CH622065A5 - Variable-geometry wind turbine - Google Patents

Description

622 065

2

Claims (2)

1. REVENDICATION

   Turbine éolienne à géométrie variable comportant un axe vertical monté à l'intérieur d'un support, pourvu à sa partie supérieure d'une série de bras, caractérisée en ce qu'à l'extrémité de chaque bras (4) horizontal, solidaire de l'axe vertical (1), est montée, par l'intermédiaire d'une articulation (7), une pale (5) semi-cylindrique terminée à l'extrémité par un demi-disque (6), chaque pale étant pourvue d'un heurtoir (8) qui empêche la pale de heurter le support (2) quand la pale se replie.

   L'invention concerne une turbine éolienne à pales multiples dont la géométrie se modifie automatiquement en fonction de la vitesse du vent.

   On connaît une installation éolienne à plusieurs pales fixes, de forme conique, la face concave exposée à l'action du vent, des pales montées à l'extrémité des bras horizontaux fixés solidairement à un axe central. Cette installation permet un réglage automatique du régime de rotation à tous les régimes du vent, au moyen d'une soupape montée au sommet du cône qui commence à s'ouvrir automatiquement à une vitesse déterminée du vent.

   Cette installation a l'inconvénient d'un fonctionnement instable dû à l'utilisation de soupapes qui constituent un organe supplémentaire soumis à détérioration. Elle a aussi un rendement diminué aux grandes vitesses du vent.

   On connaît également une turbine éolienne constituée d'un axe vertical central, pourvu à sa partie supérieure d'un disque, sur lequel sont montées de manière articulée une série de pales qui peuvent se mouvoir seulement sur un plan horizontal par l'intermédiaire de bras et de leviers à l'extrémité desquels est fixé un contrepoids. Pendant la rotation, le contrepoids a tendance à prendre une position extrême influençant ainsi la position de la pale par rapport à l'action du vent. Cette installation permet un réglage automatique du régime de rotation par la modification de la position des pales par rapport à la direction du vent, grâce à l'action des contrepoids.

   L'inconvénient de cette installation consiste dans la diminution sensible du rendement de la conversion de l'énergie éolienne en énergie mécanique aux vitesses supérieures.

   On connaît aussi une éolienne qui consiste en un rotor à mouvement horizontal autour d'un axe vertical, rotor dont la forme peut être elliptique ou cylindrique, sur lequel sont montées, de manière pivotante, par l'intermédiaire de charnières, des pales longitudinales pourvues d'une série d'ailettes placées transversalement sur la longueur de chaque pale. Ces ailettes servent d'appuis aux pales sur le corps du rotor lorsqu'elles se trouvent en position complètement ouverte, situation qui se produit seulement dans la région du rotor où le sens de rotation de la pale autour de son articulation, grâce à la force centrifuge, correspond au sens de la vitesse du vent.

   Cette position tend à devenir intermédiaire entre la position ouverte et fermée de la pale, lorsque le centre de gravité de l'ailette s'approche de la ligne de prolongement du rayon du rotor, grâce à l'action de la force centrifuge. Dans ce cas, chaque pale se place contre le vent, en diminuant la largeur de la pale exposée au vent.

   Cet appareil a l'inconvénient du déséquilibrage dynamique pendant le fonctionnement, associé à la faible sensibilité au démarrage et à une grande complexité constructive.

   La turbine éolienne à géométrie variable de l'invention a pour but d'écarter lés inconvénients mentionnés ci-dessus par le fait qu'elle comporte un axe vertical monté à l'intérieur d'un support par l'intermédiaire de paliers et pourvu à sa partie supérieure d'une série de bras horizontaux solidaires de l'axe vertical, sur lesquels sont montées, par l'intermédiaire d'une articulation, des pales semi-cylindriques terminées à leur extrémité par des demi-disques, chaque pale étant pourvue d'un heurtoir qui empêche la pale de heurter le support quand la pale se replie.

   On donne ci-dessous un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

   la fig. 1 est une vue axonométrique d'une turbine éolienne à géométrie variable;

   la fig. 2 est une section, en plan vertical, d'une turbine comprenant deux pales semi-cylindriques ;

   la fig. 3 est une vue horizontale des éléments mobiles d'une turbine;

   la fig. 4 est une section similaire à celle de la fig. 2, montrant les positions des centres de gravité et de pression de la pale pendant la rotation;

   la fig. 5 représente la courbe de variation du nombre de tours de la turbine en fonction de la vitesse du vent.

   La turbine éolienne à géométrie variable, selon l'invention, est constituée d'un axe vertical 1 monté à l'intérieur d'un support 2 par l'intermédiaire des paliers 3.

   L'axe vertical est pourvu à sa partie supérieure d'une série de bras 4 horizontaux, solidaires de l'axe vertical 1. A l'extrémité de chaque bras est montée de manière articulée une pale 5 semi-cylindrique, limitée à ses deux extrémités par un demi-disque 6.

   Chaque pale a la possibilité d'osciller entre la position verticale initiale et la position horizontale extrême par l'intermédiaire d'une articulation 7.

   Un heurtoir 8 placé sur chaque pale 5 ne lui permet pas de toucher le support
2. 2.

   Le fonctionnement de la turbine éolienne est le suivant: En l'absence de vent, les pales 5 de la turbine se trouvent en position verticale. A mesure que la vitesse du vent augmente, la turbine éolienne commence à tourner grâce à la pression du vent sur les pales 5 semi-cylindriques.

   Pendant la rotation de la turbine à une vitesse V du vent, deux forces agissent simultanément, en plan vertical, sur le centre de gravité G de chaque pale : la force de gravité Fg et la force centrifuge Fc. La position de la pale est déterminée par la résultante de ces forces. Le centre de pression P de chaque pale 5 se trouvera à une distance R par rapport à l'axe de rotation de la turbine, distance qui s'accroît en même temps que l'accélération de la vitesse du vent, ce qui provoque une très lente variation du nombre de tours de la turbine (fig. 5).

   Le diamètre du rotor augmente, limitant l'accroissement de la vitesse de rotation dans les conditions de l'amplification du couple actif, ce qui permet le maintien d'un régime de rotation sensiblement constant, même en cas de modifications importantes de l'intensité du vent.

   L'invention présente les avantages suivants :

   — assurer le maintien d'un nombre de tours sensiblement constant dans une large gamme de vitesses du vent;

   — permettre un fonctionnement sûr à tous les régimes de vent;

   — présenter une construction simple, sans risques de dérèglement;

   — assurer un rendement énergétique élevé à n'importe quelle vitesse du vent.

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   R

   3 feuilles dessins