • the bending effects due to these forces are reduced and thus the fatigue effects along the span of the blades and in particular at the arm-blade connection are reduced.
  • FIG. 9 is a view of an exemplary embodiment of a straight-blade TFTMP 80 with an end-of-blade cant in which the height referred to the diameter (relative height) is 1.5.
  • the blades are connected by arms 81 to a shaft 82.
  • a traction line (cable, rope, chain, profile, or other) anti-bending connects the end of each blade to the drive shaft. This makes it possible to fight against centrifugal forces when they are particularly important and moreover preponderant with respect to drag forces. This situation is generally encountered in operation under an air flow (wind operation).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

L'invention concerneune turbine à flux transverse mue par des forces de portance, TFTMP, solidaire d'un arbre disposé entre deux plateaux liés par un châssis, cette turbine comprenant des pales profilées dont chacune est reliée à l'arbre par au moins un bras,chaque pale étant terminée par une partie évasée dans laquelle l'épaisseur, e, du profil de la pale croît, sa corde, c, restant sensiblement constante, ladite partie évasée s'étendant sur 5 à 10% (Lev) de la longueur (L) d'une demi-pale.

Description

TURBINE HYDRAULIQUE A TRAINEE EN BOUT D 'AILE REDUITE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne une turbomachine hydraulique, ou hydrolienne, à flux transverse constituée d'au moins une colonne de turbines empilées, chaque turbine étant mue par des forces de portance exercées sur les pales.
Exposé de 1 ' art antérieur
La demanderesse a déposé un ensemble de demandes de brevet sur des turbomachines hydrauliques fondées sur des turbines à flux transverse mues par des forces de portance, dites TFTMP ci-après, parmi lesquelles on peut mentionner la demande de brevet PCT/FR2008/051917 déposée le 23 octobre 2008 (B8450) et la demande de brevet français 10/59859 (B10341) .
Chaque type de turbomachine se distingue d' abord, par la nature des TFTMP qu'elle comporte (géométrie et nombre des pales, nature et nombre des liaisons reliant chaque pale à l'axe de rotation) . Ainsi les TFTMP décrites dans les demandes de brevet ci-dessus comprennent des pales en forme d'ailes volantes en V à extrémité libre dont la flèche peut varier entre - 45° et 45° et dont la section perpendiculaire à l'axe de rotation a la forme d'un profil d'aile quelconque (biconvexe symétrique ou dissymétrique, creux, ou à double courbure) . Chaque pale est reliée au niveau de sa portion centrale à l'arbre d'entraînement par un bras rigide lui-même profilé de façon à réduire les forces de traînée qui s'y exercent.
Les figures 1A, 1B et 1C sont respectivement des vues en perspective de trois exemples classiques de turbomachines tels que décrits en détail dans les demandes de brevet susmen¬ tionnées .
La figure 1A représente une tour à colonne unique constituée d'un empilement de modules "châssis-turbine".
La figure 1B représente une tour à colonne unique constituée d'un empilement de modules "châssis-turbine", les structures latérales du châssis étant constituées de carénages.
La figure 1C représente une tour à colonnes jumelles constituée d'un empilement de modules "châssis-turbine", les structures latérales du châssis étant constituées de carénages et la structure médiane étant constituée d'une étrave masquant partiellement la remontée au courant des deux turbines contra- rotatives ainsi que d'un empennage.
Ces turbomachines peuvent différer par le nombre de turbines élémentaires qu'elles comprennent, par leur structure de maintien, par la présence éventuelle de carénages et par le type de connexion avec la ou les génératrices électriques. Ces turbomachines sont constituées d'un ou deux empilements juxta¬ posés de modules "châssis-turbines", chaque module comprenant :
- un châssis 1 assurant la rigidité de l'ensemble comprenant éventuellement, outre des structures latérales de maintien, des carénages,
- un plateau supérieur 2 et un plateau inférieur 3 liés au châssis et traversés par un arbre d'entraînement propre à une turbine ou à un empilement, et
- une turbine TFTMP 5 insérée entre les deux plateaux
2 et 3.
Les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en perspective de trois exemples de turbine TFTMP dans laquelle chaque pale adopte de part et d'autre du bras une forme d'aile volante.
La figure 2A représente une turbine avec pales en flèche positive (ou en arrière) de valeur φ = 30°. La figure 2B représente une turbine avec pales en flèche inversée (ou en avant) de valeur φ = -30°.
La figure 2C représente une turbine avec pales droites de flèche nulle (φ = 0) .
Dans toutes les TFTMP, les forces de portance qui se développent sur chaque pale sont à l'origine d'un couple moteur qui se transmet via le bras sur l'arbre. L'arbre d'entraînement transmet le mouvement de rotation soit à une génératrice unique associée à chaque colonne, soit à une génératrice associée à chaque turbine. En revanche, les forces de traînée freinent les pales. De façon générale, l'accroissement des performances des turbines TFTMP passe, d'une part, par une recherche de l'augmentation des forces de portance sur les pales, en jouant sur la nature des profils et l'optimisation, voire l'asservissement, de leur angle de calage par exemple, et, d'autre part, par la réduction des forces de traînée sur les pales et les éléments de liaison à l'arbre. De surcroît, la réduction des forces de traînée permet de soulager le système de fondation de la turbomachine dans son ensemble.
Globalement, on peut décomposer les forces de traînée sur une pale d'une TFTMP en plusieurs catégories parmi lesquelles la traînée induite qui se manifeste en bout de pale. Cette force de traînée résulte de l'écart de pression qui existe entre l'intrados (zone de surpression) et l'extrados (zone de dépression dite aussi de succion) . Des structures tourbillon- naires dissipatives appelées tourbillons marginaux ou tourbil¬ lons de bout de pale (d'aile pour les avions) s'accrochent en bout de pale et leur axe est parallèle au courant incident.
Dans le domaine des ailes d'avion et des turbines à flux axial, une solution pour réduire l'intensité de la traînée de bout de pale consiste à prévoir des ailerons ou penne de bout de pale (winglets en anglais) .
En ce qui concerne les turbomachines à flux axial confinées dans un carter (turbines, propulseurs carénés ou pompes) , des études se sont portées sur les écoulements dans la zone de jeu entre les pales ou les aubes du rotor et le carter, d'où s'échappe un tourbillon de fuite. Des remèdes pour réduire ces phénomènes ont été proposés. Ils impliquent essentiellement la géométrie du jeu et la forme du bout des pales.
Ces remèdes ne peuvent être directement transposés à des TFTMP confinées axialement à cause de plusieurs caractéris¬ tiques qui les distinguent des machines axiales (et des ailes d'avion), notamment pour les raisons suivantes.
(i) Pour une machine axiale, l'incidence d'une aube ne varie pas. Par contre, l'incidence d'une pale de TFTMP varie tout au long d'une révolution, si bien qu'une face de pale d'une TFTMP qui, dans la région amont, se trouve être en surpression (respectivement en dépression) se trouve aussitôt placée en région aval en dépression (respectivement en surpression) . En d'autres termes, on ne peut définir de façon permanente un intrados et un extrados.
(ii) Les pales d'une machine axiale ont souvent une corde qui croît radialement en se rapprochant du carter afin de réduire l'écart de pression à leur extrémité. La corde d'une TFTMP gagne en revanche à rester sensiblement constante le long de l'axe de façon à éviter des écoulements secondaires axiaux qui abaisseraient ses performances. En effet le flux incident sur une TFTMP demeure sensiblement uniforme suivant son axe si l'obstruction géométrique qu'opposent les pales au courant incident l'est également.
(iii) Les effets de centrifugation du fluide vers le carter, que l'on observe pour une machine axiale carénée, n'ont pas de correspondant vers les plateaux pour une TFTMP.
Il existe donc un besoin de solutions pour réduire la traînée de fuite dans une turbine à flux transverse mue par des forces de portance (TFTMP) .
Résumé
Ainsi, un objet de modes de réalisation de la présente invention est de limiter la chute de performances résultant des forces de traînée de bout d'aile dans une TFTMP délimitée par des plateaux supérieur et inférieur. Un autre objet de modes de réalisation de la présente invention est de réduire les phénomènes de cavitation liés au jeu entre les bouts d'aile et les plateaux supérieur et inférieur .
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une turbine à flux transverse mue par des forces de portance, TFTMP, solidaire d'un arbre disposé entre deux plateaux liés par un châssis, cette turbine comprenant des pales profilées dont chacune est reliée à l'arbre par au moins un bras, chaque pale étant terminée par une partie évasée dans laquelle l'épaisseur, e, du profil de la pale croît, sa corde, c, restant sensiblement constante, ladite partie évasée s 'étendant sur 5 à 10 % (Lev) de la longueur (L) d'une demi-pale.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'épaisseur, e, du profil de la pale croît jusqu'à une valeur emax supérieure d'au moins 15 % à e, avec 0,12c < e < 0,25c et emax inférieur à 0,35c.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie évasée se termine par une partie bombée à la fois suivant la ligne moyenne du profil et suivant une ligne perpen¬ diculaire à celle-ci.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie bombée est constituée d'une pièce rapportée fixée à l'extrémité de chaque pale, cette pièce étant réalisée en une matière élastique et déformable.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, pour chaque pale, la ligne de bord d'attaque est concave et la ligne de bord de fuite convexe sur une zone en extrémité de la pale s'étendant sur 50% au plus de l'envergure d'une demi-pale, la courbure de la pale étant telle que l'angle résultant a que forme la tangente à la ligne du bord d' attaque à son extrémité avec le plan des plateaux est compris entre 30° et 70°.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la longueur des bras est comprise entre le cinquième et dix fois la longueur d'une demi-pale. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les extrémités des pales correspondant au moins à la zone d'évasement sont évidées.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les évidements dans les pales sont remplis d'un matériau plus léger que le matériau des pales.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les évidements, du côté de l'extrémité des pales sont bouchés par un élément constituant une partie évasée et une partie bombée d'extrémité.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les extrémités évasées des pales sont reliées entre elles par un anneau .
Un mode de réalisation de la présente invention prévoit une turbomachine comprenant un empilement de turbines telles que ci-dessus.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
les figures 1A, 1B et 1C sont des vues en perspective de trois exemples de turbomachine auxquels pourront être appli¬ qués des modes de réalisation de la présente invention ;
les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en perspective de trois exemples de turbines TFTMP auxquels pourront être appliqués des modes de réalisation de la présente invention ;
la figure 3A est une vue en perspective d'une demi- pale droite selon un mode de réalisation de la présente inven- tion et la figure 3B est une vue de face de la même pale droite insérée entre un plateau supérieur et un plateau inférieur ;
les figures 4A et 4B illustrent une variante de la pale des figures 3A et 3B ;
les figures 5A et 5B illustrent un autre mode de réalisation de pale ; les figures 6A et 6B illustrent un autre mode de réalisation de pale ;
les figures 7A et 7B illustrent un autre mode de réalisation de pale ;
les figures 8A et 8B sont une vue perspective et une vue de détail d'un élément de turbine selon un mode de réalisa¬ tion de la présente invention ; et
la figure 9 est une vue perspective d'un élément de turbine selon un mode de réalisation de la présente invention. Description détaillée
La figure 3A est une vue en perspective d'une demi- pale droite 10 montée sur un bras 11, modifiée par rapport à la pale droite classique représentée en figure 2C. La demi-pale 10 a un profil aérodynamique d'aile volante défini en section par une corde c et une épaisseur e. Du côté de son extrémité, sur une longueur Lev, cette demi-pale est évasée, c'est-à-dire que son profil est modifié de sorte que sa corde reste sensiblement constante et que son épaisseur augmente pour atteindre une valeur emax supérieure d'au moins 15 % à e.
En pratique, pour des raisons d' aérodynamisme et de rigidité, un profil d'aile est généralement conçu avec une relation entre épaisseur, e, et corde, c, telle que :
0,12c < e < 0,25c.
Il convient également, pour ne pas réduire excessivement la portance et pour limiter la traînée régulière, que l'épaisseur au maximum de l'évasement ne soit pas supérieure à un maximum de l'ordre de 0,35c.
Des expériences et des simulations menées par les in¬ venteurs ont montré qu'avec une telle disposition, l'écoulement secondaire en bout de pale est réduit. De plus, la cavitation dans la zone de jeu entre l'extrémité de la pale et le plateau voisin diminue. On notera que, si la portance se trouve réduite en bout de pale du fait de cet évasement, elle se trouve en revanche augmentée sur le reste de la pale puisque la partie de la composante tangentielle produite par l'écoulement secondaire a diminué . La figure 3B est la vue de face de la même pale droite 10 insérée entre un plateau supérieur 2 et un plateau inférieur 3. On rappellera que, même si ces plateaux ne sont pas repré¬ sentés dans toutes les figures, ils sont toujours présents dans les turbines considérées ici.
Les figures 4A et 4B sont des représentations d'une pale 20 liée à un arbre 21 similaire aux représentations des figures 3A et 3B. Les figures 4A et 4B illustrent un perfection¬ nement selon lequel, en plus de l'évasement en bout de pale, ce bout de pale au lieu d'être coupé droit, orthogonalement à l'axe de la pale, comporte un bombage ou saumon 22. Un tel bombage peut être usiné en bout de pale ou peut être constitué d'un saumon rapporté qui pourra être avantageusement réalisé en matière élastique et déformable, par exemple en polymère. Des expériences et simulations effectuées par les inventeurs ont montré que cette disposition réduit encore les tourbillons en bout de pale et réduit donc la composante de traînée de fuite de plus de 20 %.
La figure 5A est une vue en perspective d'une variante de réalisation de pale. Cette pale comprend les améliorations déjà décrites, à savoir un évasement en bout de pale et des extrémités bombées. Par ailleurs, elle présente une flèche posi¬ tive de valeur φ = 30° possédant en extrémité de pale un bord d'attaque concave et un bord de fuite convexe, la corde restant sensiblement constante et le rayon de courbure étant défini de façon que l'angle a que forme la tangente à la ligne du bord d' attaque à son extrémité avec le plan des plateaux soit suffisamment aigu (compris entre 30° et 70°), ici a = 60°.
Le dévers opposé à l'écoulement incident (dit inversé) a deux effets positifs du point de vue de la réduction des effets dissipatifs en bout de pale. Tout d'abord, il tend à empêcher la formation du ou des tourbillons d'arrêt en amont de l'extrémité de pale, en ajustant le bord d'attaque aux lignes du courant incident. Ensuite, il apporte une contribution qui se retranche à l'écoulement secondaire dû à l'écart de pression intrados/extrados à l'origine des tourbillons en bout de pale. Les figures 6A et 6B sont des vues en perspective respectivement d'une pale 40 avec flèche inversée (φ = - 30°) et d'une pale avec flèche positive (φ = 30°). Dans les deux cas, les bouts de pale sont évasés comme précédemment. Pour la partie restante de la pale (90 % de la hauteur de la demi-pale) , on observe un amincissement à partir du plan médian jusqu'à 90 % de la hauteur de la demi-pale pour la pale à flèche inversée et un épaississement à partir du plan médian de la hauteur de la demi- pale pour la pale à flèche positive. Dans les deux cas un but commun est visé concernant l'écoulement sur la partie restante de la pale protégée des effets de bout par l' épaississement final : on cherche à dévier les lignes de courant sur l'extrados de la pale de l'écoulement incident, perpendiculairement vers le bord de fuite. La portance s'en trouve accrue.
Les figures 7A et 7B sont des vues en perspective de deux exemples de réalisation d'évidements de bout de pale d'une TFTMP, ces évidements pouvant être remplis d'un matériau plus léger et/ou fermés par le saumon décrit précédemment ou par l'ensemble saumon + extrémité évasée représenté en figure 7A.
Ces évidements sont adaptés à un fonctionnement soit dans un courant liquide (fonctionnement hydrolien) soit dans un flux d'air (fonctionnement éolien) . Dans les deux cas existent des forces centrifuges impliquant des effets de flexion et par voie de conséquence des phénomènes de fatigue le long de l'envergure des pales et en particulier à la jonction bras- pales .
Plus particulièrement, en figure 7A, la pale 50 montée sur un bras 51 comprend un corps principal creux 53 emboité dans une saillie 54 solidaire du bras 51. L'ensemble de la partie évasée 55 et de la partie bombée 56 est constitué d'une pièce unique qui vient s'emboîter à l'extrémité du corps 53 opposée au bras 51.
Dans le mode de réalisation de la figure 7B, la pale 60 montée sur un bras 61 comprend une partie creuse 63 vers son extrémité et elle s'évase sur sa partie finale Lev. Un saumon, non représenté ici, est monté aux extrémités de la pale pour constituer la partie bombée susmentionnée.
La figure 8A est une vue en perspective d'une TFTMP à pales droites et la figure 8B est une vue agrandie d'une partie d'extrémité de pale de la structure de la figure 8A. Les extré¬ mités élargies (évasées) 71 de chaque pale 70 sont utilisées pour maintenir un anneau 73 qui relie les extrémités des pales. Chaque anneau a une section sensiblement elliptique, le grand diamètre de l'ellipse se situant sensiblement dans le plan de raccord entre la partie évasée et le saumon. Il est dans cet exemple voisin de 0,7 fois l'épaisseur du profil en bout de pale. Sa fabrication peut être envisagée d'une seule pièce avec l'ensemble des saumons et être rapportée ensuite sur les extrémités de pales.
Dans cet exemple, les effets de flexion dus aux forces centrifuges et de traînée sont tous deux réduits. Les anneaux 73 sont plus particulièrement adaptés à un fonctionnement dans un courant liquide (rivière, fleuve, courant de marée, courants océaniques) pour lequel les forces hydrodynamiques de traînée (orientées au cours d'une révolution de turbine tantôt vers l'intérieur, tantôt vers l'extérieur) d'intensité comparable se combinent ou s'opposent avec les forces centrifuges (forces centrifuges orientées toujours vers l'extérieur). Les effets de flexion dus à ces forces sont réduits et ainsi les effets de fatigue le long de l'envergure des pales et en particulier à la jonction bras-pales sont diminués.
La figure 9 est une vue d'un exemple de réalisation d'une TFTMP à pales droites 80 avec un dévers en bout de pale dans laquelle la hauteur rapportée au diamètre (hauteur relative) est 1,5. Les pales sont liées par des bras 81 à un arbre 82. En outre, une ligne de traction (câble, filin, chaîne, profilé, ou autre) anti-flexion relie l'extrémité de chaque pale à l'arbre d'entraînement. Ceci permet de lutter contre les forces centrifuges lorsqu'elles sont particulièrement impor- tantes et en outre prépondérantes vis-à-vis des forces de traînée . Cette situation se rencontre généralement dans un fonctionnement sous un flux d'air (fonctionnement éolien) . D'une part les forces centrifuges y prédominent sur les forces aéro¬ dynamiques (portance et traînée) et d'autre part les dimensions des turbines d'éoliennes sont à puissance égale plusieurs fois plus grandes que les turbines d' hydroliennes dans des conditions de vent et de courant typiques. De surcroît les lignes risquent moins d'accrocher des débris dans l'air que sous l'eau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Turbine à flux transverse mue par des forces de portance, TFTMP, solidaire d'un arbre disposé entre deux plateaux liés par un châssis, cette turbine comprenant des pales profilées dont chacune est reliée à l'arbre par au moins un bras, chaque pale étant terminée par une partie évasée dans la¬ quelle l'épaisseur, e, du profil de la pale croît, sa corde, c, restant sensiblement constante, ladite partie évasée s 'étendant sur 5 à 10 % (Lev) de la longueur (L) d'une demi-pale.
2. Turbine selon la revendication 1, dans laquelle l'épaisseur, e, du profil de la pale croît jusqu'à une valeur emax supérieure d'au moins 15 % à e, avec 0,12c < e < 0,25c et emax inférieur à 0,35c.
3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie évasée se termine par une partie bombée (22) à la fois suivant la ligne moyenne du profil et suivant une ligne perpendiculaire à celle-ci.
4. Turbine selon la revendication 3, dans laquelle la partie bombée est constituée d'une pièce rapportée fixée à l'extrémité de chaque pale, cette pièce étant réalisée en une matière élastique et déformable.
5. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle, pour chaque pale, la ligne de bord d'attaque est concave et la ligne de bord de fuite convexe sur une zone en extrémité de la pale s' étendant sur 50% au plus de l'envergure d'une demi-pale, la courbure de la pale étant telle que l'angle résultant a que forme la tangente à la ligne du bord d'attaque à son extrémité avec le plan des plateaux est compris entre 30° et 70°.
6. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la longueur des bras est comprise entre le cinquième et dix fois la longueur d'une demi-pale.
7. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les extrémités des pales correspondant au moins à la partie évasée sont évidées.
8. Turbine selon la revendication 7, dans laquelle les évidements dans les pales sont remplis d'un matériau plus léger que le matériau des pales.
9. Turbine selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les évidements, du côté de l'extrémité des pales sont bouchés par un élément constituant une partie évasée (55) et une partie bombée (56) d'extrémité.
10. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les extrémités évasées des pales sont reliées entre elles par un anneau (73) .
11. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, adaptée à un fonctionnement éolien, dans laquelle chaque extrémité de pale est reliée à l'arbre par une ligne de traction.
12. Turbomachine comprenant un empilement de turbines selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
PCT/FR2012/051726 2011-07-25 2012-07-20 Turbine hydraulique a trainee en bout d'aile reduite Ceased WO2013014376A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1156768 2011-07-25
FR1156768A FR2978502B1 (fr) 2011-07-25 2011-07-25 Turbine hydraulique a trainee en bout d'aile reduite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013014376A1 true WO2013014376A1 (fr) 2013-01-31

Family

ID=46724498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2012/051726 Ceased WO2013014376A1 (fr) 2011-07-25 2012-07-20 Turbine hydraulique a trainee en bout d'aile reduite

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2978502B1 (fr)
WO (1) WO2013014376A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2886855A1 (fr) * 2013-12-17 2015-06-24 Perpend AB Éolienne à axe vertical, pâle métallique segmentéee et méthode de fabrication
CN109515704A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 南京航空航天大学 基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1059859A (fr) 1951-03-29 1954-03-29 Procédé et appareil pour le percement de galeries, tunnels, canaux, puits ou autres excavations
US4255085A (en) * 1980-06-02 1981-03-10 Evans Frederick C Flow augmenters for vertical-axis windmills and turbines
US20040170501A1 (en) * 2001-11-08 2004-09-02 Kazuichi Seki Straight wing type wind and water turbine
WO2008141763A2 (fr) * 2007-05-17 2008-11-27 Ropatec Srl Bras de support destiné aux pales de turbines éoliennes présentant un axe de rotation vertical
WO2009099344A2 (fr) * 2008-02-08 2009-08-13 Anew Institute Sp. Z.O.O. Rotor d’éolienne avec axe de rotation vertical
FR2949826A1 (fr) * 2009-09-09 2011-03-11 Electricite De France Turbomachine hydraulique a maintenance simple

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1059859A (fr) 1951-03-29 1954-03-29 Procédé et appareil pour le percement de galeries, tunnels, canaux, puits ou autres excavations
US4255085A (en) * 1980-06-02 1981-03-10 Evans Frederick C Flow augmenters for vertical-axis windmills and turbines
US20040170501A1 (en) * 2001-11-08 2004-09-02 Kazuichi Seki Straight wing type wind and water turbine
WO2008141763A2 (fr) * 2007-05-17 2008-11-27 Ropatec Srl Bras de support destiné aux pales de turbines éoliennes présentant un axe de rotation vertical
WO2009099344A2 (fr) * 2008-02-08 2009-08-13 Anew Institute Sp. Z.O.O. Rotor d’éolienne avec axe de rotation vertical
FR2949826A1 (fr) * 2009-09-09 2011-03-11 Electricite De France Turbomachine hydraulique a maintenance simple

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2886855A1 (fr) * 2013-12-17 2015-06-24 Perpend AB Éolienne à axe vertical, pâle métallique segmentéee et méthode de fabrication
CN109515704A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 南京航空航天大学 基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器
CN109515704B (zh) * 2018-12-18 2024-04-16 南京航空航天大学 基于摆线桨技术的涵道卷流旋翼飞行器

Also Published As

Publication number Publication date
FR2978502A1 (fr) 2013-02-01
FR2978502B1 (fr) 2013-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2697114B1 (fr) Dispositif de propulsion a helices contrarotatives et coaxiales non-carenees
EP3030749B1 (fr) Aube mobile de turbomachine
EP3426917B1 (fr) Eolienne flottante a turbines jumelles a axe vertical a rendement ameliore
EP0107543B1 (fr) Agencement de rotor de queue de poussée accrue pour aéronef à voilure tournante
CA2850243C (fr) Pale pour une helice de turbomachine, notamment a soufflante non carenee, helice et turbomachine correspondantes
EP2715146B1 (fr) Rouet de compresseur centrifuge
WO2019043330A1 (fr) Aube de redresseur de soufflante de turbomachine, ensemble de turbomachine comprenant une telle aube et turbomachine equipee de ladite aube ou dudit ensemble
FR2576872A1 (fr) Helice avec fleche en extremite de pale a stabilite amelioree
FR2969120A1 (fr) Pale amelioree pour dispositif anti-couple d&#39;helicoptere
EP2631169B1 (fr) Rotor, aéronef et procédé
BE1026579B1 (fr) Aube a protuberance pour compresseur de turbomachine
WO2013110715A2 (fr) Rotor d&#39;hydrolienne comportant au moins une pâle mobile en rotation autour d&#39;un axe radial et des moyens de limitation du mouvement en rotation de ladite pâle, et hydrolienne comprenant un tel rotor
EP2776709B1 (fr) Dispositif de recuperation d&#39;energie a partir d&#39;un fluide en mouvement
WO2017109407A1 (fr) Bouclier de bord d&#39;attaque
EP3473813A1 (fr) Turbomachine comprenant un ensemble de redressement
WO2013014376A1 (fr) Turbine hydraulique a trainee en bout d&#39;aile reduite
FR3005989A1 (fr) Turbopropulseur d&#39;aeronef
EP2976507B1 (fr) Aube et angle de diedre d&#39;aube
FR2935348A1 (fr) Turbomachine a helices non carenees
EP4448941B1 (fr) Turbomachine non carénée comprenant des aubes de stator présentant des cordes différentes
FR3147838A1 (fr) Propulseur aeronautique a acoustique amelioree
EP2337951B1 (fr) Éolienne a axe vertical
FR3070440A1 (fr) Aube de redressement et arbre structural raccordes dans une veine primaire
FR3050759A1 (fr) Ensemble de redressement de flux d&#39;air et turbomachine comprenant un tel ensemble
WO2022079360A1 (fr) Ensemble d&#39;attache pour une aube de turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12750433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12750433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1