FR2466637A1 - Station de captation de l'energie eolienne - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet une station de captation d'énergie éolienne constituée par une colonne creuse comprenant du sommet à la base : une chambre de captation 9 pourvue de volets d'admission 10 ; une chambre de transfert 12 incluant les organes moteurs 6 qui entraînent par l'intermédiaire d'arbres 7 et 20 les organes d'utilisation 8 ; une chambre d'évacuation 16 pourvue de volets 11 extérieurs. Les flèches indiquent le sens de la circulation du flux d'air à l'intérieur de la station. Les volets intérieurs 10 exposés au vent s'ouvrent sous l'effet de ce dernier qui maintient fermés les autres volets. Les volets extérieurs 11 situés hors du vent s'ouvrent sous l'effet de la pression résiduelle subsistant après action sur les organes moteurs 6, tandis que les autres volets sont maintenus fermés sous la pression du vent. Des clapets de sécurité 3 sont prévus pour interdire toute surpression nuisible. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

Il existe déjà dans la technique antdrieure des appareils destinds à capter l'6nergie éolienne. Ces appareils sont sensiblement dérivés des anciens moulins à vent et comprennent des hélices à deux, trois ou plusieurs pales, carénées ou non, à pas variable ou non, des roues à aubes, etc... Les moyens moteurs que constituent ces hélices doivent évidemment être situés le plus haut possible pour être actionnés au maximum par la force du vent, ce qui implique de leur faire occuper une position dans laquelle ils sont exposés aux saccades, rafales et à-coups de celui-ci. De plus, ils doivent être mobiles en orientation suivant la direction du vent.Leur équilibre précaire se transforme fréquemment en balourd lorsque le vent souffle par rafales du haut vers le bas ou inversement , provoquant des chocs violents particulièrement nuisibles, d'oW l'obligation de construire une charpente et un ensemble très robustes et de recourir à des appareils très sophistiqués.

Malgré cela ces appareils résistent mal et leur hauteur est très limitée ainsi que la puissance pouvant titre transmise, ce qui diminue beaucoup leur intérêt, particulièrement en ce qui concerne les grandes stations destinés à desservir des collec- tivités.

La présente invention a pour objet une station de captation des vents permettant de remédier à tous les inconvé- nient s qui viennent dite énumérés et par conséquent de réaliser des installations de très grande puissance ,dont l'ensemble est considérablement simplifié et les rend d'un fonctionnement beaucoup plus fiable.

Suivant l'invention, la station est constituée par une construction en forme de colonne creuse, à l'intérieur de laquelle sont logés les organes moteurs qui, ainsi sont entièrement protégés, le vent étant capté à la partie supérieure de la colonne à l'aide de moyens particuliers appropriés.

L'agencement de cette construction assure par un eimple jeu de volets articulés l'action optimum du vent sur les organes capteurs d'énergie , tels qu'hélices et aubes, quelle que soit la direction de celui-ci, sans nécessiter de changement d'orientation de ces organes, même dans le cas de variations de direction ou saccades.

Les organes moteurs sont mobiles en rotation autour d'un axe vertical, disposition permettant de prévoir des moyens supports placés à l'extrémité excentrique (éloignée du centre) de ces organes qui, en conférant à ces derniers une grande stabilité, permettent de leur donner de très grandes dimensions et d'obtenir de ce fait de très grandes puissances,
En outre, des clapets de sécurité protègent les organes moteurs contre toute éventuelle surpression pouvant Qtre nuisible.

l'e dessin annexé à titre indicatif pour permettre de donner une description détaillée de l'invention illustre sous une forme schématique un mode de réalisation de celle-ci.

La figure 1 représente ,vue en élévation et coupe partielle, une station en forme de colonne réalisée conformé- ment à l'invention.

Bes figures 2 et 3 sont des vues en plan respectivement de la partie supérieure et de la partie inférieure de la station.

Les figures 4, 5 et 6 représentent différentes formes de volets dont peint être pourvue la colonne.

La figure 7 représente de manière plus détaillée le montage des moyens moteurs.

Les figures 8 et 9 sont des vues en plan aux niveaux de la figure 7 précisés par les traits mixtes.

Les figures 10 à 12 représentent des moyens de mise en rotation des organes moteurs indépendants de l'action du vent.

Sur la vue d'ensemble que représente la figure 1, les flèches indiquent le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur de la station constituée par la colonne 1.

Dans cet exemple, les parties supérieure et inférieure de la colonne ont une forme hexagonale. Il est bien évident qu'elles pourraient tout aussi bien Outre cylindriques et que le nombre de côtés du polygone pourrait être différent de 6 et quelconque.

On décrira cette figure 1 en énumérant les différentes parties consécutives du sommet vers la base de la colonne représentée.

La référence 9 désigne la chambre de captation du vent, pourvue sur tout son pourtour de volets intérieurs 10 articulés de manière à s'ouvrir vers l'intérieur, condition dont l'utilité sera précisée par la suite.

Au-dessous de la chambre de captation est située une chambre ou gaîne de transfert 12 sur le pourtour de laquelle, à la partie supérieure, sont disposés des volets de sécurité 3 dont la fonction sera également précisée par la suite.

Cette chambre 12 inclut les organes moteurs 6.

Dans cet exemple, ces organes sont constitués par une pluralité d'hélices 6 superposées. Ces hélices reposent respectivement sur des portées à billes 4 portant elles-mêmes sur des entretoises 15 fixées sur la chambre 12. Les entretoises 15 sont profilées de manière à opposer une résistance infime au mouvement du flux.

Dans cet exemple, les trois hélices actionnent respectivement des arbres de transmission concentriques. L1hélice supérieure est solidaire de l'arbre central 7, tandis que les hélices des étages inférieurs sont respectivement solidaires chacune d'un arbre tubulaire 20a et 20B,
Les arbres précités 7, 20a et 20b actionnent respectivement chacun un moyen d'utilisation 8. Ces derniers sont représentés ebhématiquement car ils n'entrent pas dans le cadre de l'invention.

La chambre de transfert 12 est en communication avec la chambre d'évacuation 16 dont le pourtour extérieur est pourvu de volets 11 articulés de manière à s'ouvrir vers l'extérieur.

On se référera aux figures 1 et 7 pour la description des différents moyens supports des hélices 6. Dans cet exemple, l'hélice supérieure 6 (non représentée sur la figure 7) est fixée sur l'arbre central 7. Elle est solidaire de la partie supérieure de la portée à billes centrale 4 dont la partie inférieure est solidaire de l'entretoise 15.

L'hélice médiane 6 est solidaire de la cage d'un roulement à aiguilles 18 dont le moyeu est solidaire de l'arbre central 7.

Cette cage est solidaire de la partie supérieure de la portée à billes 4, elle-même solidaire de l'arbre tubulaire 20s.

On rappelle que la partie inférieure des portées à billes 4 est solidaire des entretoises fixes 15 correspondantes.

L'hélice inférieure 6 est solidaire de la cage d'un autre roulement 18 dont le moyeu est solidaire de l'arbre tubulaire intérieur 20a actionné par l'hélice médians 6. La cage de ce roulement 18 est solidaire de la partie supérieure de la portée à billes 4, elle-même rendue solidaire de l'arbre tubulaire extérieur 20 b.

Dans ces conditions, les régimes de rotation respectifs des hélices 6, et par conséquent des moyens d'utilisation correspondante 8, peuvent tre rigoureusement indépendants, ce qui dans la pratique peut présenter de nombreux avantage.

On rappelle que les parties désignées par les références 8 sont totalement schématiques et peuvent être aussi bien des moyens d'utilisation que des organes de transaission d'un mouvement réducteur aussi bien que multiplicateur, les dits moyens d'utilisation pouvant être placés en tous points appro priés
On décrira maintenant une disposition particulière relative à des moyens supports des extrémités des hélices 6.

Pour chacune de ces dernières et à leur niveau est prévue une piste circulaire étanche 14 pourvue d'un chemin de roulement tel que métallique 31. Des axes 17 solidaires respectivement de chacune des pales disposés dans le prolongement de ces dernières portent sur le palier 19 d'un chariot 5 pourvu d'organes de roulement tels que des galets à billes,portant eux-mêmes sur le chemin de roulement 31.

Suivant une particularité intéressante de l'invention, les moyens supporte disposés à l'extrémité des pales qui viennent d'Stre décrits peuvent comprendre des moyens de propulsion tels que moteurs électriques ayant pour fonction d'assurer la mise en rotation des hélices dans le cas où l'action du flux d'air est insuffisante pour provoquer le démarrage en charge. La référence 22 figure 8 désigne leur emplacement sous une forme générale.

Les figures 10 et ll représentent un chariot moteur comprenant un galet tracteur 24 circulant dans la gorge 14 et portant l'axe 17 en son centre. Le moteur 23 entraîne le chariot par l'intermédiaire d'un relais 25 à chape ou cour roie trapézoïdale. Un galet à billes 27 assure la stabilité de l'ensemble. L'alimentation en courent est assurée par le chemin de roulement métallique 31 et un second chemin de roulement métallique 32 de fond de gorge 14 reliés à la source d'alimentation sur lesquels des frotteure trolley 33 assurent le contact.

On peut utiliser le moteur linéaire en plaçant l'induit à la place du moteur 23, celui-ci se mouvant sur l'inducteur 31 qui se substitue au chemin de roulement 31 et reçoit le premier contact, le second dtant établi par trolley 32 placé au fond de la gorge 14 et frotteurs 33. Les galets 25 et 27, alors tous à billes chevauchant l'inducteur 31.

Les propulseurs de démarrage n'ayant une fonction utile que dans le cas de vent faible, mais utilisable après démarrage provoqué, un système simple de commande de propul- sion peut Titre utilisé pour libérer les organes moteurs 6 du poids mort des chariots propulseurs quand ila ne sont pas en service, cous-ci étant placés en retrait de galets à billes 5 de bout d'ailes et munis de cliquets genre roue libre agis sant dans le sens de propulsion et entraSnant les pales par l'extrémité des axes 17 prévus plus longs à cet effet.

La figure 12 représente une variante de réalisation des moyens de propulsion. Suivant cette disposition un moteur 23 portant l'axe 17 est placé à l'intérieur de la pale d'hélice 30 sur des entretoises 29. Ce moteur entraîne le galet 24 qui, à son tour, entrapine dans son mouvement de rotation la pale d'hélice 31.

La mise en route du moteur du ou des moyens de propulsion peut être obtenue automatiquement par tout moyen connn approprié tel qu'anémomètre à contacts, tandis que l'arrêt peut être obtenu automatiquement lorsque le vent entrains le ou les organes moteurs 6 à la vitesse prévue, par exemple au moyen d'un compte-tours enregistrant la vitesse de l'hélice.

On décrira maintenant le fonctionnement d'une telle station.

Il a été indiqué que les volets 10 dont la chambre de captation 9 est pourvue s'ouvrent vers l'intérieur. Dans ces conditions, ceux des volets exposés au vent subissent l'effet de ce dernier et s'ouvrent, laissant passage au flux d'air suivant le sens des flèches de la figure 1. En effet, à l'inverse des volets exposés au vent, tous les autres sont appliqués sur leur siège par la pression engendrée dans la chambre 9. On comprend de toute évidence que le flux précité actionne les organes moteurs constituée dans cet exemple par des hélices , au nombre de trois . Ce nombre peut titre augmenté ou diminué suivant les ouas.

Après cette action motrice, le flux d'air dont la pression est considérablement réduite est dirigé vers la chambre d'évacuation 16 dont les volets 11 situés sous le vent permettent l'évacuation, tandis que les volets exposés au vent (à gauche sur la figure) sont maintenus fermés par la pression.

Ainsi qu'il a été indiqué, des volets 3 formant clapets de sécurité sont disposés à la périphérie de la chambre de transfert 12 ainsi qu'au sommet la de la colonne(dans cet exemple). Ces clapets sont tarés à la pression voulue de la manière connue, aussi bien par ressort 21 (iig.l) qur par masse (Fig.6). Ainsi, toute surpression éventuelle pouvant être nuisible aux organes moteurs entre autres est interdite.

Le volet représenté sur la figure 4 est articulé autour d'un axe horizontal disposé de manière à diviser la surface totale de chacun des dits volets en deux parties, la surface de la partie située au-dessus du dit axe étant inférieurs à celle de la partie située au-dessous (tels que les volets 10, figure 1).

Sur la figure 5 est représenté un volet articulé autour d'un axe horizontal placé i la partie supérieure (tel que 11 , figure 11).

La figure 6 représente un volet articulé dans les m8mes conditions, mais pourvu d'une Ea8se afin de former clapet de sécurité.

Il est évident qu'on pourrait également utiliser des volets articulés autour d'un axe vertical en haut et en bas du volet, avec butée limitant la course de battement avant la position perpendiculaire au flux du vent.

La station est favorablement complétée par des ailettes verticales et auvents disposés sur le pourtour de la colonne au niveau de la chambre de captation 9 et de la chambre d'évacuation 16, ces ailettes étant situées aux arêtes lorsque ces chambres sont de forme polygonale. Cet ensemble désigné par la référence 13 forme un efficace guidevent. Les ailettes sont réparties à la périphérie de la colonne à des intervalles angulaires prédéterminés lorsque les chambres sont de forme cylindrique.

En outre, un moyen déviateur, désigné par les référen- ces 34 et 35,figure 2,est disposd au centre de la colonne, coiffant les éléments centraux. Ce moyen déviateur détermine ainsi une surpression du flux d'air, le dirigeant vers les parties extérieures des organes moteurs, parties les plus efficaces et il en résulte une très importante amélioration du rendement.

La structure d'une station tel qu'il vient d'être décrit peut outre aussi bien entièrement que partiellement métallique, réalisée en béton précontraint ou autre ou en une maçonnerie classique. Les éléments tels que volets,battsnts, entretoises, clapets peuvent être fabriqués séparément et scellés dans le gros oeuvre.

I1 est entendu que la présente description a été donnée à titre indicatif d'un mode de réalisation et que sans sortir du cadre de l'invention toutos variantes pourront être apportées concernant entre autres la forme et le nombre des éléments constitutifs.

Claims (10)

R E V E N D I C A T I O N S

1. Station fixe de captation des vents, prdvue pour l'utilisation de l'énergie produite par ces derniers quelle quén soit la direction, caractérisée en ce qu'elle est constituée par 'me construction en forme générale de colonne creuse comprenant en superposition comme énuméré ci-après, du sommet à la base: une enceinte de captation; une enceinte de transfert formant conduit de transmission, cette enceinte incluant des organes moteurs tels qu'hélices et aubes, mobiles en rotation autour d'un axe. vertical et en liaison avec les éléments d'utilisation , une enceinte d'évacuation;; la dite enceinte de captation étant pourvue sur son pourtour intérieur de volets articulés de manière à s'ouvrir vers l'intérieur, de telle sorte que les dits volets exposés au vent forment clapota dtadaission à l'intérieur de la dite enceinte, tandis que tous les autres sont maintenus auto matiquement fermés par la pression de l'air introduit, lequel est alors dirigé successivement vers la dite enceinte de transfert incluant les organes moteurs et, après action motrice, vers la dite enceinte d'évacuation , laquelle est à cet effet pourvue, sur son pourtour extérieur, de volets articulés de manière à s'ouvrir vers l'extérieur, de telle sorte que ceux des dits volets situés sous le vent forment clapets d'échappement sous l'effet de la pression résiduelle de l'air inclus, tandis que ceux exposés au vent extérieur sont alors maintenus fermés.

2. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne creuse est de forme polygonale, les arêtes du polygone étant pourvues d'ailettes verticales, tandis que des auvents sont disposés aux parties supérieure et inférieure respectivement de l'enceinte de captation et de lXenceinte d'éva- cuation de manière à former guide -vent.

3. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne est de forme cylindrique, les enceintes de captation et d'évacuation étant pourvues d'auvents disposés respectivement à leur partie supérieure et inférieure, tandis que des ailettes verticales sont réparties à la périphérie de la dite colonne, séparées par des intervalles prédéterminés, de manière que les dits auvents et les dites ailettes forment guide-vent

4. station selon la revendication I, caractérisée en ce que des clapets de sécurité sont prévus pour interdire toute surpression pouvant Entre nuisible, notamment aux organes moteurs, les dits clapets étant constitués par des éléments tels que des volets s'ouvrant vers 11 extérieur et tarés par tous moyens connus tels que maze aussi bien que ressort, les dits volets étant disposés en des points tels qu'à la périphérie de ltenceinte de transfert aussi bien qu'à la partie supérieure de l'enceinte de captation.

5. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que les volets sont articulés autour d'un axe horizontal disposé de manière à diviser la surface totale de chacun des dits volets en deux partie, la surface de la partie située au-dessus du dit axe étant inférieure à celle de la partie située au-dessous.

6. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes moteurs sont constitués par une pluralité de moyens tels qu'hélices et aubes, disposés en superposition et actionnant respectivement des moyens de transmission indépen- dants, les dits moyens de transmission comprenant un arbre central et des arbres tubulaires concentriques au dit arbre central.

7. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes moteurs tels qu'hélices et aubes sont pourvus à leur extrémité excentrique de moyens supports rotatifs tels que des galets portant sur un chemin de roulement circulaire disposé à la périphérie de la colonne au niveau de longane moteur considéré.

8. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens déviateurs sont disposés longitudinalement au centre de la colonne afin de diriger le flux d1 air vers les extré mités excentriques des organes moteurs tels qu'hélices et aubes, de manière i augmenter l'efficacité de l'action du dit flux.

9. Station selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens tels que des moteurs électriques sen solidaires des extrémités excentriques des organes moteurs et logés dans un chemin circulaire disposé à la périphérie de la colonne au niveau des dits organes moteurs, les dits moteurs électriques étant pourvus d'organes de roulement et d'alimentation en courant tels que des galets et frotteurs, de manière à assurer la mise en rotation des dits organes moteurs de la station lorsque l'action du flux d'air est insuffisante pour provoquer le démarrage.

10. Station selon la revendication 9, caractérisée an ce que des moyens interrupteurs de courant asservis au mouvement de rotation des organes moteurs sont prévus pour supprimer l'ali- mentation des moteurs électriques dès que le dit mouvement de rotation est assuré par l'action du flux d'air.