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MOTEUR EOLIEN A GRANDE VITESSE;
L'invention a pour but un moteur éolien à grande vitesse. On- con- naît des moteurs éoliens à grande vitesse qui ne possèdent plus que 'deux ai- les de moulin. On a atteint dans ces appareils des nombres de tours pour lesquels le rapport caractérisant la vitesse entre la vitesse périphérique des extrémités des ailes et la vitesse du vent atteint environ le chiffre 6 (u/v # 6).
L'invention part de l'idée-que pour des nombres de tours plus grands, des moteurs éoliens de même puissance doivent être meilleur marché et plus lé- gers. La puissance étant égale au couple de rotation multiplié par le' nombre de tours et une constante, le couple de rotation peut être d'autant plus petit que le nombre de tours est plus grand. Au couple de rotation plus petit cor- respond, pour un nombre.de tours plus-élevé, une surface absolue des ailes plus petite,,. En outre, les dimensions de l'arbre et de la commande diminuent, et il en résulte un mode de construction plus léger. L'invention s'est par con- séquent donné pour but.d'augmenter le nombre de tours au-delà de la mesure qui pouvait être atteinte jusqu'à présent-.
@ En cas de tempêtes, les moteurs éoliens sont soumis à des efforts exagérés.'Dans les genres de constructions connues, on a tenté de remédier à ce danger par un mode de construction lourd et rigide. Les ailes elles-mêmes ont été montées de façon exceptionnellement rigide. En se tenant aux principes de base des constructions connues, il n'est pas possible de construire des mo- teurs éoliens pour de plus grands nombres de tours, parce que, par suite de leurs grandes masses accouplées de façon rigide entre elles, ils possèdent des nombres de vibrations propres élevés, de sorte que des nombres de tours élevés se rapprochent de ces nombres de vibrations propres et il en résulte.le danger de ruptures par l'apparition de''vibrations de résonance.
Par conséquent, l'in- vention consiste d'abord én mesurés par lesquelles le nombre de tours criti- que correspondant au nombre de vibrations propres peut être abaissé, de manie-
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re qu'il ne soit plus supérieur mais notablement inférieur au nombre de tours pendant la marche, et qui consistent notamment en ce que le moulin éolien, contrairement aux montages rigides antérieurs, est suspendu de façon flexible élastique. On passe alors sans danger par le nombre de tours critique, et le nombre de tours de marche peut être augmenté sans sinquiéter du nombre de tours critique. Dans ces conditions, le moulin éolien tourne de façon très tranquille également en cas de construction légère et d'un nombre de tours élevé.
Il existe de nombreuses formes de construction possibles, pour la sus- pension élastique, lâche et flexible du moulin éolien. Dans une forme de réa- lisation, la suspension élastique est formée par un arbre à lame de ressort unique qui forme l'arbre du moulin éolien. Dans une autre forme de réalisation, on intercale, entre l'essieu du moulin éolien et une contre-partie de l'arbre du moulin, plusieurs ressorts à lames courtes disposées parallèlement à l'axe géométrique de l'arbre du moulina dans une forme de réalisation encore diffé- rente, on.-obtient la suspension élastique en articulant, de façon élastique, 'un arbre de moulin long, éventuellement rigide, à un montant, par exemple un mât, par exemple en intercalant des ressorts de traction ou de compression en- tre l'arbre et le montant.
Plus le nombre de tours auquel le moteur éolien doit tourner est élevé, plus les ailes du moulin deviennent étroites pour un diamètre de moulin donné et un nombre d'ailes donné. Dans les modes de construction connus à deux et trois ailes, une augmentation du nombre de tours au-delà d'une certaine mesure n'est également pas possible parce que les ailes étroites correspondant au nombre de tours plus élevé, devraient avoir des sections (profils) tellement minces qu'on ne pourrait plus les construire de façon suffisamment résistante vis-à-vis des pressions de vents qui s'exercent particulièrement quand le mou- lin est arrêté. L'invention consiste en outre à écarter cette difficulté en réduisant les ailes du moulin éolien en une aile unique, et en réalisant une disposition qui, contrairement à tous les modes de constructions connus, est asymétrique.
Puisqu'elle remplace l'ensemble des ailes du moulin éolien, on donne à cette aile une surface correspondante,plus grande que ce qui serait possible pour les ailes d'un moulin éolien à plusieurs ailes pour le même nom- bre de tours,de sorte que, de façon correspondant à une surface.plus grande, elle peut recevoir un profil qui offre une force de résistance suffisante éga- lement vis-à-vis des pressions de vent qui s'exerçant à l'arrêt et au démarrage.
La masse de l'aile unique s'équilibre au moyen d'un contre-poids, mais tel n' est cependant pas le cas pour l'action dissymétrique de'l'action du vent qui ne s'applique que d'un côté de l'aile unique. Pour cette raison, ce mode de construction à aile unique ne peut se réaliser qu'en liaison avec.la caracté- ristique décrite antérieurement de l'invention de construire le montage flexi- ble du moulin éolien d'une manière simple et bon marché par laquelle l'unila- téralité de l'action de la force du vent correspondant à un déséquilibre, est rendue inoffensive. Tout battement est évité et, pour le nombre de tours de marche, on obtient.une rotation tranquille.
A l'aide de la construction élas- tique, flexible de la suspension du moulin éolien et, comme on le décrit plus haut, également à l'aide d'autres pièces fortement chargées, on arrive à absor- ber les efforts appliqués; inversement, on peut également déduire des déforma-. tions élastiques les forces exercées, de sorte que le nouveau mode de construc- tion s'adapte facilement par des essais, aux forces effectivement appliquées.
Dans le mode de construction à une aile, le rapport de la vitesse périphérique à la vitesse du vent peut atteindre plus du double de la valeur atteinte dans des appareils à grande vitesse connus ' (u # 12) v - ).
Au nombre de tours élevé qu'on tend à obtenir et qu'on réalise dans le mode de construction conforme à l'invention, .correspondent de très petits angles d'incidence de l'aile, pour lesquels les moulins à l'arrêtne se met- traient pas en marche. Il est déjà connu de pouvoir faire tourner des ailes de moulins éoliens autour d'un axe longitudinal, c'est-à-dire de faire varier l'angle d'incidence. Avec l'augmentation de la vitesse, le problème se pose de réaliser ce réglage automatiquement sur un grand intervalle, de manière que les ailes ou bien l'aile unique présente à l'arrêt un grand angle d'inciden- ce alors que, aussitôt que le moulin ou l'aile tourne, un très petit angle d'
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incidence reste établi.
Pour modifier de fagon automatique l'angle d'inciden- ce par rotation de l'aile autour d'un axe longitudinal, on propose, suivant une nouvelle caractéristique de l'invention, d'utiliser les forces qui pren- nent naissance sur des masses contenues dans l'aile elle-même ou qui y sont raccordées, qui, lorsque le moulin est arrêté et que les ailes ont un grand angle d'incidence, sont plus rapprochées de l'axe du moulin que lorsque le moulin tourne et que les ailes ont un petit angle d'incidence. Les masses uti- lisées à la commande sous l'action de forces centrifuges, peuvent dans ce cas être utilisées en liaison avec des ressorts de rappel.
Au lieu d'agir directe- ment sur l'aile du moulin éolien propre, les masses effectuant la commande sous l'action de la force centrifuge, peuvent également être rattachées à une aile antérieure insérée au moins en avant de la partie intérieure de l'aile principale, qui chaque fois suivant sa position, influence l'action du courant d'air par rapport à l'aile principale.
Finalement, il est également possible, de produire la rotation d'incidence de l'aile à l'aide d'un autre mouvement de l'aile, par exemple d'un mouvement de rotation de l'aile autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre du moulin éolien, par des mécanismes de commande, par exemple au moyen d'un élément d'accouplement agissant entre l'aile et 1, arbre du moulin 'éolien,
Les moyens utilisés comme auxiliaires de démarrage pour le dépla- cement des ailes ou pour influencer l'action du courant d'air sur les ailes, peuvent également être utilisés comme moyens de réglage. Etant donné la cons- truction plus légère des pièces exécutée en relation avec l'augmentation du nombre de tours, le problème du réglage contre des surcharges par des tempêtes gagne également une importance plus grande.
D'autres caractéristiques résultent de la description qui suit en relation avec les revendications et les dessins.
La fige 1 représente un moulin éolien vu de profil.
La fige 2 est une coupe suivant la-ligne II-II de la figure 1.
La fig. 3 représente une partie de la représentation de la fig. 1 pour le nombre de tours de marche du moulin éolien.
La fige 4 est une autre forme de construction de la suspension du moulin éolien.
La fige 5 représente une autre construction et montage d'un moulin éolien.
La fige 6 représente un autre genre de suspension élastique dans un mode de construction analogue à la fig. 5.
Les figs. 7 à 12 représentent des constructions d'ailes à dépla- cement automatique, en partie en perspective et en partie en réprésentation schématique.
Les figs. 13 à 16 représentent des dispositifs à aile antérieure vus en perspective.
Dans l'exemple suivant la fig. 1, l'essieu 1 d'un moulin éolien à deux ailes est raccordé à une contre-partie correspondante de l'arbre 2 du moulin éolien par des ressorts à lames 3 plus courts disposés parallèlement à l'axe géométrique de l'arbre 2 quand il est au repos. Ces ressorts sont cal- culés de telle sorte qu'ils puissent supporter ensemble d'une part le couple de rotation maximum entrant en considération, mais que d'autre part ils flé- chissent de façon élastique sous l'action du poids du moulin éolien et de la force centrifuge résultant d'un déséquilibre éventuel du moulin éolien et qu'ils supportent de façon certaine les moments fléchissants produits de cette manière. L'essieu et le moulin éolien peuvent donc se déplacer suivant un plan disposé perpendiculairement à l'arbre 2.
Au delà du nombre de tours critique, le moulin tourne autour de son axe de gravité A (fig. 3).
Dans l'exemple suivant la fige 4, la suspension élastique du mou- lin est réalisée en intercalant entre l'essieu du moulin 1 et l'arbre 2 un long arbre à lame de ressort flottanto
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Dans le mode de construction suivant la figure 5, le moulin con- siste en une aile unique 7 dont la masse est équilibrée par un contrepoids.
Un long arbre 5 en forme de lame de ressort flottante, dirigée dans ce cas obliquement vers le haut, et articulée à la tête 21 d'un montant, d'une tour ou d'un mât, représente la suspension élastique du moulin éolien. La position oblique du long arbre du moulin offre l'avantage que la tour portant le mou- lin peut être construite plus basse que dans le cas d'un arbre posé horizon- talement. On économise ainsi des matériaux. On peut également exécuter aisé- .ment une construction à arbre long disposé obliquement de manière que le moulin puisse être basculé jusqu'au voisinage du sol, par exemple en cas de tempête ou dans des buts d'inspection.
Le dispositif peut se réaliser en mon- tant le moulin à l'extrémité supérieure de l'arbre flottant dirigé obliquement vers le haut sans intercalation de mécanisme et de manière que l'arbre attei- gne le voisinage du sol à son autre extrémité à laquelle est raccordée une machine de travail.
La construction suivant la fig. 6 correspond essentiellement à cel- le de la fig. 5. Ici toutefois, l'arbre allongé flottant 22 du moulin ne cons- titue pas l'unique moyen de sa suspension élastique. L'extrémité inférieure de l'arbre 22, qui, dans ce cas, peut également être rigide, est en outre monté dans un logement 24 qui, de son côté, est articulé en 23 à la tête 21' d'un montant, d'une tour ou d'un mât. Dans ce cas, l'arbre 22-s'appuie de fa- çon élastique par rapport au montant par l'intermédiaire d'un ressort de com- pression 27 tendu entre une console 25 du logement de support 24 et une con- sole 26 de la tête du montant 21'.
Dans l'exemple suivant les fig. 7 et 8, le déplacement automatique de l'aile 7 pouvant tourner autour d'un axe longitudinal depuis une position de démarrage jusqu'à la position de marche est obtenu à l'aide d'un poids centrifuge 9 relié par un arbre 9' à une douille 9" montée de manière à pou- voir tourner autour de l'axe 8 et fixée de son côté à l'aile 7. Entre l'aile 8 et une saillie de l'arbre du moulin éolien 5 est tendu un ressort de trac- tion 10 astreint à maintenir l'aile 7 dans la position de démarrage repré- sentée en traits pleins sur les figs. 7 et 8, pour laquelle le poids 9 est plus rapproché de l'arbre 5 du moulin éolien ou respectivement de son axe géométrique que dans la position de marche représentée en traits pointillés, sur les figures 7 et 8.
Aussitôt que l'aile commence à tourner autour de 1' axe 5, le poids 9 se déplace de la position pointillée et fait ainsi tourner l'aile 7 dans sa position de marche. En cas de diminution du nombre de tours ou lors de l'arrêt, le ressort 10 ramène l'aile à une position correspondant à un angle d'incidence plus grand. Sur l'exemple suivant les figs. 9 à 12, un mécanisme à bielle est prévu pour le réglage de l'aile. -L'aile 7 peut dans ce cas tourner en outre autour d'un axe 12 dirigé perpendiculairement à l'ar- bre du moulin. Entre l'aile et l'arbre du moulin 5, se fixe un élément d'ac- couplement, par exemple une bielle 13. Si le moulin est au repos (fig. 11), quand l'aile 7 est en position de marche, la pression du vent agissant dans le sens de la flèche W la fait tourner autour de l'axe 12.
A cause de la biel- le 13, ceci n'est possible que si l'aile tourne en même temps autour de son axe longitudinal 8 de manière que l'aile soit amenée à la position de démarra- ge (fig. 12). Dans la mesure où le nombre de tours de l'aile autour de l'arbre 5 augmente, la force faisant tourner l'aile autour de l'axe 12 diminue, et la. force qui la dresse augmente., de sorte que 1-'aile revient à sa position de marche (fig. 11).
Pour de grandes vitesses, l'axe de la surface circulaire ou conique balayée par l'aile peut prendre une position oblique par rapport à l'arbre 5.
Dans ce cas, l'aile elle-même, par suite du couple de déviation qui lui est propre, conservera sa position dans le plan ou sur la surface enveloppe coni- que sans modifier l'angle d'incidence. Si cela doit être possible,la bielle 13 doit pouvoir s'allonger et se raccourcir à chaque tour de façon correspon- dant à l'inclinaison de l'axe de la surface tournante par rapport à l'arbre 5, sans être soumise à des surcharges. Pour cette raison, il se recommande de la construire de manière que sa longueur puisse varier, de préférence de façon élastique, comme on le montre schématiquement sur la fig. 10 pour qu'ici aus- si les forces produites puissent être absorbées par l'existence prévue de dé-
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formations. élastiques.
Dans l'exemple suivant la figure 10, la bielle 13 se compose de deux logements à ressort glissant télescopiquement .l'un dans .1' autre 13' et 13", entre lesquels est tendu un ressort 28 qui agit par trac- tion et compression à partir de sa position neutre.
Dans l'exemple suivant la fig. 13, le dispositif auxiliaire de démarrage consiste en une aile antérieure formant une fente vis-à-vis de 1' aile 7. L'aile antérieure s'étend dans ce cas sur toute la longueur de l'aile principale. Les moyens de fixation ne sont pas représentés. Dans l'exemple suivant la fig. 14, l'aile antérieure est notablement plus courte que l'aile principale 7 et est disposée seulement le long de sa partie intérieure pour - éviter de nuire aux propriétés de grande vitesse du profil par une augmenta- tion de résistance dans la partie extérieure de l'aile particulièrement im- portante pour les grandes vitesses.
Dans le mode de construction suivant la fig. 15, l'aile antérieure 16 qui ne s'étend que sur la partie intérieure de l'aile 7 peut tourner d'un axe 32 qui, de son côté, s'appuie-par des moyens qui ne sont pas représentés sur l'arbre du moulin 5 et sur l'axe longitudinal de l'aile. Dans ce cas, un poids centrifuge 18 est raccordé à l'aile antérieure 16 et un ressort de traction 19 est intercalé entre l'aile intérieure et l'aile principale. A 1' arrêt, le ressort 19 maintient l'aile antérieure dans la position dessinée en traits pleins de la fig. 15 pour laquelle elle sert de dispositif auxiliai- re de démarrage.
Quand le nombre de tours augmente, le poids centrifuge 18 est astreint à s'écarter de l'arbre 5 du moulin, pour aboutir finalement à la position représentée en pointillé en dépassant le nombre de tours maximum; de sorte que.l'aile antérieure vient également dans la position pointillée pour laquelle elle est perpendiculaire à l'aile principale, et entrave le passage du courant d'air sur sa face dorsale de manière que le nombre de tours ne puisse plus augmenter davantage. L'aile antérieure agit donc dans ce cas com- me régulateur actionné par le poids centrifuge.
Dans l'exemple de la fig. 16, on utilise coinme forces de réglage la force centrifuge elle-même agissant sur l'aile antérieure 17 suivant sa di- rection longitudinale. L'axe de rotation 32 auquel l'aile antérieure est fixée de façon rigide, se prolonge sur la figo 16 en-dessous en une pièce renforcée qui traverse le manchon 29 fixe par rapport à l'arbre 5, de manière à pouvoir tourner et glisser à l'intérieur. Le manchon 29 porte une fente 20 recourbée en forme de pas de vis dans laquelle pénètre une cheville de guidage 30 rac- cordée de façon rigide à l'axe 32 de l'aile antérieure et portant éventuelle- ment un galet. Entre un rebord inférieur de l'axe 32 et un rebord du manchon 29, est tendu un ressort de compression 31.
A l'arrêt, la force du ressort de pression 31 maintient l'aile antérieure 17 dans la position la plus basse dessinée en traits pleins sur la fig. 16, pour laquelle la cheville 30 s'ap- puie sur l'extrémité gauche inférieure de la rainure courbe 20 et pour laquel- le l'aile antérieure a l'angle d'incidence le plus petit. Quand le nombre de tours augmente, la force centrifuge agissant dans le sens de la flèche B dé- place l'aile antérieure vers le haut sur la fig. 16 de sorte que, par suite de la pénétration de la cheville 30 dans la rainure courbe 20, elle doive en même temps tourner autour de l'axe 32 pour se mettre dans la position pointil- lée.
On réalise d'autres modes de construction lorsque l'aile antérieure, contrairement aux exemples représentés-par exemple suivant des moyens connus dans la construction des avions- est manoeuvrée à distance par un élément de réglage ne se -trouvant pas sur l'aile, par exemple par voie hydraulique, de préférence automatiquement pendant la marche, et par exemple à la main, pour l'arrêt.
REVENDICATIONS.
1.- Moteur éolien à grande vitesse, caractérisé en ce que le moulin éolien est suspendu de façon élastique flexible de manière que le nombre de tours critique soit notablement inférieur au nombre de tours pendant la marche.