FR2900205A1

FR2900205A1 - Wind generator for wind driven power station, has frame subdivided into edges separated by lower partition and upper partition that includes openings in chambers, where openings have section lower than section of inlets to accelerate wind

Info

Publication number: FR2900205A1
Application number: FR0603603A
Authority: FR
Inventors: Collard Michel Legros
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-10-26

Abstract

The generator has axial wheels (61) rotative in a frame along an axis perpendicular to the direction of the wind. The frame has inlets (60) for capturing the wind and is subdivided into horizontal edges separated by lower and upper partitions, where two of the edges form deflecting units. The upper partition comprises upper openings in chambers with respect to a blade of the wheel, where the upper openings have a section lower than a section of the inlets for accelerating the wind before the wind is oriented towards the wheels.

Description

1 Générateur à vent1 Wind generator

L'invention concerne un générateur à vent, en particulier du type canalisant le vent vers une roue. Un générateur à vent permet de récupérer de l'énergie mécanique du vent pour pouvoir l'exploiter sous une autre forme, par exemple pour du pompage ou pour générer de l'électricité. Dans le document FR 2 465 898, on a proposé un générateur à vent comportant une roue à axe vertical montée rotative sur un arbre dans un châssis. Un déflecteur présente une ouïe de section verticale. Le déflecteur est monté rotatif autour d'un axe vertical de manière à pouvoir orienter l'ouïe face au vent. Le vent est ainsi canalisé par le déflecteur et orienté sur la roue. L'évacuation de l'air se fait radialement au-dessous de la roue. Le déflecteur comporte une jupe qui protège l'évacuation de l'air dans la zone exposée au vent. L'arbre de la roue entraîne une génératrice électrique. Ce générateur a l'inconvénient de présenter une roue de grand diamètre, ce qui limite sa vitesse de rotation. Une vitesse de rotation limitée contraint à prévoir un multiplicateur pour obtenir une vitesse de rotation suffisante pour une génératrice électrique. De plus, la vitesse de vent pour obtenir la mise en rotation de la roue a un seuil relativement élevé, ce qui ne permet pas d'exploiter l'énergie d'un vent faible. L'invention vise à fournir un générateur à vent du type canalisant le vent vers une roue permettant d'obtenir un démarrage même si le vent est faible. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un générateur à vent comportant une roue axiale rotative dans un châssis selon un axe sensiblement perpendiculaire à la direction du vent, le châssis comportant au moins une ouïe pour capter le vent, des moyens de déflexion pour canaliser le vent vers la roue. Les moyens de The invention relates to a wind generator, in particular of the type channeling the wind towards a wheel. A wind generator can recover the mechanical energy of the wind to be able to exploit it in another form, for example for pumping or to generate electricity. In FR 2 465 898, a wind generator has been proposed comprising a vertical axis wheel rotatably mounted on a shaft in a frame. A deflector has a vertical section of hearing. The deflector is rotatably mounted about a vertical axis so as to be able to orient the hearing in the wind. The wind is thus channeled by the deflector and oriented on the wheel. The air evacuation is radially below the wheel. The deflector has a skirt that protects the air evacuation in the area exposed to the wind. The shaft of the wheel drives an electric generator. This generator has the disadvantage of having a wheel of large diameter, which limits its speed of rotation. A limited speed of rotation forces to provide a multiplier to obtain a sufficient rotation speed for an electric generator. In addition, the wind speed to obtain the rotation of the wheel has a relatively high threshold, which does not exploit the energy of a low wind. The invention aims to provide a wind generator of the type channeling the wind towards a wheel to obtain a start even if the wind is weak. With these objectives in view, the subject of the invention is a wind generator comprising a rotating axial wheel in a frame along an axis substantially perpendicular to the direction of the wind, the chassis comprising at least one hearing for capturing the wind, means for deflection to channel the wind towards the wheel. The means of

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déflexion réalisent une accélération du vent. Lorsque le vent est accéléré à la manière d'un courant d'air, et qu'il est orienté sur la roue, on obtient le démarrage de celle-ci à une vitesse de vent plus faible qu'en l'absence d'accélération. Il est ainsi possible d'obtenir une exploitation de l'énergie d'un vent même faible. De manière particulière, l'axe de la roue est vertical. deflection realize an acceleration of the wind. When the wind is accelerated like a stream of air, and it is oriented on the wheel, we get the start of it at a lower wind speed than in the absence of acceleration . It is thus possible to obtain an exploitation of the energy of a wind even weak. In particular, the axis of the wheel is vertical.

Selon une disposition particulière, le générateur comporte une pluralité d'ouïes juxtaposées. Le flux du vent capté peut ainsi être divisé et orienté vers différentes zones de la roue, de manière à optimiser l'utilisation du flux de vent capté. According to a particular arrangement, the generator comprises a plurality of juxtaposed openings. The flow of captured wind can thus be divided and oriented towards different zones of the wheel, so as to optimize the use of the captured wind flow.

Selon un mode de réalisation, les moyens de déflexion comportent une cloison supérieure, une première ouverture dans la cloison supérieure en regard de la roue, la première ouverture ayant une section inférieure à celle l'ouïe. Du fait de la réduction de section entre l'ouïe et la cloison supérieure, le vent est accéléré avant d'être canalisé sur la roue. Selon un perfectionnement, les moyens de déflexion comportent une cloison de chambre, une deuxième ouverture dans la cloison de chambre ayant une section inférieure à celle l'ouïe. De préférence, la section de la deuxième ouverture est ajustable. Ainsi, il est possible d'adapter la réduction de section à la vitesse du vent, et ainsi d'optimiser l'efficacité du système en fonction de cette vitesse. De manière particulière, la cloison de chambre est radiale et sépare une première chambre, en communication avec l'ouïe, et une deuxième chambre délimitée par la cloison supérieure. According to one embodiment, the deflection means comprise an upper partition, a first opening in the upper partition facing the wheel, the first opening having a smaller section than the hearing. Due to the reduced section between the hearing and the upper partition, the wind is accelerated before being channeled on the wheel. According to an improvement, the deflection means comprise a chamber wall, a second opening in the chamber wall having a lower section than the hearing. Preferably, the section of the second opening is adjustable. Thus, it is possible to adapt the section reduction to the wind speed, and thus optimize the effectiveness of the system according to this speed. In particular, the chamber wall is radial and separates a first chamber, in communication with the hearing, and a second chamber defined by the upper wall.

L'invention a aussi pour objet une installation éolienne comportant une structure supportant une The invention also relates to a wind turbine system comprising a structure supporting a

3 pluralité de générateurs tels que décrits précédemment. On est ainsi en mesure de combiner plusieurs générateurs au même endroit pour cumuler la puissance récupérée. De manière particulière, les roues sont montées sur un même arbre de transmission vertical. Il est ainsi possible de collecter l'énergie mécanique sur une seule génératrice électrique. De manière avantageuse, la structure est orientable, des moyens d'orientation permettant d'orienter la structure pour que les ouïes soient face au vent. L'installation est ainsi apte à capter le vent quelque soit sa direction. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de 15 la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue de face d'une installation conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un générateur 20 équipant l'installation de la figure 1 ; les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe selon les lignes respectivement III-III, IV-IV et V-V de la figure 2 ; la figure 6 est une vue de dessus du générateur de la 25 figure 2 ; la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 1 ; la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 1 30 les figures 9 et 10 sont des vues similaires à la figure 1 selon des variantes de l'invention. Une installation éolienne conforme à l'invention est montrée sur la figure 1. L'installation 1 a la forme d'une tour cylindrique et comporte une base fixe 2 35 servant de local technique, une coque 3 cylindrique montée rotative selon son axe vertical. La coque 3 est 3 plurality of generators as described above. It is thus possible to combine several generators in the same place to accumulate the recovered power. In particular, the wheels are mounted on the same vertical transmission shaft. It is thus possible to collect the mechanical energy on a single electric generator. Advantageously, the structure is orientable, orientation means for orienting the structure so that the gills are facing the wind. The installation is thus able to catch the wind whatever its direction. The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent on reading the following description, the description referring to the appended drawings in which: FIG. 1 is a front view of an installation conforming to FIG. invention; Figure 2 is an axial sectional view of a generator 20 equipping the installation of Figure 1; Figures 3, 4 and 5 are sectional views along the lines respectively III-III, IV-IV and V-V of Figure 2; Figure 6 is a top view of the generator of Figure 2; Figure 7 is a sectional view along the line VII-VII of Figure 1; Figure 8 is a sectional view along the line VIII-VIII of Figure 1 Figures 9 and 10 are views similar to Figure 1 according to variants of the invention. A wind turbine installation in accordance with the invention is shown in FIG. 1. The installation 1 has the shape of a cylindrical tower and comprises a fixed base 2 serving as a technical room, a cylindrical shell 3 rotatably mounted along its vertical axis. The hull 3 is

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surmontée d'un toit 4 en forme de dôme et d'un chapeau 5 au-dessus d'une ouverture de toit 40 dans le dôme. Des générateurs à vent 6 conformes à l'invention sont fixés à l'intérieur de la coque 3 sur des planchers 31 régulièrement répartis. Les générateurs comportent des roues 61 qui sont montés rotatives et qui entraînent le même arbre de transmission 7 s'étendant verticalement. L'arbre de transmission 7 entraîne une génératrice électrique 8 placé en partie supérieure de la coque 3. surmounted by a domed roof 4 and hat 5 above a roof opening 40 in the dome. Wind generators 6 according to the invention are fixed inside the shell 3 on regularly distributed floors 31. The generators comprise wheels 61 which are rotatably mounted and which drive the same transmission shaft 7 extending vertically. The transmission shaft 7 drives an electric generator 8 placed in the upper part of the shell 3.

Les générateurs à vent 6 comportent des ouïes 60 pour l'entrée du vent dans les générateurs 6. Les ouïes 60 de tous les générateurs sont alignées verticalement de telle sorte que, par l'orientation de la coque 3, les ouïes 60 puissent être orientées en face du vent, symbolisé par les flèches V sur les figures 1, 3, 9 et 10. Les planchers 31 comportent des ouvertures de plancher 32 de manière à laisser libre un conduit vertical s'étendant de bas en haut de la coque 3 et débouchant à travers l'ouverture de toit 40. Le conduit peut aussi être utilisé pour la visite des générateurs et est équipé à cet effet d'une échelle 33. En se référant aux figures 2 à 7, chaque générateur 6 comporte un châssis 62 de forme cylindrique, fixe par rapport à la coque 3. Le châssis 62 est subdivisé en trois tranches horizontales A, B, C séparées les unes des autres par une cloison inférieure 63 et une cloison supérieure 64. La tranche inférieure A et la tranche intermédiaire B forment des moyens de déflexion. La tranche inférieure A, ou dispositif de canalisation, comporte des conduits de canalisation 65 entre les ouïes 60 et des ouvertures inférieures 630 dans la cloison inférieure 63 pour transférer le vent capté au niveau des ouïes 60 vers la tranche intermédiaire B. La tranche intermédiaire B forme une cuve. Elle 35 comporte huit cloisons 66, 67 radiales qui partitionnent celle-ci en quatre paires P de deux secteurs. Les cloisons radiales sont alternativement des cloisons de secteur 66 et des cloisons de chambre 67. Chaque paire P comporte une première chambre 68, formée par l'un des deux secteurs, communiquant avec l'un des conduits de 5 canalisation 65 par l'ouverture inférieure 630 correspondante. L'autre secteur de la paire P forme une deuxième chambre 69 en communication avec la première chambre 68 par l'intermédiaire d'une ouverture de chambre 680 dans la cloison de chambre 67. Chaque paire P de secteurs est séparée d'une autre paire par l'une des cloisons de secteur 66. La cloison de chambre 67 comporte un volet d'ajustage 670 pour ajuster la section de passage au niveau de l'ouverture de chambre 680. La commande du volet 670 se fait par l'intermédiaire de câbles, non représentés, liés à une poignée de réglage, non représentée, placée dans le local technique 2. D'autres moyens de transmission connus en soi pour ajuster la position dL volet 670 pourront être utilisés. The wind generators 6 comprise gills 60 for the entry of the wind into the generators 6. The gills 60 of all the generators are aligned vertically so that, by the orientation of the shell 3, the gills 60 can be oriented in front of the wind, symbolized by the arrows V in FIGS. 1, 3, 9 and 10. The floors 31 comprise floor openings 32 so as to leave free a vertical duct extending from bottom to top of the shell 3 and opening through the roof opening 40. The duct can also be used for the visit of the generators and is equipped for this purpose with a scale 33. Referring to Figures 2 to 7, each generator 6 comprises a frame 62 of cylindrical shape, fixed relative to the shell 3. The frame 62 is subdivided into three horizontal slices A, B, C separated from each other by a lower partition 63 and an upper partition 64. The lower portion A and the inner slice B form deflection means. The lower portion A, or channeling device, comprises ducting conduits 65 between the openings 60 and lower openings 630 in the lower partition 63 to transfer the wind captured at the openings 60 to the intermediate portion B. The intermediate portion B forms a tank. It comprises eight partitions 66, 67 radial partitioning it into four P pairs of two sectors. The radial partitions are alternately sector bulkheads 66 and chamber bulkheads 67. Each pair P has a first chamber 68, formed by one of the two sectors, communicating with one of the line conduits 65 through the opening corresponding lower 630. The other sector of the pair P forms a second chamber 69 in communication with the first chamber 68 through a chamber opening 680 in the chamber wall 67. Each pair P of sectors is separated from another pair by one of the sector bulkheads 66. The chamber partition 67 has an adjusting flap 670 for adjusting the passage section at the chamber opening 680. The control of the flap 670 is effected by way of cables, not shown, linked to a control handle, not shown, placed in the technical room 2. Other transmission means known per se for adjusting the position of shutter 670 may be used.

La cloison supérieure 64, séparant la tranche intermédiaire B et la tranche supérieure C, comporte dans chaque deuxième chambre 69 une ouverture supérieure 640 en regard de pales 610 de la roue 61. En correspondance avec les ouvertures supérieures 640 se trouvent des ouvertures d'évacuation 600 munies de grilles 601. Un espace libre 34 au-dessus du générateur et au-dessous du plancher suivant est relié au conduit vertical. Les pales 610 de la roue sont représentées planes, mais diverses formes adaptées pourront être définies, telles que des formes creuses, en profil, en coquille ou en hélice. La coque 3 est montée rotative sur des chemins de roulement 35 à billes 36 au-dessus du local technique, comme illustré sur la figure 8. La coque 3 comporte une crémaillère annulaire 37 engrenant avec un pignon 90 d'un motoréducteur 9, de manière à commander l'orientation de la coque 3 autour de son axe vertical. La coque 3 The upper partition 64, separating the intermediate wafer B and the upper wafer C, comprises in each second chamber 69 an upper opening 640 facing the blades 610 of the wheel 61. In correspondence with the upper openings 640 there are discharge openings 600 provided with grids 601. A free space 34 above the generator and below the next floor is connected to the vertical duct. The blades 610 of the wheel are shown planar, but various suitable shapes may be defined, such as hollow shapes, profile, shell or helix. The shell 3 is rotatably mounted on raceways 35 with balls 36 above the equipment room, as shown in FIG. 8. The shell 3 comprises an annular rack 37 meshing with a pinion 90 of a geared motor 9, in such a way that controlling the orientation of the shell 3 about its vertical axis. The hull 3

6 comporte des cannes d'ancrage 38 s'étendant verticalement. Une extrémité de chaque canne d'ancrage 38 comporte une tête 39 logée dans une rainure en T circulaire. De cette manière, le basculement de la coque 3 en cas de grosse bourrasque est évité, les têtes 39 des cannes 38 restant prisonnières dans la rainure en T 21. Le toit 4 supporte une girouette 41 et un anémomètre 42 renvoyant des informations dans le local technique 2. De préférence, l'orientation de la coque 3 est pilotée de manière automatique pour que les ouïes 60 soient face au vent. Lorsque les ouïes 60 sont face au vent, de l'air entre par les ouïes 60 dans les conduits de canalisation 65 de la tranche inférieure A, passe dans la première chambre 68 à travers l'ouverture inférieure 630, puis dans la deuxième chambre 69 à travers l'ouverture de chambre 680. Ensuite, l'air passe à travers l'ouverture supérieure 640, frappe les pales 610 de la roue 61 pour la mettre en mouvement et s'échappe à travers l'ouverture d'évacuation 600, le conduit vertical et à travers l'ouverture de toit 40. Lors du passage à travers l'ouverture de chambre 680, du fait que la section de l'ouverture de chambre 680 est inférieure à celle de l'ouïe 60, la vitesse de l'air est augmentée. Il se crée un flux accéléré qui se dirige ensuite à travers l'ouverture supérieure 640 pour actionner la roue 61 avec une grande efficacité. La roue 61 entraîne la génératrice électrique 8 par l'intermédiaire de l'arbre de transmission 7 pour produire de l'électricité. L'ajustage de la section de passage au niveau de l'ouverture de chambre 680 au moyen du volet 670 permet d'obtenir un flux accéléré, même lorsque le vent extérieur est faible, et de conserver une efficacité de l'entraînement de la roue 61. 6 comprises anchoring rods 38 extending vertically. One end of each anchor rod 38 has a head 39 housed in a circular T-slot. In this way, the tilting of the hull 3 in case of heavy gust is avoided, the heads 39 of the rods 38 remaining trapped in the T-slot 21. The roof 4 supports a wind vane 41 and an anemometer 42 returning information in the room 2. Preferably, the orientation of the hull 3 is controlled automatically so that the gills 60 are facing the wind. When the gills 60 are facing the wind, air enters through the openings 60 in the conduit ducts 65 of the lower portion A, passes into the first chamber 68 through the lower opening 630, then into the second chamber 69 through the chamber opening 680. Then the air passes through the upper opening 640, strikes the blades 610 of the wheel 61 to move it and escapes through the discharge opening 600, the vertical duct and through the roof opening 40. When passing through the chamber opening 680, since the section of the chamber opening 680 is smaller than that of the hearing 60, the velocity of the the air is increased. An accelerated flow is created which then travels through the upper opening 640 to actuate the wheel 61 with great efficiency. The wheel 61 drives the electric generator 8 via the transmission shaft 7 to produce electricity. Adjusting the passage section at the chamber opening 680 by means of the flap 670 makes it possible to obtain an accelerated flow, even when the outside wind is low, and to keep the wheel drive efficiency 61.

La figure 9 montre une variante d'une installation 1' selon l'invention, dans laquelle deux générateurs à vent sont installés dans la coque 3, chaque générateur comporte son arbre de transmission 7' et entraînant sa génératrice électrique 8'. La figure 10 montre une autre variante d'une installation selon l'invention, dans laquelle l'évacuation de l'air après le passage dans la roue est réalisé par des ouvertures 36 dans la coque 3, à l'opposé des ouïes 60. FIG. 9 shows a variant of an installation 1 'according to the invention, in which two wind generators are installed in the shell 3, each generator comprises its transmission shaft 7' and driving its electric generator 8 '. FIG. 10 shows another variant of an installation according to the invention, in which the evacuation of the air after the passage in the wheel is carried out by openings 36 in the shell 3, opposite the gills 60.

Claims

1. Wind generator comprising a rotary axial wheel in a frame (62) along an axis substantially perpendicular to the wind direction, the frame (62) comprising at least one hearing (60) for catching the wind, deflection means for channeling the wind towards the wheel, characterized in that the deflection means (A, B) perform an acceleration of the wind.

2. Wind generator according to claim 1, wherein the axis of the wheel (61) is vertical.

3. Wind generator according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of gills (60) placed juxtaposed.

4. Wind generator according to claim 1, wherein the deflection means comprise an upper partition (64), an upper opening (640) in the upper partition (64) opposite the wheel (61), the upper opening (640) having a lower section than the hearing (60).

Wind generator according to claim 4, wherein the deflection means comprise a chamber wall (67), a chamber opening (680) in the chamber wall (67) having a section smaller than that of the hearing ( 60).

The wind generator according to claim 5, wherein the section of the chamber opening (680) is adjustable.

The wind generator according to claim 5, wherein the chamber partition (67) is radial and separates a first chamber (68) in communication with the hearing (60) and a second chamber (69) delimited by the upper partition (63).

8. Wind power plant, characterized in that it comprises a structure (3) supporting a plurality of generators (6) according to one of claims 2 to 7.

9. Wind power plant according to claim 8, wherein the wheels (61) are mounted on the same drive shaft (7).

10. Wind power plant according to claim 8, wherein the structure is steerable, orientation means for orienting the structure so that the gills (60) are facing the wind. 10