FR2651017A1 - Dispositif d'orientation des pales d'un rotor dans un flux transversal de fluide et application de celui-ci - Google Patents

Abstract

Dispositif concernant tous les générateurs et les propulseurs travaillant dans un flux de fluide. Les axes de pivotement, en A, des pales P sont parallèles à l'arbre 1 du rotor 9, sur la périphérie duquel elles sont disposées. Chacune d'elles est solidaire d'un pignon dentée A constamment en prise avec son pignon intermédiaire I, lui même en prise permanente avec le pignon central C, fixe dans l'absolu, mais décentré d'une façon réglable par rapport à l'arbre 1; le pignon I restant libre par ailleurs. A étant le double (en pointillé sur la figure), ou l'égal, de C, suivant l'option choisie pour l'orientation des pales. La distance C1 déterminant les incidences optima pour un écoulement laminaire du fluide suivant une large section rectangulaire. Les rotations intérieures, quasi uniformes, se faisant sans à-coups.

Description

Les pales du rotor dont il est question dans
le présent exposé sont disposées régulièrement sur son pour
tour circulaire et sont susceptibles de pivoter sur elles
mêmes autour d'un axe paralléle à celui du rotor.

L'ensemble étant plongé dans un fluide dont
le déplacement est perpendiculaire aux dits axes; ce mouvement
du fluide existant indépendamment du fonctionnement du rotor,
ou étant provoqué par lui.

Suivant le cas, il s'agît d'un génèrateur
ou d'un propulseur. Le domaine technique concerné par le
premier est celui des éoliennes, des turbines, etc... Celui
du second intéresse, d'une part la propulsion du fluide
lui même (pompes, ventilateurs, souffleries, etc..), d'autre
part la propulsion des mobiles lorsque c'est la réaction
sur le support du rotor qui est recherché (bateaux, véhicules
divers utilisant un jetd'air, etc..).

Le dispositif de la présente invention permet
un réglage précis de l'orientation des pales, adaptableou non en cours de fonctionnement, et n'utilise que la rotation
quasi uniforme de pignons dentées, ce qui détermine une
grande douceur de fonctionnement et la possibilité de grandes
vitesses de fluide en écoulement non perturbé. Ce n'est
pas le cas des rotors existants du même type, où il est
,en général fait appel à des dispositifs de leviers, sans
règlage précis possible et sans possibilité de grandes vites
,ses de fluide.

Avant d'aborder toute description du dispositf,
il est préférable de bien définir les orientations désirées
des pales, et pour cela considérer d'abord les orientations
et les vitesses relatives des flux de fluide qui agissent
sur elles en chaque point de leur trajectoire circulaire.

Pour rendre plus concret- ce qui va suivre,
il va être considérée une éolienne à axe vertical, dont
les pales ont été provisoirement enlevées, tournant dans
le sens trigonomètrique, dans un vent du Nord Va.

Au point A de la figure I convergent les vec
teurs: Va (vent absolu), v (vent du à la vitesse périphétique)
et Vr (vent relatif résultant). (fig 1)
Nous avons, vectoriellement, : Vr=Ve-v
Du point A, traçons les normales à ces trois vecteurs; Celle du vecteur Vr coupe la ligne EW en un point
B, dans I'ouest. Le triangle ABO est semblable au triangle formé par les vecteurs précèdents, et nous avons:
Vr : AB = Va : BO = v : OA = v : R
R étant le rayon du rotor.

Ii s'en suit que BO = Va x R : v
Le point B est donc fixe, dans l'ouest du rotor, si le vent absolu et la vitesse de rotation sont constants
Nous avons donc là un procèdé graphique très commode pour déterminer les vents relatifs qui agissent sur les pales, ce qui permet de les orienter en chaque point pour un couple maximum appliqué sur l'arbre du rotor.

Si, par exemple, nous désirons que le fluide conserve son écoulement continu, il faut que l'incidence soit faible et comprise entre zéro et une vingtaine de degrés.

Dans ces conditions nous voyons que l'orienta- tion des pales est correcte lorsque leur normale passe pàr un point fixe B'.

Si B' est à droite de B, il s'agit d'un génèrateur; dans le cas contraire, c'est un propulseur. Nous n'avons envisagé ici que des points B et B' situés à l'extérieur du rotor pour ne pas alourdir cet exposé.

Suivons une pale à partir de l'est, dans le sens trigonomètrique (fig 2):
Au départ elle est obligatoirement orientée vers le Nord, c'est à dire "en drapeau", car aucune poussée favorable n'est possible lorsque le flux est à l'opposé du déplacement.

Ensuite elle pivote progressivement vers la gauche, sans que l'incidence du vent relatif ne dépasse celle du "décrochement". Aux environs du NNW deux options sont possibles, suivant que nous voulions, ou non, que le flux reste en écoulement continu.

Dans la première option, à partir de cet endroit, la pale commence à "rebrousser chemin", c'est à dire s'immobilise en azimut et commence à tourner vers la droite.

Elle est de nouveau dirigée vers le Nord à
son passage à l'Ouest (W) et continue sa rotation à droite,
jusqu'à son azimut maximum (Z), ce qui se produit vers le
SSW (point symètrique du précèdent par rapport à l'axe EW).

Elle "rebrousse chemin" à nouveau pour se trouver -dirigée
vers le Nord au point E.

Dans tout le secteur approximatif allant du
NW au SW, la poussée est moindre que ce qu'elle serait si
l"'écoulement perturbé" du fluide était accepté, comme c'est
le cas dans la deuxième option.

Dans cette dernière, la pale ne commence pas
à "rebrousser chemin" vers le NNW, mais continue quelque
temps son mouvement de rotation vers la gauche, ce qui déter
mine alors un "decollemene" des filets de fluide. Vers l'W,
deux cas de cette deuxième option sont possibles. Le premier
ne nous intéresse pas ici, car il suppose, qu'à l'instar
des voiliers qui "empannent" en virant de bord vent arrière,
la pale tourne brutalement vers la gauche, pour reprendre
une lente rotation, toujours vers la gauche, et se retrouver
face au vent à l'Est.

Le deuxième cas est plus original et présente
l'aventage de ne pas nécessiter de choc brutal: la pale,
vers le NNW, continue sa rotation à gauche pour se retrouver
,perpendiculaire au vent absolu à l'Ouest; l'écoulement du
fluide, bien que wperturbé", provoque une poussée malgré
tout importante, très bien dirigée pour augmenter le couple
s'exerçant sur l'arbre du rotor. (fig 2 t Option 2 ).

Cependant le vent 11"attaque" désormais sur
son "bord de fuite": elle doit donc être conçue pour cela
et présenter par conséquent un profil lenticulaire à deux
axes de symètries (alors que généralement elles ne possède
qu'un seul axe de symètrie longitudinal).

Aux environs du SW, elle retrouve les condi
tions d'orientation de la première option, et est, à l'Est,
de nouveau orientée vers le Nord, mais en n'ayant fait qu'un
demi tour depuis le départ de ce point.

En conclusion, dans la première option ' la
tendance globale de - la pale est de rester orientée vers
le Nord. Dans la seconde, elle est de tourner régulièrement
à la vitesse moitié de celle du rotoWdisPositif existant, mais sans le "décentrement" exposé plus loin).

Le dispositif de la présente invention, outre
qu'il génère ces deux "mouvements de base" par le choix
convenable des rapports des engrenages qu'il met en oeuvre,
ajoute algèbriquement une correction règlable en amplitude,
cyclique, de même période que celle de la rotation du rotor,
qui détermine les orientations finales désirées.

Son objectif peut cependant se limiter à assurer
l'harmonisation indispensable des orientations des pales
lorsque celles ci sont déterminées par un autre dispositif
(par exemple un dispositif d'auto orientation).

ftfig 9)Le dispositif de la présente invention est C
caractérisé par la présence d'un pignon denté central,circu-
laire ou de forme elliptique,parfaite ou approximative,
fixe par rapport à la direction absoluevadu flux de fluide
et placé, ou pouvant l'être, d'une façon excentrée par rapport
à l'axe du rotor.(0)
En outre, chaque palePest solidaire d'un pignon
denté satelliteA en prise avec un pignon intermédiaire1 lui même également en prise avec le pignon centralC-Des liaisons
assurant le contact correct des engrenages, sans que la
liberté des pignons intermédiaires ne soit limitée par d'au
tres dispositifs.

Chacun de ces pignons pouvant être en réalité constitué de plusieurs pignons solidaires, parallèles et
de même axe de rotation, pour permettre, entre autres buts,
des chevauchements pour des débattements plus importants.

La disposition de ces trains d'engrenages
pouvant êtres plus complexes en raison de considèration de
construction, à la condition que l'ensemble soit équivalent
mécaniquement à la description qui précède
Les pales pouvant d'ailleurs ne pas être directe ment solidaires de leur pignon satellite, mais être astreint
à suivre exactement -leur mouvement par des chaines, courroies
crantées, arbres de transmission portés par le rotor, etc...

(fig 3).

Pour simplifier l'exposé du fonctionnement
nous allons considèrer, bien que cela ne soit pas une obliga
tion, que les rayons de ces trois pignons dentés sont égaux
de valeur "r"(il s'agit alors de la lere option (lig 33 page 2).

Les "liaisons" citées peuvent etre de simples
"bras" allongés,lQmunis d'un tourillon à chacune de leurs
deux extrêmités, qui maintiennent les. axes de deux pignons
en prise à la bonne distance. (fig 5j
En génèral, l'axe du rotor traverse le pignon
central par une ouverture allongée qui permet le jeu nécessaire au "décentrement" de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre. Le tourillon de la liaison correspondante doit
être de grand diamètre pour la même raison. Ces "liaisons"
avec le pignon central doivent être "étagées" le long de
celui ci, car il y en a autant que de pales, sauf si on a recours à d'autres dispositifs.

R
L'un de ceux ci est un simple ressort boudin, spirale, à lame, à élastique etc..) qui, prenant appui sur
le rotor, exerce une pression convenable sur chaque bras de la liaison1ies pignons intermédsalres avec les pignons Pd satellitesA(fig 5).Des contrepoids pivotants liés à ces
"bras" venant en outre compenser la tendance au décollement des pignons intermédiaires due à la force centrifuge (fig 5).

(fig 4) Un autre dispositif consiste à "cercler" l'en- semble des pignons intermédiaires, en "enserrant" leur axe, avec le jeu convenable, par une couronne restant libre par ,ailleurs (il convient que le rotor aie au moins trois pales).

Le contact de ces axes avec la couronne devant être' fait par l'intermédiaire de "manchons" cylindriques les protégeant. Ces "manchons" pouvant avantageusement être remplacés par des "patins portés par les axes des pignons intermédiaires et épousant la forme intérieure de la couronne pour que le glissement soit possible, avec ou sans interposition de billes ou rouleaux.

Il faut prévoir, soit plusieurs - couronnes - soit une seule, disposée dans une saignée circulaire pratiquée dans chacun des pignons intermédiaires, en leur milieu (fig 6).Les patins P peuvent être de simples roulements à billes.

Il est à noter que les pignons intermédiaires ne sont soutenus que par leurs liaisons, notamment cellesl0
les liant aux pignons satellites; celles ci peuvent d'ailleurs pivoter sur un robuste tourillon K lié au rotor même, à la condition que son axe soit dans le prolongement de celui de la pale considérée. (fig 15)
Afin de pouvoir expliciter le fonctionnement du dispositif de la présente invention, il convient de décrire plus concrètement l'éolienne déja prise comme exemple.

Fig 15 Pour permettre les règlages prévus, le pignon centralC est monté sur une "embase rotative5 pouvant pivoter, sur rail ou glissièr64circulaire fixé sur l'assise extérieure de l'éolienne, concentriquement à l'arbre du rotor, de façon à ce qu'elle puisse être orientée en direction du vent absolu.

Une glissièrGe, portée par cette pièce, permet une translation latérale, en général rectiligne, du pignon central, qui peut ainsi être "décentré" par un réglage à l'aide d'un vérin par vis sans fin ou autres dispositifj par rapport à l'arbre du rotor.

Celui ci traverse ces deux pièces par des ouvertures permettant les maneuvres précitées. En outre, dans certaines réalisations, il sera possible de modifier l'orientation du pignon central par rapport à embase rotative" et même de provoquer la désolidarisation complète de ces deux éléments. Cette dernière possibilité étant indis pensable, concurramment avec une annulation instantanée du "décentrement", pour que les pales se -mettent toutes "en drapeau", afin de prévenir toute avarie relative à une survente brutale.

Cette éolienne, maintenant concrètement établie, va permettre l'étude des orientations de. ses pales.

C
Tout d'abord, après avoir orienté la glissière de l'embase vers le Nord, nous annulons provisoirement le "décentrage" odu pignon central. Par construction, et de façon définitive, nous "calons" alors toutes les pales, sur leur pignon satellite pour qu'elles soient toutes orientées vers le Nord. L'angle "bi" formé par les demi droites joignant les centres du pignon intermédiaire et du pignon satellite Aau centre du pignon centralC(fig 7), est alors égal pour toutes les pales.Il est donné par la relation:
cos bi = R : 4 r OA
OA
R étant la distance invariable qui sépare
0 les pales du centre du rotor; et "r" le rayon, que nous avons choisi égal pour tous les pignons afin de simplifier les expressions. "R" "r" et par conséquent "bi", sont des données de construction, par définition invariables.

Pour les besoins de la démonstration, "désolidarisons" provisoirement du rotor une pale munie de son pignon satellite, et plaçons la n'importe où (fig. 8), dans un rayon toutefois limité par les "liaisons" deja citées. La pale dévie alors d'un angle Z vers l'Est ou l'Ouest depuis sa position Nord initiale. L'angle bi devient b (angle fait par les centres des pignons central et satellite, vu du centre C du pignon central). On voit facilement que Z est quatre fois la valeur de la différence entre "b" et bibi", et que cos b = d : 4r
d étant la distance séparant les centres des pignons central et satellite, on voit que la déviation de la pale ne dépend que cette valeur, quelque soit l'emplacement de la pale (qu'elle soit en place ou "désolidarisée").

Aprés avoir refixé la pale à sa place sur le rotor, nous donnons un "décentrement" "e" au pignon central
C sur sa glissière, à ltopposé du Nord (fig. 9), et nous appelons "a" l'angle dont a tourné le rotor depuis le passage de la pale à l'Est. Le triangle OCA donne la relation:: d carré = R carré + e carré - 2 R e cos(a+90 ) soit: d carré = R carré + e carré + 2 R e sin a
Nous avons vu que:
d = 4 r cos b donc '(4r)carré x (cos b)carré = Rcarré + e carré + 2 Re sina
Par ailleurs ( fig 8): cos-bi = R : 4r
Si nous adoptons une fois pour toutes "4r" pour unité de longueur, nous avons les trois formules suivantes qui donnent Z (orientation de la pale par rapport au
Nord) en fonction de "a" (rotation du rotor depuis son passage à l'Est):
Z = 4 ( b-bi) avec:
cos bi = R et
(cos b)carré = Rcarré + e carré + 2Re sina
Les facteurs R et bi sont des données de construction et "e" est le "décentrement" du pignon central
C (le tout en unités"4r").

Ces formules montrent que pour une éolienne définie et un "décentrement" donné
I, La déviation des pales à l'Est et à l'Ouest est identique et toujours égale à 4 fois la différence entre "b" et "bi" (Cos "b" valant la racine carrée de la somme des carrés de cos bi et de "e").

2,'La déviation des pales en valeur absolue est maximum au Nord et au Sud. Le "point ae rebroussement" ne se trouve pas exactement.vers le NNW et le SSW, comme il serait conforme à ce qui était prévu page 2 ligne 36 (nous verrons plus loin comment améliorer ce résultat)
Les formules montrent que pour "a" plus ou moins 90':
cos bNord = cos bi + e
cos bSud = cos bi moins e,
Les Z étant toujours 4 fois la diffèrence de "b" et "bi".

L'introduction d'un "décentrement" "e" a produit une déviation identique de la pale à l'est et à l'ouest (Z EW). Il convient donc, à chaque décentrement, de faire pivoter le pignon central de cette quantité (Z EW) pour que les pales E et W soient à nouveau orientées vers le
Nord à ces deux endroits
Le mécanisme de l'éolienne présentée permet effectivement de faire pivoter le pognon central sur son "embase rotative" de la quantité moins Z (EW).

Si ce mécanisme n'existe pas ou si on ne veut pas l'utiliser, il est toujours possible de faire pivoter l'embase5sur la gauche pour obtenir le même résultat (fig 10).

G
Le plus simple est de prévoir la glissière du pignon central sur l'embase légèrement courbe de façon à ce que ce pignon pivote sur la gauche lorsque le "décentrement" augmente. Cette maneuvre ayant, de plus, pour effet
C de déporter faiblement le pignon central à droite, ce qui équivaut à une rotation de la ligne NS de l'éolienne; ce qui va également dans le sens du but recherché. Cette courbure étant tres faible, comme le montrent les quelques résultats numériques qui vont suivre.

La conduite de ces calculs est la suivante:
Nous avons tout d'abord choisi les "bi" (données
de construction des éoliennes): c'est à dire l'angle ,vu
du centre du pignon central, que font entre eux les centres
des deux autres pignons lorsque le "décentrement" est annulé.

Les "bi" choisis sont :45 40 35 30
Nous avons ensuite calculé les azimuts des
pales au N et au S (à l'Est et à l'W ils sont nuls) pour
quelques "décentrements" choisis ", désignés par le- rapport de "g" avec le rayon "r" de tous les pignons:(g = OC)
"g" r "r" = 0,1 0,2 0,5 0,75
il convient de rappeler que le "décentrement"
"e", dans les formules, correspond au quart de ces chiffres,
l'unité choisi étant 4r.

Pour chacune de ces données,nous avons d'abord
calculé Zb, qui est le quadruple de la différence entre
"b EW" et "bi"; c'est à dire l'angle dont on doit corriger
tous les azimuts pour qu'ils soient nuls à l'E et à l'W:
carré de cos bEW = carre de cos bi + carré
de "e".

Les azimuts des pales au Nord et au Sud, avant
le pivotement correcteur de Z , sont calculés comme étant
quatre fois la différencie du "b" intéressé avec "bi". Ces
,"b" ,N et S sont donnés par les formules:
cos b- = cos bi plus ou moins "e" (suivant
qu'il s'agit du Nord ou du Sud).

Enfin il faut soustraire Z à ces deux quantités
trouvées (en valeur absolue il faut ajouter au N et retrancher
au S).

Les azimuts dés pales au Nord et au Sud sont
les suivants (ils sont nuls à l'E et à l'W)
A/ bi=45 g=0,1 Z N= 8,40 Z SI 8,1 " 0,2 r' 16,3 r 16,3
0,5 " 41,7 " 41,2
" 0,75 " 65,8 " 62,8
B/ bi=40 " 0,5 " 48,4 " 44,2
C/ bi=35 " 0,5 " 59,2 " 48
DI bi=30 " 0,5 " 85 " 53
" 0,2 " 24,7 " 21,9
Les écarts entre les valeurs absolue des orientations au Nord et au Sud ne sont pas fatalement défavorables.

Bien au contraire, ils peuvent être recherchés par les constructeurs,pour tenir compte de la déviation du courant de fluide dans le sens trigonométrique qui est produite par les pales Nord (fig 11).

Nous avons wtu (page 2; ligne 36) qu'il était préfèrable que le "point de rebroussement" des pales Nord soit vers le NNW plutôt qu'au Nord, comme c est le cas pour l'éolienne présentée comme exemple.

On peut donc avoir avantage à faire pivoter celle ci dans le sens trigonomètrique (c'est à dire déplacer, ou faire pivoter son pignon central; cette maneuvre pouvant d'ailleurs être prise en compte par la courbure de la glissière citée page 8 ligne 30).

Le courant de fluide intéressant les pales situées au Sud étant dévié dans le sens trigonométrique, celles ci ont donc bien leur "point de rebroussement" placè dans la zone favorable, mais la rotation précédente de l'éoli- enne va en partie détruire cette heureuse circonstance.

Il conviendra donc d'adopter la demi mesure qui permettra les orientations désirables, en tenant compte que cette rotation augmentera en valeurs absolues les azimuts N et diminuera ceux du S.

D
Des déflecteurs pourront également être utilisés, ' intérieurement ou extérieurement (ou les deux), pour canaliser, sur les pales Sud, le flux de fluide suivant l'orientation' exacte désirée (pour les génèrateurs et les propulseurs)(fig 12).

Un autre dispositif, plus complexe, entrant dans le cadre de la présente invention peut être mis en oeuvre pour que les points de rebroussement Nord et Sud soient "décalés" vers l'ouest. (fig 13)
Il consiste à "ovaliser" les pignons centras et intermédiaires, c'est à dire à leur donner la forme d'éllipses identiques, leur axe étant situé sur l'un de leurs foyer.

Pour assurer la transmission avec le pignon satellite, resté circulaire, il est prévu la disposition suivante:(en pointillés fig 13)
Le pignon intermédiair est en réalité composé de deux pignons parallèles et solidaires par leur axe commun.

L'un d'eux est le pignon elliptique précédent, en prise avec le pignon élliptique central, l'autre est circulaire et en prise avec le pignon satellite, circulaire également.

Comme nous l'avions fait pour la précédente éolienne, orientons l'"embase rotative'5 vers le Nord, et centrons l'un des foyers F du pignon central sur le centre du rotor (fig 13).

Lorsque l'une des pales est à l'Est, son pignon intermédiaire et le pignon central, tous deux élliptiques, doivent avoir leurs grands. axes alignés (vers le NNE dans le cas de figure), les "liaisons" doivent joindre leurs foyers droits, et la pale orientée vers le Nord.

Lorsque nous faisons tourner lentement le rotor dans le sens trigonomètrique, le pignon intermédiaire I tourne plus lentement qu'il ne le ferait dans l'éolienne précédente, car FT est plus court que TII P
De ce fait la pale, dont l'orientation résulte de la différence entre cette rotation et celle qu'elle aurait si les pignons étaient circulaires, prend progressivement une orientation "à gauche".

Au point I;. lorsque le pignon intermédiaire a tourné de I80", nous avons I4tT' = FT'.La vitesse de rotation de la pale par rapport à celle de l'éolienne est alors la même que dans l'éolienne précédente et la pale s'immobilise en orientation, avant de "repartir" dans l'autre sens. C'est le "point de rebroussement" cherché et il se produit bien vers le NNW.

La "liaison" FIs å tourner de 90 + x et:
sin x = 2c : 2a = e ( excentricite de l'éllipse)
A l'W la pale est de nouveau Nord; le "point de rebroussement" Sud est vers le SSW, symétriquement au précèdent par rapport à la ligne EW. Il est å noter que la distance FI est constante, ce qui permet d'utiliser toutes les "liaisons" présentées précédemment.

Le "décentrement" du pignon central, que nous effectuons maintenant, ajoute à ces orientations des pales, les orientations précédentes étudiées pour les pignons circulaires.

Les pignons élliptiques ne font que "décaler" les "points de rebroussement" vers l'W, sans modifier les autres caractèristiques. On obtient le même résultat en conservant circulaire le pignon central et en. "ovalisant" les pignons satellites et intermédiaires.

Pour obtenir les orientations des pales de la 2 éme option (page 3, lignes 20 à 40), c'est à dire celui concernant les rotors dont les pales tournent globalement moitié moins vite que le rotor, il suffit de doubler le rayon du pignon satellite A. Le décentrement du pignon central
C provoque également une correction alternative, d'allure sinusoidale, de l'orientation initiale des pales, de même période que la rotation du rotor.

Sans "décentrement" les pales N et S sont orientées à 45" du "lit" du fluide. Si la vitesse périphérique du rotor égale celle du fluide, toutes les pales sont alors "en drapeaux" dans les flux relatifs. Pour qu'un travail entre en jeu, il convient donc, sans dépasser les "incidences de décrochement", d"'écarter" encore plus ces pales de la ligne N/S pour un générateur, et vice ver sa pour un propulseur; ce qu'opère le "décentrement" du pignon C. Les pales
Est restant N/S et les pales W restant E/W, en ne travaillant pas mais en gardant laminaire l'écoulement du fluide, ce qui assure un bon rendement.

A partir de ces positions que nous appellerons "de départ", on peut diminuer relativement la vitesse périphèrique pour un propulseur et i au nenter pour un génèrateur.

La correction de l'orientation des pales se fera alors à l'inverse de ce qui vient d'être dit. Un écoulement discontinu commence à se créer vers les pales W. Les pales "repasseront", à un moment donné, par 450 du "lit" du fluide et le pignon
C sera momentanément centré sur 0. Dans tous les cas les pales E et W gardent leur orientation initale N/S et EW.

il semblerait que l'option 1 concerne surtout les vitesses importantes de fluide pour une vitesse modèrée du rotor (donc un couple important); l'option 2 interessant surtout des vitesses périphériques du rotor du même ordre que celle du fluide (sans point de rebroussement, mais avec pales à double symétrie).

La figure 14 montre le mécanisme d'un propulseur
conforme au dispositif de la présente invention. Le rotor
est une "cage d'écureuil" (ou une moitié) solidaire de son
arbre moteur (lj, maintenu sur son assise par ses deuxtouril-
ions (2) (ou un seul s'il s'agit d'une "demi cage").

Un carter étanche "3", solidaire du rotor,
enveloppe l'ensemble des pignons A? i C, ne laissant passer
que les arbres des pales, solidaires également des pignons
satellites A Ces arbres étant creux pour pouvoir pivoter
autour des "barreaux4 de la "cage d'écureuil".

Un "embase rotative" "5" intérieur au carter
est solidaire d'une tige circulaire "6" placée concentrique
ment à l'un des tourillons du rotor, creux pour la circonstan
ce. Un renvoi de cette arbre, par engrenages coniques (7)
est nécessaire pour que la tige "6" puisse sortir à l'extèri
eur.De cette façons il est aisé d'agir sur l'orientation
de cette tige, solidaire de embase rotative' dont l'orien-
tation détermine la direction du flux de fluide
Comme il a déja été dit, le pignon central
C est maintenu sur son "embase rotative", mais peut coulisser
transversalement par rapport à elle pour permettre le "décen
trement" adapté aux conditions de fonctionnement (ce décentrement pouvant,dans certaines réalisations se faire de part 'et d'autre du centre du pignon central).

Ce décentrement peut être commandé, de l'extéri-
eur, par le coulissement, ou la rotation, d'une tige "8"
se mouvant à l'intérieur de la tige "6", La première maneuvre
agissant par' une glissière inclinée sur le déplacement,
à 90 , du pignon central sur l'"embase"5. Dans la deuxième,
le même résultat est obtenu par la rotation d'un petit pignon
denté lié à cette tige, en prise avec une rampe dentée liée
au pignon central, le long de sa glissière G. 3
Ces propulseurs à axe horizontal, à carter étanche ou non, de la première ou deuxième option, sont
bien adaptés aux petits navires rapides naviguant souvent
dans des eaux de faibles profondeurs,
Ils peuvent également être montés sur des
aéronefs,en étant, par exemple, placés de chaque coté, sous
ou remplaçant, les ailes des avions , les axes de rotation étant horizontaux.

Un décoilage verticai est alors possible, en agissant simplement sur l'orientation de embase rotative". Une poussée verticale agissant à l'avant ou à l'arrière de l'avion est alors nécessaire pour équilibrer le couple crée par la réaction du couple moteur appliqué au rotor,
L'avion peut également planner, même s'il est dépourvu d'aile, le rotor étant.arrêté ou tournant lentemeent, pales parallèles (pignon central non décentré).

De tels propulseurs, agissant dans un gas ou dans un liquide, permettent un flux très rapide -sans que la rotation ne soit excessive. Cette caractèristique est très intéressante pour les vèhicules rapides, ainsi que pour les souffleries, où l'on peut envisager des vitesses supersoniques, avec une *veine" de flux en écoulement régulier continu, d'une section importante; ce que ne peut réaliser une hélice.

Dans ces conditions d'utilisationi une fois le "régime de croisière" atteint, les pales n'ont qu'une très faible variation d'orientation, ce qui implique- un très petit "décentrement", ainsi qu'une excentricité minime des pignons (en cas d'utilisation de pignons élliptiques).

Les conditions sont alors optimum pour un fonctionnement très doux, exempt d' "à coup" et de vibration.

Des conditions de fonctionnement analogues sont retrouvées dans les èeliennes à rotation lente et à couple moteur, puissant, ne réclamant de ce fait qu'-un "décentrement faible. A titre à'exemple, et pour terminer cet exposé, nous décrivons ici une telle éolienne que nous supposerons d'une puissance assez modeste ou, au contraire, très importante, destinée à -actionner une pompe plaçée au fond d'un forage, directement par-son arbre vertical, sans intermèdiaire électrique. (fig 15)
Le rotor envisagé ici est une "cage d'écureuil",g sans arbre intèrieur central. Les ailes pivotent autour des "barreaux"5 de cette cage, et sont munies à leur base de leur pignons satelliteA.

Celui ci est en prise avec le pignon intermédiaire I, solidaire d'un pignon intermédiaire "adjoint" I-' (fig 15t, placé sous la "flasque' horiu,?ntale inférieure9 de la cage d'écureuil. C'est ce dernier qui est en prise avec le pignpn central C, toujours extérieur.

La "liaison" 10 pivote autour de tourîllons,K liés à la "flasque", dont les axes. sont alignés avec celui du pignon satellite A . A
L'assise de l'éolienne, ancrée dans le sol, porte des rails, ou des glissières, circulaires concentriquement avec l'axe1 du rotor, sur lesquels s'appuie embase rotative" *5", pour pivoter autour de celui ci (des galets, des rouleaux, des billes, pourront être inperposés). Ce mouvement est réalisé, soit par un simple levier horizontal, soit par vérin maneuvré à la main ou électriquement.

Comme il l'a été indiqué plus haut (page 6
G ligne 5), cette "embase" comporte une glissière qui permet le coulissement d'un "support de pignon central" "12". qui détermine le "décentrement". Le réglage se faisant par un volant à vis sans fin manoeuvrable à la main ou par moteur électrique.

Enfin, le pignon intermédiaires par son engrenage C et la "couronne" "11" (page 5 ligne 20) qui les applique contre lui Il est solidaire de son "support" "12", par un embrayage de sécurité (ligne 19 page 6) .

Le dispositif prévu à la ligne 30 de la page 4 peut également être installé, pour diminuer les dimensions des pignons
L'éolienne décrite ici à titre d'exemple est maintenue verticale par 3 (ou plus) espars, poutres, ou poutrelles, formant "arcs boutant", autour d'un mât tournant lié à la partie supèrieure horizontale du rotor Ce mat tournant pouvant être maintenu par des haubans sur le rotor.

Un tourillon est prévu pour sa rotation à la jonction des poutrelles. Celles ci sont par ailleurs solidement ancrées dans le sol et des vérins sont prévus pour régler l'alignement du mât tournant avec l'axe du forage.

Une butée doit être prévue à la base de l'èoli- enne, sur l'arbre du rotor, pour équilibrer son poids. Les arcs boutant précèdents peuvent être remplaçés par de simples haubans en fils d'acier, munis de ridoires en remplacement des vérins. Dans ce cas, il faut prévoir une butée à la jonction des haubans, sur le mat. pour équilibrer leur tension.

Il est à noter que Si les pales sont en grand nombre, il conviendra que leurs pignons soient disposés sur plusieurs plans horizontaux pour que la place disponible soit suffisante, comme il est prévu page 4, ligne 22 à 26.

Pour les puissances faibles ou modérées, il sera intéressant de prévoir une "girouette d'embase pour astreindre celle ci à "suivre" la direction du vent. il faudra qu'elle ait une surface très importante, mais qui pourra être réduite en prélevant une faible fraction de la puissance fournie par l'éolienne, afin de faire pivoter l'embase, d'un poids important.(fig 16)
Dans ce cas, celle ci comporte un appendice 23 qui la prolonge horizontalement à l'opposé du vent, sur lequel est monté un plan mince, ou un profilé, vertical, qui "remonte", au delà de la trajectoire des pales; mais en deça des arcs boutant.Le plan de cette girouette passant par l'axe du rotor.(1)
Sa partie haute peut en outre pivoter autour 25 d'une "charnière", horizontale, ou ayant une faible pente, vers le centre du rotor. Elle est équilibrée pour rester verticale par un contre poids de faible action, de façon à ce que. le moindre écart du vent la fasse basculer d'un coté ou de l'autre
Ce mouvement met "en prise" l'un ou l'autre de deux embrayages27disposés à cet effet. Aucun embrayage n'ayant lieu lorsque le plan mince est en position de repos, c'est à dire vertical. 21
Par ailleurs, un pignon denté, dont le pivot est fixé sur l'embase, est en prise avec une couronne dentée22 circulaire, concentrique à l'axe du rotor, fixée sur l'assise de l'éolienne.

De l'énergie est prélevée sur le rotor par une "prise de force". (arbre 19)
Celle ci peut n'être qu'une simple courroie de transmission appliquée sur l'arbre 1 du rotor, ou un pignon dentée 17 mu par un engrenage 18 (à vis sans fin ou autre) plaçé en couronne sur cet arbre, qui met en rotation
19 continue un axe porté par i'embase.

Cette rotation pouvant être solidarisée avec celle de l'axe 20 porteur du pignon 21 indiqué à la ligne 34 de la page 16, par l'intermédiaire de l'un ou l'autre embrayage.

Pour ce faire, l'un ou l'autre des axes précités comporte un dispositif à engrenages, qui détermine, "en fin de parcours", la rotation en sens inverse de deux disques identiques; chacun d'eux étant partie intégrante de l'un des embrayages.

Par ce dispositif, le vent, en déviant légèrement, fait "basculer" la partie pivotante 24 de la girouette, ce qui actionne l'embrayage correspondant et met en prise, avec la "force motrice" 19, le pignon 21 qui fait pivoter l'embase dans le sens désiré.

Par ce même procèdé de 'prise de force" sur l'arbre du rotor, on peut également asservir l'amplitude du "décentrement" du pignon central à la vitesse de rotation de l'éolienne
Pour ce faire, un régulateur à boules, monté sur l'embase 5 et mu par l'axe de la "prise de force", commande celui des deux embrayages prévus qui fera tourner, dans le bon sens, l'arbre de la vis sans fin, montée sur l'embase, qui détermine le décentrement,afin que la vitesse de rotation se situe dans les limites prévues
D'une façon analogue, un indicateur de force du vent, qui pourra n'être qu'un simple panneau "suspendu" en travers au vent, par une "charnière" horizontale liée à l'embase, pourra commander la même maneuvre Une certaine amplitude de l'angle que fait ce panneau avec la verticale, mettra en action un embrayage qui diminuera la valeur du décentrement, jusqu'à l'annuler en cas de tempête.

il est possible, en choisissant correctement tous les paramètres qui peuvent i'être, de se servir de cette éolienne pour forer le puits qui sera utilisé par la pompe qu'elle mettra en action.

Pour ce faire, une ou plusieurs ouvertures doivent être pratiquées sur partie supèrieure de l'éolien- ne, au centre, ou près du centré. ainsi qu'un évidement concentrique dans son arbre 5, pour permettre le passage des tiges de forage.

Celles ci étant fixées sur cet arbre par colliers, boulonnage, clavetage, ou tous autres moyens.

On peut également prévoir un soulèvemet préalable de l'éolienne, par vérins, ou autres dispositifs, afin que son poids participe à la poussée verticale nécessaire au creusement Les vérins pouvant d'ailleurs prendre appui, soit sur le bâti, soit sur les tiges de forage elles mêmes; dans ce cas ils peuvent tourner avec l'ensemble éoilenne tiges, ce qui facilite les opérations.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   C, solidaires chacuns d'une des pales P, et de pignons dentés intermédiaires I qui, tout en restant libres par ailleurs, sont astreints à être constamment en prise à la fois avec le pignon central C et le pignon satellite A correspondant.

   1 > Dispositif d'orientation des pales P disposées régulièrement sur le pourtour d'un rotor 9 qui peuvent pivoter suivant leur axe 4 parallèle à l'axe O de l'arbre 1 du rotor 9 perpendiculaire au flux de fluide le traversant, utilisable pour constituer, soit un générateur:. éolienne ou turbine, soit un propulseur, d'un mobile dans un liquide ou un gaz, ou d'un fluide: ventilateur, pompe; caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un pignon central C fixe par rapport à la direction du flux de fluide et décentré par rapport à l'arbre 1 du rotor, des pignons dentés identiques A de dimensions égales ou doubles de celles du pignon central
2. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pignon denté central C est maintenu sur une "embase rotative" 5 de centre O au moyen d'une glissière G, rectiligne ou légèrement courbe, permettant un décentrement réglable réciproque de ces deux éléments cités, un débrayage étant également prévu pour les désolidariser en cas de danger
3. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'au moins une couronne circulaire 11 qui enserre tous les axes des pignons intermédiaires par l'inter position d'éléments B constitués de "patins n coulissants, ou de rouleaux, guidés par des glissières ou des chemins de roulement disposés sur ces couronnes Il
4. 4) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précèdentes caractérisé en ce que les axes des pignons A et intermédiaires sont liés par des bras 10 pourvus d'un contrepoids' Pd afin que la force centrifuge s'exerçant sur Pd maintienne en contact les pignons C et intermèdiairesi, un ressort (Ress) agissant également sur le dit bras 10, en prenant appui sur le rotor 9 renforçant cette action.
5. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes destiné à mieux adapter les orientations des pales P aux écoulements de fluide, caractérisé en ce que les pignons intermédiaires sont composés chacun de deux pignons parallèles liés solidairement par leur axe commun de rotation, l'un I, circulaire, étant en prise avec le pignon satellite circulaire correspondant A, l'autre, I', elliptique, étant en prise avec le pignon central C, identique à I', l'axe commun de rotation passant par le centre du pignon intermédiaire circulaire I et par l'un des foyers du pignon intermédiaire elliptique I'.
6. 6) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précèdentes, appliqué à une éolienne à axe vertical pourvue d'une girouette 23, destiné à utiliser une fraction de l'énergie produite par ladite éolienne pour orienter correctement l'"embase rotative" 5 par rapport à la direction du vent, caractérisé par la présence de deux arbres rotatifs supportés par l'embase 5 dont l'un, 19, est lié à- un pignon denté 17 en prise avec une couronne dentée circulaire 18 fixée sur l'arbre 1 du rotor 9, l'autre, 20, à un pignon denté en prise avec une large couronne dentée circulaire 22 liée au bâti concentriquement à l'arbre 1 du rotor, l'un de ces.

   deux arbres rotatifs 19 ou 20 étant lié par jeu d'engrenages à deux disques tournant en sens inverse; et en ce que le basculement d'un coté ou de l'autre d'un profilé vertical, ou d'un plan mince 24 en tenant lieu, autour d'un axe quasi horizontal 25 orienté en direction de l'axe 0 de l'arbre 1 du rotor 9 et articulé sur l'appendice 23 de 1'embase 5, solidarise par l'embrayage 27 l'un ou l'autre des deux disques précèdents avec l'arbre rotatif 19 ou 20 resté libre, un faible contrepoids 26 étant fixé au plan mince, ou au profilé, pour l'équilibrer en position verticale en l'absence de toute poussée latérale du vent.
7. 7) Dispositif, suivant la revendication 6, appliqué à une éolienne à axe vertical destiné à utiliser une fraction de l'énergie produite par ladite éolienne pour faire tourner dans le bon sens et de la quantité nécessaire la vis sans fin montée sur l'embase 5 qui entraine son décentrement par rapport au pignon central C, caracthrisé par la présence de deux arbres rotatifs supportés par l'embase 5 dont l'un, '9, est lié à un pignon denté -17 en prise avec une couronne dentée circulaire 18 fixée sur l'arbre 1 du rotor 9, l'autre, 20, a sa rotation liée à celle de ladite vis sans fin, l'un des deux arbres 19 et 20 étant lié par jeu d'engrenages à deux disques tournant en sens inverses, l'action d'un régulateur à boules ou d'un indicateur de force du vent commande les embrayages 27 en solidarisant l'un ou l'autre des deux disques précèdents avec l'arbre rotatif 19 ou 20 resté libre jusqu'à ce que le décentrement détermine une vitesse de rotation de l'éolienne située dans les limites prévues. l'une quelconque
8. 8) Dispositif selon 4 es revendications 1,Ç,3,4,5 caractérisé par la présence de déflecteurs de fluide extérieurs De ou intérieurs Di destinés à canaliser les filets de fluide pour qu'ils agissent d'une façon optimum sur les pales P.
9. 9) Application du dispositif selon les revendications 1 2 3 4 5 à la propulsion et/ou à la sustentation d'un aéroplane caractérisé en ce que deux dispositifs sont plaçés de part et d'autre, sur les cotés du fuselage, en remplacement des ailes, leur axe étant horizontal de sorte qu'un décollage vertical est également possible en agissant sur l'orientation de l'embase rotative 5, et que ledit aéroplane puisse planer, rotors arrêtés, pignons centraux C non décentrés maintenant les pales parallèles.

   l'une quelconque
10. 10) Application du dispositif selon /des revendications 1,2,3,4,5,6,7 à la réalisation d'une éolienne à axe vertical pour le forage d'un puits avant qu'elle ne soit utilisée pour le pompage du liquide de la nappe atteinte, caractérisé par la présence d'au moins une ouverture à la partie supérieure du rotor, au centre ou près de celui ci, ainsi que d'un évidemment concentrique dans son arbre 1, pour permettre le passage des tiges de forage.