FR2974860A1 - Eolienne a axe de rotation perpendiculaire au vent - Google Patents

Eolienne a axe de rotation perpendiculaire au vent Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une éolienne à axe perpendiculaire au vent (c'est le cas des éoliennes verticales notamment), dont au moins une pale est composée d'au moins deux profils, et dont au moins le profil (A) le plus en avant de la ou les pale(s) est mobile ou partiellement mobile, de telle sorte qu'il puisse orienter le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) situés plus en arrière de ladite pale. Ce dispositif permet un meilleur démarrage de l'éolienne par vent faible et améliore la courbe couple/vitesse de l'éolienne. Il permet également de mieux contrôler le comportement de l'ensemble par vents violents. Il est particulièrement adapté à la production d'électricité. Une utilisation mécanique d'une éolienne intégrant ce système de pales est possible.

Description

DESCRIPTION - Etat de la technique. Les éoliennes dont l'axe de rotation est perpendiculaire au vent, souvent appelées à axe vertical mais qui peuvent aussi se monter à l'horizontal, présentent un certain nombre 5 d'intérêts et comportent également des inconvénients. Concernant les intérêts, les éoliennes à axe perpendiculaire au vent sont insensibles aux changements de direction du vent. Elles sont aussi bien adaptées à l'environnement urbain qu'aux endroits plus isolés, de par leurs formes plus compactes et leur caractère omnidirectionnel. 10 Par contre, les éoliennes à axe perpendiculaire au vent présentent des inconvénients tels que la difficulté de démarrage sans aide extérieure, et leur manque de rendement dans les vents faibles. - Apport de l'invention. La présente invention a pour finalité de remédier à ces deux inconvénients majeurs et 15 de permettre un démarrage facile de l'éolienne sans apport d'énergie autre que celle du vent, ainsi que d'augmenter l'efficacité en terme de puissance exploitable dans des vents peu soutenus, sans nuire à la performance lors de vents plus forts. - L'invention elle-même et son fonctionnement. Pour ce faire, au moins une pale de l'éolienne est composée d'au moins deux profils, 20 placés de manière à ce qu'au moins le profil (A) le plus en avant de la pale soit mobile ou partiellement mobile, et puisse diriger le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B)situé(s) plus en arrière de cette même pale. Le schéma de principe 1 représente une vue de dessus d'une éolienne équipée de trois pales de ce type. En phase de démarrage, la ou les pale(s) de l'éolienne est ou sont dans une position 25 donnée par rapport à la direction du vent. Pour simplifier, on peut considérer trois positions : - vent arrière quand le vent vient globalement par l'arrière de la pale (1). Face au vent quand le vent vient par l'avant de la pale (2). - Vent de travers quand la pale est en travers du vent (3). 30 Le schéma 2 représente une pale à deux profils et la position du profil (A) en fonction des différentes allures de la ou des pale(s) (1), (2) et (3). (1) Par vent arrière, au moins le profil (A) le plus en avant de la pale peut pivoter, et être fortement aspiré et poussé par le vent. Cette force provoque un fort couple de démarrage et favorise la mise en rotation de la ou des pale(s) de l'éolienne. 35 (2) Face au vent, au moins le profil (A) le plus en avant de la pale peut pivoter, et s'orienter dans le sens du vent. Cela réduit au maximum la traînée engendrée par l'écoulement de l'air autour des profils de la pale, afin de ne pas freiner la rotation de l'éolienne. -2 (3) Par vent de travers, au moins le profil(A) le plus en avant de la pale peut pivoter de manière à orienter le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) de cette même pale situé(s) plus en arrière de celle-ci. Il en résulte, outre la force développée par le vent autour d'au moins le profil (A) le plus en avant de la pale, une meilleure orientation du flux d'air que reçoi(ven)t le ou les profil(s) (B) de cette même pale situé(s) juste derrière, ainsi qu'une accélération de ce flux d'air dû à un effet de fente entre au moins deux profils (A et B). La force qui découle d'une telle pale soumise à un flux d'air renforce considérablement l'aptitude au démarrage de l'éolienne, et de la même manière, son aptitude à accélérer.
Pendant l'accélération, la ou les pale(s) travaillent de la même manière. Cependant, la vitesse de rotation de l'éolienne augmente, ce qui induit une constante modification du vent que reçoi(ven)t la ou les pales, en intensité d'une part, et en direction d'autre part. En effet, le vent que reçoi(ven)t la ou les pale(s) est appelé vent apparent. II dépend du vent réel, et du vent dû à la vitesse linéaire de la ou des pale(s), et varie en fonction de la position de la ou des pale(s) sur leur trajectoire circulaire. Il est dès lors souhaitable pour la performance que le profil général de la ou des pale(s) de l'éolienne puisse s'adapter en temps réel à ces changements de direction et d'intensité du flux d'air, ceci afin de conserver une puissance et une finesse intéressantes pour le rendement de l'éolienne. C'est pourquoi : Au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) de l'éolienne est libre de s'orienter dans un sens ou dans l'autre, de manière à toujours guider son flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) de cette même pale situé(s) plus en arrière. Au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) de l'éolienne est limité 25 dans son débattement. Au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) de l'éolienne comprend un système qui régule son angle d'incidence (ou d'attaque) en fonction du vent qu'il reçoit (intensité et direction), et de la vitesse de rotation de l'éolienne. Ce système peut aussi, si nécessaire, et suivant le réglage, contribuer à limiter la vitesse de 30 rotation de l'éolienne au delà d'un certain seuil. Ce système est basé sur la force centrifuge et la force du vent exercées sur le(s) profil(s) en question, et pourra prendre d'autres formes mécaniques, électriques, électroniques et bénéficier de capteurs variés (vitesse de l'éolienne entre autres). A vitesse régulière (lorsque le vent est assez constant), la ou les pale(s) travaillent de 35 la même façon, avec un angle d'incidence d'au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) qui se réduit en fonction de la vitesse relative de rotation de l'éolienne par rapport à celle du vent. L'éolienne gagne en finesse, donc en vitesse, et le vent apparent reçu par les pales augmente. Ce point est important puisque la force -3 développée par un flux d'air autour d'un profil est fonction du carré de la vitesse de ce flux d'air. Dans une certaine mesure, plus une pale tourne vite, plus elle peu fournir de puissance. Remarques concernant tous les schémas qui suivent - Pour des raisons pratiques, l'éolienne est ici représentée avec trois pales. Ce nombre n'est pas restrictif. Il en faut au moins une, et la quantité de pales peut varier. Pour des raisons pratiques, la ou les pale(s) sont représentée(s) avec un seul profil (A) mobile ou partiellement mobile. Ce nombre peut être augmenté.
Pour des raisons pratiques, le profil (B) plus en arrière de la pale est représenté fixe. Il peut être mobile ou partiellement mobile également.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1) Eolienne à axe perpendiculaire au vent (éolienne à axe vertical notamment) comportant au moins une pale composée d'au moins deux profils (A et B), et dont au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) est mobile ou partiellement mobile, de telle sorte qu'il puisse orienter le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) situé(s) plus en arrière de ladite pale.
  2. 2) Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) de l'éolienne est libre de pivoter pour s'orienter dans un sens ou dans l'autre, de manière à toujours guider le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) de cette même pale situé(s) plus en arrière.
  3. 3) Eolienne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) de l'éolienne est limité dans son débattement.
  4. 4) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que au moins le profil (A) le plus en avant de la ou des pale(s) comprend un système de régulation de son angle d'incidence en fonction de l'intensité et de la direction du vent qu'il reçoit, et de la vitesse de rotation de l'éolienne, ledit système de régulation étant basé sur la force centrifuge et la force du vent exercée sur les profils, et utilisant les données issues de capteurs, notamment de la mesure de vitesse de l'éolienne.
  5. 5) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le profil (B) le plus en arrière de la pale est mobile ou partiellement mobile.
  6. 6) Pale pour éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, composée d'au moins deux profils (A et B), et dont au moins le profil (A) le plus en avant de la pale est mobile ou partiellement mobile, de telle sorte qu'il puisse orienter le flux d'air vers l'extrados du ou des profil(s) (B) situé(s) plus en arrière de ladite pale.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2442978A1 (fr) * 1978-11-29 1980-06-27 Fally Jacques Turbine eolienne a axe vertical
WO2006063380A1 (fr) * 2004-10-20 2006-06-22 Vortech Energy & Power Pty Limited Éolienne à axe vertical avec pale tordue ou pale auxiliaire
AT10992U1 (de) * 2008-09-18 2010-02-15 Novak Karl Windkraftanlage
WO2011127420A1 (fr) * 2010-04-09 2011-10-13 Gift Technologies, Llc Surfaces portantes d'éolienne à éléments multiples et éoliennes intégrant celles-ci

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