FR2944327A1

FR2944327A1 - Vertical axis wind turbine device for producing electrical energy to e.g. individual dwelling, has pivoting vertical shaft fixed under frame that integrates mechanical transmissions, for supporting screws, guide and assembling plates

Info

Publication number: FR2944327A1
Application number: FR0901737A
Authority: FR
Inventors: Daniel Lemaire
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-15
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: FR2944327B1

Abstract

The device has two helical screws (1, 2) that are vertically coupled, and a distributor and separator guide (3) that is vertically and unilaterally intercalated between the screws. A pivoting vertical shaft (7) is fixed under a frame that integrates mechanical transmissions, for supporting the helical screws, the guide and assembling plates. Mechanical positioning of the helical screws with respect to each other is carried out such that two threads of the screws are displaced not with respect to each other.

Description

La présente invention concerne un appareil produisant de l'énergie grâce à un mouvement linéaire d'un fluide hydraulique, gazeux ou liquide, entre autre le vent, transformé en un double mouvement rotatif. The present invention relates to an apparatus producing energy through a linear movement of a hydraulic fluid, gaseous or liquid, among other wind, converted into a double rotary motion.

Les éoliennes connues sont de différents types : - A axe horizontal équipé d'hélice à deux ou trois, voir davantage de pales. - A axe vertical de type " Darrieus" ou " Savonius" sous différentes variantes. The known wind turbines are of different types: - A horizontal axis equipped with propeller with two or three, see more blades. - Vertical axis type "Darrieus" or "Savonius" in different variants.

Les axes horizontaux ont un rapport, puissance / surface engendrée, inférieur aux axes verticaux ; mais elles engendrent de grandes surfaces, autour de trois mille mètres carré pour certaines, ce qui leur permette une production industrielle. Les axes verticaux ont un meilleur rendement mais elles sont limitées par leur structure spécifique. L'appareil à axes verticaux selon l'invention accroît la puissance grâce à différents éléments : - Il possède en effet deux vis verticales accolées permettant de récupérer plus d'énergie qu'une seule. - Chaque vis à un pas de sens inverse, l'une à droite l'autre à gauche. - Chaque vis possède plusieurs filets hélicoïdaux, de quatre à vingt. - La pente des filets est variable de trente à quatre vingt neuf degrés par rapport à l'horizontal ce qui détermine le pas. - La forme et la profondeur des filets ont des dimensions variables déterminées au moment de la conception et de l'étude des besoins, afin d'affiner au mieux les performances de l'appareil ; (en fonction de la vitesse du fluide ou du vent local constatée). - Les vis ont un sens de rotation inversé. - Les deux vis sont départagées unilatéralement par un 35 guide séparateur répartiteur. The horizontal axes have a ratio, generated power / surface, lower than the vertical axes; but they generate large areas, around three thousand square meters for some, which allows them an industrial production. The vertical axes have a better yield but they are limited by their specific structure. The device with vertical axes according to the invention increases the power through different elements: - It has indeed two vertical screws contiguous to recover more energy than one. - Each screw has a reverse step, one on the right the other on the left. - Each screw has several helical threads, from four to twenty. - The slope of the nets is variable from thirty to eighty-nine degrees in relation to the horizontal which determines the pitch. - The shape and the depth of the nets have variable dimensions determined at the time of the design and the study of the needs, in order to better refine the performances of the apparatus; (depending on the speed of the fluid or the local wind observed). - The screws have a reversed direction of rotation. - The two screws are separated unilaterally by a divider splitter guide.

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- Ce système à double vis, intercalé par un guide séparateur répartiteur, permet de diriger les fluides hydrauliques antagonistes et de les transformer en fluides productifs. - La position des deux vis et du guide séparateur en amont, face au fluide hydraulique, entre autre le vent, crée une dépression en aval des vis ce qui accélère le débit du fluide hydraulique, entre autre le vent et augmente la puissance. - La pente et la forme des multi filets des vis permettent d'exposer une surface de portance supérieure, aux appareils existants, face aux fluides hydrauliques, entre autre le vent, d'où un gain de puissance. - La forme et l'inclinaison des filets créent, dans la zone en aval (dépressionnaire) des vis, des mouvements générateurs de vortex ascendant ou descendant, selon la répartition des pas des vis (à droite ou à gauche). - Les filets des deux vis, les un par rapport aux autres, ne coïncident pas en vis-à-vis mais se trouvent décalés, ce qui facilite la création de vortex en aval des vis, et accélère l'évacuation des fluides hydrauliques, entre autre le vent; générant davantage de puissance. - La vitesse de rotation des vis est accrue du fait de leurs petits diamètres, (leurs grandes hauteurs accroissent leurs puissances), évitant les pertes mécaniques dû au multiplicateur de vitesse. - Dans la présentation où la vis, à gauche du guide séparateur, supporte un pas à droite (dans ce cas la vis de droite a un pas à gauche) la pression du fluide hydraulique, entre autre le vent, exerce sur les flancs des filets des vis, une force suspenseur ascendante, ce qui permet d'alléger la - This double screw system, intercalated by a divider separator guide, allows to direct the antagonistic hydraulic fluids and transform them into productive fluids. - The position of the two screws and the separator guide upstream, facing the hydraulic fluid, among other wind, creates a vacuum downstream of the screws which accelerates the flow of hydraulic fluid, including wind and increases power. - The slope and the shape of the multi threads of the screws make it possible to expose a higher surface of lift, with the existing devices, in front of the hydraulic fluids, among others the wind, from where a gain of power. - The shape and the inclination of the nets create, in the downstream (low pressure) zone, screws, ascending or descending vortex generating movements, according to the distribution of the screw threads (right or left). - The threads of the two screws, relative to each other, do not coincide vis-à-vis but are staggered, which facilitates the creation of vortex downstream of the screws, and accelerates the evacuation of hydraulic fluids, between other wind; generating more power. - The speed of rotation of the screws is increased because of their small diameters, (their great heights increase their powers), avoiding the mechanical losses due to the speed multiplier. - In the presentation where the screw, to the left of the separator guide, supports a step to the right (in this case the right screw has a step to the left) the pressure of the hydraulic fluid, among others the wind, exerts on the flanks of the nets screws, an ascending suspensive force, which makes it possible to lighten

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masse des vis sur l'ensemble du châssis. La position inverse des vis, à la présentation ci-dessus, ne peut nuire au bon fonctionnement de l'appareil mais augmente la masse de celles-ci sur le châssis. La position du pivot de l'appareil se trouve sous l'axe du guide , déporté de l'axe des vis, afin de créer un mouvement gyroscopique sous l'action du fluide hydraulique, entre autre le vent, et de prendre la position idéale, tel une girouette. - La partie supérieure de l'ensemble, au dessus des vis, peut aussi être équipée d'une dérive pour faciliter les mouvements de girouette. - L'appareil est plus silencieux que les appareils à hélice, grâce notamment à sa transmission mécanique, poulies et courroie crantée. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 : représente une vue de dessus en coupe, avec l'écoulement du fluide symbolisé par des traits fins 20 La figure 2 : représente une vue latérale afin d'apprécier la position de l'axe de pivotement. La figure 3 : représente les deux vis en perspective. La figure 4 : représente les deux vis en perspective avec une forme de filet, un pas et une hauteur différents de 25 la figure 3. En référence aux dessins annexés l'appareil se compose : De deux vis hélicoïdales accolées verticalement (1) et (2), d'un guide séparateur répartiteur (3) intercalé verticalement et unilatéralement entre les deux vis (1) et (2), 30 de deux plaques de maintien (4), d'un ensemble châssis (5), d'une colonne fixe où support fixe (6), d'un axe vertical pivotant (7) fixé sous le châssis (5) (intégrant les transmissions mécaniques), lui-même supportant l'ensemble des vis (1) et (2), le guide (3) et les plaques d'assemblage (4), 35 permettant au dispositif de s'orienter face au fluide, entre 10 15 mass of screws on the entire chassis. The reverse position of the screws, the above presentation, can not affect the proper operation of the device but increases the mass of them on the chassis. The position of the pivot of the device is located under the axis of the guide, offset from the axis of the screws, in order to create a gyroscopic movement under the action of the hydraulic fluid, among others the wind, and to take the ideal position. like a wind vane. - The upper part of the assembly, above the screws, can also be equipped with a drift to facilitate the movements of wind vane. - The unit is quieter than propeller units, thanks to its mechanical transmission, pulleys and timing belt. The accompanying drawings illustrate the invention: FIG. 1 shows a top view in section, with the fluid flow symbolized by thin lines FIG. 2: represents a side view in order to assess the position of the axis pivoting. Figure 3 shows the two screws in perspective. FIG. 4 shows the two screws in perspective with a net shape, a pitch and a height different from FIG. 3. With reference to the appended drawings, the apparatus consists of: two helical screws vertically contiguous (1) and (2) 2), a divider separator guide (3) interposed vertically and unilaterally between the two screws (1) and (2), two holding plates (4), a frame assembly (5), a fixed column where fixed support (6), a pivoting vertical axis (7) fixed under the frame (5) (integrating the mechanical transmissions), itself supporting all of the screws (1) and (2), the guide (3) and the assembly plates (4), allowing the device to orientate itself to the fluid, between 10 15

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autre le vent; d'une zone amont d'entrée du fluide, côté guide (8), d'une zone aval de dépression (9), d'une dérive d'orientation (facultative) (10), le font de filet désigné en (11) et les flancs de filet désigné en (12). other wind; a fluid intake upstream zone, guide side (8), a downstream zone of depression (9), an orientation (optional) drift (10), the net fillet designated (11). ) and the thread flanks designated in (12).

Les vis (1) et (2) ont le même diamètre, le même nombre de filets, la même forme de filet, la même profondeur de filet, un pas de même dimension; ayant une hauteur de même dimension, comprise entre une fois à quinze fois la dimension de leurs diamètres; leurs faces hélicoïdales faisant front au fluide hydraulique, entre autre le vent, en aval de la zone (8) (la zone (8) étant le côté où arrive le fluide, entre autre le vent). La vis (1) supporte un pas à droite, elle peut comporter de quatre filets à vingt filets de forme concave (11) (12); la forme du font de filet (11) décrit un arc de cercle se terminant par deux droites tangentielles (12), venant mourir sur le diamètre extérieur de la vis, une des deux droite se termine par un petit arc de cercle pour faciliter l'introduction du fluide; la profondeur du filet est d'environ un tiers à deux tiers du rayon de la vis; les filets de la vis pouvant comporter une inclinaison de trente degrés à quatre vingt neuf degrés par rapport à l'horizontale, ce qui représente un pas de dimension variable de un, virgule, huit cent douze (1,812) fois le diamètre de la vis à cent soixante dix neuf, virgule, quatre vingt six (179,86) fois le diamètre de la vis. La forme des filets peut être aussi asymétrique, le font de filet (11) restant en arc de cercle, les flancs (12) en vis-à-vis étant l'un concave l'autre convexe (figure 4) ou de toutes autres formes exécutables. La vis (2) possède les mêmes éléments que la vis (1), identiques à ceux déterminés dans la description de la vis (1) sauf qu'elle supporte un pas à gauche. The screws (1) and (2) have the same diameter, the same number of threads, the same thread shape, the same thread depth, a pitch of the same size; having a height of the same size, between one and fifteen times the size of their diameters; their helical faces facing the hydraulic fluid, including the wind, downstream of the zone (8) (the zone (8) being the side where the fluid arrives, among other wind). The screw (1) supports a step to the right, it may comprise four threads with twenty concave shaped threads (11) (12); the form of the net thread (11) describes an arc ending in two tangential lines (12), coming to die on the outer diameter of the screw, one of the two lines ends with a small arc to facilitate the introduction of the fluid; the depth of the thread is about one-third to two-thirds of the radius of the screw; the threads of the screw may comprise an inclination of thirty degrees to ninety-nine degrees relative to the horizontal, which represents a step of variable size of one, comma, eight hundred and twelve (1,812) times the diameter of the screw to one hundred seventy-nine, comma, eighty-six (179.86) times the diameter of the screw. The shape of the threads can also be asymmetrical, the fact of net (11) remaining in an arc of circle, the sidewalls (12) vis-à-vis being concave one the other convex (Figure 4) or any other executable forms. The screw (2) has the same elements as the screw (1), identical to those determined in the description of the screw (1) except that it supports a step to the left.

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Chaque vis hélicoïdale a un pas d'orientation différent, la vis (1) ayant un pas à droite, la vis (2) a un pas à gauche ou inversement, la vis (1) ayant un pas à gauche, la vis (2) a un à droite. Each helical screw has a different orientation pitch, the screw (1) having a right pitch, the screw (2) has a left pitch or vice versa, the screw (1) having a left pitch, the screw (2) ) has a right.

Les vis (1) et (2) sont réalisées en matière composite et sont traversées, en leur centre, par un arbre d'acier avec lequel elles sont rendues solidaires. Les vis (1) et (2) ont un sens de rotation opposé. Le positionnement mécanique des vis (1) et (2) l'une par rapport à l'autre est effectué de façon à ce que chaque filet de chaque vis (1) et (2) se trouve de préférence décalé et non en vis-à-vis. Le guide séparateur répartiteur (3) en amont des vis (1) et (2), en aval de la zone (8), dirige latéralement le fluide, entre autre le vent, vers les filets respectifs de chacune des vis (1) et (2); le guide (3) ayant la forme d'un angle aigu d'environ quinze degrés dont les côtés se terminent par une courbe convexe; la partie extrême, de ces courbes, est tangentielle à un axe fictif lui-même tangentiel au font de filet (11) de chaque vis (1) et (2); l'extrémité de chacune des courbes, de l'angle aigu, s'arrête à proximité du diamètre extérieur de chaque vis (1) et (2), et ensuite suivent, à un rayon légèrement supérieur, le rayon extérieur de chaque vis (1) et (2) jusqu'à se rejoindre sur l'axe commun aux deux vis; la hauteur du guide (3) est égale à celle des vis (1) et (2), plus un jeu fonctionnel; sa longueur ayant une à deux fois celle du diamètre des vis (1) ou (2) ; sa largeur, dans sa partie la plus large, ayant la valeur d'un demi à un rayon de vis (1) ou (2); sa hauteur en position verticale le guide (3) ayant son axe longitudinal situé sur la médiatrice de l'axe commun aux deux vis (1) et (2); la pointe de l'angle aigu du guide (3) étant en aval de la zone (8), face au fluide, entre autre le vent. The screws (1) and (2) are made of composite material and are traversed in their center by a steel shaft with which they are made integral. The screws (1) and (2) have an opposite direction of rotation. The mechanical positioning of the screws (1) and (2) relative to each other is carried out in such a way that each thread of each screw (1) and (2) is preferably offset and not in contact with each other. to face. The splitter separator guide (3) upstream of the screws (1) and (2), downstream of the zone (8), laterally directs the fluid, including the wind, to the respective threads of each of the screws (1) and (2); the guide (3) having the shape of an acute angle of about fifteen degrees whose sides end in a convex curve; the extreme part of these curves is tangential to a fictitious axis itself tangential to the thread fillet (11) of each screw (1) and (2); the end of each curve, the acute angle, stops near the outer diameter of each screw (1) and (2), and then follow, at a slightly greater radius, the outer radius of each screw ( 1) and (2) until joining on the axis common to the two screws; the height of the guide (3) is equal to that of the screws (1) and (2), plus a functional clearance; its length being one to two times that of the diameter of the screws (1) or (2); its width, in its widest part, having the value of one half to one radius of screw (1) or (2); its height in vertical position the guide (3) having its longitudinal axis located on the perpendicular of the axis common to the two screws (1) and (2); the tip of the acute angle of the guide (3) being downstream of the zone (8), facing the fluid, among others the wind.

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Deux plaques métalliques (4) munies de roulements et butées à billes, ou autres guidages tournants, servent de pivot de rotation aux arbres des vis (1) et (2). Les plaques inférieures (4) et supérieures (4) sont maintenues entre elles par l'intermédiaire du guide séparateur, répartiteur (3) qui fait partie intégrante de l'ensemble (1) (2) (3) et (4). Le châssis métallique (5) sous l'ensemble (1) (2) (3) et (4), renferme les éléments mécaniques de transmission des mouvements (poulies, courroies crantées etc...) ainsi qu'un transformateur d'énergie de type alternateur électrique ou autres. Les composants mécaniques sont protégés par un carter. La partie inférieure du châssis (5) est implantée d'un arbre de rotation vertical (7). La position de l'axe pivotant (7) se trouvant sous l'axe longitudinal du guide (3) déporté de l'axe commun des vis (1) et (2), à une valeur d'environ un demi rayon des vis (1) ou (2). Il est immobilisé verticalement sur la partie inférieure du châssis (5). Une colonne ou un support fixe (6) ancré au sol ou arrimé à un bâtiment ou autre, équipé en son extrémité supérieur de roulements et de butées à billes ou par d'autres moyens de même prestance, reçoit l'arbre vertical de rotation (7). En option, le dessus de la plaque supérieure (4) peut être pourvu d'une dérive (10) de type aviation. Two metal plates (4) provided with bearings and thrust bearings, or other rotating guides, serve as pivot of rotation to the shafts of the screws (1) and (2). The lower (4) and upper (4) plates are held together by means of the splitter guide (3) which is an integral part of the assembly (1) (2) (3) and (4). The metal frame (5) under the assembly (1) (2) (3) and (4) encloses the mechanical elements for transmitting movements (pulleys, toothed belts, etc.) as well as an energy transformer. alternator electric type or others. The mechanical components are protected by a housing. The lower part of the frame (5) is implanted with a vertical rotation shaft (7). The position of the pivoting axle (7) lying under the longitudinal axis of the guide (3) offset from the common axis of the screws (1) and (2), to a value of about half a radius of the screws ( 1 or 2). It is immobilized vertically on the lower part of the frame (5). A column or a fixed support (6) anchored to the ground or secured to a building or the like, equipped at its upper end with bearings and thrust bearings or by other means of the same presence, receives the vertical shaft of rotation ( 7). Optionally, the top of the upper plate (4) may be provided with a drift (10) aviation type.

L'appareil selon l'inventeur est destiné à transformer les fluides, entre autre le vent, en énergie électrique ou autres. Malgré sa petite taille, la puissance importante fournie par l'invention, permet de couvrir en grande partie les besoins en énergie d'un logement individuel ou d'une petite entreprise industrielle. The apparatus according to the inventor is intended to transform fluids, including wind, into electrical energy or other. Despite its small size, the large power provided by the invention makes it possible to cover a large part of the energy needs of an individual dwelling or a small industrial enterprise.

Claims

CLAIMS1) Device for producing energy through the linear movement of a hydraulic fluid, including wind, inducing a double rotary movement characterized in that it comprises two helical screws vertically contiguous (1) and (2), a divider separator guide (3) interposed vertically and unilaterally between the two screws (1) and (2), and a pivoting vertical axis (7) fixed under the frame (5) incorporating the mechanical transmissions, itself supporting all the screw (1) and (2), the guide (3) and the connecting plates (4).

2) Device according to claim 1 characterized in that the screws (1) and (2) have the same diameter, the same number of threads, the same form of net, the same thread depth, a pitch of the same size; having a height of the same size; their helical faces facing the fluid downstream of the zone (8) where the fluid arrives.

3) Device according to claim 1 or 2 characterized in that each of the screws (1) (2) comprises four threads with twenty concave shaped threads (11) (12); the shape of the thread base (11) describes an arc ending in two tangential lines (12), coming to die on the outer diameter of the screw, one of the two straight ends with a small arc to facilitate the introduction of the fluid; the depth of the thread is about one-third to two-thirds of the radius of the screw; the threads of the screw may have an inclination of thirty degrees to ninety-nine degrees to the horizontal, which represents a size step ranging from 1.812 times the diameter of the screw to 179.89 times the diameter of the screw .-8

4) Device according to claim 3 characterized in that the shape of the threads may also be asymmetrical, the bottom net (11) remaining in an arc, the flanks (12) vis-à-vis being a concave l other convex.

5) Device according to any one of claims 1 to 4 characterized in that each helical screw has a different pitch, the screw (1) having a step to the right, the screw (2) has a step to the left Or vice versa.

6) Device according to any one of the preceding claims characterized in that the screws (1) and (2) have an opposite direction of rotation.

7) Device according to claim 1 characterized in that the divider separator guide (3) upstream of the screws (1) and (2), downstream of the zone (8), laterally directs the fluid, 15 to the respective nets of each of the screws (1) and (2); the guide (3) having the shape of an acute angle of about fifteen degrees whose sides end in a convex curve; the end portion of these curves is tangential to a fictitious axis itself tangential to the thread root (11) of each screw 20 (1) and (2); the end of each curve, the acute angle, stops near the outer diameter of each screw (1) and (2), and then follow, at a slightly greater radius, the outer radius of each screw ( 1) and (2) until joining on the axis common to the two screws; the height of the guide 25 (3) is equal to that of the screws (1) and (2), plus a functional clearance; its length being one to two times that of the diameter of the screws (1) or (2); its width, in its widest part, having the value of one half to one radius of screw (1) or (2); its height in vertical position the guide (3) having its longitudinal axis located on the perpendicular of the axis common to the two screws (1) and (2); the point of the acute angle of the guide (3) being downstream of the zone (8), facing the fluid.

8) Device according to any one of the preceding claims characterized in that the mechanical positioning of the screws (1) and (2) relative to each other is performed so that each thread of each screw (1 ) and (2) is preferably offset and not vis-à-vis.

9) Device according to claim 1 characterized in that the position of the pivoting axis (7) is located under the longitudinal axis of the guide (3) offset from the common axis of the screws (1) and (2) to the point of the acute angle of the guide (3), allowing the device to orient itself by the fluid.